具有光纤连接部的内插器结构及用于内插器结构的相关的光纤连接器相关的申请案
本申请案根据35U.S.C.§120要求2013年3月11日提交的美国申请序
列号13/792,790的优先权权益，并还根据35U.S.C.§119要求2013年2月
5日提交的美国临时申请序列号61/760,920的优先权权益，所述申请的内容是
本申请的基础并以全文引用方式并入本文。
技术领域
本公开案总体涉及一种具有用于形成与集成电路的光学连接的光纤连接
部的内插器结构，并且涉及用于附接至内插器结构的相关的光纤连接器。具体
地说，内插器结构和相关的连接器提供被动对准结构，所述被动对准结构具有
匹配的热响应，以便维持适当光学对准。
背景技术
在许多传统长距离的城域电信网络中，出于许多原因(如大带宽容量、介
电特性等等)，已用光纤取代基于铜的连接性。由于通信网络需要更高网络速
度，因此光纤将会更深入地进入通信网络而朝位于管理通信网络上流量的服务
器和开关中的电子器件移动。由于这种光纤迁移更深入地进入通信网络，因此
制造与电子器件的光学连接将会遇到新的挑战。举例来说，在操作条件期间将
光学连接件的多个光纤对准并维持光学对准存在未解决的需要。
发明内容
本公开案涉及具有主体的光纤连接器套圈，包括：第一对准孔，所述第一
对准孔具有圆形形状；第二对准孔，所述第二对准孔是非圆的；第一多个光纤
开口，所述第一多个光纤开口被设置在所述对准孔的第一侧上；以及第二多个
光纤开口，所述第二多个光纤开口被设置在所述第一对准孔的第二侧上。所述
套圈可为光学组件的一部分。另外，所述光学组件可以附接至所述内插器结构，
并在温度变化期间实现适当光学性能。
本公开案还涉及内插器结构，包括：电路板；以及内插器，所述内插器具
有连接器安装表面以及附接至连接器安装表面的第一销和第二销，其中所述内
插器被附接至所述电路板。所述内插器包括多个光学通路，用以与光学组件对
准而允许通过所述内插器的光学信号传输。所述连接器安装表面可具有第一销
对准特征和第二销对准特征形成在其中。其他实施方式具有从所述内插器的平
面表面凹入的连接器安装表面。另外，所述内插器由任何合适材料(如硅)形
成。
还公开了制造内插器的方法，所述方法包括：从硅材料来形成内插器，以
使所述内插器具有连接器安装表面；以及将第一销和第二销附接至连接器安装
表面。所述方法可以包括如本文公开的其他步骤。
另外的特征和优点将会在以下具体实施方式中阐述，并且其中部分将通过
说明书而对本领域的技术人员显而易见，或是通过实践如所撰写的说明书及其
权利要求书中描述的实施方式以及附图认识。
应当理解，以上一般描述以及以下具体实施方式仅是示例性的，并且旨在
提供概述或框架来理解权利要求书性质和特征。
附图被包括来提供进一步的理解，并被并入本说明书中而构成本说明书的
一部分。附图例示一或多个实施方式，并与本说明书一起用于解释各种实施方
式的概念和操作。
附图说明
图1是根据本文所公开的概念的具有用于光学连接的光纤接口的内插器
结构的透视图；
图2是图1的内插器结构的透视图，该图示出介于内插器与光学组件之间
的光学连接的详细的横截面；
图3和图4是图1和图2所示光学组件的套圈的相应的前透视图和后透视
图；
图5和图6是示出图1和图2所示光学组件的各种的透视图；
图7至图10是示出用于制造根据本文所公开的概念的说明性内插器结构
的各种步骤的视图；
图11是示出根据本文所公开的概念的另一内插器结构及另一光学组件的
透视图；
图12和图13是图11所示光学组件的相应的前透视图和后透视图；
图14是图11至图13的光学组件的套圈的端面的特写视图，该图示出具
有围绕第一对准孔布置成圆形阵列的光纤的光学组件；
图15是示出根据本文所公开的概念的另一内插器结构及图7的光学组件
的透视图及局部剖切视图；以及
图16至图19是不同的对准销的各种视图，所述对准销可用在根据所公开
的概念的内插器上。
具体实施方式
现在详细参考本公开案当前实施方式，其实例如附图所示。只要可能，附
图通篇所用相同或相似的参考数字指代相同或相似的部分。应当理解，本文所
公开的实施方式只是实例，并且每一实例并入有本公开案的某些益处。可在本
公开案的范围内，来对以下实例做出各种的修改和变化，并且不同实例的方面
可通过不同方式混合以便实现其他实例。因此，本公开案真实范围应当根据但
不限于本文所述实施方式来从本发明的整体进行理解。
公开具有用于形成与集成电路(IC)的光学连接的光纤连接部的内插器结
构；并且公开用于附接至内插器结构的相关的光纤连接器。该内插器结构充当
电连接至电路板等等的IC之间的信号桥，同时也能处理通过光学连接从内插
器结构接收到的高速光学信号。具体地说，内插器结构和相关的光学连接器提
供被动对准结构，所述被动对准结构具有匹配的热响应，以便维持多个光纤与
内插器上的光学路径之间适当光学对准。本文所述的内插器结构和光纤连接部
是有利的，因为它们提供稳健的高密度光学解决方案，从而解决通过内插器提
供与IC的光学连接性的挑战。
图1是根据本文所公开的概念的内插器结构100的透视图，该内插器结构
具有配置来附接至光学组件10的光纤连接部。内插器结构100实现集成的硅
光子解决方案，这种集成的硅光子解决方案提供与集成电路(IC)等等的光学连
接，由此制造与IC的光学连接，而非仅仅通过电连接器实现常规的铜连接。
如图所示，内插器结构包括电路板102和内插器104。内插器104被附接至电
路板102，并可包括介于这两者之间的通信链路，如电连接。内插器104包括
多个光学通路(不可见)，用以将光学信号从光学组件10传送到附接至内插
器的集成电路112(即，芯片)，由此提供光学通信。内插器104还具有配置
为第一对准销110和第二对准销110的对准特征，用以将光学组件10与内插
器104的光学通路精确对准。所示组件还包括了示例性散热器130，该散热器
设置在集成电路112上，用以冷却IC并为IC提供更低操作温度，但其他散热
器、冷却风扇、和/或其他冷却布置是可能的。
图2是内插器结构100的透视图，该图示出处于配接位置的内插器104
与光学组件10之间的光学连接的详细的横截面。如图所示，内插器104包括
连接器安装表面104a，其中光学通路(不可见)一端暴露以与光学组件10进
行光学连接。光学组件10包括光纤连接器套圈14(下文简称“套圈”)，所述
光纤连接器套圈具有附接至套圈主体的多个光纤16，如图所示。内插器104
与光学组件10之间的光学连接在相对小的区域中提供相对大量光学连接，由
此提供较大带宽连接，而不存在一般与电连接相关联的任何问题，如串扰、杂
散电容等。然而，提供内插器104的光学通路与光学组件10的光纤16之间的
精确对准就对准而提出挑战。例如，即使是在温度变化较大的情况下，仍然需
要维持精确光学对准。因此，内插器材料与套圈材料之间的热系数(CTE)需要
与给定值(即，材料之间CTEΔ)匹配，以便适应温度变化，从而使得合适的
光学连接性得以维持。在一个实施方式中，内插器104由硅材料(如硅晶片)
形成，其中在制造过程中，光学通路是形成于硅中。此外，套圈材料的CTE
应当在内插器CTE的给定范围(例如，CTEΔ)内，以在温度变化期间维持
光学性能。如图2所示，内插器104包括第一销110和第二销110，所述第一
销和第二销从连接器安装表面104a延伸并接合套圈14的对准特征，以提供精
确对准来实现与内插器104的光学通路的光学连接性。具体地说，光学组件
10包括布置成精确图案的光纤开口(例如，孔)，所述精确图案可为对称的
或不对称的，具体根据需要而定。作为非限制性实例，图案可布置为对应内插
器104的光学通路的线性和/或圆形阵列。从光纤开口到控制对准销的中线的
较短合适距离可以产生更佳CTE性能。
在这个实施方式中，连接器安装表面104a的一部分从内插器的平面表面
(未标数字)凹入，并且在制造过程中形成。连接器安装表面104a的轮廓一
般与套圈14的端面轮廓符合，由此允许套圈14的一部分安置在内插器104
内，并且抑制光学组件10上的离轴力施加至销110。举例来说，连接器安装
表面104a可从内插器104的平面表面以深度D(如25微米或更多)凹入。套
圈14可使用框架(未示出)或用于固定光学连接的其他结构而保持在内插器
104上的适当位置。在另外实施方式中，该连接器安装表面可以包括一或多个
销对准特征以用于将对准销相对于内插器的光学通路而精确定位。举例来说，
由硅形成的内插器可以具有精确形成在连接器安装表面中的第一销对准特征
和第二对准特征，如用于接收相应销的一部分的第一凹槽和第二凹槽。例如，
凹入的销对准特征尺寸可设定成实现用于在期望位置接收销的过盈配合或摩
擦配合。在其他实施方式中，可以使用基于视觉的对准等，将销精确定位并附
接以防止在连接器安装表面上。如图所示，光学组件10具有在套圈14上间隔
开的第一组光纤16和第二组光纤16，并且销110与套圈进行配合，如以下将
更详细地讨论。
图3和图4是套圈14的相应的前透视图和后透视图。套圈14包括主体，
所述主体具有前端14a和后端14b。在这个实施方式中，套圈14包括用于接
收光纤的第一多个光纤开口17和第二多个光纤开口18，以及用于在光学组件
10的配接期间接收销110的第一对准孔15和第二对准孔19。如图4所示，第
一多个光纤开口17向后延伸至开口17a，以将光纤插入套圈14之中。同样，
第二多个光纤开口18向后延伸至开口17a，以将光纤插入套圈14之中。此外，
第一多个光纤开口17被设置在第一对准孔15的第一侧上，并且第二多个光纤
开口18被设置在第一对准孔15的第二侧上。如图所示，第一多个光纤开口
17和第二多个光纤开口18沿公共轴线对准(例如，线或线性阵列)，并且被
设置在第一对准孔15的相对侧上。另外，第一多个光纤开口17设置在第一对
准孔15与第二对准孔19之间。另一方面，第二多个光纤开口18设置在第一
对准孔15与套圈14周边之间。每个多个光纤开口可具有相同数量的光纤开口，
如6个、8个、12个等，或具有不同数量的光纤开口。围绕第一对准孔15对
称定位光纤开口通常使得这些光纤开口与这个参考位置的距离相等，这可在热
变化期间提供光学性能优点。根据本文所公开的概念，具有用于光纤开口的非
线性的配置的对称布置同样是可能的，如围绕第一对准孔设置的光纤开口的圆
形阵列，如图14中所示。另外，套圈14主体包括一或多个缓冲部20，以供
套圈配接端面凹入。在这个实施方式中，缓冲部20位于前端14a的相对端，
但是其他实施方式可将缓冲部配置为一体部分或完整的环形件。套圈主体缓冲
部或形状还可用于将光学组件键合至内插器。
继续参考图3和图4，第一对准孔15具有圆形形状，并且第二对准孔19
具有非圆形状如椭圆形形状。套圈14的第二对准孔19使用非圆形状以及使用
内插器104上的圆形的对准销可提供改进的性能和/或消除对内插器104的销
110所造成的应力/损坏。具体地说，被接收在具有圆形形状的第一对准孔15
中的第一对准销110与孔精确配合，以在X方向和Y方向上提供光纤16与光
学通路的对准。然而，第二对准孔19沿X方向伸长以仅在Y方向上(即，沿
光纤开口的公共轴线)提供与销110的对准，由此提供沿公共轴线的旋转对准，
并且抑制销/套圈/内插器上因温度变化而产生的应力。换句话说，如果内插器
材料与套圈材料之间CTE并非完全相同(即，材料之间存在CTEΔ。)，那
么温度上的显著变化不会造成较大应力，因为套圈14仅固定在一个位置，并
且可在源自第一对准孔15的任一方向上膨胀或收缩。
套圈14由具有的CTE与内插器材料的CTE匹配的材料形成，但实际上
材料将会是不同的，并将存在CTEΔ。然而，套圈材料应选择来提供期望的
性能和材料特性，以及套圈材料与内插器材料之间可接受的CTEΔ。举例来
说，套圈材料与内插器材料之间可接受的CTEΔ在环境条件下为约1.0x10-6
℃(△mm/mm)。典型的硅材料是各向同性的，并且在环境条件下具有2.6x10-6
℃(△mm/mm)的CTE值。因此，例如给定套圈材料的CTE在环境条件下为
2.6x10-6℃±1.0x10-6℃。
合适套圈材料实例是聚合物，所述聚合物包括填料以有助于维持内插器材
料的期望CTEΔ。举例来说，聚合物材料的填料占据相对高的百分比。例如，
40重量％或更大，或70重量％或更大。合适的聚合物的实例具有70重量％或
更大的玻璃填料。除了玻璃外的其他材料可能用于填料材料，如陶瓷像铝硅酸
盐玻璃-陶瓷、硼硅酸盐玻璃、石英等等。当然，如果非填充的材料具有合适
的特性和性质，那么可将所述非填充的材料用于套圈14。作为可用于套圈的
低CTE非聚合物材料的非限制性实例是商品名为INVAR(例如，64FeNi)的
可用铁镍合金。
图5和图6是示出光学组件10的各种的透视图。套圈14和光纤的配接端
面可以使用任何合适方法(如激光加工和/或机械抛光)精整。根据本文所公
开的概念，用于光学组件的套圈的其他变化同样是可能的，如改变套圈主体的
形状(如正方形或其他形状)、改变对准结构的不同布置。
还公开了制造内插器的方法，所述方法包括：从硅材料形成内插器，以使
所述内插器具有连接器安装表面；以及将第一销和第二销附接至连接器安装表
面。在一个实施方式中，连接器安装表面被形成来使得所连接器安装表面从内
插器的平面表面凹入。例如，内插器可如本领域已知那样来蚀刻，使得该连接
器安装表面具有凹入表面，所述凹入表面具有大体符合互补的连接器套圈的端
面的精确几何形状。此外，多个光学通路也可形成至内插器中，用以将光学信
号从集成电路引导至光学组件的光纤和将光学信号从光学组件的光纤引导至
集成电路。另外，该连接器安装结构还可包括对准特征，用以对准并且附接光
学组件的连接器套圈。举例来说，所述方法可以包括将第一销附接至设置在连
接器安装表面的第一销对准特征，并且将第二销附接至设置在连接器安装表面
的第二销对准特征。作为一个实例，可将销对准特征精确蚀刻至连接器安装表
面中，或以其他方式形成，以提供销与内插器上的光学通路的微米或亚微米对
准。因此，如本文所描述的光学组件可附接至内插器的连接器安装表面以形成
光学连接。
说明性地，图7至图10描绘示出用于制造根据本文所公开的概念的内插
器结构的说明性步骤的各种视图。图7是内插器结构100以及光学组件10’的
局部分解特写视图。光学组件10’与光学组件10相似，但不同于光学组件10，
光学组件10’使用仅包括设置在第一对准孔与第二对准孔之间的具有光纤的第
一多个光纤开口的套圈14’。如图所示，示出在附接至内插器104前并且在集
成芯片112被对准并附接至内插器104后的第一销110和第二销110。销110
具有合适尺寸、形状以及在内插器104上的间隔，以与连接器套圈上的第一对
准孔和第二对准孔配合，并将光学组件10’的光纤与内插器104的光学通路适
当对准。举例来说，销可具有直径为700微米的圆形形状，但是用于销的其他
合适尺寸和/或非圆形状同样是可能的。
内插器104包括连接器安装表面104a从内插器104的平面表面凹入的部
分。在这个实施方式中，内插器104由硅材料形成，并且凹入的连接器安装表
面104a是在气相沉积工艺期间使用抗蚀剂层来精确形成的，以与光学组件10’
的连接器套圈的端面符合。凹入的连接器安装表面104a具有合适深度(如25
微米或更大)，但是其他合适深度同样是可能的。另外，正如光学组件10那
样，光学组件10’的连接器套圈由具有的CTE与硅内插器104的CTE大体匹
配的材料形成。举例来说，在套圈材料CTE的CTEΔ在内插器CTE的40％
内的情况下，连接器套圈的CTE与内插器的CTE是匹配的，但是用于实现
CTE匹配的其他值同样是可能的，并且可受设计具体细节影响。
图8描绘安装至连接器安装表面104a的期望位置的第一销110和第二销
110。在这个特定实施方式中，第一销110和第二销110以连接器安装表面104a
的拐角位置为基准，如图所示，以便提供相对于内插器104上的光学通路的精
确对准。举例来说，第一销110和第二销110被对准在连接器安装表面上，与
参考中心线位置的偏离在1微米或更小的范围内。用于维持销相对于内插器的
光学通路的这种精确对准的被动对准技术为形成精确销槽位置，以供在形成内
插器的蚀刻工艺期间插入第一销110和第二销110。因此，在内插器形成工艺
期间，可参考并形成销槽位置，并将销槽位置控制在所需程度上。精确形成并
放置销的另一方法是：在销上机械研磨或抛光出拐角以将销精确放置到连接器
安装表面的拐角中。图9描绘在附接至内插器104前的右侧光学组件10’，并
且图10描绘在附接至内插器104后的光学组件10’。可使用框架或其他合适装
置通过将框架或装置固定至电路板102来将光学组件10’中的一或多个固定至
内插器104。
图11是示出可使用本文所公开的概念的类似内插器结构100的另一内插
器结构100’以及附接至内插器100’的另一光学组件10”的透视图。内插器结构
100’包括电路板102和内插器104’，所述电路板和所述内插器利用电连接来传
输高速电信号。内插器104’具有连接器安装表面104a，连接器安装表面被匹
配来与光学组件10”进行光学连接，所述光学组件具有用于套圈14”的光纤开
口的不同的非线性占用面积(footprint)。所述组件还包括散热片130’，所述散
热片130’具有一或多个部分130a，所述一或多个部分延伸超过IC112的占用
面积，以便提供更大的表面积来使冷却改进。
图12和图13是与光学组件10相似的光学组件10”的相应的前透视图和
后透视图。光学组件10”包括具有主体的套圈14”，以及附接至套圈14”的多
个光纤16。如同套圈14，套圈14”包括具有圆形形状的第一对准孔15，以及
具有非圆形状的第二对准孔19。然而，与套圈14相比，套圈14”的第一光纤
开口17和第二光纤开口18以不同的方式布置。
图14是光学组件10”的套圈14”的端面的特写视图。如图所示，第一多个
光纤开口17被设置在第一对准孔15的第一侧上，并且第二多个光纤开口18
被设置在第一对准孔15的第二侧上。示出具有围绕第一对准孔布置成圆形阵
列的光纤的光学组件。使用与第一对准孔15同心的具有单环光纤开口的圆形
阵列会将套圈中的单个光纤开口全定位成相距第一对准孔的中心线约相同距
离，并且出于这个原因，可能有益于热性能。其他变化同样是可能的，如具有
围绕第一对准孔以同心方式设置的一个以上圆形阵列，以增加光学连接的数
量。
图15是示出与内插器结构100相似的另一内插器结构100”以及附接至内
插器结构的光学组件10’的透视图。如本文中所述，内插器104包括连接器安
装表面，其中光学通路(不可见)一端暴露以与光学组件10’进行光学连接。
在这个实施方式中，第一对准销110’和第二对准销110’附接至内插器104。如
图16最佳示出，对准销110’包括中空部分110a。中空部分110a允许使用UV
可固化粘合剂来附接销并且不论销使用的材料如何都仍实现固化，因为UV辐
射可进入中空部分110a顶部处的开口以实现固化。此外，中空部分110a允许
供粘合剂流动并粘结部件的空间。在这个实施方式中，销110’的中空部分110a
从销的顶部延伸至销的底部，但这可为不必要的。销110’可由任何合适材料(如
聚合物、金属等等)形成。
在内插器上使用销可以实现制造内插器结构的各种方法。例如，可使用用
于夹紧的套圈或夹具将销主动对准至内插器光学通路。解释来说，销保持在套
圈或夹具的孔中，并且套圈或夹具的光纤主动对准。一旦被定位成期望布置，
就可随即将销粘结至内插器，如通过固化UV粘合剂等来粘结。另外，还可在
套圈或夹具与内插器上的光学通路主动对准之前或之后，将粘合剂涂覆至具有
中空部分110a的销。例如，可在将销放置在内插器上前，将粘合剂涂覆于所
述销，或粘合剂可从中空部分110a顶部注入到销110中，以最小化过量的粘
合剂围绕销而流动。然后，可根据需要将套圈或夹具从内插器和销上移除。
当然，根据所公开的概念，销的其他变化形式也都是可能的。说明性地，
图17至图19是不同的对准销的各种视图，所述对准销可用于根据所公开的概
念的内插器。图17示出具有堞形部分110b的销110”。堞形部分110b通过允
许销110”在应变下变形的同时仍维持“自定中心”，允许内插器结构和光学组
件处理相对CTE失配。具有堞形部分的销将需要形成为使得这些销有弹性特
性，并且因此，所述销可恢复成接近于原始形状/尺寸。销的其他变化形式也
可具有弹性特性。例如，图18描绘具有中空部分110a的销110”’，所述中空
部分通过使用球状部分而也提供弹性特性。销的另外一些变化形式是可能的，
如图19所示销110””。除了具有中空部分110a之外，销110””包括多个键槽
110c，所述键槽提供与配合套圈的对准孔的过盈配合。当然，如果用于销的材
料是由UV透射材料形成，或使用了热固性粘合剂、焊料等等，那么消除销的
中空部分是可能的。
本领域的技术人员将会清楚，可以在不脱离本公开案的精神或范围的情况
下，做出各种的修改和变化。由于本领域的技术人员可以想到并入本公开案的
精神和主旨的所公开的实施方式的修改组合、子组合和变化，因此，本公开案
应解释为包括所附权利要求书及其等效物范围内的任何内容。