CN102565965B - 一种叠层高密度光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层高密度光模块，包括刚性印制电路板、柔性印制电路板、微控制器、多通道激光器驱动芯片、激光器阵列芯片、探测器阵列芯片、多通道放大器芯片、垫块及光纤；光发射部分的所述刚性印制电路板和光接收部分的刚性印制电路板以柔性印制电路板相连接；所述微控制器安装在所述刚性印制电路板上；所述芯片倒扣安装在所述柔性印制电路板的上表面；所述垫块贴装在所述柔性印制电路板的下表面；所述光纤插入所述垫块的通孔上实现与所述激光器阵列芯片和探测器阵列芯片的光耦合。针对板边尺寸的限制，本发明提供的叠层高密度光模块使得光收发模块结构更加紧凑、带宽更高并且结构简单、高效低成本的优点。

Description

一种叠层高密度光模块

技术领域

 本发明属于光通信和光互连领域，特别是涉及一种叠层高密度光模块。

背景技术

光纤通信具备高宽带、低损耗、低误码率、高保密性、高抗干扰性等优势。随着数字化进程的推进，数据的处理、存储和传输得到了飞速发展。高带宽的需求使得短距互连成为系统发展的瓶颈。在高带宽情况下，铜线电互连传输距离受到信号损耗和串扰等因素限制。并行光互连通过多根光纤并行传输,可以在高比特率的速率下实现较远距离的传输，它具有高宽带、低损耗、低误码率、高保密性、高抗干扰性等优势，且体积小，重量轻，可改善通道成本并提高密度，已广泛地应用于机柜间、框架间和板间的高速互连，极大的促进了新一代超级计算、数据中心网络交换器和路由器，以及科学、研究和娱乐产业的发展。并行光互连通过并行光模块和带状光缆来实现。并行光模块是基于VCSEL激光器阵列和PIN探测器阵列，发射部分将高速差分输入电信号转换为调制VCSEL激光器所需的模拟信号，并由VCSEL激光器发射出光信号，接收部分将PIN探测器接收到的光脉冲转换回差分数据输出。伴随光纤通信技术的快速发展，现有光模块极大受到板边尺寸的限制，更紧凑、更高带宽的光收发模块是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种叠层高密度光模块。

根据本发明的一个方面，提供一种叠层高密度光模块，该光模块包括刚性印制电路板、柔性印制电路板、微控制器、多通道激光器驱动芯片、激光器阵列芯片、探测器阵列芯片、多通道放大器芯片、垫块及光纤，所述光模块的光发射部分的刚性印制电路板和光接收部分的刚性印制电路板与柔性印制电路板相连接；光发射部分和光接收部分可以合用一个微控制器，也可以分别采用各自独立的微控制器；所述微控制器安装在所述的刚性印制电路板上；所述多通道激光器驱动芯片、激光器阵列芯片、探测器阵列芯片和多通道放大器芯片倒扣安装在所述柔性印制电路板的上表面；所述垫块贴装在所述柔性印制电路板的下表面；所述光纤插入所述垫块的通孔上实现与所述激光器阵列芯片和探测器阵列芯片的光耦合。

所述柔性印制电路板的中部设有两排1×N的通孔阵列；所述垫块上设有两排1×N的通孔阵列；所述光纤组成两排1×N的光纤阵列；所述柔性印制电路板上的两排1×N的通孔阵列的每一个孔心，所述垫块上的两排1×N的通孔阵列的每一个孔心，及两排1×N的所述光纤阵列的每一根光纤端面中心与所述激光器阵列芯片和探测器阵列芯片的每一个有源区中心一一对应，且相互重合。

本发明提供的叠层高密度光模块进一步突破板边尺寸的限制，使得光收发模块结构更加紧凑、带宽更高并且结构简单、高效低成本的优点。

附图说明

图1 是本发明实施例提供的叠层高密度光模块的结构示意图；

图2 是本发明实施例提供的叠层高密度光模块展开后的俯视图；

图3 是本发明实施例提供的叠层高密度光模块展开后的侧视图；

图4 是图1所示叠层高密度光模块展开后的刚性印制电路板和柔性印制电路板的结构示意图； 

图5 是图1所示叠层高密度光模块的垫块的结构示意图。 

其中，1a：光发射部分的刚性印制电路板；1b：光接收部分的刚性印制电路板；2a: 光发射部分的金手指型电接口；2b：光接收部分的金手指型电接口；3a: 光发射部分的微控制器；3b：光接收部分的微控制器；4：多通道激光器驱动芯片；5：激光器阵列芯片；6：探测器阵列芯片；7：多通道放大器芯片；8：柔性印制电路板；9：垫块；10: 柔性印制电路板上通孔；11垫块上通孔;12光纤。

本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供的叠层高密度光模块包括：光发射部分的刚性印制电路板1a、光接收部分的刚性印制电路板1b、光发射部分的微控制器3a、光接收部分的微控制器3b、多通道激光器驱动芯片4、激光器阵列芯片5、探测器阵列芯片6、多通道放大器芯片7、柔性印制电路板8及垫块9。

光发射部分和光接收部分可以合用一个微控制器、该合用的微控制器可以表贴安装在光发射部分的刚性印制电路板1a上，也可以表贴安装在光接收部分的刚性印制电路板1b上；光发射部分和光接收部分也可以分别采用各自独立的微控制器，图1仅示出光发射部分和光接收部分分别采用各自独立的微控制器的情况。

光模块的光发射部分的刚性印制电路板1a和光接收部分的刚性印制电路板1b与柔性印制电路板8相连接；光发射部分的微控制器3a和光接收部分的微控制器3b分别安装在所述的刚性印制电路板上；多通道激光器驱动芯片4、激光器阵列芯片5、探测器阵列芯片6和多通道放大器芯片7倒扣安装在柔性印制电路板8的上表面；垫块9贴装在柔性印制电路板8的下表面；光纤12插入垫块上通孔11实现与激光器阵列芯片5和探测器阵列芯片6的光耦合。

本发明实施例的光模块采用图4所示的刚柔结合印制电路板，两端为刚性印制电路板，分别为光发射部分的刚性印制电路板1a和光接收部分的刚性印制电路板1b，中间以柔性印制电路板8相连接。光发射部分的金手指型电接口2a位于光发射部分的刚性印制电路板1a的顶端，光接收部分的金手指型电接口2b位于光接收部分的刚性印制电路板1b的顶端；光发射部分的金手指型电接口2a和光接收部分的金手指型电接口2b作为板边连接器，提供光模块与外部的电连接，电连接包括供电、接地、高速差分电信号和低速控制电信号。柔性印制电路板上通孔10垂直于柔性印制电路板8表面，即柔性印制电路板上通孔10是竖直通孔。

柔性印制电路板上通孔10的孔径为130-140微米，柔性印制电路板上通孔10组成两排1×N的通孔阵列，两排1×N的通孔阵列位于柔性印制电路板8的中部，在两排1×N的通孔阵列中，靠近光发射部分的刚性印制电路板1a的1×N的通孔阵列用于激光器阵列芯片5的耦合对准，该1×N的通孔阵列的通孔周期与激光器阵列芯片5的阵列周期相同；靠近光接收部分的刚性印制电路板1b的1×N的通孔阵列用于探测器阵列芯片6的耦合对准，该1×N的通孔阵列的通孔周期与探测器阵列芯片6的阵列周期相同。

光发射部分微控制器3a和光接收部分微控制器3b分别安装在光发射部分的刚性印制电路板1a和光接收部分的刚性印制电路板1b上，它们分别用来控制光发射部分和光接收部分的工作状态。

本发明实施例提供的垫块的结构如图5所示，垫块上通孔11垂直于垫块9表面，即垫块上通孔11是竖直通孔。垫块上通孔11的孔径为130-140微米，垫块上通孔11组成两排1×N的通孔阵列，该两排1×N的通孔阵列位于垫块9的中部，该两排1×N的通孔阵列与柔性印制电路板上通孔10组成两排1×N的通孔阵列一一对应，并且在平面几何排布上相重合。垫块的材料可以是纯金属、金属合金、陶瓷、硅，但不限于此。

图2和图3分别为带有光模块核心芯片和器件的刚柔结合印制电路板展开后的平面图和侧面图。垫块9安装在柔性印制电路板8的下表面，垫块上通孔11组成的两排1×N的通孔阵列与柔性印制电路板上通孔10组成的两排1×N的通孔阵列相重合，也就是说，每一个垫块上通孔11的孔心与相对应的每一个柔性印制电路板上通孔10的孔心相重合。垫块上通孔11是垂直于垫块9表面的，即垫块上通孔11是竖直通孔。垫块上通孔11用于激光器阵列芯片5、探测器阵列芯片6与光纤12的耦合对准定位。

多通道激光器驱动芯片4、激光器阵列芯片5、探测器阵列芯片6和多通道放大器芯片7倒扣安装在柔性印制电路板8的上表面，并且位于垫块9正上方。激光器阵列芯片5中每一个激光器有源区中心与靠近光发射部分的刚性印制电路板1a的1×N的通孔阵列的每一个相对应的孔心相重合；探测器阵列芯片6中每一个探测器有源区中心与靠近光接收部分的刚性印制电路板1b的1×N的通孔阵列的每一个相对应的孔心相重合。

如图1所示，光纤12组成两排1×N的光纤阵列，该两排1×N的光纤阵列的几何排布与2N个柔性印制电路板上通孔组成两排的1×N的通孔阵列一一对应，两排1×N的光纤阵列插入垫块上通孔11组成的两排1×N的通孔阵列完成多根光纤与激光器阵列芯片5和探测器阵列芯片6的光耦合。两排1×N的光纤阵列在垫块9表面的固定通过紫外固化胶完成。垫块9对多通道激光器驱动芯片4、激光器阵列芯片5、探测器阵列芯片6和多通道放大器芯片7有物理支撑和散热作用， 同时对激光器阵列芯片5和探测器阵列芯片6的光纤耦合提供对准定位。

本发明实施例提供的叠层高密度光模块，在光发射部分，多通道高速差分电信号由光发射部分金手指型电接口2a输入，经多通道激光器驱动芯片4转换为调制VCSEL激光器所需的多通道模拟信号，进而驱动激光器阵列芯片5发射出多通道光信号，再耦合进多根光纤传输出去；在光接收部分，由多根光纤输入的多通道光信号经探测器阵列芯片6转换成多通道电信号，再经多通道放大器芯片7放大后以多通道高速差分电信号从光接收部分金手指型电接口2b输出。

针对板边尺寸的限制，本发明实施例提供的叠层高密度光模块使得光收发模块结构更加紧凑、带宽更高并且结构简单，具有高效低成本的优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叠层高密度光模块，该光模块包括刚性印制电路板、用来控制光发射部分和光接收部分的工作状态的柔性印制电路板、微控制器、多通道激光器驱动芯片、激光器阵列芯片、探测器阵列芯片、多通道放大器芯片、垫块及光纤，其特征在于：

所述光模块的光发射部分的刚性印制电路板和光接收部分的刚性印制电路板通过柔性印制电路板相连接；光发射部分和光接收部分可以合用一个微控制器，也可以分别采用各自独立的微控制器，所述微控制器表贴安装在所述刚性印制电路板上；所述多通道激光器驱动芯片、激光器阵列芯片、探测器阵列芯片和多通道放大器芯片倒扣安装在所述柔性印制电路板的上表面；所述垫块贴装在所述柔性印制电路板的下表面；所述光纤插入所述垫块的通孔上实现与所述激光器阵列芯片和探测器阵列芯片的光耦合。

2.根据权利要求1所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述光模块的光发射部分的刚性印制电路板和光接收部分的刚性印制电路板上分别设置有金手指型电接口。

3.根据权利要求1所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述垫块贴装位置处于所述多通道激光器驱动芯片、激光器阵列芯片、探测器阵列芯片和多通道放大器芯片的倒扣安装位置的正下方。

4.根据权利要求1所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述柔性印制电路板和所述垫块设有通孔阵列；由所述光纤组成的光纤阵列和所述柔性印制电路板所设的所述通孔阵列一一对应；所述激光器阵列芯片中每一个激光器有源区中心与柔性印制电路板中靠近所述光发射部分的刚性印制电路板的通孔阵列的每一个相对应的孔心相重合；所述探测器阵列芯片中每一个探测器有源区中心与柔性印制电路板中靠近所述光接收部分的刚性印制电路板的通孔阵列的每一个相对应的孔心相重合。

5.根据权利要求4所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述柔性印制电路板的两排通孔阵列中，靠近所述光发射部分的刚性印制电路板的通孔阵列的阵列周期与激光器阵列芯片的阵列周期相同；靠近所述光接收部分的刚性印制电路板的通孔阵列的阵列周期与激光器阵列芯片的阵列周期相同。

6.根据权利要求4或5所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述柔性印制电路板的中部设有两排1×N的通孔阵列；所述垫块上设有两排1×N的通孔阵列；所述光纤组成两排1×N的光纤阵列；所述柔性印制电路板上的两排1×N的通孔阵列的每一个孔心，所述垫块上的两排1×N的通孔阵列的每一个孔心，及两排1×N的所述光纤阵列的每一根光纤端面中心与所述激光器阵列芯片和探测器阵列芯片的每一个有源区中心一一对应，且相互重合。

7.根据权利要求6所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述两排1×N的光纤阵列与所述垫块表面的固定是通过紫外固化胶固定。

8.根据权利要求4或5所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述柔性印制电路板上的通孔是竖直通孔，所述通孔的孔径为130-140微米。

9.根据权利要求4或5所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述垫块上的通孔是竖直通孔，所述通孔的孔径为130-140微米。

10.根据权利要求1所述的叠层高密度光模块，其特征在于：

所述垫块的材料采用纯金属、金属合金、陶瓷以及硅中的任何一种。

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