CN103246027A - 可无源耦合的多路并行光组件及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可无源耦合的多路并行光组件及封装方法，可以解决现有无法实现多路光电芯片、芯片载体和光纤组件的精确定位与固定，只能有源耦合，工艺复杂，耦合效果较差。多路光电芯片固设在芯片载体的侧面A上，芯片载体和光纤组件相对设置并固设在壳体安装孔中，侧面A上具有条状芯片定位标识，芯片的一端与芯片定位标识的一侧边缘平齐；壳体安装孔内设有限位垫片，其具有连通孔，侧面A及光纤带固定件发光面抵在限位垫片上。本发明中芯片在芯片载体上的固定精确，限位垫片对芯片与光纤组件的固定进行精密定位，实现了二者间的高精密无源对准与直接耦合，且兼顾有源耦合方式，方便生产制造，降低制造工艺难度和成本，提高光组件工作可靠性。

Description

可无源耦合的多路并行光组件及封装方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种可无源耦合的多路并行光组件及封装方法。 
背景技术
随着光纤通信技术越来越多地应用于各种恶劣环境和高可靠系统中，采用光电集成技术的超小型并行光收发模块在高速光互连通信领域得到广泛关注和应用，其中高速并行光组件是并行光收发模块中的关键器件，用以实现光电信号的相互转化。 
并行光组件中应用较为广泛的是多路并行光组件，可以实现多通道信号传输。多路并行光组件包括壳体、芯片载体、多路光电芯片和光纤组件，光纤组件包括与多路光电芯片对准耦合的多路光纤带、固定多路光纤带前端的光纤带固定件和连接多路光纤带后端的光纤连接器，所述光纤带固定件的前端表面为与多路光电芯片的光接收面相对的发光面。其中，多路光电芯片固设在芯片载体的一侧面，与固设多路光电芯片的侧面相邻的另一侧面上设置有多个电引脚，作为并行光组件的电气连接接口，并以引线键合或焊接方式实现电信号输入输出连接；壳体为中空结构，具有沿光纤延伸方向设置的中空安装孔，光纤组件和固设有多路光电芯片的芯片载体相对设置固设在壳体的中空安装孔内。 
现有技术中，芯片载体上没有对多路光电芯片的固设位置进行定位的结构，芯片固设在该载体上时不能实现精确定位；同时，壳体上也没有对芯片载体和光纤组件的固设位置进行定位的结构，芯片载体和光纤组件固设在壳体内时难以保证精确定位和固定。 
现有这种光组件，由于多路光电芯片在芯片载体上的固定以及芯片载体、光纤组件在壳体内的固定均不能精确定位，则多路光电芯片与多路光纤带的对准耦合只能采用有源耦合方式实现，即通过对芯片载体上的多路光电芯片加电，使其发出光信号，通过连接到光纤组件的光信号接收仪器探测所接收光信号的光强度，通过夹具调整芯片载体的空间位置，使接收到的光信号达到最大值，然后用粘接或焊接方式固定芯片载体和光纤组件，实现芯片载体、光纤组件在壳体内的安装。这种耦合方式，需要在多路光电芯片工作状态下监控光信号的耦合效率并同时进行光纤组件与芯片载体的固定与封装，工艺复杂，而且这种耦合方式难以保证宽温度范围内光信号耦合效果，产品可靠性、可维修性和耐恶劣环境特别是宽温度范围的稳定性较差。 
发明内容
本发明提出一种可无源耦合的多路并行光组件及封装方法，可以解决现有多路并行光组件无法实现多路光电芯片、芯片载体和光纤组件的精确定位与固定，使多路光电芯片与多路光纤带有源耦合，工艺复杂，耦合效果较差。 
为达到上述技术目的，本发明所提出的可无源耦合的多路并行光组件的技术方案是，可无源耦合的多路并行光组件，包括壳体、芯片载体、多路光电芯片、光纤组件，光纤组件包括与多路光电芯片对准耦合的多路光纤带和固定多路光纤带前端的光纤带固定件，多路光电芯片固设在芯片载体的侧面A上，芯片载体的与固设多路光电芯片的侧面A相邻的侧面B上设有多个电引脚，壳体具有贯通的安装孔，芯片载体和光纤组件相对设置并固设在壳体的安装孔中，所述芯片载体的侧面A上具有条状芯片定位标识，其延伸方向垂直于所述芯片载体的侧面B，所述多路光电芯片的一端与所述芯片定位标识的一侧边缘平齐，多路光电芯片的上表面与所述芯片载体的侧面B的边缘平齐；所述壳体的安装孔内于所述芯片载体和光纤组件之间设有限位垫片，所述限位垫片具有连通孔，所述连通孔的高度小于所述壳体的安装孔的高度，所述芯片载体的侧面A及所述光纤带固定件的发光面抵在所述限位垫片上。 
所述芯片定位标识为形成在所述芯片载体的侧面A上的条形凹槽。 
所述芯片定位标识为形成在所述芯片载体的侧面A上的条形凸起。 
所述芯片定位标识的个数为1个，其顶端与所述芯片载体的侧面B平齐，底端与和所述侧面B相对的所述芯片载体的侧面C平齐。 
所述芯片定位标识靠近所述芯片载体的一端，其与所述芯片载体该端之间的距离为2～3mm。 
所述芯片定位标识的个数与所述电引脚的个数相同，且一一对应设置，各芯片定位标识的顶端与其对应的电引脚连通且一体成型，所述多路光电芯片位于所述芯片定位标识的下方。 
所述光纤带固定件的发光面为斜面，其与所述限位垫片之间所形成的倾斜角度为6～10°。 
所述光纤带固定件的发光面上镀有增透膜。 
本发明所提出的可无源耦合的多路并行光组件封装方法，包括如下步骤，（1）将多路光电芯片固设在芯片载体上，多路光电芯片的电气键合点与芯片载体的电引脚键合；（2）将光纤组件和固设有多路光电芯片的芯片载体固设在壳体上，实现光纤组件与多路光电芯片对准耦合；（3）用密封胶灌封芯片载体及光纤组件与壳体的安装缝隙，实现光组件的封装；步骤（1）中，将所述多路光电芯片固设在芯片载体上时，该多路光电芯片的一端与所述芯片定位标识的一侧边缘对齐，对所述多路光电芯片定位；步骤（2）中，先将所述光纤组件插入所述壳体的安装孔中，使其光纤带固定件的发光面抵在所述限位垫片上，固定所述光纤组件；然后以光纤组件的光纤纤芯为位置识别标识，采用倒装贴片的方式，与所述多路光电芯片的光接口进行对位，实现横向位置对准耦合并最终固定所述芯片载体。 
所述限位垫片的厚度范围为0.1～0.5mm。 
与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：1、通过在芯片载体上设置芯片定位标识，可对芯片的固定进行高精度定位，同时在壳体内设置限位垫片，对多路光电芯片与光纤组件的固定进行精密定位，实现了二者间的高精密无源对准与直接耦合，且兼顾有源耦合方式，方便生产制造，降低制造工艺难度和成本，提高光组件工作可靠性，实现了高速光电信号的多路（12路或更多）并行转换与传输，并大大减小了光组件尺寸，适用于微型并行光模块等应用领域；2、通过限位垫片的厚度选择，实现对多路光电芯片的光接收面与光纤带固定件的光发光面之间间隙的调整和优化，以实现合适的光信号耦合效率；3、光组件的各零部件均可采用陶瓷、金属、石英与硅等材料制成，使本发明光组件具有耐受宽温度范围和恶劣环境的稳定性与可靠性。 
附图说明
图1为本发明实施例可无源耦合的多路并行光组件结构示意图； 
图2为图1的A-A向视图；
图3为图2中I部结构放大图；
图4本发明实施例中芯片载体的结构示意图一；
图5为图1的俯视图；
图6为本发明实施例中芯片载体的结构示意图二；
图7为图6的俯视图；
图8为本实施例中多路光电芯片在芯片载体上的固定结构示意图一；
图9为本实施例中多路光电芯片在芯片载体上的固定结构示意图二；
图10为本实施例中光纤组件的结构示意图；
图11为本实施例中壳体的结构示意图；
图12为本实施例中芯片载体和光纤组件耦合封装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。 
如图1至图3所示，本实施例可无源耦合的多路并行光组件，包括：壳体1、芯片载体2、多路光电芯片3、光纤组件4，光纤组件4包括与多路光电芯片3对准耦合的多路光纤带4-1、光纤带固定件4-2和光纤连接器4-3，光纤带固定件4-2固定多路光纤带4-1的前端，光纤连接器4-3固定多路光纤带4-1的后端，如图10所示。多路光电芯片3固设在芯片载体2的侧面A 2-1上，芯片载体2的侧面B 2-2，即与固设多路光电芯片3的侧面A 2-1相邻的侧面上设有多个电引脚2-3，以便与多路光电芯片3的电气键合点3-1引线键合或焊接，以超声或热压方式实现多路光电芯片3与芯片载体2上的电引脚2-3的电气连接。壳体1具有贯通的安装孔，芯片载体2和光纤组件4固设在壳体1的安装孔中，且相对设置、对准耦合。 
如图4至图7所示，为使多路光电芯片3固定在芯片载体2上时能够准确定位，在芯片载体2的侧面A上形成有条状的芯片定位标识2-4，其延伸方向与芯片载体2的侧面B 2-2垂直，多路光电芯片3的一端与芯片定位标识2-4的一侧边缘平齐，定位多路光电芯片3的X方向，多路光电芯片3的上表面与芯片载体2的侧面B 2-2的边缘平齐，定位其Y方向。这样一来，定位标识2-4可以作为安装多路光电芯片3的位置定位，使其X、Y方向位置可以得到准确定位，则多路光电芯片3固定到芯片载体2上时就已具备精确的定位。同时，壳体1的安装孔内于芯片载体2和光纤组件4之间设有限位垫片1-1，将壳体1的安装孔分为两部分，其中一部分安装孔1-3用于安装芯片载体2，另一部分安装孔1-4用于安装光纤组件4，限位垫片1-1具有连通孔1-2，以连通两部分安装孔，便于芯片载体2上的多路光电芯片3与光纤组件4对准耦合，如图11和图3所示。连通孔1-2的高度小于安装孔1-3、1-4的高度，使得芯片载体2的侧面A 2-1以及光纤带固定件4-2的发光面4-2-1抵在限位垫片1-1上。光纤组件4与安装孔1-4之间为间隙配合，保证其能安装在安装孔1-4内且与安装孔1-4之间不易产生相对位移，则对光纤组件4的X、Y方向位置进行了定位，然后采用粘接剂固定。限位垫片1-1的设置采用在壳体1上设置竖向插槽，限位垫片1-1竖向插设在此插槽内。通过设置限位垫片1-1，对光纤组件4和多路光电芯片3的Z方向位置起到了限位作用。这样一来，多路光电芯片3和光纤组件4的X、Y、Z方向位置均可实现精确定位，使多路光电芯片3和光纤组件4可以实现无源耦合。 
具体的，如图12所示，固定芯片载体2时，以安装到壳体1中的光纤组件4的多路光纤带4-1的纤芯为位置识别标识，采用倒装贴片的方法，与芯片载体2上多路光电芯片3的光接口3-2进行对位，实现横向位置对准并最终采用粘接和焊接方式固定芯片载体2固定，实现了芯片载体2与光纤组件4的无源耦合，即不用对多路光电芯片3加电，不用设置光信号接收仪器接收光信号，只需通过多路光电芯片3的空间位置对正即可实现耦合，操作简单，可靠性高。当然，此安装结构也可兼容原有有源耦合的方式。通过限位垫片1-1的厚度选择，一般为0.1～0.5mm，实现对多路光电芯片3与光纤组件4之间间隙的调整和优化，以实现合适的光信号耦合效率。 
如图4、5、8所示，芯片载体2上的芯片定位标识2-4，可以为与芯片载体2一体成型并位于其侧面A 2-1上的条形凹槽，其个数为1个，顶端与芯片载体2的侧面B 2-2平齐，底端与和侧面B 2-2相对的芯片载体2的侧面C 2-5平齐。固定时，将多路光电芯片3的一端与芯片定位标识2-4一侧边缘贴合对齐，上表面与芯片定位标识2-4的芯片载体的侧面B 2-2平齐后固定，则实现了多路光电芯片的准确定位。芯片定位标识2-4靠近芯片载体2的一端，其与芯片载体2该端之间的距离L以2～3mm为宜。 
当然，芯片定位标识2-4还可以为形成在芯片载体2的侧面A 2-1上的条形凸起，与芯片载体2一体成型。其个数与电引脚2-3的个数相同，且一一对应设置，各芯片定位标识2-4的顶端与其对应的电引脚连通且一体成型，多路光电芯片3位于芯片定位标识2-4的下方。固定时，将多路光电芯片3的一端与靠近端部的其中一个芯片定位标识2-4对正，且长度方向与多个芯片定位标识2-4的排列方向平行后固定即可，实现多路光电芯片的准确定位，如图6、7、9所示。 
如图10所示，光纤带固定件4-2为硅质材料上设置V型槽或U型槽固定多路光纤带4-1，当然其也可以为其它材料，以保证多路光纤带4-1的结构尺寸稳定，包括各路光纤之间的间距等空间位置的固定。为提高光路耦合效率，光纤带固定件4-2的发光面4-2-1为斜面，以减小反射，其与限位垫片1-1之间所形成的倾斜角度α以6～10°为宜。 
同样是为了提高光路耦合效率，光纤带固定件4-2的发光面4-2-1上镀有增透膜，以减小反射光，提高透射光。 
本实施例还提出了一种可无源耦合的多路并行光组件封装方法，包括如下步骤，（1）将多路光电芯片3固设在芯片载体2上，多路光电芯片3的电气键合点3-1与芯片载体2的电引脚2-3键合；（2）将光纤组件4和固设有多路光电芯片3的芯片载体2固设在壳体1上，实现光纤组件4与多路光电芯片3对准耦合；（3）用密封胶灌封芯片载体2及光纤组件4与壳体1的安装缝隙，实现光组件的封装；本方法中所涉及各部件的具体结构参见本发明可无源耦合的多路并行光组件的实施例及附图1至12的描述，在此不再赘述。 
在步骤（1）中，将多路光电芯片3固设在芯片载体2上时，该多路光电芯片3的一端与芯片载体2上的芯片定位标识2-4的一侧边缘对齐，对多路光电芯片3定位；步骤（2）中，先将光纤组件4插入壳体1的安装孔中，使其光纤带固定件4-2的发光面4-2-1抵在限位垫片1-1上，固定光纤组件4；然后以其多路光纤带的光纤纤芯为位置识别标识，采用倒装贴片的方式，如图12中箭头所示，与多路光电芯片3的光接口3-2进行对位，实现横向位置对准耦合并最终固定芯片载体2，芯片载体2的侧面A 2-1抵在限位垫片1-1上，多路光电芯片3穿过限位垫片1-1的连通孔1-2。 
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。 

Claims (10)

1.一种可无源耦合的多路并行光组件，包括壳体、芯片载体、多路光电芯片、光纤组件，光纤组件包括与多路光电芯片对准耦合的多路光纤带和固定多路光纤带前端的光纤带固定件，多路光电芯片固设在芯片载体的侧面A上，芯片载体的与侧面A相邻的侧面B上设有多个电引脚，壳体具有贯通的安装孔，芯片载体和光纤组件相对设置并固设在壳体的安装孔中，其特征在于：所述侧面A上具有条状芯片定位标识，其延伸方向垂直于所述芯片载体的侧面B，所述多路光电芯片的一端与所述芯片定位标识的一侧边缘平齐，多路光电芯片的上表面与所述芯片载体的侧面B的边缘平齐；所述壳体的安装孔内于所述芯片载体和光纤组件之间设有限位垫片，所述限位垫片具有连通孔，所述连通孔的高度小于所述壳体的安装孔的高度，所述芯片载体的侧面A及所述光纤带固定件的发光面抵在所述限位垫片上。
2.根据权利要求1所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述芯片定位标识为形成在所述芯片载体的侧面A上的条形凹槽。
3.根据权利要求1所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述芯片定位标识为形成在所述芯片载体的侧面A上的条形凸起。
4.根据权利要求2或3所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述芯片定位标识的个数为1个，其顶端与所述芯片载体的侧面B平齐，底端与和所述侧面B相对的所述芯片载体的侧面C平齐。
5.根据权利要求4所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述芯片定位标识靠近所述芯片载体的一端，其与所述芯片载体该端之间的距离为2～3mm。
6.根据权利要求2或3所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述芯片定位标识的个数与所述电引脚的个数相同，且一一对应设置，各芯片定位标识的顶端与其对应的电引脚连通且一体成型，所述多路光电芯片位于所述芯片定位标识的下方。
7.根据权利要求1所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述光纤带固定件的发光面为斜面，其与所述限位垫片之间所形成的倾斜角度为6～10°。
8.根据权利要求7所述的可无源耦合的多路并行光组件，其特征在于：所述光纤带固定件的发光面上镀有增透膜。
9.一种基于权利要求1至8中任一项所述可无源耦合的多路并行光组件的多路并行光组件封装方法，包括如下步骤，（1）将多路光电芯片固设在芯片载体上，多路光电芯片的电气键合点与芯片载体的电引脚键合；（2）将光纤组件和固设有多路光电芯片的芯片载体固设在壳体上，实现光纤组件与多路光电芯片对准耦合；（3）用密封胶灌封芯片载体及光纤组件与壳体的安装缝隙，实现光组件的封装；其特征在于：步骤（1）中，将所述多路光电芯片固设在芯片载体上时，该多路光电芯片的一端与所述芯片定位标识的一侧边缘对齐，对所述多路光电芯片定位；步骤（2）中，先将所述光纤组件插入所述壳体的安装孔中，使其光纤带固定件的发光面抵在所述限位垫片上，固定所述光纤组件；然后以光纤组件的光纤纤芯为位置识别标识，采用倒装贴片的方式，与所述多路光电芯片的光接口进行对位，实现横向位置对准耦合并最终固定所述芯片载体。
10.根据权利要求9所述的多路并行光组件封装方法，其特征在于：所述限位垫片的厚度范围为0.1～0.5mm。
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