CN104216077A - 一种光电互联装置及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电互联装置及其装配方法，其装置包括：载片；光电器件阵列，固定在所述载片的表面上，所述载片上设置有所述光电器件阵列的光电器件连接线路；基板；光电器件芯片，固定在所述基板上，所述光电器件芯片通过电连接线与所述载片上的光电器件连接线路连接；以及第一热沉，和/或第二热沉，所述第一热沉固定在所述基板上，用于冷却所述光电器件芯片，所述第二热沉固定在所述基板上，用于冷却所述光电器件阵列。本发明所述的一种光电互联装置及其装配方法，该装置中设置了光电器件阵列和/或光电器件芯片的散热处理，提高了光电器件阵列和/或光电器件芯片的性能。

Description

一种光电互联装置及其装配方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种光电互联装置及其装配方法。

背景技术

随着电子装备集成度和工作频率的迅速提高，传统的电信号互联的寄生效应变得十分显著，在许多场合无法高效地传输信号，无法有效解决电磁干扰，这种传统的电互联方法已经开始成为限制电子产品快速发展的瓶颈。与电互联相比，光互联可以较好地弥补电互联的不足，具有卓越的潜在优势，在电路中引入光路的光电互联技术能有效的解决“电子瓶颈”效应。因此，光电互联技术成为电子行业新的技术发展趋势。

现有技术中提供了一种光电互联装置，图1为现有技术中光电互联装置的结构示意图。如图1所示，该光电模块装配结构包括载片1、光电器件阵列2、焊线3、光电器件芯片4，所述载片1的表面上设置有光纤定位通孔、焊料凸点以及金属布线；所述光电器件阵列2通过倒装焊技术与载片1上的焊料凸点焊接并固定在所述载片1的表面上，光电器件芯片4与载片1上的金属布线的一端通过焊线焊接实现与载片1的连接，并通过焊线3的塑性变形将载片1连同光电器件阵列2相对于光电器件芯片4直立起来并固定，光电器件芯片4装配在基板上，光纤通过光纤定位通孔实现与光电器件的耦合对准。

上述光电互联装置存在以下不足：光电互联装置中没有对光电器件阵列和/或光电器件芯片的散热处理，导致光电器件阵列和/或光电器件芯片在工作过程中性能不稳定，降低了光电器件阵列和/或光电器件芯片的性能。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的上述不足而完成的，本发明的目的在于提出一种光电互联装置及其装配方法，该光电互联装置设置了光电器件阵列和/或光电器件芯片的散热处理，保证了光电器件阵列和/或光电器件芯片在工作过程中的稳定性，提高了光电器件阵列和/或光电器件芯片的性能。为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施方式提供一种光电互联装置，包括：

载片；

光电器件阵列，固定在所述载片的表面上，所述载片上设置有所述光电器件阵列的光电器件连接线路；

基板；

光电器件芯片，固定在所述基板上，所述光电器件芯片通过电连接线与所述载片上的光电器件连接线路连接；以及

第一热沉，和/或第二热沉，所述第一热沉固定在所述基板上，用于冷却所述光电器件芯片，所述第二热沉固定在所述基板上，用于冷却所述光电器件阵列。

进一步的，所述光电器件芯片固定在所述第一热沉的表面上。

进一步的，所述光电器件芯片通过焊线与所述载片上的光电器件连接线路连接，且通过所述焊线的塑性变形使所述载片连同光电器件阵列相对于所述光电器件芯片直立起来并固定。

进一步的，所述第二热沉设置有U型凹槽，所述U型凹槽的长度大于光电器件芯片的长度，所述第二热沉两端扣架并固定在所述基板上，所述光电器件阵列的表面贴合并固定在所述第二热沉的侧面上。

进一步的，所述光电器件芯片固定在所述第一热沉的表面上通过导热胶固定，所述光电器件阵列的表面贴合并固定在所述第二热沉的侧面上通过导热胶固定。

进一步的，所述U型凹槽的凹槽深度取值范围为200um～400um。

进一步的，所述U型凹槽的中部设置有凸起结构。

进一步的，所述第一热沉和第二热沉材质为铜、铝或其合金。

进一步的，所述光电器件阵列包括至少一个固定在所述载片表面上的光电器件，所述光电器件为激光器和/或光电探测器。

进一步的，所述光电器件芯片为激光器驱动芯片或光电探测器信号放大芯片。

本发明实施方式还提供一种光电互联装置的装配方法，包括以下步骤：

提供一第一热沉；

将光电器件芯片固定在所述第一热沉的表面上，以及

将固定连为一体的光电器件阵列与载片设置在所述第一热沉的表面上；

将所述第一热沉固定在所述基板上；

将所述光电器件芯片固定在所述基板上，以及

将所述光电器件芯片通过电连接线与所述载片上的光电器件连接线路连接；

将固定连接为一体的所述光电器件阵列与所述载片相对于所述光电器件芯片直立起来并固定。

进一步的，还包括以下步骤：将第二热沉两端扣架并固定在所述基板上，所述第二热沉设置有U型凹槽，所述U型凹槽的长度大于所述光电器件芯片的长度，所述光电器件阵列的表面贴合并固定在所述第二热沉的侧面上。

进一步的，所述光电器件芯片通过焊线与所述载片上的光电器件连接线路连接，且通过所述焊线的塑性变形使所述载片连同光电器件阵列相对于所述光电器件芯片直立起来并固定。

进一步的，所述光电器件芯片通过焊线固定连接在所述基板上。

本发明提供的一种光电互联装置及其装配方法，该光电互联装置设置了光电器件阵列和/或光电器件芯片的散热处理，在基板上固定设置了用于冷却光电器件芯片的第一热沉和/或用于冷却光电器件阵列的第二热沉，解决了光电器件阵列和/或光电器件芯片在工作过程中过热导致的波长不稳定、发射功率产生变化、光电信号质量变差、电学性能降低等问题，保证了光电器件阵列和/或光电器件芯片在工作过程中的稳定性，提高了光电器件阵列和/或光电器件芯片的性能。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是现有技术中光电互联装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的光电互联装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的第一热沉的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的第二热沉的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的第二热沉的结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的光电互联装置装配方法的流程图；

图7是本发明实施例三提供的装配示意图一；

图8是本发明实施例三提供的装配示意图二；

图9是本发明实施例三提供的装配示意图三；

图10是本发明实施例三提供的装配示意图四；

图11是本发明实施例三提供的装配示意图五；

图12是本发明实施例四提供的光电互联装置装配方法的流程图；

图13是本发明实施例四提供的装配示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

实施例一：

图2给出了实施例一提供的光电互联装置的结构示意图。

如图2所示，本实施例一提供的光电互联装置包括：

载片1；

光电器件阵列2，固定在载片1的表面上，载片1上设置有光电器件阵列2的光电器件连接线路；

基板7；

光电器件芯片4，固定在基板7上，光电器件芯片4通过电连接线3与载片1上的光电器件连接线路连接；以及

第一热沉5，和/或第二热沉6，第一热沉5固定在基板7上，用于冷却光电器件芯片4，第二热沉6固定在基板7上，用于冷却光电器件阵列2。

本实施例中的载片1可以采用陶瓷片或高平整度半导体晶片。载片1的表面上设置有光电器件连接线路，光电器件连接线路包括焊料凸点和金属布线，焊料凸点用于将光电器件阵列2采用倒装焊技术焊接并固定在载片1的表面上，载片1上金属布线的一端与光电器件芯片4通过电连接线连接。优选地，电连接线为焊线3。

光电器件阵列2包括至少一个固定在载片1表面上的光电器件，光电器件为激光器和/或光电探测器，其中激光器优选为垂直腔面激光器，光电探测器优选为PIN光电探测器。光电器件阵列2固定在载片1的表面上。

光电器件芯片4，固定设置在基板7上，光电器件芯片4表面四周上设置有四排焊盘阵列。其中，光电器件芯片4的表面靠近载片1的一侧上的焊盘阵列与载片1表面上的金属布线的一端，通过焊线3采用焊线键合工艺实现连接，并通过焊线3的塑性变形使载片1连同光电器件阵列2相对于光电器件芯片4直立起来；光电器件芯片4表面另外三侧上的焊盘阵列通过焊线3与基板7进行焊接，将光电器件芯片4与基板7连接并固定。光电器件芯片4为激光器驱动芯片或光电探测器信号放大芯片。

基板7，基板7设置有一缺口70，缺口70可以为U型缺口。可以将第一热沉5设置并固定在缺口70内的基板7上，也可以将第一热沉5固定在缺口下基板7的表面上。

第一热沉5，固定在基板7上，用于冷却光电器件芯片4。如图3所示，第一热沉5的形状可以为长方体，优选地，第一热沉5的材质为铜、铝或其合金，铜、铝或其合金具有良好的导热性，散热效果好，能够很好的实现光电器件芯片4的冷却和散热，也可以为其它具有冷却和散热作用的材质。光电器件芯片4可以通过导热胶固定在第一热沉5的表面上，导热胶具有较好的抗冷热交变性能、耐老化性能和电绝缘性能，并具有良好的粘接性，使用导热胶固定一方面能够将光电器件芯片4较好的固定在第一热沉5的表面上，另一方面能够使得第一热沉5更好的对光电器件芯片4进行冷却和散热。

第二热沉6，固定在基板7上，用于冷却光电器件阵列2。优选地，第二热沉6的材质为铜、铝或其合金，能够很好的实现光电器件阵列2的冷却和散热，也可以为其它具有冷却和散热作用的材质。如图4所示，第二热沉6开设有一U型凹槽61，U型凹槽61的长度大于光电器件芯片4的长度，U型凹槽61的深度取值范围为200um～400um。开设U型凹槽61的原因是防止第二热沉6与光电器件芯片4或焊线3接触，而损毁光电器件芯片4或焊线3。U型凹槽61的深度可以根据第二热沉6与光电器件芯片4以及光电器件阵列2的纵向距离来确定，既要保证第二热沉6不与光电器件芯片4和焊线3接触，又要保证光电器件阵列2的表面能够贴合并固定在第二热沉6的侧面，另外，光电器件阵列2与第二热沉6贴合的面积越大第二热沉6对光电器件阵列2的冷却和散热效果就越好。光电器件阵列2可以通过导热胶固定在第二热沉6上，使用导热胶固定一方面能够将光电器件阵列2较好的固定在第二热沉6的侧面上，另一方面能够使得第二热沉6更好的对光电器件阵列2进行冷却和散热。第二热沉6的两端扣架并固定在基板7上，固定方法为焊接在基板7表面上或螺丝固定于基板7表面上或穿过基板7固定于基板7底部。第二热沉6对光电器件阵列2还具有支撑的作用。

本发明实施例一提供的光电互联装置，在光电互联装置中设置了散热处理结构即第一热沉5和/或第二热沉6，第一热沉5固定在光电器件芯片4的下方，用于冷却和散除光电器件芯片4的热量。第二热沉6两端扣架并固定在基板7上，光电器件阵列2的表面贴合并固定在第二热沉6的侧面，第二热沉6用于冷却和散除光电器件阵列2的热量，解决了光电器件阵列2在工作过程中过热而导致波长不稳定、发射功率产生变化，以及光电器件芯片4在工作过程中过热导致光电信号质量变差、电学性能降低的问题。第一热沉5和/或第二热6沉保证了光电器件阵列2和/或光电器件芯片4在工作过程中的稳定性，提高了光电器件阵列2和/或光电器件芯片4以及整个光电互联装置的性能，延长了整个光电互联装置的寿命。

实施例二：

本实施例与实施例一给出的光电互联装置结构基本相同，不同的是该装置的第二热沉62的U型凹槽61中部具有一凸起结构63，如图5所示，第二热沉62的U型凹槽61中部设置有一凸起结构63，凸起结构63的形状和尺寸可以根据实际装配的需要来确定，设置凸起结构63的原因是：一方面，使得体型较小的光电器件阵列2的表面能够贴合并固定在第二热沉62的侧面上，从而使第二热沉62可以冷却和散除光电器件阵列2的热量，另一方面，通过形成U型凹槽61内的局部凸起而非整体凸起来满足光电器件阵列2的表面贴合并固定在第二热沉62的侧面上，节省了第二热沉62的材料，降低了成本。

实施例三：

图6是本发明实施例三提供的光电互联装置装配方法的流程图，如图6所示，本实施例提供的一种光电互联装置装配方法，包括以下步骤：

步骤S101：提供一第一热沉5；

第一热沉5用于冷却和散除光电器件芯片4的热量，优选的，第一热沉5的材质为铜或铝。

步骤S102：将光电器件芯片4固定在第一热沉5的表面上，以及将固定连为一体的光电器件阵列2与载片1设置在第一热沉5的表面上；

具体的，如图7所示，参考图7，将光电器件芯片4固定在第一热沉5的表面上，光电器件阵列2与载片1通过倒装焊技术焊接并固定在一起，形成为一体结构，将一体结构也临时固定在第一热沉6的表面上，临时固定的原因在于后续要将一体结构相对于光电器件芯片4直立起来，另一方面临时固定为了防止一体结构的移动。临时固定方法可以为夹具压持、手持固定或临时粘贴。

步骤S103：将第一热沉5固定设置在基板7上；

具体的，如图8所示，参考图8，将步骤S102形成的结构放置在基板7上，基板7上设置有缺口，优选的，将步骤S102形成的结构放置在基板7的缺口70内。

步骤S104：将光电器件芯片4固定设置在基板7上，以及将光电器件芯片4通过电连接线与载片1上的光电器件连接线路连接；

具体的，如图9所示，参考图9，光电器件芯片4的表面四周具有四排焊盘阵列，电连接线优选为焊线3，焊线3用于光电器件芯片4与载片1和基板7的连接和固定。其中光电器件芯片4表面上靠近载片1的一侧的焊盘阵列，与载片1上的光电器件连接线路中的金属布线的一端通过焊线3焊接，将光电器件芯片4与载片1连接并固定；光电器件芯片4表面的另外三侧的焊盘阵列通过焊线3与基板7进行焊接，将光电器件芯片4与基板7连接并固定。焊线3采用的焊接方法为金丝焊线工艺。

步骤S105：将固定连接为一体的光电器件阵列2与所述载片1相对于光电器件芯片4直立起来并固定。具体的，如图10所示，参考图10，载片1连同光电器件阵列2形成的一体结构相对于光电器件芯片4直立起来并固定，所采用的方法是通过焊线3的塑性变形来支撑整个载片1和光电器件阵列2。

将光纤8与光电器件阵列2耦合对准并固定，如图11所示，光纤8通过插入载片1上的光纤定位通孔实现与光电器件阵列2的光学耦合对准。

本发明实施例三提供的光电互联装置装配方法，将光电器件芯片4固定在第一热沉5的表面上；将通过倒装焊技术焊接并固定为一体结构的光电器件阵列2与载片1临时固定在第一热沉5的表面上，其中光电器件阵列2位于载片1的表面上，载片1位于第一热沉5的表面上；将表面设置有光电器件芯片4和载片1以及光电器件阵列2的第一热沉5放置于基板7上；通过焊线3分别连接并固定光电器件芯片4与载片1、光电器件芯片5与基板7；通过焊线3的塑性变形将载片1连同光电器件阵列2相对于光电器件芯片4直立起来并固定。将第一热沉5固定在基板7上，用于冷却和散除光电器件芯片4的热量，解决了光电器件芯片4在工作过程中过热导致的光电信号质量变差、电学性能降低的问题，保证了光电器件芯片4在工作过程中的稳定性，提高了光电器件芯片4的性能，延长了光电器件芯片4的寿命。

实施例四：

图12是本发明实施例四提供的光电互联装置装配方法的流程图，如图12所示，本实施例提供的一种光电互联装置的装配方法，包括以下步骤：

步骤S201：提供一第一热沉5；

步骤S202：将光电器件芯片4固定在第一热沉5的表面上，以及

将固定连接为一体的光电器件阵列2与载片1设置在第一热沉5的表面上；

步骤S203：将第一热沉5固定设置在基板7上；

步骤S204：将光电器件芯片4固定设置在基板7上，以及将光电器件芯片4通过电连接线与载片1上的光电器件连接线路连接；

步骤S205：将第二热沉6两端扣架并固定在基板7上；

步骤S206：将固定连接为一体的光电器件阵列2与载片1相对于光电器件芯片4直立起来并固定。

与实施例三不同，本实施例的光电互联装置方法还包括步骤S205：将第二热沉6两端扣架并固定在基板上；第二热沉6用于冷却和散除光电器件阵列2的热量。第二热沉6通过导热胶固定在基板7上。光电器件阵列2的表面贴合并固定在第二热沉6的侧面上。

通过上述步骤最终形成如图2所示的光电互联装置。

将光纤8与光电器件阵列2耦合对准并固定，如图13所示，光纤8通过插入载片1上的光纤定位通孔实现与光电器件阵列2的光学耦合对准。

本发明实施例四提供的光电互联装置装配方法在实施例三的基础上将第二热沉6固定在基板7上，用于冷却和散除光电器件阵列2的热量，解决了光电器件阵列2在工作过程中过热而导致波长不稳定、发射功率产生变化，以及光电器件芯片4在工作过程中过热导致光电信号质量变差、电学性能降低的问题，第一热沉5和第二热6沉保证了光电器件阵列2和光电器件芯片4在工作过程中的稳定性，提高了光电器件阵列2和光电器件芯片4以及整个光电互联装置的性能，延长了整个光电互联装置的寿命。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由权利要求的范围决定。

Claims (14)

1.一种光电互联装置，其特征在于，包括：

载片；

光电器件阵列，固定在所述载片的表面上，所述载片上设置有所述光电器件阵列的光电器件连接线路；

基板；

光电器件芯片，固定在所述基板上，所述光电器件芯片通过电连接线与所述载片上的光电器件连接线路连接；以及

第一热沉，和/或第二热沉，所述第一热沉固定在所述基板上，用于冷却所述光电器件芯片，所述第二热沉固定在所述基板上，用于冷却所述光电器件阵列。

2.根据权利要求1所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件芯片固定在所述第一热沉的表面上。

3.根据权利要求2所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件芯片通过焊线与所述载片上的光电器件连接线路连接，且通过所述焊线的塑性变形使所述载片连同光电器件阵列相对于所述光电器件芯片直立起来并固定。

4.根据权利要求3所述的光电互联装置，其特征在于，所述第二热沉设置有U型凹槽，所述U型凹槽的长度大于光电器件芯片的长度，所述第二热沉两端扣架并固定在所述基板上，所述光电器件阵列的表面贴合并固定在所述第二热沉的侧面上。

5.根据权利要求4所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件芯片固定在所述第一热沉的表面上通过导热胶固定，所述光电器件阵列的表面贴合并固定在所述第二热沉的侧面上通过导热胶固定。

6.根据权利要求4所述的光电互联装置，其特征在于，所述U型凹槽的凹槽深度取值范围为200um～400um。

7.根据权利要求4所述的光电互联装置，其特征在于，所述U型凹槽的中部设置有凸起结构。

8.根据权利要求1-7任一所述的光电互联装置，其特征在于，所述第一热沉和第二热沉材质为铜、铝或其合金。

9.根据权利要求1-7任一所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件阵列包括至少一个固定在所述载片表面上的光电器件，所述光电器件为激光器和/或光电探测器。

10.根据权利要求1-7任一所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件芯片为激光器驱动芯片或光电探测器信号放大芯片。

11.一种光电互联装置装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一第一热沉；

将光电器件芯片固定在所述第一热沉的表面上，以及将固定连为一体的光电器件阵列与载片设置在所述第一热沉的表面上；

将所述第一热沉固定在基板上；

将所述光电器件芯片固定在所述基板上，以及将所述光电器件芯片通过电连接线与所述载片上的光电器件连接线路连接；

将固定连接为一体的所述光电器件阵列与所述载片相对于所述光电器件芯片直立起来并固定。

12.根据权利要求11所述的光电互联装置装配方法，其特征在于，还包括以下步骤：将第二热沉两端扣架并固定在所述基板上，所述第二热沉设置有U型凹槽，所述U型凹槽的长度大于所述光电器件芯片的长度，所述光电器件阵列的表面贴合并固定在所述第二热沉的侧面上。

13.根据权利要求11所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件芯片通过焊线与所述载片上的光电器件连接线路连接，且通过所述焊线的塑性变形使所述载片连同光电器件阵列相对于所述光电器件芯片直立起来并固定。

14.根据权利要求11所述的光电互联装置，其特征在于，所述光电器件芯片通过焊线固定连接在所述基板上。