CN105259622B - 光模块的装配方法及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光模块的装配方法及光模块，其中，装配方法包括：在透镜组件的侧面形成第一金属层；在电路板的表面上形成第二金属层，所述第二金属层用于与第一金属层接触；采用喷锡技术在所述第一金属层和第二金属层之间形成锡颗粒，以将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接。本发明提供的光模块的装配方法及光模块能够提高光模块的装配精度。

Description

光模块的装配方法及光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信器件结构技术，尤其涉及一种光模块的装配方法及光模块。

背景技术

光模块是光纤通信中非常重要的光信号接口器件，图1为现有技术中的一种光模块的结构示意图，图2为现有技术中的另一种光模块的结构示意图。如图1和图2所示，光模块主要包括电路板1、设置于电路板上的光接收器件/光发送器件、以及罩设在光接收器件/光发送器件上的透镜组件3，透镜组件3与光纤4连接，使得光发送器件发出的光线经透镜组件3反射后射入光纤4中，或从光纤4射出的光线经透镜组件3反射后被光接收器件接收。其中，图1示出的是光发送器件，具体为激光器2，图2示出的是光接收器件，具体为探测器8。

光模块通常包括单模结构和多模结构两种形式，对于单模结构的光模块，由于其光纤孔径较细，通常仅有9μm，因此对光线传播路径的精度要求较为严格。应用在光模块上最常用的一种封装方式是直接将激光器、探测器安装在电路板上，然后将透镜组件罩设在激光器和探测器的上方，并通过胶水将透镜组件固定在电路板上。由于胶水的初始状态为液体，涂覆在透镜组件与电路板之间，胶水表面的张力会对透镜组件施加一定的作用力，使得在胶水凝固之后透镜组件的实际安装位置与预设的安装位置之间会存在一定的偏移量，在5μm左右。对于单模机构的光模块而言，这个偏移量会导致光线实际的传播路径严重偏离设定路径，以致于光线不能射入光纤中，降低了光模块的精度。

发明内容

本发明提供一种光模块的装配方法及光模块，用于提高光模块的装配精度。

本发明实施例提供一种光模块的装配方法，包括：

在透镜组件的侧面形成第一金属层；

在电路板的表面上形成第二金属层，所述第二金属层用于与第一金属层接触；

采用喷锡技术在所述第一金属层和第二金属层之间形成锡颗粒，以将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接。

本发明又一实施例提供一种光模块，包括：电路板和透镜组件，所述透镜组件的底面与电路板接触；所述透镜组件的侧面设有第一金属层，所述电路板的表面上设有第二金属层，所述第一金属层的下边缘与第二金属层接触，所述第一金属层和第二金属层之间设有用于将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接在一起的锡颗粒。

本发明实施例提供的技术方案，通过在透镜组件的侧面形成第一金属层，在电路板上形成用于与第一金属层接触的第二金属层，然后采用喷锡技术在第一金属层和第二金属层之间喷射温度较高的锡颗粒，将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接在一起，实现了透镜组件和电路板的固定连接。由于喷锡技术喷射出的锡颗粒的直径较小，锡颗粒在喷射的过程中所具备的动量非常小，因此对透镜组件的冲击力也非常小，使得透镜组件不会发生大幅度的位移，也就提高了透镜组件的装配精度，进而提高了光模块整体的装配精度。

而且，即使透镜组件向一侧发生了大幅度位移，后续可以通过喷锡技术再次调整透镜组件的位置使其回到设定的位置处，相当于对第一次形成的次品进行补救，也提高了整体的成品率，减少原材料的浪费。

附图说明

图1为现有技术中的一种光模块的结构示意图；

图2为现有技术中的另一种光模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光模块装配方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的光模块中透镜组件侧面形成有第一金属层的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光模块中电路板的表面形成有第二金属层的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光模块中透镜组件与电路板耦合后的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光模块中透镜组件与电路板耦合后的立体图；

图8为本发明实施例提供的光模块装配方法中，向第一金属层和第二金属层之间喷锡的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的光模块中第一金属层和第二金属层之间通过锡颗粒连接的结构示意图。

附图标记：

1-电路板； 2-激光器； 3-透镜组件；

4-光纤； 11-第二金属层； 31-第一金属层；

32-空腔区； 33-光学区； 34-光学器件；

35-光纤连接区； 5-激光光束； 6-喷锡枪；

7-锡颗粒； 8-探测器。

具体实施方式

实施例一

鉴于现有技术中，采用胶水粘接透镜组件和电路板的方式会影响透镜组件的安装精度，本实施例提供一种光模块的装配方法，能够减小透镜组件在安装过程中产生的位移，进而提高安装精度。

图3为本发明实施例提供的光模块装配方法的流程图。如图3所示，本实施例提供的光模块装配方法包括：

步骤101、在透镜组件的侧面形成第一金属层。

图4为本发明实施例提供的光模块中透镜组件侧面形成有第一金属层的结构示意图。如图4所示，透镜组件3的底面为朝向电路板1的表面，透镜组件3的侧面为与底面相邻的表面。可采用现有技术中常见的金属镀层工艺，在透镜组件3的侧面镀上一层金属，形成第一金属层31。本实施例以金Au为例，在透镜组件3的侧面镀上一层金，形成金层。

具体的，可在透镜组件3的侧面全部镀满第一金属层31，也可以只在侧面的下部镀第一金属层31，第一金属层31的覆盖面积大小可根据实际情况来确定，能达到与电路板1牢固连接的目的即可。

步骤102、在电路板的表面上形成第二金属层。

图5为本发明实施例提供的光模块中电路板的表面形成有第二金属层的结构示意图。如图5所示，电路板1的表面上形成第二金属层11，本实施例中，以铜Cu为例，在电路板1的表面上形成铜层。将透镜组件3对应耦合放置在电路板1的表面上，第一金属层31能够与第二金属层11接触。

电路板1上可设置光线接收器件/光线发送器件，其中，光线接收器件与透镜组件3的位置对应，以使透镜组件3能够对待进入光线接收器件的光线的传播方向进行调整之后，再进入光线接收器件中。光线发送器件也与透镜组件3的位置对应，以使透镜组件3能够将光线发送器件发出的光线的传播方向进行调整之后射出。上述光线接收器件具体可以为探测器8(如图2所示)，光线发送器件可以为激光器2(如图1所示)，探测器8或激光器2通过焊接的方式固定在电路板1的对应焊盘上。

具体的，如图1和图2所示，透镜组件3包括空腔区32和光学区33，其中，光学区33中设置有能够反射光线的光学器件34。空腔区32为在透镜组件3的底面上开设的凹槽，在透镜组件3与电路板1耦合固定后，空腔区32与电路板1之间形成空腔，光线接收器件/光线发送器件位于该空腔中。另外，透镜组件3还设置有光纤连接区35，光纤4插入光纤连接区35内，且与光学器件34位置对应。光线发送器件发出的光线通过上述空腔区32进入光学区33，经光学器件34反射之后，射入光纤4中。从光纤4射出的光线经过光学器件34反射之后，从光学区33经过空腔区32，被光线接收器件接收。

在设计电路板1的过程中，可以设定好第二金属层11的区域，然后在制作电路板1的过程中，直接形成第二金属层11。

上述步骤101和步骤102没有先后顺序，是分别独立完成的，即：可以先执行步骤101，再执行步骤102；也可以先执行步骤102，再执行步骤101；或者两个步骤可以同时执行。在步骤101和步骤102完成之后，将透镜组件3放置在电路板1表面上，使第一金属层31和第二金属层11接触，并且将透镜组件3与激光器2/探测器8耦合对准之后，再执行如下步骤103。

图6为本发明实施例提供的光模块中透镜组件与电路板耦合后的结构示意图，图7为本发明实施例提供的光模块中透镜组件与电路板耦合后的立体图，图6和图7展示的是透镜组件3与电路板1耦合后的结构。

步骤103、采用喷锡技术在第一金属层和第二金属层之间形成锡颗粒，以将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接。

图8为本发明实施例提供的光模块装配方法中，向第一金属层和第二金属层之间喷锡的结构示意图，图9为本发明实施例提供的光模块中第一金属层和第二金属层之间通过锡颗粒连接的结构示意图。如图8和图9所示，具体可采用现有技术中常用的喷锡技术，如采用激光发射设备发射激光光束5，对喷锡枪6中的金属锡进行加热。喷锡枪6的枪口对准第一金属层31和第二金属层11之间的间隙，从枪口中喷出直径较小且温度较高的锡颗粒7，锡颗粒7进入第一金属层31和第二金属层11之间的间隙中，将两侧的第一金属层31和第二金属层11瞬间热熔并固定连接在一起，实现了透镜组件3与电路板1的固定连接。

本实施例提供的技术方案，通过在透镜组件的侧面形成第一金属层，在电路板上形成第二金属层，将透镜组件放置在电路板上以使第二金属层与第一金属层接触，然后采用喷锡技术在第一金属层和第二金属层之间喷射温度较高的锡颗粒，将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接在一起，实现了透镜组件和电路板的固定连接。由于喷锡技术喷射出的锡颗粒的直径较小，锡颗粒在喷射的过程中所具备的动量非常小，因此对透镜组件的冲击力也非常小，使得透镜组件不会发生大幅度的位移，也就提高了透镜组件的装配精度，进而提高了光模块整体的装配精度。

而且，即使透镜组件向一侧发生了大幅度位移，后续可以通过喷锡技术再次调整透镜组件的位置使其回到设定的位置处，相当于对第一次形成的次品进行补救，也提高了整体的成品率，减少原材料的浪费。

对于上述技术方案，锡颗粒7的直径越小，其喷射进入第一金属层31和第二金属层11之间的动量越小，对透镜组件3施加的作用力也越小，则透镜组件3发生的位移也越小，确保了透镜组件3的安装精度。本实施例中，所选用的喷锡技术能够使锡颗粒7的直径可以小于或等于20μm。在实际应用中，由于工艺的不同，锡颗粒7的直径可以为15μm、10μm、8μm或5μm左右。目前的工艺能得到直径为5μm的锡颗粒7，对透镜组件3的冲击力非常小，不会改变透镜组件3的安装位置。当然，如果技术人员能够得到更小直径的锡颗粒7，则能更进一步减小对透镜组件3施加的作用力，进一步提高安装精度。

上述第一金属层31的厚度需大于锡颗粒7的直径，在本实施例所采用的锡颗粒7的直径为5μm的情况下，则第一金属层31的厚度需大于5μm，以确保锡颗粒7能够与第一金属层31牢固连接。第一金属层31的厚度也可以适当增加，以提高与锡颗粒7的连接强度。

第二金属层11的厚度也可以尽量薄一些，例如在50μm左右，就能够满足喷锡过程的需要以及安装强度。

采用上述技术方案，能够确保透镜组件3的实际位移相对于设定位置的偏移量小于±15μm，这个偏移量对于单模结构的光模块而言，完全能够保证其精度。

在上述实施例的基础上，还可以在透镜组件3的底面也形成第一金属层31，进一步增大与第二金属层11的接触面积，提高连接强度。

本发明另一个实施例提供一种实现方式：

在上述步骤103执行完之后，还可以在第一金属层31和第二金属层11的连接处涂覆密封胶，相当于在透镜组件3与电路板1接触位置的外围涂覆密封胶。虽然第二金属层11和第一金属层31之间通过锡颗粒7固定在一起，但第二金属层11和第一金属层31之间仍然存在间隙，通过在第二金属层11和第一金属层31之间的连接处涂覆密封胶，将二者之间的间隙均密封起来，防止外部的水汽、空气或杂质等进入透镜组件3与电路板1之间而影响内部元件的工作性能。

并且，由于透镜组件3与电路板1已经通过喷锡技术固定连接好了，再涂覆密封胶，也不会使透镜组件3的位置发生偏移。

本发明另一实施例提供一种第二金属层11形成的具体实现方式：

在电路板1的表面上待固定透镜组件3的位置处形成第二金属层11，将第二金属层11的外边界围设的面积设置为大于透镜组件3底面的面积，以使第二金属层11与第一金属层31之间具有较大的接触面积，以进一步提高连接强度。

本实施例中，透镜组件3底面的形状为矩形，因此，为了适应透镜组件3的形状，第二金属层11的外边界也为矩形，具体为如图5所示的环状结构。第二金属层11围设的区域内可设置光线接收器件/光线发送器件。

进一步的一种实现方式：透镜组件3上还可以设置有通孔(图中未示出)，该通孔将空腔区32与透镜组件3的外部连通。在执行上述步骤103的过程中，由于喷锡过程中进入第二金属层11与第一金属层31之间的锡颗粒7温度较高，会使透镜组件3与电路板1之间的空腔内的空气膨胀，导致空腔内气压升高，容易致使透镜组件3发生变形进而从电路板1的表面脱落或相对于电路板1的表面产生相对位移。而本实施例在透镜组件3上开设能够将空腔区32与透镜组件3的外部连通的通孔，则空腔内膨胀的空气可以通过通孔排出透镜组件3之外，以避免空腔内的压力升高，进而避免透镜组件3从电路板1的表面脱落或与电路板1之间产生相对位移。上述通孔可以设置在透镜组件3的任意位置处，能够达到连通空腔区与透镜组件3的外部的效果即可，通孔的孔径也可以根据透镜组件3的具体体积来设定。

实施例二

本实施例提供一种光模块的实现方式，可采用上述实施例一所提供的光模块的装配方法得到，具体的，该光模块包括：电路板1和透镜组件3，其中，透镜组件3的底面与电路板1接触。透镜组件3的侧面设有第一金属层31，电路板1的表面上设有第二金属层11，待透镜组件3放置在电路板1的表面上，第二金属层11与第一金属层31接触。第一金属层31和第二金属层11之间设有用于将第一金属层31和第二金属层11热熔并固定连接在一起的锡颗粒7。

具体的，透镜组件3的底面为朝向电路板1的表面，侧面为与底面相邻的表面。可采用现有技术中常见的金属镀层工艺，在透镜组件3的侧面镀上一层金属，形成第一金属层31。本实施例以金Au为例，在透镜组件3的侧面镀上一层金，形成金层。

第一金属层31可布满透镜组件3的整个侧面，也可以只设置在侧面的下部，第一金属层31的覆盖面积大小可根据实际情况来确定，能达到与电路板1牢固连接的目的即可。

电路板1的表面上形成的第二金属层11，本实施例中，以铜Cu为例，在电路板1的表面上形成铜层。

本实施例提供的技术方案，采用上述实施例所提供的装配方法，通过在透镜组件的侧面形成第一金属层，在电路板上形成第二金属层，然后采用喷锡技术在第一金属层和第二金属层之间喷射温度较高的锡颗粒，将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接在一起，实现了透镜组件和电路板的固定连接。由于喷锡技术喷射出的锡颗粒的直径较小，锡颗粒在喷射的过程中所具备的动量非常小，因此对透镜组件的冲击力也非常小，使得透镜组件不会发生大幅度的位移，也就提高了透镜组件的装配精度，进而提高了光模块整体的装配精度。

而且，即使透镜组件向一侧发生了大幅度位移，后续可以通过喷锡技术再次调整透镜组件的位置使其回到设定的位置处，相当于对第一次形成的次品进行补救，也提高了整体的成品率，减少原材料的浪费。

在上述技术方案的基础上，电路板1上可以设置有光线发送器件/光线接收器件，透镜组件3罩设在光线发送器件/光线接收器件上，用于调整光线发送器件发出光线的传播方向或调整待进入光线接收器件的光线的传播方向。

首先，以光线发送器件为例，光线发送器件具体可以为激光器2(如图1所示)，激光器2发出的光线进入透镜组件3，并被透镜组件3中的光学器件34反射之后，射入光纤4中。采用上述实施例所提供的光模块，在与电路板1固定连接的过程中，由于透镜组件3相对于电路板1产生的位移量较小，因此透镜组件3能够固定在预设的位置上，即：透镜组件3能够精确接收激光器2发出的光线，产生反射之后再精确地射入光纤4中。

其次，以光线接收器件为例，光线接收器件具体可以为探测器8(如图2所示)，从光纤4发出的光线进入透镜组件3，并被透镜组件3中的光学器件34反射之后，射入探测器8。采用上述实施例所提供的光模块，在与电路板1固定连接的过程中，由于透镜组件3相对于电路板1产生的位移量较小，因此透镜组件3能够固定在预设的位置上，即：透镜组件3能够精确接收光纤4发出的光线，产生反射之后再精确地射入探测器8。

本发明另一实施例对第二金属层11的设置方式进行详细的说明：第二金属层11设置在电路板1的表面上待固定透镜组件3的位置处，且第二金属层11的外边界围设的面积设置为大于透镜组件3底面的面积，以使第二金属层11与第一金属层31之间具有较大的接触面积，以进一步提高连接强度。

本实施例中，透镜组件3底面的形状为矩形，因此，为了适应透镜组件3的形状，第二金属层11的外边界也为矩形，具体为如图5所示的环状结构。第二金属层11围设的区域内可设置光线接收器件/光线发送器件。

对于上述第一金属层31和第二金属层11之间的锡颗粒7，锡颗粒7的直径越小，其喷射进入第一金属层31和第二金属层11之间的动量越小，对透镜组件3施加的作用力也越小，则透镜组件3发生的位移也越小，确保了透镜组件3的安装精度。

本实施例中，所采用的锡颗粒7的直径可以小于或等于20μm，在实际应用中，由于工艺的不同，锡颗粒7的直径可以为15μm、10μm、8μm或5μm左右。目前的工艺能得到直径为5μm的锡颗粒7，对透镜组件3的冲击力非常小，不会改变透镜组件3的安装位置。当然，如果技术人员能够得到更小直径的锡颗粒7，则能更进一步减小对透镜组件3施加的作用力，进一步提高安装精度。

另外，在锡颗粒7的直径为5μm的前提下，上述第一金属层31的厚度大于锡颗粒7的直径，即大于5μm，以确保锡颗粒7能够与第一金属层31牢固连接。第一金属层31的厚度也可以适当增加，以提高与锡颗粒7的连接强度。

采用上述技术方案，能够确保透镜组件3的实际位移相对于设定位置的偏移量小于±15μm，这个偏移量对于单模结构的光模块而言，完全能够保证其精度。

在上述实施例的基础上，还可以在透镜组件3的底面也形成第一金属层31，进一步增大与第二金属层11的接触面积，提高连接强度。

虽然第二金属层11和第一金属层31之间通过锡颗粒7固定在一起，但第二金属层11和第一金属层31之间仍然存在间隙，通过在第二金属层11和第一金属层31之间的连接处涂覆密封胶，将二者之间的间隙均密封起来，防止外部的水汽、空气或杂质等进入透镜组件3与电路板1之间而影响内部元件的工作性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光模块的装配方法，其特征在于，包括：

在透镜组件的侧面形成第一金属层；

在电路板的表面上形成第二金属层，所述第二金属层用于与第一金属层接触；

采用喷锡技术在所述第一金属层和第二金属层之间形成锡颗粒，以将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接。

2.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述锡颗粒的直径小于或等于20μm。

3.根据权利要求1或2所述的装配方法，其特征在于，在透镜组件的侧面形成第一金属层之后，还包括：

在透镜组件的底面形成第一金属层。

4.一种光模块，其特征在于，包括：电路板和透镜组件，所述透镜组件的底面与电路板接触；所述透镜组件的侧面设有第一金属层，所述电路板的表面上设有第二金属层，所述第一金属层的下边缘与第二金属层接触，所述第一金属层和第二金属层之间设有用于将第一金属层和第二金属层热熔并固定连接在一起的锡颗粒。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述电路板上设置有光线发送器件/光线接收器件，所述透镜组件罩设在光线发送器件/光线接收器件上方，用于调整光线发送器件发出光线的传播方向或调整待进入光线接收器件的光线的传播方向。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第二金属层设置在电路板的表面上待固定透镜组件的位置处，且第二金属层外边界围设的面积大于透镜组件底面的面积。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述锡颗粒的直径小于或等于20μm。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件的底面也设有第一金属层。

9.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述第一金属层形成在透镜组件侧面的下部。

10.根据权利要求4-9任一项所述的光模块，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层的连接处涂设有密封胶。