CN105431006B - 一种低成本的光电模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本的光电模块，包括模块散热底壳(1)、PCBA(2)、块状凸台(3)、密封件(4)、半导体芯片组件(5)，块状凸台(3)设置于模块散热底壳(1)底面，半导体芯片组件(5)贴装在块状凸台(3)上，PCBA(2)与块状凸台(3)相邻设置，半导体芯片组件(5)与PCBA(2)电气连接；密封件(4)、PCBA(2)、块状凸台(3)组合形成内置半导体芯片组件(5)的封闭空间。该发明装置增强了器件的散热特性，节省或简化了制作器件所需的管壳，缩短了模块的制作工艺，有利于集成扩展以及批量制作。

Description

一种低成本的光电模块
技术领域
本发明涉及一种光电模块，尤其涉及一种低成本的光电模块，本发明属于通信领域。
背景技术
人类日益增长的通讯带宽需求推动着通信技术的不断发展，数据中心机房、超级计算机、高速无线基站等中光传输业务的需求催生着高性能光电模块的技术发展。并行多路输出、小型集成化、低成本高可靠性已经成为光电模块的重要研究方向。
现有的高速并行光电传送模块一般由软带两端电气连接PCBA(Printed CircuitBoard Assembly)和光器件。软带的桥接使用延长了PCBA与光器件的高速信号链路；其中光器件和模块外壳为分立的组件直接接触或者填充导热材料间接接触，光器件中的发热元件与器件管壳同样是多组件贴装。在功耗受限的要求下，只能采用无制冷器的方案，因此光模块的散热性能必须良好以避免器件过热引起的指标劣化。
发明内容
本发明的目的是通过一种尽可能简单的结构，实现一种低成本的光电模块，本发明光电模块利用模块外壳作为光学支撑平台的非气密封装以及利用PCB辅助可实现气密封装。
本发明的技术方案是：
一种低成本的光电模块，包括模块散热底壳、PCBA、块状凸台、密封件、半导体芯片组件，块状凸台设置于模块散热底壳底面，半导体芯片组件贴装在块状凸台上，PCBA与块状凸台相邻设置，半导体芯片组件与PCBA电气连接；密封件、PCBA、块状凸台组合形成内置半导体芯片组件的封闭空间。
所述密封件为半封闭空壳，该空壳倒扣于块状凸台、PCBA上罩住半导体芯片组件，密封件、PCBA、块状凸台的接触位置以及PCBA与块状凸台的接触位置为密闭带设置。
所述密闭带采取胶水或焊锡填充其中。
所述PCBA上开有与块状凸台对应的孔，PCBA嵌套块状凸台安装，密封件为方形空壳倒扣在PCBA上罩住半导体光电芯片，PCBA与块状凸台、密封件与PCBA的接触位置采用胶水或焊接来填充形成密封。
所述块状凸台和模块热底壳为一体成型或分立组件。
所述块状凸台采用导热系数较高的材料。
所述块状凸台的材料采用铜钨。
所述密封件与半导体芯片组件输出光对应的一侧开有密封的通光孔径。
所述密封件材料采用铝或者可伐或者塑料或者玻璃或者硅。本发明具有以下优点和积极效果：
1)本发明装置优化了模块中器件的散热路径，实施气密封装所用的管壳不作为导热媒介，其制作所需材料选取较为灵活，并且该壳体相对半导体光电芯片为活动部件，可以在其上集成光学元件耦合后一并固定；
2)本发明装置省去了传统光电模块管壳引脚或微带软板或陶瓷微带线，因而缩短了电信号链路长度，减少了信号衰减。同时也避免了焊接不当导致链路阻抗失配的可能。在高速率模块中的优势尤为显著；
3)本发明实施方案结构紧凑，PCB布板以及光电元件相对传统实施方案摆放空间余量较大，可轻松的实现多路并行的光收发模块以及功能更为复杂的光模块；
4)本发明装置整合了传统光电模块中模块和器件分立制作组装的流程，工艺流程简单，原材料成本降低，有利于大批量制作。
附图说明
图1是根据本发明所设计的光电模块结构图；
图2是根据本发明所设计的光电模块结构的侧截面图；
图3是据本发明所设计的光电模块结构的另一实施方式结构图；
图4是根据本发明所设计的光电模块结构的又一侧截面图；
其中：
1、模块底壳；
2、PCBA；
3、块状凸台；
4、密封件；
5、半导体芯片组件；
6、信号线；
7、IC芯片；
8、PCBA 2与块状凸台3接触位置；
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明。
本发明提供一种低成本的光电模块结构，其组成包括：模块金属外壳、半导体光电芯片、半导体光电芯片的衬底、PCB板。具体地来讲，实现非气密的封装形式，半导体光电芯片贴装至表面设计图案镀金衬底上组合成半导体光电芯片组件5，然后半导体光电芯片组件5贴装至壳体凸台3上，PCB板靠近半导体光电芯片组件5固定，近光电芯片组件区域上有引出电信号的覆铜焊盘，通过引线键合连接覆铜焊盘与半导体光电芯片组件5。进一步地，还可在此基础上实现气密封装。上述非气密封装形式结构基础上，一侧面解剖面为“L”空壳，凸型平台、PCB三者可组合成一个闭合的立方体，密闭环带线不在同一个平面，空壳与PCB、凸型平台的接触位置利用胶水粘接或者焊接固定并形成密封，空壳一侧上留有可通光的孔径，可以根据不同应用有选择采取该通光孔径的密封形式。另外，上述光电模块的气密封装还有另外一种实现形式，PCB开有可使凸型平台突出部嵌套进来的孔，PCB下表面与凸平台四周的平台部胶水粘接或焊接形成闭合的一个面，立方体空壳倒扣在PCB上，并将凸型平台的部分突出部以及半导体光电芯片组件5和其他的光学元件罩住，空壳与PCB接触为一环带，该位置胶水粘接或者焊接固定并形成闭合。
图1为第一个实施例的光电模块封装结构图、图2为图1中所示结构的侧截面图。该光电模块包含有模块底壳1，作为整体模块结构的支撑以及散热面；模块底壳1上有一体成型或者拼接的块状凸台3。根据不同的散热需求可采用不同的方案，例如：块状凸台3的材料可以是铜钨，并嵌入在模块底壳1的相应位置处开的孔内；块状凸台3一侧设置有两个台阶用来支撑PCBA 2，PCBA 2紧靠块状凸台3安装在模块底壳1上方。IC芯片7靠近块状凸台3并贴装至PCBA 2上，信号线6设置在PCBA 2内层并从IC芯片7延伸至PCBA 2边缘，通过过孔引至PCBA表面处，该位置有可供引线键合的覆铜焊盘。半导体芯片组件5由半导体芯片和芯片衬底组成，半导体芯片倒装贴片至芯片衬底上，通过引线键合将芯片的电气连接转接到衬底的镀金图案后，半导体芯片组件5整体贴装至块状凸台3上。引线键合连接半导体芯片组件5与信号线6的覆铜焊盘。半导体芯片组件5可以是激光器或者探测器，或组合功能的芯片。密封件4为“L”形状的半封闭空壳，空壳倒扣并罩住半导体芯片组件5，密封件4、PCBA 2、块状凸台3共同形成一个闭合的空间。密封件4与PCBA 2和块状凸台3的接触位置以及PCBA与块状凸台3的接触位置为需要实施密闭措施的密闭带，密闭带可选择地采取胶水或焊锡来填充。密封件4右侧开有通光的孔径，该处根据不同的耦合方式采取不同的密封结构。
图3为第二实施例的光电模块实施例结构图，图4为上述结构的侧截面图。
图中块状凸台3一侧设置有两个台阶用来支撑PCBA2，PCBA2上开有与块状凸台3对应的孔，PCBA2嵌套块状凸台3安装于两个台阶之上，PCBA2与块状凸台3接触位置8利用胶水或者焊锡填充。密封件4为方形空壳，倒扣在PCBA2并罩住半导体光电芯片5和其他光学组件。密封件4与PCBA2接触的位置用胶水或焊接来填充形成密封。同样地，密封件4右侧开有通光的孔径，该处根据不同的耦合方式采取不同的密封结构。本实施例中PCBA2与块状凸台3接触位置利用胶水或者焊锡填充，此时密封件4、PCBA2形成封闭的空间。
本发明装置省去了传统光电模块管壳引脚或微带软板或陶瓷微带线，电路板产品闭封空间的作用，离半导体光电芯片5很近，因而缩短了电信号链路长度，减少了信号衰减。同时也避免了焊接不当导致链路阻抗失配的可能。在高速率模块中的优势尤为显著。另外本发明两个实施方案中结构紧凑，PCB布板以及光电元件相对传统实施方案摆放空间余量较大，可轻松的实现多路并行的光收发模块以及功能更为复杂的光模块。
虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围上，可以在封装的具体结构和制作细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种低成本的光电模块，其特征在于：包括模块散热底壳(1)、PCBA(2)、块状凸台(3)、密封件(4)、半导体芯片组件(5)，块状凸台(3)设置于模块散热底壳(1)底面，半导体芯片组件(5)贴装在块状凸台(3)上，PCBA(2)与块状凸台(3)相邻设置，半导体芯片组件(5)与PCBA(2)电气连接；所述密封件(4)为“L”形状的半封闭空壳，空壳倒扣并罩住半导体芯片组件(5)，密封件(4)、PCBA(2)、块状凸台(3)共同形成一个闭合的空间。
2.根据权利要求1所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述密封件(4)为半封闭空壳，该空壳倒扣于块状凸台(3)、PCBA(2)上罩住半导体芯片组件(5)，密封件(4)、PCBA(2)、块状凸台(3)的接触位置以及PCBA(2)与块状凸台(3)的接触位置为密闭带。
3.根据权利要求2所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述密闭带采用胶水或焊锡填充其中。
4.根据权利要求1所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述块状凸台(3)和模块热底壳(1)为一体成型或分立组件。
5.根据权利要求1所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述块状凸台(3)采用导热系数较高的材料。
6.根据权利要求5所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述块状凸台(3)的材料采用铜钨。
7.根据权利要求5或6所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述密封件(4)与半导体芯片组件(5)输出光对应的一侧开有密封的通光孔径。
8.根据权利要求7所述的一种低成本的光电模块，其特征在于：所述密封件(4)材料采用铝或者可伐或者塑料或者玻璃或者硅。
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