CN107238901B - 一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构及其制造方法，所述结构包括一基板(1)，所述基板(1)上贴装有光发送器(2)和光接收器(3)，所述光发送器(2)和光接收器(3)外均设置有金属外壳(4)，所述金属外壳(4)包括方形壳体(4.1)，所述方形壳体(4.1)外侧设置有圆管(4.2)，所述圆管(4.2)内设置有第二透镜(5)，所述金属外壳(4)外部的基板(1)上贴装有芯片(6)和无源器件(7)，所述金属外壳(4)、芯片(6)和无源器件(7)外包封有塑封料(8)。本发明采用金属外壳部件，将光电模块的发送模块和接收模块集成在一个SiP封装中，缩减了现有产品繁杂的工艺，提高生产效率，同时提升了产品的抗外力能力及密闭性。

Description

一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构及其制造方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术

光纤技术已经越来越普及，光电模块已经被广泛的应用。目前的光电模块主要由接收光学子装配、发送光学子装配、光接口、内部电路板、导热架和外壳等部分组装而成(参见图1)。其中发送光学子装配是将光发送器件组装于发送侧PCB上，光发送器件一般又由激光器(激光二极管)、背光管(背光检测管)、热敏电阻、TEC制冷器以及光学准直机构等元部件集成在一个金属管壳内部；接收光学子装配是将光接收器件组装于接收侧PCB上，光接收器件一般又由光电探测器(APD管或PIN管)、前置放大器以及热敏电阻等元部件集成在一个金属管壳内部。完成一个完整的光电收发一体模块结构，需要一级一级组装完成，整个过程工序多，生产效率比较低，并且组装式光电收发一体模块结构的抗外力能力比较差，组装式光电收发一体模块结构的密闭性也不够好，容易遭受水汽侵蚀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构及其制造方法，它通过特殊的金属外壳部件，配合SiP封装工艺，将光电模块的发送模块和接收模块以及光电模块的控制电路集成在一个SiP封装中，缩减了现有产品繁杂的工艺，提高生产效率，同时提升了产品的抗外力能力及密闭性。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，它包括一基板，所述基板上贴装有光发送器和光接收器，所述光发送器包括多个第一铜块，所述多个第一铜块上贴装有背光管、第一热敏电阻、激光器、第一透镜和隔离器，所述光接收器包括多个第二铜块，所述多个第二铜块上贴装有前放IC、第二热敏电阻和探测器，所述激光器与第一铜块之间通过金属线相连接，所述前放IC与第二铜块之间通过金属线相连接，所述前放IC与探测器之间通过金属线相连接，所述光发送器和光接收器外均设置有金属外壳，所述金属外壳包括方形壳体，所述方形壳体外侧设置有圆管，所述圆管内设置有第二透镜，所述金属外壳外部的基板上贴装有芯片和无源器件，所述芯片通过金属线连接至基板上，所述金属外壳、芯片和无源器件外包封有塑封料，所述金属外壳的圆管外端露出塑封料形成光口。

所述光发送器的元件和光接收器的元件分别设置于各自金属外壳的方形壳体内。

所述光发送器的背光管中心、激光器中心、第一透镜中心、隔离器中心与其外侧的金属外壳的圆管中心及圆管内的第二透镜中心依次在同一直线上。

所述光接收器的探测器靠近其外侧的金属外壳的圆管，所述探测器中心与圆管中心以及圆管内的第二透镜中心依次在同一直线上。

所述金属外壳的圆管内中心处设置有软性填充物，所述软性填充物位于第二透镜外侧。

一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构的制造方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、取一基板；

步骤二、在基板上贴装第一铜块和第二铜块；

步骤三、在第一铜块上贴装激光器、背光管、第一热敏电阻和第一透镜等元件形成光发送器，在第二铜块上贴装探测器、前放IC和第二热敏电阻等元件形成光接收器，并在光发送器和光接收器外围的基板上进行装片打线以及贴装无源器件；

步骤四、在基板上相邻两个单元的光发送器和光接收器外贴装金属外壳进行密封，金属外壳为对称结构，包括左右两侧的方形壳体和连接两个方形壳体的圆管，相邻两个单元的光发送器和光接收器分别设置于左右两侧的方形壳体内，连接两个方形壳体的圆管内设置有左右两个第二透镜；

步骤五、对产品进行塑封；

步骤六、通过切割工序将横跨两个单元的金属外壳一切为二，得到单个封装单元。

步骤四中左右两个透镜之间设置有软性填充物，软性填充物位于相邻两个单元的切割道上，步骤六切割后将得到的单个封装单元圆管内的软性填充物取出以露出光口。

步骤二中的第一铜块和第二铜块由基板通过表面贴装工艺实现，或由MIS通过电镀铜凸块的工艺实现。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、相比于传统的光模块，本发明通过使用SiP封装工艺将光收发组件及原本的PCB控制电路板一起集成在SiP封装模块中，省去了传统光模块一级、二级、三级组装工序，模组化生产模式可以提高生产效率；并且塑封于一体的结构，可以增强产品抗外力的能力；

2、相比传统的光模块，本发明的整个产品由塑封料包裹，增加了产品的密闭性，避免产品内部电路及电子器件遭受水汽侵蚀；

3、通过左右相邻两个单元公用一个金属外壳，可避免塑封时封装胶进入金属外壳，并在管体内中心切割处填充软性填充物，可避免产品在切割时，切割的粉末进入金属外壳内部，沾污透镜。

附图说明

图1为现有的光电收发一体模块的结构示意图。

图2为本发明一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构的示意图。

图3为图2的剖视图。

图4～图11为本发明一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构制造方法的各工序流程图。

其中：

基板1

光发送器2

第一铜块2.1

背光管2.2

第一热敏电阻2.3

激光器2.4

第一透镜2.5

隔离器2.6

光接收器3

第二铜块3.1

第二热敏电阻3.2

前放IC3.3

探测器3.4

金属外壳4

方形壳体4.1

圆管4.2

第二透镜5

芯片6

无源器件7

塑封料8

光口9

金属线10

软性填充物11。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图2、图3所示，本实施例中的一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，它包括一基板1，所述基板1上贴装有光发送器2和光接收器3，所述光发送器2包括多个第一铜块2.1，所述多个第一铜块2.1上贴装有背光管2.2、第一热敏电阻2.3、激光器2.4、第一透镜2.5和隔离器2.6等元件，所述光接收器3包括多个第二铜块3.1，所述多个第二铜块3.1上贴装有前放IC3.3、第二热敏电阻3.2和探测器3.4等元件，所述激光器2.4与第一铜块2.1之间通过金属线10相连接，所述前放IC3.3与第二铜块3.1之间通过金属线10相连接，所述前放IC3.3与探测器3.4之间通过金属线10相连接，所述光发送器2和光接收器3外均设置有金属外壳4，所述金属外壳4包括方形壳体4.1，所述方形壳体4.1外侧设置有圆管4.2，所述圆管4.2内设置有第二透镜5，所述金属外壳4外部的基板1上贴装有多个芯片6和无源器件7，所述芯片6通过金属线10连接至基板1上，所述金属外壳4、芯片6和无源器件7外包封有塑封料8，所述金属外壳4的圆管4.2外端露出塑封料8形成光口9；

所述光发送器2的元件和光接收器3的元件分别设置于各自金属外壳4的方形壳体4.1内；

所述光发送器2的背光管2.2中心、激光器2.4中心、第一透镜2.5中心、隔离器2.6中心与其外侧的金属外壳4的圆管4.2中心及圆管4.2内的第二透镜5中心依次在同一直线上；

所述光接收器3的探测器3.5靠近其外侧的金属外壳4的圆管4.2，所述探测器3.5中心与圆管4.2中心以及圆管4.2内的第二透镜5中心依次在同一直线上；

所述金属外壳4的圆管4.2内中心处设置有软性填充物11，所述软性填充物11位于第二透镜5外侧。

其制造方法包括以下步骤：

步骤一、参见图4，取一基板；

步骤二、参见图5，在基板上贴装第一铜块和第二铜块；

步骤三、参见图6，在第一铜块上贴装激光器、背光管、第一热敏电阻和第一透镜等元件形成光发送器，在第二铜块上贴装探测器、前放IC和第二热敏电阻等元件形成光接收器，并在光发送器和光接收器外围的基板上进行装片打线以及贴装无源器件；

步骤四、参见图7、图8，其中图8为图7的俯视图，在基板上相邻两个单元的光发送器和光接收器外贴装金属外壳进行密封，金属外壳为对称结构，包括左右两侧的方形壳体和连接两个方形壳体的圆管，相邻两个单元的光发送器和光接收器分别设置于左右两侧的方形壳体内，连接两个方形壳体的圆管内设置有左右两个第二透镜，左右两个第二透镜之间设置有软性填充物，软性填充物位于相邻两个单元的切割道上；

步骤五、参见图9，使用转注成型工艺对产品进行塑封；

步骤六、参见图10，通过切割工序将横跨两个单元的金属外壳一切为二，得到单个封装单元；

步骤七、参见图11，将单个封装单元圆管内的软性填充物取出以露出光口。

步骤二中的第一铜块和第二铜块可由基板通过表面贴装工艺实现，也可由MIS通过电镀铜凸块的工艺实现；

金属外壳通过装片的工艺贴装在基板上，以切割道为对称轴对称放置，金属外壳将光发送器元件、光接收器元件分别罩于其内部。为了防止切割时粉尘会污染到透镜，可预先在金属件内放置软性填充物，由于金属外壳相对切割道对称，切割完后取出两侧的填充物，相向的两个单元均露出光口来实现发出和接收光。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：它包括一基板(1)，所述基板(1)上贴装有光发送器(2)和光接收器(3)，所述光发送器(2)包括多个第一铜块(2.1)，所述多个第一铜块(2.1)上贴装有背光管(2.2)、第一热敏电阻(2.3)、激光器(2.4)、第一透镜(2.5)和隔离器(2.6)，所述光接收器(3)包括多个第二铜块(3.1)，所述多个第二铜块(3.1)上贴装有前放IC(3.3)、第二热敏电阻(3.2)和探测器(3.4)，所述激光器(2.4)与第一铜块(2.1)之间通过金属线10相连接，所述前放IC(3.3)与第二铜块(3.1)之间通过金属线(10)相连接，所述前放IC(3.3)与探测器(3.4)之间通过金属线(10)相连接，所述光发送器(2)和光接收器(3)外均设置有金属外壳(4)，所述金属外壳(4)包括方形壳体(4.1)，所述方形壳体(4.1)外侧设置有圆管(4.2)，所述圆管(4.2)内设置有第二透镜(5)，所述金属外壳(4)外部的基板(1)上贴装有芯片(6)和无源器件(7)，所述芯片(6)通过金属线(10)连接至基板(1)上，所述金属外壳(4)、芯片(6)和无源器件(7)外包封有塑封料(8)，所述金属外壳(4)的圆管(4.2)外端露出塑封料(8)形成光口(9)。

2.根据权利要求1所述的一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述光发送器(2)的元件和光接收器(3)分别设置于各自金属外壳(4)的方形壳体(4.1)内。

3.根据权利要求1所述的一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述光发送器(2)的背光管(2.2)中心、激光器(2.4)中心、第一透镜(2.5)中心、隔离器(2.6)中心与光发送器(2)外的金属外壳(4)的圆管(4.2)中心及圆管(4.2)内的第二透镜(5)中心依次在同一直线上。

4.根据权利要求1所述的一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述光接收器(3)的探测器(3.5)设置在光接收器(3)中靠近金属外壳(4)的圆管(4.2)的一侧，所述探测器(3.5)中心与圆管(4.2)中心以及圆管(4.2)内的第二透镜(5)中心依次在同一直线上。

5.根据权利要求1所述的一种侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述金属外壳(4)的圆管(4.2)内中心处设置有软性填充物(11)，所述软性填充物(11)位于第二透镜(5)外侧。

6.一种如权利要求1所述的侧出型光电收发功能一体的SiP封装结构的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、取一基板；

步骤二、在基板上贴装多个第一铜块和多个第二铜块；

步骤三、在多个第一铜块上贴装激光器、背光管、第一热敏电阻和第一透镜形成光发送器，在第二铜块上贴装探测器、前放IC和第二热敏电阻形成光接收器，并在光发送器和光接收器外围的基板上进行装片打线以及贴装无源器件；

步骤四、在基板上相邻的光发送器和光接收器外贴装金属外壳进行密封，金属外壳为对称结构，包括左右两侧的方形壳体，所述方形壳体外侧设置有圆管，所述圆管连接两个方形壳体，相邻的光发送器和光接收器分别设置于左右两侧的方形壳体内，连接两个方形壳体的圆管内设置有左右两个第二透镜；

步骤五、对产品进行塑封；

步骤六、通过切割工序将横跨两个单元的金属外壳一切为二，得到单个封装单元。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：步骤四中左右两个透镜之间设置有软性填充物，软性填充物位于相邻两个单元之间的切割道上，步骤六切割后将得到的单个封装单元圆管内的软性填充物取出以露出光口。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：步骤二中的在基板上贴装多个第一铜块和多个第二铜块是由基板通过表面贴装工艺实现，或由MIS通过电镀铜凸块的工艺实现。