CN107402425A - 一种光接收模块及其封装结构以及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学封装领域，提供了一种光接收模块的封装结构，包括管壳，所述管壳包括平板，所述平板的一端垂直连接有连接板，所述连接板上开设有圆形的适配器定位孔，所述连接板远离平板的一面上绕所述适配器定位孔设有环状的焊接凸台，所述平板上沿连接板向远离连接板方向依次设有光解复用定位凹槽、支撑凸台以及柔性电路板定位凹槽，所述光解复用定位凹槽的侧壁上具有凸起的对位凸台，支撑凸台为两个。本发明提供的光接收模块的封装结构是通过精密机械加工的多部件组合体，本发明只需经过一次多通道光束质量分析和一次有源光学耦合对准工艺过程就能完成对应的光学封装，极大限度的极大地精简光学耦合对准工序。

Description

一种光接收模块及其封装结构以及封装方法

技术领域

本发明涉及光学封装领域，尤其涉及一种光接收模块的封装结构以及封装方法。

背景技术

伴随着数字化的进程，数据的处理、存储和传输得到了飞速的发展。大数据量的搜索服务和视频业务的迅猛增长，极大地带动了以超级计算机和存储为基础的数据中心的发展。40G/100G QSFP+光模块作为短距离数据中心互联应用的主要产品，有着广阔的市场应用前景。数据中心光模块的设计思想是通过更小的体积和更低的成本，提供更高的接入密度，最终提高用户接入容量。

并行收发光模块由于能在更小的空间更低的能耗占用的前提下提供更大的传输带宽，其研究发展开始日益加快。当前数据中心应用的1310nm单模光传输模块内包含的光接收模块的封装的主流方案为COB封装和多层陶瓷的电路BOX封装。两种封装方案均有各自的优缺点。

1310nm单模COB封装光路上一般需要用到AWG芯片进行解复用，而当前的AWG芯片插损较高，造成接收端的灵敏度偏低。包含多层陶瓷电路的BOX管壳本身成本较高，且BOX型器件对封装工艺要求较高，其封装工艺包括深腔贴片、打金线、深腔耦合对准等，需要特殊的工艺设备，且对工艺控制要求高，造成产品整体的成品率不高，不利于批量化大规模生产。

因此有必要设计一种光接收模块的封装结构，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种光接收模块的封装结构，解决封装过程中光学元件多，元件的定位精度要求高，固定后要求位移偏差小，导致工序繁杂，不利于批量化大规模生产的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种光接收模块的封装结构，包括管壳，所述管壳包括平板，所述平板的一端垂直连接有连接板，所述连接板上开设有圆形的适配器定位孔，所述连接板远离平板的一面上绕所述适配器定位孔设有环状的焊接凸台，所述平板上沿连接板向远离连接板方向依次设有光解复用定位凹槽、支撑凸台以及柔性电路板定位凹槽，所述光解复用定位凹槽的侧壁上具有凸起的对位凸台，所述支撑凸台为两个。

进一步地，所述管壳为金属管壳。

本发明还提供一种光接收模块，包括以上任一项所提供的封装结构，还包括柔性电路板，所述柔性电路板的一面贴装于柔性电路板定位凹槽处，所述柔性电路板的另一面上粘贴有光学芯片以及电芯片。

进一步地，还包括准直适配器、光解复用组件以及多通道透镜组件，所述准直适配器穿过所述适配器定位孔且与焊接凸台焊接，所述光解复用组件固定于光解复用定位凹槽处，所述多通道透镜组件卡设于两个支撑凸台之间且悬挂于平板之上。

进一步地，所述准直适配器包括适配器本体以及准直透镜，所述准直透镜上设有一圈与焊接凸台相匹配的焊接凸边，所述准直透镜穿设于适配器定位孔内，所述金属管壳上的焊接凸台与适配器本体上的焊接凸边焊接。

本发明还提供一种光接收模块的封装方法，包括以下步骤：

步骤1、安装准直适配器，准直适配器包括适配器本体以及准直透镜，所述准直透镜上设有一圈与焊接凸台相匹配的焊接凸边，将准直透镜插入适配器定位孔内，再将焊接凸台与焊接凸边焊接固定；

步骤2、安装柔性电路板，将柔性电路板粘接于柔性电路板定位凹槽处，然后通过高精度贴片机实现光学芯片以及电芯片相对于整个光学封装结构的定位，进而用光学胶水将光学芯片以及电芯片固定于柔性电路板上；

步骤3、安装光解复用组件，利用对位凸台作为光解复用组件与准直适配器光学耦合定位前的初步定位参考，再通过光束质量分析实现光解复用组件相对于准直适配器的定位，再通过光学胶水将完成定位的光解复用组件固定于光解复用定位凹槽处；

步骤4、安装多通道透镜组件，将多通道透镜组件卡设于两个支撑凸台之间，然后通过多通道耦合实现多通道透镜组件相对于准直适配器以及光解复用组件的定位，进而用光学胶水将多通道透镜组件固定于两个支撑凸台之间。

进一步地，步骤2中所述安装柔性电路板具体包括以下步骤：

将柔性电路板粘贴于金属管壳的软板定位凹槽处，然后通过高精度贴片机实现光学芯片以及电芯片相对于光学封装结构的定位，进而用光学胶水将光学芯片以及电芯片固定于柔性电路板上，再通过金丝键合将光学芯片以及电芯片绑定于柔性电路板上。

本发明具有以下有益效果：

将光接收模块的封装分割成若干个子模块，再将各个子模块进行组装定位，极大限度地减少光学元件耦合对准次数，利于批量化大规模生产，且更有利于光学封装的质量和成本控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光接收模块的封装结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光接收模块的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光接收模块的光学芯片、电芯片、柔性电路板以及管壳的相对排放位置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光接收模块的多通道透镜组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光接收模块的封装剖面图；

图6为本发明实施例提供的一种光接收模块的光路原理图。

图中，1-管壳，11-平板，12-连接板，13-适配器定位孔，14-焊接凸台，15-光解复用定位凹槽，16-支撑凸台，17-柔性电路板定位凹槽，18-对位凸台，19-支撑凸台，2-柔性电路板，3-准直适配器，31-适配器主体，32-准直透镜，33-焊接凸边，4-光解复用组件，5-多通道透镜组件，61-光学芯片，62-电芯片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4，本发明实施例提供一种光接收模块的封装结构，包括管壳1，所述管壳包括平板11，所述平板11的一端垂直连接有连接板12，所述连接板12上开设有圆形的适配器定位孔13，适配器定位孔13与适配器尺寸配合用于定位适配器。所述连接板12远离平板11的一面上绕所述适配器定位孔13设有环状的焊接凸台14，焊接凸台14用于连接固定管壳1与适配器。所述平板11上沿连接板12向远离连接板12方向依次设有光解复用定位凹槽15、支撑凸台16以及柔性电路板定位凹槽17，光解复用定位凹槽15用于承载、固定光解复用组件，柔性电路板定位凹槽17与柔性电路板尺寸匹配，柔性电路板定位凹槽17用于柔性电路板的定位固定。所述光解复用定位凹槽15的侧壁上具有凸起的对位凸台18，对位凸台18作为光解复用组件定位的初步参考。所述支撑凸台16主要用于光学耦合对位时支撑多通道透镜组件，支撑凸台16为两个，多通道透镜组件卡设于两个支撑凸台16之间。本发明提供的光接收模块的封装结构，将光接收模块分为多个子模块，为每一个子模块设置对应的定位结构，减少光学耦合对准的次数，减小光接收模块封装定位的工艺难度，可适用于大规模生产。

优选的，所述管壳1为金属管壳，金属管壳实现与适配器的焊接。

本发明还提供一种光接收模块，如图2-图4，包括上述封装结构，还包括柔性电路板2，所述柔性电路板2的一面贴装于柔性电路板定位凹槽处，所述柔性电路板2的另一面上粘贴有光学芯片61以及电芯片62。现有技术中的光接收模块封装光电芯片的载体一般选用陶瓷基板，而本发明选用柔性电路板2。而且将柔性电路板2粘接于柔性电路板定位槽17处，克服了柔性电路板2定位难，柔软不好控制操作的困难，充分发挥柔性电路板2的优点。

优选的，如图3，所述柔性电路板2贴装于金属管壳的柔性电路板定位凹槽17处。金属管壳不仅可以帮助柔性电路板2散热，保证光学芯片61以及电芯片62的散热需求，还可以进一步解决柔性电路板2过于柔软导致定位难、不易操作的问题，先将柔性电路板2用光学胶水粘接于金属管壳上，柔性电路板2与金属管壳的凹槽17匹配，因此柔性电路板定位的定位以及固定非常容易操作，使得光接收模块的封装工艺难度大大降低，封装效率提高。

优选的，如图2，还包括准直适配器3、光解复用组件4以及多通道透镜组件5，所述准直适配器3穿过所述适配器定位孔13且与焊接凸台14焊接，准直适配器通过适配器定位孔13实现组装定位。所述光解复用组件4固定于光解复用定位凹槽15处，光解复用组件4通过光解复用定位凹槽15以及对位凸台实现初步定位，进而通过光束质量分析实现精准定位，精准定位后通过光学胶水固定。多通道透镜组件5卡设于两个支撑凸台16之间，先将多通道透镜组件5卡设于两个支撑凸台16之间，多通道透镜组件通过两个支撑凸台16悬挂于平板之上，再通过多通道光学耦合实现多通道透镜组件5的定位，然后通过光学胶水固定，多通道透镜组件5具有光路转折和聚焦功能。本发明通过特定机械结构设计的封装结构并依靠高精度的金属管壳加工，经过一次多通道光束质量分析和一次有源耦合对准工艺过程，极大限度地精简光学耦合对准工序，更易于光学封装的批量生产实现，降低光学封装成本，提供了一种优质的多通道并行光接收模块的解决方案。

优选的，如图2，所述准直适配器3包括带有标准光口的金属适配器本体31以及准直透镜32，所述准直透镜32上设有一圈与焊接凸台14相匹配的焊接凸边33，所述准直透镜32穿设于适配器定位孔13内，所述焊接凸台14与焊接凸边33焊接。焊接凸台14与焊接凸边13均为金属的，方便两者的焊接。

本发明还提供一种光接收模块封装方法，包括以下步骤：

步骤1、安装准直适配器3，准直适配器3包括适配器本体31以及准直透镜32，所述适配器本体31上设有一圈与焊接凸台14相匹配的焊接凸边33，将准直透镜32插入适配器定位孔13内，实现准直适配器的定位，再将焊接凸台14与焊接凸边33焊接固定，实现准直适配器3的安装固定；

步骤2、安装柔性电路板，将柔性电路板2的一端粘接于柔性电路板定位凹槽17处，柔性电路板定位凹槽17主要用于柔性电路板2和金属管壳1粘接时的定位；然后通过高精度贴片机实现光学芯片51以及电芯片62相对于整个光学封装结构的定位，进而用光学胶水将光学芯片61以及电芯片62固定于柔性电路板2上；

步骤3、安装光解复用组件，利用对位凸台18作为光解复用组件4与准直适配器3光学耦合定位前的初步定位参考，减小块状的光学解复用组件4光学耦合定位的难度；再通过光束质量分析实现光解复用组件4相对于准直适配器3的定位，进而完成demux的光学定位，再通过光学胶水将完成定位的光解复用组件4固定于光解复用定位凹槽15处；

步骤4、安装多通道透镜组件，将多通道透镜组件5卡设于两个支撑凸台16之间，支撑凸台16主要用于光学耦合对位时支撑多通道透镜组件5，使多通道透镜组件悬挂于两个支撑凸台之间平板之上；然后通过多通道光学耦合实现多通道透镜组件5相对于准直适配器3以及光解复用组件4的定位，进而用光学胶水将多通道透镜组件5固定于两个支撑凸台16之间。

本发明提供的封装方法可用于100G高速CWDM4光模块接收端的光学封装部分，该封装包含1个CWDM4光解复用器(后面简称Demux)，1个4通道PD光芯片阵列，一个4通道TIA电芯片阵列以及柔性电路板。

如图5所示，柔性电路板贴装在金属管壳柔性电路板定位凹槽处，PD光芯片阵列和TIA电芯片阵列通过高精度贴片机安装在柔性电路板上，再通过金丝绑定，实现柔性电路板与PD光芯片阵列以及TIA电芯片阵列的电气性能连接。通过Demux光束质量分析和多通道透镜组件光学耦合调整与管壳的相对位置，实现4通道PD芯片阵列光敏面与4路入射光的对准。进而PD光芯片阵列将光信号转换成电信号，完成光接收端的光学封装。

如图6所示，对应封装的光路原理图。入射光包含四路混合波长λ1、λ2、λ3、λ4，进入准直透镜32后，准直透镜32对光束进行整形，将有一定入射角度的发散光转换为准直光。通过光学耦合调整Demux的相对位置，将包含四个波长的准直光分解为4路λ1，λ2，λ3，λ4四路的单波长光。四路单波长光经过多通道透镜组件5，光线发生弯折，弯折后的光线分别入射至PD光芯片阵列的Lane1、Lane2、Lane3、Lane4，PD光芯片阵列将光信号转变为电信号，电信号再经过TIA电芯片阵列的处理，再通过柔性电路板2实现信号的传输，从而实现光电探测功能。

优选的，步骤4中所述安装柔性电路板具体包括以下步骤：

将柔性电路板2粘贴于金属管壳柔性电路板定位凹槽17处，然后通过高精度贴片机实现光学芯片61以及电芯片62相对于柔性电路板2的定位，进而用光学胶水将光学芯片61以及电芯片62固定于柔性电路板2上，再通过金丝键合工艺将光学芯片61以及电芯片62绑定于柔性电路板2上，金丝键合工艺的实现了光学芯片61以及电芯片62与柔性电路板2之间的连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于光接收模块的封装结构，包括管壳，其特征在于，所述管壳包括平板，所述平板的一端垂直连接有连接板，所述连接板上开设有圆形的适配器定位孔，所述连接板远离平板的一面上绕所述适配器定位孔设有环状的焊接凸台，所述平板上沿连接板向远离连接板方向依次设有光解复用定位凹槽、支撑凸台以及柔性电路板定位凹槽，所述光解复用定位凹槽的侧壁上具有凸起的对位凸台，所述支撑凸台为两个。

2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述管壳为金属管壳。

3.一种光接收模块，其特征在于：包括如权利要求1或2中所述的封装结构，还包括柔性电路板，所述柔性电路板的一面贴装于柔性电路板定位凹槽处，所述柔性电路板的另一面上粘贴有光学芯片以及电芯片。

4.如权利要求3所述的光接收模块，其特征在于：还包括准直适配器、光解复用组件以及多通道透镜组件，所述准直适配器穿过所述适配器定位孔且与焊接凸台焊接，所述光解复用组件固定于光解复用定位凹槽处，所述多通道透镜组件卡设于两个支撑凸台之间且悬挂于平板之上。

5.如权利要求4所述的光接收模块，其特征在于：所述准直适配器包括适配器本体以及准直透镜，所述准直透镜上设有一圈与焊接凸台相匹配的焊接凸边，所述准直透镜穿设于适配器定位孔内，所述金属管壳上的焊接凸台与适配器本体上的焊接凸边焊接。

6.一种基于如权利要求1所述封装结构的光接收模块封装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、安装准直适配器，准直适配器包括适配器本体以及准直透镜，所述适配器本体上设有一圈与焊接凸台相匹配的焊接凸边，将准直透镜插入适配器定位孔内，再将焊接凸台与焊接凸边焊接固定；

步骤2、安装柔性电路板，将柔性电路板粘贴于柔性电路板定位凹槽处，然后通过高精度贴片机实现光学芯片以及电芯片相对于整个光学封装结构的定位，进而用光学胶水将光学芯片以及电芯片固定于柔性电路板上；

步骤3、安装光解复用组件，利用对位凸台作为光解复用组件与准直适配器光学耦合定位前的初步定位参考，再通过光束质量分析实现光解复用组件相对于准直适配器的定位，再通过光学胶水将完成定位的光解复用组件固定于光解复用定位凹槽处；

步骤4、安装多通道透镜组件，将多通道透镜组件卡设于两个支撑凸台之间，然后通过多通道光学耦合实现多通道透镜组件相对于准直适配器以及光解复用组件的定位，进而用光学胶水将多通道透镜组件固定于两个支撑凸台之间。

7.如权利要求6所述的光接收模块封装方法，其特征在于：步骤2中所述安装柔性电路板具体包括以下步骤：

将柔性电路板粘贴于金属管壳的柔性电路板定位凹槽处，然后通过高精度贴片机实现光学芯片以及电芯片相对于整个光学封装结构的定位，进而用胶水将光学芯片以及电芯片固定于柔性电路板上，再通过金丝键合工艺将光学芯片以及电芯片绑定于柔性电路板上。