CN107546568A - Pcb板组件和光发射组件 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种PCB板组件和光发射组件，涉及通信技术领域。PCB板组件包括PCB基板和驱动芯片，PCB基板上设有安装孔，安装孔的底部具有安装面，驱动芯片设于安装面上，驱动芯片的顶面与PCB基板的顶面的高度差小于驱动芯片的厚度。这样，驱动芯片的顶面与PCB基板的顶面之间的高度差较小，二者之间采用金丝键合连接后形成的拱高较低，PCB板组件的高频损耗较低且传输特性好。

Description

PCB板组件和光发射组件

技术领域

本公开涉及通信技术领域，涉及一种PCB板组件和光发射组件。

背景技术

目前，4*10G和4*25G短距通信用的光模块发射组件中，均采用4路Vcsel(VerticalCavity Surface Emitting Laser，中文译名：“垂直腔面发射激光器”)并行发射的结构，激光器芯片贴装在PCB板上，外部用透镜组件作光路整理后耦合到光纤中。

发明内容

本公开的目的在于提供一种PCB板组件，其旨在至少部分解决现有的PCB板上驱动芯片与PCB基板之间高度差过大，导致二者互连的金丝拱高较高，高频损耗较大且传输特性较差的技术问题。

本公开的目的在于还提供一种光发射组件，其旨在至少部分解决现有的光模块发射组件高频损耗较大且传输特性较差的技术问题。

本公开提供的第一种技术方案：一种PCB板组件包括PCB基板和驱动芯片，所述PCB基板上设有安装孔，所述安装孔的底部具有安装面，所述驱动芯片设于所述安装面上，所述驱动芯片的顶面与所述PCB基板的顶面的高度差小于所述驱动芯片的厚度。

本公开提供的第二种技术方案：一种光发射组件包括透镜组件和第一种技术方案提供的PCB板组件，PCB板组件还包括激光器芯片和用于检测光照强度的监控芯片，所述透镜组件设置在所述PCB板组件上，所述透镜组件用于将所述激光器芯片发出的光线分为分别射向至所述监控芯片和光纤的两路光线。

本公开提供的PCB板组件的有益效果是：首先，所述PCB基板上设有安装孔，所述安装孔的底部具有安装面，所述驱动芯片设于所述安装面上，所述驱动芯片的顶面与所述PCB基板的顶面的高度差小于所述驱动芯片的厚度，这样，就能够使所述驱动芯片与PCB基板的高度差较小、甚至高度差为零，这样，二者之间互连的金丝拱高较小，PCB板组件高频损耗较小且传输特性较好。

相比现有的光模块发射组件，本公开提供的光发射组件的有益效果是：采用了上述PCB板组件，高频损耗较小且传输特性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本公开第一实施例提供的光发射组件的结构示意图。

图2为图1的光发射组件的分解结构示意图。

图3为图1的光发射组件的全剖结构示意图。

图4为图1的PCB板组件的结构示意图。

图5为图4的PCB板组件的分解结构示意图。

图6为图1的透镜组件的结构示意图。

图7为图6的透镜组件的全剖结构示意图。

图8为光线在光发射组件中的传播路径示意图。

图9为本公开第二实施例提供的PCB板组件的结构示意图。

图10为本公开第三实施例提供的PCB板组件的结构示意图。

图标：10-光发射组件；20-PCB板组件；21-PCB基板；211-安装孔；22-台阶垫片；221-第一表面；222-第二表面；223-第三表面；23-驱动芯片；24-激光器芯片；25-监控芯片；26-第一金丝；27-第二金丝；28-第三金丝；30-透镜组件；31-壳体；311-底面；312-开口；313-卡槽；32-半透镜片；33-准直透镜；34-全反射镜片；35-聚焦透镜；36-光纤接头；40-光纤。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

现有的光模块发射组件至少存在以下缺陷：

1.额外增加了垫片的贴装工艺。光模块发射组件的贴片工艺中，由于激光器芯片和驱动芯片材料特性、工艺特性的区别，两者普遍存在高度差，激光器芯片的高度低于驱动芯片的高度，业内通过在激光器芯片下增加垫片，抬高激光器芯片的高度，来减小与驱动芯片之间的高度差，二者之间互连的金丝就不会拱高过大，拱高过大容易导致高频损耗增加、影响传输特性。但是，增加垫片不仅增加成本，而且增加了贴片工序，降低了生产效率。

2.激光器芯片散热效果差。由于激光器芯片直接放置在PCB上很小区域内，局部散热严重，仅靠PCB上的露铜贴散热垫、并连接到外壳上无法有效散热，模块温升严重，激光器芯片易劣化。

3.透镜组件结构复杂。每路都需要用到3组透镜和2组镜片，由于整体设计是4路并行出光的结构，因此每路增加1组透镜，整体就需要增加4组透镜，透镜组件结构复杂、良率低、通用性差、成本高。

本公开实施例的技术方案如下：

第一实施例

请参阅图1至图3，本实施例提供了一种光发射组件10，光发射组件10包括透镜组件30和PCB板组件20，PCB板组件20包括PCB基板21、台阶垫片22、驱动芯片23、激光器芯片24和监控芯片25，PCB基板21上设有安装孔211，安装孔211为通孔，台阶垫片22装配在安装孔211内。台阶垫片22包含构成安装面的顶面。驱动芯片23、激光器芯片24和监控芯片25均贴装在安装面上。透镜组件30设置在PCB板组件20上，光纤40连接在透镜组件30上，透镜组件30用于将激光器芯片24发出的光线分为分别射向至监控芯片25和光纤40的两路光线。

监控芯片25用于对激光器芯片24的发光功率进行实时监控，实时监控的原因在于：激光器芯片24工作过程中发出发散状光线，发光特性和温度关联非常大，温度变化的过程中，激光器芯片24的阈值电流、发光效率也随之改变，造成发光功率不稳定；随着工作时间的持续，激光器会逐步劣化，增大发光功率的不稳定。因此，需要设置监控芯片25对激光器芯片24的发光功率进行实时监控。

图4为图1的PCB板组件20的结构示意图，图5为图4的PCB板组件20的分解结构示意图，请参阅图4和图5。

驱动芯片23、激光器芯片24和监控芯片25贴装于台阶垫片22的安装面上，其中，激光器芯片24位于台阶垫片22的第一表面221，驱动芯片23位于台阶垫片22的第二表面222，监控芯片25贴装于台阶垫片22的第三表面223。

在本实施例中，台阶垫片22整体形成台阶结构且第一表面221的高度高于第二表面222的高度，使驱动芯片23的顶面和激光器芯片24的顶面与PCB基板21的顶面的高度差小于驱动芯片23的厚度。优选地，第一表面221和第二表面222的高度差使得驱动芯片23的顶面、激光器芯片24的顶面以及PCB基板21的顶面三者平齐。需要说明的是，这里的平齐指的是几个部件的表面大致处于同一平面内，并非严格限定为处于同一平面内。

驱动芯片23的顶面、激光器芯片24的顶面以及PCB基板21的顶面三者，只要相比现有技术，能够减小驱动芯片23的顶面与PCB基板21的顶面之间的高度差即可。

在激光器芯片24的下方不设置垫片或者设置厚度较小的垫片的情况下，通过控制第一表面221与第三表面223的高度差，保证驱动芯片23的顶面与激光器芯片24的顶面大致平齐，或者将高度差保持在允许的较小值之内，这样，在保证驱动芯片23的顶面与PCB基板21的顶面之间的高度差较小的情况下，也能保证驱动芯片23的顶面与激光器芯片24的顶面之间的高度差较小，甚至使驱动芯片23的顶面、激光器芯片24的顶面以及PCB基板21的顶面三者平齐。

驱动芯片23的顶面、激光器芯片24的顶面以及PCB基板21的顶面三者平齐并非是指必须要严格的处于同一平面，前述实施例都属于本方案要求的保护范围。

PCB基板21与驱动芯片23之间通过第一金丝26键合连接。驱动芯片23与激光器芯片24之间通过第二金丝27键合连接。监控芯片25与PCB基板21之间通过第三金丝28键合连接。这样，第一金丝26和第二金丝27拱高较低，PCB板组件20的高频损耗较小、传输特性较好。监控芯片25内为直流信号，与其连接的第三金丝28对拱高没有特别要求。

此外，不需要在激光器芯片24的下方额外地贴装垫片，就能够使激光器芯片24的顶面与驱动芯片23的顶面平齐，减少了生产成本，提高了生产效率。

此外，第三表面223的高度高于第一表面221的高度，使监控芯片25的顶面高于激光器芯片24的顶面，从而减小了监控芯片25与透镜组件30之间的距离，对监控芯片25要求的收光面积可较小，监控芯片25的成本较低，光线照射在监控芯片25上形成的光斑尺寸较小，监控芯片25收光时不易产生串扰的问题，提供了监控精度。

台阶垫片22可采用耐热材质制成、并能起到支撑作用即可。优选地，台阶垫片22采用金属制成，金属导热效果好。台阶垫片22远离安装面的端面的表面积大于安装面的表面积，这样，台阶垫片22散热面积大，利用散热贴片将台阶垫片22与外壳贴装后，对激光器芯片24、驱动芯片23以及监控芯片25有良好的散热效果。

图6为图1的透镜组件30的结构示意图，图7为图6的透镜组件30的全剖结构示意图，请参阅图6和图7。

透镜组件30包括壳体31以及安装在壳体31内的半透镜片32、准直透镜33、全反射镜片34、聚焦透镜35以及光纤接头36。

壳体31的一侧设有开口312，开口312设于壳体31的底面311，开口312用于接收激光器芯片24发出的光线，开口312的内部沿光线的入射方向依次安装有半透镜片32、准直透镜33和全反射镜片34，全反射镜片34的反射方向上依次安装有聚焦透镜35和光纤接头36，半透镜片32的反射方向对应监控芯片25。

壳体31的内部设有卡槽313，半透镜片32可拆卸地安装在卡槽313内。这样，可手工将半透镜片32插入卡槽313内，并点胶固定，在针对不同发光功率的激光器芯片24能够安装对应透光率的半透镜片32，提高了透镜组件30的通用性。

透镜组件30只需要采用半透镜片32、准直透镜33、全反射镜片34和聚焦透镜35，来完成光路的调整，所需镜片少，成本低。此外，激光器芯片24出光到监控芯片25收光的光程较短，监控芯片25的监控精度更高。

图8为光线在光发射组件10中的传播路径示意图，请参阅图9。激光器芯片24发出的光线(如图8中虚线所示)垂直壳体31的底面311、射入开口312，半透镜片32相对底面311倾斜设置，半透镜片32透过的光线与反射的光线比例一定，半透镜片32反射的光线照射至监控芯片25，实现监控芯片25对透射光线的监控，透射光线穿过准直透镜33后射至全反射镜片34，全反射镜片34相对底面311呈45°倾斜设置，从而调整入射光线实现90°弯折，使光线水平射入光纤40。

本实施例还提供了光发射组件10的贴装方法，该贴装方法包括以下步骤：

A步骤：将台阶垫片22贴装在PCB基板21的安装孔211内。

B步骤：将监控芯片25贴装在台阶垫片22的第三表面223，将激光器芯片24贴装在台阶垫片22的第一表面221，将驱动芯片23贴装在台阶垫片22的第二表面222。

其中，PCB基板21与驱动芯片23之间通过第一金丝26键合连接。驱动芯片23与激光器芯片24之间通过第二金丝27键合连接。监控芯片25与PCB基板21之间通过第三金丝28键合连接。

C步骤：将透镜组件30耦合定位在PCB基板21上。

其中，光纤40连接在透镜组件30的光纤接头36上。半透镜片32安装在壳体31的卡槽313内，并点胶固定。

本实施例提供的光发射组件10及其贴装方法，首先，通过设计台阶垫片22，减小了激光器芯片24与驱动芯片23之间的高度差以及驱动芯片23与PCB基板21之间的高度差，减小了金线的长度以及金线键合的拱高。其次，台阶垫片22使监控芯片25与激光器芯片24之间的高度差增大，减小了照射至监控芯片25上的光斑尺寸，能够减小监控芯片25的收光面积。接着，PCB基板21上开孔粘接台阶垫片22，可利用台阶垫片22对监控芯片25、激光器芯片24和驱动芯片23散热，散热表面积大，散热效果好。最后，半透镜片32安装在壳体31的卡槽313内，在针对不同发光率的激光器芯片24，能够更换相应透光率的半透镜片32，使透镜组件30具有良好的通用性。

第二实施例

本实施例提供了一种光发射组件10，其与第一实施例中的光发射组件10结构相近，不同之处在于，PCB板组件20的结构不同。

请参阅图9，本实施例提供的PCB板组件20中，台阶垫片22的安装面上只包含第一表面221和第二表面222，激光器芯片24位于台阶垫片22的第一表面221，驱动芯片23位于台阶垫片22的第二表面222。第一表面221的高度高于第二表面222的高度，使驱动芯片23的顶面和激光器芯片24的顶面与PCB基板21的顶面的高度差小于驱动芯片23的厚度。

监控芯片25贴装于PCB基板21的表面上。本实施例提供的光发射组件10的其他结构特点与第一实施例中的对应相同，这里不再赘述。

相比于第一实施例中的PCB板组件20，本实施例提供的PCB板组件20中，台阶垫片22上不需要设置第三表面223，台阶垫片22的体积较小，安装孔211的尺寸较小，可进一步节约成本，而且，监控芯片25本身需要与PCB基板21连接，可将监控芯片25直接与PCB基板21组装后，再与其他部件组装，可进一步提高生产效率。

第三实施例

本实施例提供了一种光发射组件10，其与第一实施例中的光发射组件10结构相近，不同之处在于，PCB板组件20的结构不同。

请参阅图10，本实施例提供的PCB板组件20中，安装孔211为盲孔，安装孔211的底部为安装面。安装面上只包含第一表面221和第二表面222，激光器芯片24位于台阶垫片22的第一表面221，驱动芯片23位于台阶垫片22的第二表面222。第一表面221的高度高于第二表面222的高度，使驱动芯片23的顶面和激光器芯片24的顶面与PCB基板21的顶面的高度差小于驱动芯片23的厚度。

监控芯片25贴装于PCB基板21的表面上。本实施例提供的光发射组件10的其他结构特点与第一实施例中的对应相同，这里不再赘述。

相比于第一实施例中的PCB板组件20，本实施例提供的PCB板组件20不再采用台阶垫片22，安装孔211设计为盲孔，安装孔211的底部起到台阶垫片22的作用。

本实施例提供的PCB板组件20不需要引进额外的部件，通过改变PCB基板21自身的形状即可实现减小驱动芯片23与PCB基板21之间金线键合的拱高的目的，而且也无需在激光器芯片24的下方设计专门的垫片以抬高激光器芯片24的高度，节约了生产成本。

以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PCB板组件，其特征在于，所述PCB板组件包括PCB基板和驱动芯片，所述PCB基板上设有安装孔，所述安装孔的底部具有安装面，所述驱动芯片设于所述安装面上，所述驱动芯片的顶面与所述PCB基板的顶面的高度差小于所述驱动芯片的厚度。

2.根据权利要求1所述的PCB板组件，其特征在于，所述PCB板组件还包括激光器芯片，所述激光器芯片设于所述安装面上，所述驱动芯片的顶面与所述激光器芯片的顶面平齐。

3.根据权利要求1所述的PCB板组件，其特征在于，所述驱动芯片的顶面与所述PCB基板的顶面平齐。

4.根据权利要求2所述的PCB板组件，其特征在于，所述安装面上分别根据所述激光器芯片和所述驱动芯片的厚度设有第一表面和第二表面，所述激光器芯片位于所述第一表面上，所述驱动芯片位于所述第二表面上，所述激光器芯片的顶面、所述驱动芯片的顶面、所述PCB基板的顶面三者平齐。

5.根据权利要求4所述的PCB板组件，其特征在于，所述PCB板组件还包括监控芯片，所述监控芯片的顶面高于所述激光器芯片的顶面。

6.根据权利要求5所述的PCB板组件，其特征在于，所述安装面设有第三表面，所述监控芯片贴装于所述第三表面。

7.根据权利要求1-6任一所述的PCB板组件，其特征在于，所述安装孔为通孔，所述PCB板组件还包括台阶垫片，所述台阶垫片设于所述安装孔，所述台阶垫片包含构成所述安装面的顶面。

8.根据权利要求7所述的PCB板组件，其特征在于，所述台阶垫片采用金属制成，所述台阶垫片远离所述安装面的端面的表面积大于所述安装面的表面积。

9.一种光发射组件，其特征在于，所述光发射组件包括透镜组件和权利要求1-8任一所述的PCB板组件，PCB板组件还包括激光器芯片和用于检测光照强度的监控芯片，所述透镜组件设置在所述PCB板组件上，所述透镜组件用于将所述激光器芯片发出的光线分为分别射向至所述监控芯片和光纤的两路光线。

10.根据权利要求9所述的光发射组件，其特征在于，所述透镜组件包括壳体以及安装在所述壳体内的半透镜片、准直透镜、全反射镜片、聚焦透镜以及用于连接光纤的光纤接头；

所述壳体的一侧设有开口，所述开口用于接收所述激光器芯片发出的光线，所述开口的内部沿光线的入射方向依次安装有所述半透镜片、所述准直透镜和所述全反射镜片，所述全反射镜片的反射方向上依次安装有所述聚焦透镜和所述光纤接头，所述半透镜片的反射方向对应所述监控芯片。