CN109188622A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，包括电路板、贴装在所述电路板上的激光器和罩扣在所述激光器上的透镜组件，所述光模块还包括加热电阻，所述电路板上设置第一覆铜层，所述第一覆铜层覆盖所述电路板在所述激光器和加热电阻的投影区域；所述激光器贴装在所述第一覆铜层的表面，所述激光器的负极连接所述第一覆铜层，所述激光器的正极通过金线与所述电路板上的电路连接；所述加热电阻贴装在所述第一覆铜层的表面，所述透镜组件罩扣所述加热电阻，所述加热电阻靠近且与所述激光器存在间隙，所述加热电阻用于低温时给所述激光器加热。本申请提供的光模块，解决了低温环境下激光器性能裂化问题，保证低温环境下光模块的正常使用，使光模块适用于低温环境。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信设备技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块是由光电子器件、功能电路和光接口等组成的光电和电光转换装置，主要包括发射组件和接收组件，其中，发射组件把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，对端光模块的接收组件再把光信号转换成电信号。

附图1为现有技术中一种典型的光模块结构示意图。如附图1所示，光模块包括电路板01、固定设置在电路板01上的透镜组件02以及贴装在电路板01上的激光器03，透镜组件02罩扣在激光器03上。在使用中发现，当光模块用于低温环境时，如工业级低温环境(-40℃)，激光器03受低温环境的影响，常会出现激光器性能裂化，如光功率跌落、光谱偏移、激光器带宽降低等，进而导致光模块无法正常工作。因此，为保证光模块中激光器03的性能稳定性，需要为激光器03提供相对稳定的工作环境，避免其直接工作于低温环境。

目前，在一些激光器的使用中，通过TEC(Thermoelectric Cooler，半导体制冷器)进行激光器温度控制。TEC利用半导体材料的珀尔帖效应，当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，一端吸收热量，一端释放热量。但在TEC的温度控制具体使用中，往往需要匹配复杂的控制电路，将会产生较大功耗。然而由于光模块的整体结构趋于标准化，并不适合随意添加过多数量的元器件，因此，TEC并不适用于光模块中激光器的温度控制。并且TEC工艺复杂成本高，如此将限制了TEC在光模块中的使用。

发明内容

本申请提供了一种光模块，实现低温环境下光模块中激光器的加热，用于保持激光器的工作温度，进而避免低温环境对激光器性能造成不良影响。

本申请提供了一种光模块，包括电路板、贴装在所述电路板上的激光器和罩扣在所述激光器上的透镜组件，所述光模块还包括加热电阻，所述电路板上设置第一覆铜层，所述第一覆铜层覆盖所述电路板在所述激光器和加热电阻的投影区域；

所述激光器贴装在所述第一覆铜层的表面，所述激光器的负极连接所述第一覆铜层，所述激光器的正极通过金线与所述电路板上的电路连接；

所述加热电阻贴装在所述第一覆铜层的表面，所述透镜组件罩扣所述加热电阻，所述加热电阻靠近且与所述激光器存在间隙，所述加热电阻用于低温时给所述激光器加热。

本申请提供的光模块，包括电路板、设置在电路板上的第一覆铜层以及贴装在电路板上的激光器与加热电阻，所述第一覆铜层覆盖所述电路板上所述激光器和加热电阻的投影区域，激光器和加热电阻在第一覆铜的表面，激光器的负极连接第一覆铜层，激光器的正极通过金线与电路板上的电路连接，加热电阻靠近激光器。当加热电阻有电流通过时，加热电阻将电能转化为热能，即加热电阻产生热量，加热电阻产生的热量通过热传递的形式传递至激光器，用作激光器的加热。在本申请中，低温时，第一覆铜层可用作加热电阻产生的热量传递，提高传热效率，有助于提高激光器的加热效率；非低温时，第一覆铜层可用作激光器散热，将激光器高温时产生的热量导出，降低激光器温度。因此，当光模块工作于低温环境时，给加热电阻通电流，通过加热电阻给激光器加热，将激光器的工作温度保持在一定范围，避免激光器的性能受光模块外环境的影响，保证激光器正常工作。加热电阻产生热量过程充分满足焦耳定律，产热效果明显，且其便于控制，易适用于光模块。如此，本申请提供的光模块，解决了低温环境下激光器性能裂化问题，保证低温环境下光模块的正常使用，使光模块适用于低温环境。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种典型的光模块的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块的局部剖视图；

图4为本申请实施例提供的一种光模块的局部结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种加热电阻控制电路。

其中：

01-电路板，02-透镜组件，03-激光器，1-电路板，2-透镜组件，3-激光器，4-加热电阻，5-三极管，6-单片机，7-第一覆铜层，8-第二覆铜层，9-过孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本申请实施例中，光模块是用于交换机等与设备之间传输的载体，具有光电变化功能。具体的，如附图1所示，光模块包括电路板以及光模块外壳，其中电路板上设置各种电子元器件，激光器为光模块的核心部件之一。

在本申请中激光器为COB封装激光器，激光器贴装在电路板上，通过引线搭接连通激光器工作电路。如VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)激光器，以砷化镓半导体材料为基础研制，具有体积小、圆形输出光斑、阈值电流小、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用于光通信领域。然而在不断使用过程中，发现VCSEL激光器普遍在低温环境下性能裂化严重问题，严重影响了光模块的正常工作使用。如一个光模块在常温环境下可正常工作，一旦转移至低温环境(如工业级低温)，光模块将因其激光器性能裂化导致其无法正常工作。为避免出现因低温环境激光器性能裂化影响光模块正常使用，本领域技术人员尝试筛选适合低温环境激光器，即在选择使用激光器前，对激光器进行筛选，筛选出适合低温环境的激光器。但其过程繁琐，不利于光模块的生产以及使用。本领域技术人员也有尝试通过温控系统对光模块进行加热保温，但因光模块自身体积小以及配合使用的设备相对较为复杂，不便于实现。因此，一直未找到更为合适的方法解决光模块中激光器低温应用环境性能裂化严重的方法。

附图2为本申请实施例提供的光模块的结构示意图。本申请实施例提供的光模块包括电路板1、贴装在所述电路板1表面的激光器3和罩扣在所述激光器上的透镜组件2。图中主要包括光模块中的电路板1以及部分电子器件，外壳、适配器和传输光纤等结构并未在图中进行展示，其中的外壳、适配器和传输光纤等结构可参考附图1，但不局限于附图1。如附图2所示，本申请实施例提供的光模块还包括加热电阻4，加热电阻4贴装在电路板1的表面且靠近激光器3，用于在低温环境中加热电阻4通电给所述激光器3加热。更具体的，如附图3所示，所述加热电阻4贴装在所述电路板1上，所述透镜组件2罩扣所述加热电阻4，所述加热电阻4靠近且与所述激光器3存在间隙。如附图4所示，本申请实施例提供的光模块中，电路板1上还设置第一覆铜层7，如附图4所示，所述第一覆铜层7覆盖所述电路板1在所述激光器3和加热电阻4的投影区域。激光器3和加热电阻4贴装在所述第一覆铜层7上，其中，激光器3的负极连接所述第一覆铜层7，所述激光器3的正极通过金线与所述电路板1上的电路连接。激光器3贴装在电路板1的第一覆铜层7上，便于激光器3的加热和散热。

加热电阻4的工作过程：当加热电阻4有电流通过时，加热电阻4将电能转化为热能，即加热电阻4产生热量，加热电阻4产生的热量通过热传递的形式传递至激光器3，在本申请中加热电阻4产生的热量大多通过第一覆铜层7传递至激光器3，用作激光器3的加热。

在本申请实施例中，电路板1为PCB(Printed Circuit Board,印制电路板，又称印刷线路板)是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体，但不局限于PCB。

加热电阻4为薄膜电阻，阻值稳定，易于控制。在本申请中，薄膜电阻优选薄膜贴片电阻。在本申请实施例中，加热电阻4可为阻值为10Ω，最大功率为1.1W，尺寸长×宽×高为1mm×0.6mm×0.2mm，但不局限于此，可根据光模块自身尺寸以及需求进行选择。加热电阻4的加热强度可根据具体使用环境进行控制调整，如，统计光模块具体使用环境的温度，经过试验获取所述温度对应加热电阻4所需电流，获得加热电阻4电流与光模块温度关系曲线，在光模块工作使用中，根据其实际温度控制加热电阻4工作电流，进而实现激光器3平稳有效的加热，促使激光器3工作过程中免受低温影响。

在本申请实施例中，加热电阻4靠近但不接触激光器3，既能保证快速有效给激光器3加热，又避免加热电阻4接触激光器3造成激光器3受热不均，造成激光器3性能不稳定。同时，在本申请实施例中，透镜组件2罩扣加热电阻4，有助于进行加热电阻4产生热量的保温，减缓热量流失，使加热电阻4产生的热量更加有效的用于激光器3的加热，提高激光器3的加热效率。具体的，设置光模块温度阈值，光模块温度小于或等于所述光模块温度阈值，启动输出加热电阻4工作电流，使加热电阻4产生热量。其中，光模块温度可通过温度传感器获得，所述光模块温度阈值可根据光模块中激光器3性能需求进行选择。

在本申请实施例中，加热电阻4与激光器3距离可控制在100μm，但不局限限于100μm，具体可根据工艺能力进行具体设置。

在本申请实施例中，第一覆铜层7用作激光器3和加热电阻4的投影区域电路板1的覆铜，第一覆铜层7可以起到一定的回流和屏蔽作用。另外，第一覆铜层7的材质为金属铜，具有良好的导热作用，因此当进行加热电阻4给激光器3加热时，加热电阻4产生的热量通过第一覆铜层7快速传递至激光器3，有助于提高加热电阻4到激光器3热量传递速度，更加有效的为激光器3加热；同时，当激光器3处于高温工作时，还可用于激光器3的散热，提高激光器3的散热效率；使激光器3既能满足低温环境使用，又能满足高温环境使用。即在本申请实施例提供的光模块中，低温时，第一覆铜层7可用作加热电阻4产生的热量传递，提高传热效率，有助于提高激光器3的加热效率；非低温时，第一覆铜层7可用作激光器3散热，将激光器3高温时产生的热量导出，降低激光器3温度。因此，在本申请实施例中，第一覆铜层7不仅用于电路板1的回流和屏蔽作用，还用于激光器3的导热。在本申请具体实施方式中，第一覆铜层7的厚度为35μm左右，其具体值可根据需要进行选择。

因此，本申请实施例提供的光模块中，当光模块工作于低温环境时，给加热电阻4通电流，加热电阻4产生热量并通过第一覆铜层7传递给激光器3，用于激光器的加热，使激光器3的工作温度保持在一定范围，避免激光器3的性能受光模块外环境的影响，保证激光器3正常工作。加热电阻4产生热量过程充分满足焦耳定律，产热效果明显，且其便于控制，易适用于光模块。加热电阻4产生热量并通过第一覆铜层7传递给激光器3，提高热量传递效率并减少热量损失，有助于实现低温环境下激光器3温度的控制，进而保证激光器3的工作性能。如此，本申请提供的光模块，解决了低温环境下激光器性能裂化问题，保证低温环境下光模块的正常使用，使光模块适用于低温环境。

更进一步，在本申请实施例中，透镜组件2罩扣所述第一覆铜层7，所述第一覆铜层7的边缘位于所述电路板1在所述透镜组件2的投影区域内。避免第一覆铜层7与透镜组件2直接接触，有效避免加热电阻4产生的热量直接通过第一覆铜层7和透镜组件2的接触连接处扩散，减少加热电阻4产生的热量的散失，提高加热电阻4产生热量的利用率。

更进一步，在本申请实施例提供的光模块中，电路板1上设置第二覆铜层8，所述第一覆铜层7与所述第二覆铜层8之间设置覆铜间隙，所述覆铜间隙用于将所述第一覆铜层7和所述第二覆铜层8隔开。在本申请实施例中，第二覆铜层8为除第一覆铜层7外的电路板1上其他区域的覆铜层，用于电路板1中减小地线阻抗，提高抗干扰能力，降低压降，提高电源效率，减小环路面积。在第一覆铜层7与第二覆铜层8之间设置覆铜间隙，既有效避免加热电阻4产生的热量通过被第二覆铜层8扩散出去，又有效避免在高温时电路板1上其他元器件产生的热量传递至激光器3，使激光器3既能满足低温环境使用，又能满足高温环境使用。在本申请具体实施方式中，第一覆铜层7与第二覆铜层8之间的覆铜间隙的大小可选80μm，但不局限于80μm。

在本申请实施例提供的光模块中，电路板1上设置过孔9，所述过孔9靠近所述激光器3、且远离所述加热电阻4。过孔9为通孔式过孔，即所述过孔9贯穿所述电路板1。过孔9靠近所述激光器3、且远离所述加热电阻4用于激光器3的散热，又可防止加热电阻4工作过程中产生的热量通过过孔9散失。过孔9是连接导线交汇处的孔，其作用是将电气连接、固定和元件定位，在工艺上，过孔9的孔壁圆柱面上用化学沉淀的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，在本申请中过孔9用来散热。

优选的，过孔9贯穿于所述第一覆铜层7的边缘，即过孔9设置在电路板1上覆盖第一覆铜层7边缘，过孔9上的镀层金属连通第一覆铜层7，有利于保证光模块高温环境使用时激光器3的散热效率。在本申请具体实施方式中，过孔9的内径为100μm，外径为150μm，但不局限于此。如附图4所示，过孔9的数量可为两个，但不局限于两个，可根据实际需要进行选择。

更进一步，过孔9内填充导热体，导热体与过孔9匹配。导热体连接第一覆铜层7，保证激光器在工作过程中产生的热量通过电路板1上的第一覆铜层7传导至过孔9内导热体，导热体将热量传递至电路板1的另一面，从而将热量散发至电路板1外。导热体可选石墨等具有良好热导率的材料。

在本申请具体实施方式中，本申请实施例提供的光模块中还包括控制电路，控制电路用于加热电阻4工作电流的输出控制。附图5为本申请实施提供的一种控制电路。如附图5所示，本申请实施例提供的控制电路包括三极管5和单片机6，所述单片机6的信号输出端连接所述三极管5的集电极，所述三极管5的基极连接所述加热电阻4，所述三极管5的发射极接地。具体的当光模块温度低于或等于光模块温度阈值后，单片机6开启三极管5，加热电阻4开始工作，将有关加热电阻4电流与光模块温度关系曲线通过程序储存至单片机6，单片机6，单片机6通过监控获得光模块的温度，调节三极管5的导通程度来控制加热电阻4的导通电流，最终控制加热电阻4产生热量加热激光器3，使激光器3工作性能处于理想的范围内。三极管5和单片机6可设置在电路板1上，但具体位置不做限定，可根据光模块中电路板1的实际设计进行选择。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种光模块，包括电路板、贴装在所述电路板上的激光器和罩扣在所述激光器上的透镜组件，其特征在于，所述光模块还包括加热电阻，所述电路板上设置第一覆铜层，所述第一覆铜层覆盖所述电路板上所述激光器和加热电阻的投影区域；

所述激光器贴装在所述第一覆铜层的表面，所述激光器的负极连接所述第一覆铜层，所述激光器的正极通过金线与所述电路板上的电路连接；

所述加热电阻贴装在所述第一覆铜层的表面，所述透镜组件罩扣所述加热电阻，所述加热电阻靠近且与所述激光器存在间隙，所述加热电阻用于低温时给所述激光器加热。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述电路板上设置过孔，所述过孔靠近所述激光器、且远离所述加热电阻。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述过孔贯穿于所述第一覆铜层的边缘。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件罩扣所述第一覆铜层，所述第一覆铜层的边缘位于所述电路板在所述透镜组件的投影区域内。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述电路板上设置第二覆铜层，所述第一覆铜层与所述第二覆铜层之间设置覆铜间隙，所述覆铜间隙用于将所述第一覆铜层和所述第二覆铜层隔开。

6.根据权利要求2或3所述的光模块，其特征在于，所述过孔内填充导热体。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括加热控制电路，所述加热控制电路包括三极管和单片机；

所述单片机的信号输出端连接所述三极管的集电极，所述三极管的基极连接所述加热电阻，所述三极管的发射极接地。