CN109358398B - 一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法，光模块发射光器件包括底座、激光器芯片、与激光器芯片相连的PCB、透镜、与激光器芯片相耦合且固定在底座上的出光件，还包括固定在底座上且预设位置处设置有U型槽的衬底，衬底具有导热性，其中：激光器芯片固定在衬底的表面，透镜固定在预设位置的U型槽内，预设位置为经过光学模拟得到的激光器芯片的出光功率最大的位置。本申请公开的上述技术方案，可以直接将透镜固定在衬底的U型槽内，而不需要通过自动透镜耦合机及激光焊接机来对透镜进行耦合和固定，因此，可以降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，提高光模块发射光器件的制备效率，并可以降低光模块发射光器件的制备成本。

Description

一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体地说，涉及一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法。

背景技术

随着光通信技术的快速发展，光模块的数据传输速度从10G、25G、40G提升到了现在的100G、200G、400G。100G(或200G、400G)光模块发射光器件包括四个通道，每个通道的结构可以参见图1，其示出了现有光模块发射光器件的通道的结构示意图，主要包括PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)11、激光器芯片12、热沉13、金属底座14、透镜15、调节环16和带光纤17的金属下套18，其对应的工作过程为外电路给PCB11的金手指加电驱动激光器芯片12发光，发出的光经过透镜15的耦合，汇聚到带光纤17的金属下套18里面。在制备光模块发射光器件时，为了更好的传输光信号，则需要对透镜15及光纤17进行耦合。

对于现有光模块发射光器件而言，首先，需要对透镜15进行耦合，其过程大致为：在透镜15的外围包裹金属套管，并将固定有激光器芯片12的PCB11夹持在自动透镜耦合机上，即将透镜15吸附在一个能够进行上、下、左、右移动的电动轴上，且在光路的出光方向上放置一个探测器，以在电动轴驱动透镜15移动的过程中实时检测耦合到的光功率；当探测到的光功率最大时，则通过激光焊接机采用激光焊接的方式将金属套管固定在光路中。然后，对光纤17进行耦合：将带光纤17的插针插入到金属下套18中，金属下套18被机械装置夹在自动耦合激光焊机上；利用自动耦合激光焊机自动耦合光，当耦合最大时，对金属下套18和金属底座14连接处进行激光焊接。

由上述过程可知，透镜耦合和光纤耦合的过程比较繁琐、复杂，因此，则会增加制备时间，降低制备效率。另外，在透镜耦合中，由于所用到的自动透镜耦合机及激光焊接机比较昂贵，因此，则会导致产品的制备成本增加。

综上所述，如何降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，提高制备效率，降低光模块发射光器件的制备成本，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法，以降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，提高制备效率，并降低光模块发射光器件的制备成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光模块发射光器件，包括底座、激光器芯片、与所述激光器芯片相连的PCB、透镜、与所述激光器芯片相耦合且固定在所述底座上的出光件，还包括固定在所述底座上且预设位置处设置有U型槽的衬底，所述衬底具有导热性，其中：

所述激光器芯片固定在所述衬底的表面，所述透镜固定在所述预设位置的U型槽内，所述预设位置为经过光学模拟得到的所述激光器芯片的出光功率最大的位置。

优选的，还包括设置在所述衬底与所述激光器芯片之间的热沉。

优选的，所述衬底等间距固定在所述底座上。

优选的，所述衬底与所述底座之间、及所述透镜与所述U型槽之间通过环氧胶水或紫外胶水进行固定。

优选的，所述透镜为球透镜或者非球透镜。

优选的，所述出光件包括与所述底座相连的调节环、与所述调节环相连的金属下套、及通过光纤插芯插入所述金属下套中的光纤。

优选的，所述激光器芯片与所述光纤插芯的光路中设置有隔离器。

一种光模块，包括如上述任一项所述的光模块发射光器件。

一种光模块发射光器件的制备方法，包括：

在具有导热性的衬底的预设位置处设置U型槽，并将激光器芯片固定在所述衬底的表面，其中，所述预设位置为经过光学模拟得到的所述激光器芯片的出光功率最大的位置；

将透镜固定在所述预设位置处的U型槽内，并将所述衬底固定在所述底座上，且进行PCB与所述激光器芯片之间的连接；

根据所述激光器芯片对出光件进行耦合，并将耦合后的所述出光件固定在所述底座上。

优选的，在将激光器芯片固定在所述衬底的表面之前，还包括：

将所述激光器芯片与热沉焊接在一起。

本发明提供了一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法，其中，该光模块发射光器件包括底座、激光器芯片、与激光器芯片相连的PCB、透镜、与激光器芯片相耦合且固定在底座上的出光件，还包括固定在底座上且预设位置处设置有U型槽的衬底，衬底具有导热性，其中：激光器芯片固定在衬底的表面，透镜固定在预设位置的U型槽内，预设位置为经过光学模拟得到的激光器芯片的出光功率最大的位置。

本申请公开的上述技术方案，将激光器芯片固定在具有导热性的衬底表面，将透镜固定在衬底预设位置处的U型槽内，并将衬底固定在底座上，且将与激光器芯片相耦合的出光件固定在底座上，以传输激光器芯片所发射的光信号，其中，预设位置为经过光学模拟得到的激光器芯片的出光功率最大的位置，即可以直接将透镜固定在衬底上所设置的U型槽内，而不需要通过自动透镜耦合机及激光焊接机来对透镜进行耦合和固定，因此，可以降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，提高光模块发射光器件的制备效率，并可以降低光模块发射光器件的制备成本。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有光模块发射光器件的通道的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光模块发射光器件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块发射光器件的制备方法的流程图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种光模块发射光器件的结构示意图，可以包括底座21、激光器芯片22、与激光器芯片22相连的PCB23、透镜24、与激光器芯片22相耦合且固定在底座21上的出光件25，还可以包括固定在底座21上且预设位置处设置有U型槽的衬底26，衬底26具有导热性，其中：

激光器芯片22固定在衬底26的表面，透镜24固定在预设位置的U型槽内，预设位置为激光器芯片22的出光功率最大的位置。

光模块发射光器件可以包括底座21、激光器芯片22、与激光器芯片22相连的PCB23、透镜24、出光件25、及衬底26。其中，出光件25与激光器芯片22相耦合且固定在底座21上，用于接收透镜24所汇聚到的激光器芯片22所发射出的光信号，并用于提供光模块发射光器件的光接口，以将所接收到的光信号传输出去。需要说明的是，这里所提及的底座21可以为金属底座等。

光模块发射光器件所包括的激光器芯片22固定在衬底26的表面，衬底26、及PCB23均固定在底座21上，其中，激光器芯片22可以通过金丝等与PCB23实现电气连接，以通过外电路为PCB23进行供电，并由PCB23为激光器芯片22提供驱动而使激光器芯片22发光。

用于固定激光器芯片22的衬底26具体可以为硅等，其具有较高的导热性。在激光器芯片22工作时，具有导热性的衬底26可以将激光器芯片22所产生的热量及时散发出去。另外，该衬底26的预设位置(预设位置为预先利用光学模拟软件等经过光学模拟计算得到的激光器芯片22的出光功率最大的位置)处设置有U型槽，该U型槽可以托住光路中的透镜24，使得透镜24在水平方向上和垂直方向上不发生移动，从而便于通过高精度自动贴片机采用直接贴装的方式将透镜24固定在衬底26的U型槽内。由于衬底26的预设位置设置有U型槽，因此，则可以将透镜24直接固定在该U型槽内，而无需先调节透镜24与激光器芯片22之间的相对位置(X、Y、Z三个方向上的相对位置)，然后，再对透镜24进行固定，因此，可以简化光模块发射光器件的制备工艺。

其中，可以通过高精度自动贴片机采用直接贴装的方式将透镜24贴在衬底26的U型槽内是因为：第一，无论透镜24是球透镜还是非球透镜，其直径加工公差非常细微(普遍只有2-3μm，最大不超过5μm)；第二，经过光学模拟发现，激光器芯片22与透镜24之间在垂直方向上、及水平方向上相差30μm范围内时都能使耦合效率达到光模块发射光器件对耦合效率的要求；第三，目前，对于衬底26的加工可以保证垂直方向的公差为10μm，水平方向的公差为±1μm；第四，所使用的高精度自动贴片机可以保证5μm的贴片精度。因此，则可以采用直接贴装的方式固定透镜24，从而省略掉透镜24耦合工艺以及与透镜24耦合相关的设备。

也就是说，预先经过光学模拟得到激光器芯片22的出光功率最大的位置，并在衬底26的对应位置处设置U型槽，然后，在制备光模块发射光器件时直接将透镜24固定在衬底26上的U型槽内即可，从而可以省略掉对透镜24进行耦合这一步骤。之后，则对出光件25进行耦合，并将耦合后的出光件25固定在底座21上，即使得光模块发射光器件的耦合变成仅对出光件25的耦合。由于不需要进行透镜24的耦合，因此，在制备光模块发射光器件的过程中，则不再需要用到包裹透镜24的金属套管，也不再需要用到自动透镜耦合机和用于焊接透镜24的激光焊接机，从而则可以降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，简化光模块发射光器件的制备工艺，并可以缩短光模块发射光器件的制备时间，提高光模块发射光器件的制备效率，而且可以降低光模块发射光器件的制备成本。

本申请公开的上述技术方案，将激光器芯片固定在具有导热性的衬底表面，将透镜固定在衬底预设位置处的U型槽内，并将衬底固定在底座上，且将与激光器芯片相耦合的出光件固定在底座上，以传输激光器芯片所发射的光信号，其中，预设位置为经过光学模拟得到的激光器芯片的出光功率最大的位置，即可以直接将透镜固定在衬底上所设置的U型槽内，而不需要通过自动透镜耦合机及激光焊接机来对透镜进行耦合和固定，因此，可以降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，提高光模块发射光器件的制备效率，并可以降低光模块发射光器件的制备成本。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件，还可以包括设置在衬底26与激光器芯片22之间的热沉27。

为了更好地将激光器芯片22所产生的热量散发出去，则可以在衬底26与激光器芯片22之间设置热沉27，以使激光器芯片22所产生的热量可以通过热沉27导向光模块发射光器件的外部，从而减少热量对光模块发射光器件的正常工作所带来的影响。其中，热沉27可以采用具有高导热性的铜、无氧铜、钼铜、金刚石、硅、碳化硅、氮化铝等材料制备而成。

需要说明的是，当光模块发射光器件中存在热沉27时，则可以先利用自动共晶贴片机将激光器芯片22与热沉27焊接在一起。具体地，可以在热沉27的表面预先蒸镀一层焊料，并对焊料进行加热，使得焊料熔化，在遇到冷的氮气之后，焊料固化，此时，激光器芯片22便可以与热沉27焊接在一起。然后，则可以将上述带有激光器芯片22的热沉27通过自动贴片机贴到衬底26上，并使其固定在衬底26上，之后，则将衬底26固定在底座21上。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件，衬底26可以等间距固定在底座21上。

光模块发射光器件中可以包含多个衬底26，而且这些衬底26可以等间距固定在底座21上，以构成衬底阵列。当然，也可以根据实际需要而对衬底26的位置进行调整，以使光模块发射光器件具有较好的性能。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件，衬底26与底座21之间、及透镜24与U型槽之间可以通过环氧胶水或紫外胶水进行固定。

衬底26与底座21之间、以及透镜24与衬底26的U型槽之间均可以通过环氧胶水或者紫外胶水进行固定，以提高衬底26与底座21之间、及透镜24与U型槽之间的粘附力，从而防止衬底26、透镜24在工作过程中因发生移动而对光模块发射光器件的性能造成影响。

其中，在利用胶水将透镜24固定在衬底26的U型槽内时，具体可以通过高精度自动贴片机在衬底26的U型槽内点上胶水，并控制高精度自动贴片机将透镜24贴在衬底26的预设位置上，然后，使胶水固定，以使透镜24固定在衬底26上。在将透镜24固定在衬底26上之后，则可以利用胶水将衬底26粘结在底座21上，然后，对胶水进行加热烘烤，使衬底26固定在底座21上。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件，透镜24可以为球透镜或者非球透镜。

光模块发射光器件中所包含的透镜24可以为球透镜，也可以为非球透镜，即可以利用球透镜或者非球透镜来将激光器芯片22所发射的光信号汇聚到出光件25中。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件，出光件25可以包括与底座21相连的调节环251、与调节环251相连的金属下套252、及通过光纤插芯插入金属下套252中的光纤253。

出光件25具体可以包括调节环251、金属下套252、及通过光纤插芯插入到金属下套252中的光纤253。

在将透镜24固定在衬底26的U型槽内，并将衬底26固定在底座21上之后，则可以将调节环251放置在底座21上，将金属下套252插入到调节环251中，并将光纤插芯插入到金属下套252中，且将光纤253的另一端与光功率计相连，利用光功率计来监测光功率。然后，则开启自动耦合焊接机的自动耦合功能，当监测到光功率最大时，对调节环251、金属下套252、及底座21进行激光焊接，以将出光件25固定在底座21上。

其中，所用到的光纤插芯的两个端面可以均为平面，也可以均为斜面。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件，激光器芯片22与光纤插芯的光路中可以设置有隔离器。

可以在激光器芯片22与光纤插芯的光路设置隔离器，以允许光信号从激光器芯片22向光纤253通过，而阻止光信号进行反向通过，即隔离器可以对光信号的方向进行限制，使得光信号只能单方向传输，从而提高光信号的传输效率。

本发明实施例还提供了一种光模块，包括上述任一种光模块发射光器件。

由于上述任一种光模块发射光器件的耦合复杂程度比较低、制备效率比较高、制备成本比较低，因此，对于包括上述任一种光模块发射光器件的光模块而言，在制备时也可以降低简化制备工艺，缩短制备时间，提高制备效率，降低制备成本。

本发明实施例还提供了一种光模块发射光器件的制备方法，参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种光模块发射光器件的制备方法的流程图，可以包括：

S11：在具有导热性的衬底的预设位置处设置U型槽，并将激光器芯片固定在衬底的表面，其中，预设位置为经过光学模拟得到的激光器芯片的出光功率最大的位置。

选取具有导热性的衬底，并预先利用光学模拟软件等经过光学模拟计算得到激光器芯片的出光功率最大的位置(即预设位置)，然后，在衬底的预设位置处设置与透镜的尺寸相适应的U型槽。之后，通过共晶焊接工艺或者其他工艺等将激光器芯片固定在衬底上。

其中，具有导热性的衬底可以将激光器芯片所产生的热量及时散发出去，从而减少激光器芯片所产生的热量对光模块发射光器件的正常工作所造成的影响。

S12：将透镜固定在预设位置处的U型槽内，并将衬底固定在底座上，且进行PCB与激光器芯片之间的连接。

利用高精度自动贴片机将透镜固定在衬底预设位置的U型槽内，该U型槽在光路中可以拖住透镜，使得透镜在水平方向上和垂直方向上均不发生移动，以省略掉透镜耦合这一步骤，相应地，则可以省去透镜耦合所需要的相关设备，从而可以简化光模块发射光器件的耦合过程，降低光模块发射光器件的制备成本。

在将透镜固定在U型槽内之后，则将带有激光器芯片、透镜的衬底固定在底座上，之后，则可以采用自动焊线机将PCB与底座上的激光器芯片之间实现电气连接，以利用PCB为激光器芯片提供驱动而使激光器芯片发光。

S13：根据激光器芯片对出光件进行耦合，并将耦合后的出光件固定在底座上。

在进行完PCB与激光器芯片之间的电气连接之后，则可以根据激光器芯片对出光件进行耦合，以确定出光件的位置。然后，则可以将出光件固定在底座上，以得到光模块发射光器件。

由上述过程可知，光模块发射光器件的制备只需进行出光件的耦合，而不需要进行透镜的耦合，因此，则可以降低光模块发射光器件的耦合复杂程度，缩短光模块发射光器件的制备时间，提高制备效率，并降低光模块发射光器件的制备成本。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件的制备方法，在将激光器芯片固定在衬底的表面之前，还包括：

将激光器芯片与热沉焊接在一起。

在将激光器芯片固定在衬底的表面之前，可以先采用自动共晶贴片机将激光器芯片与热沉焊接在一起。然后，再采用自动贴片机将带有激光器芯片的热沉通过环氧胶水等贴装在衬底上，并将其放入烘箱中进行烘烤固定，以将带有激光器芯片的热沉固定在衬底上。之后，则可以利用高精度自动贴片机将透镜固定在衬底预设位置的U型槽内。

本发明实施例提供的一种光模块发射光器件的制备方法中相关部分的详细说明可以参见本发明实施例所提供的一种光模块发射光器件中对应部分的具体说明，在此不再赘述。

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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光模块发射光器件，包括底座、激光器芯片、与所述激光器芯片相连的PCB、透镜、与所述激光器芯片相耦合且固定在所述底座上的出光件，其特征在于，还包括固定在所述底座上且预设位置处设置有U型槽的衬底，所述衬底具有导热性，其中：

所述激光器芯片固定在所述衬底的表面，所述透镜固定在所述预设位置的U型槽内，所述预设位置为利用光学模拟软件经过光学模拟计算得到的激光器芯片的出光功率最大的位置；

所述光模块发射光器件还包括设置在所述衬底与所述激光器芯片之间的热沉；多个所述衬底等间距固定在所述底座上，以构成衬底阵列。

2.根据权利要求1所述的光模块发射光器件，其特征在于，所述衬底与所述底座之间、及所述透镜与所述U型槽之间通过环氧胶水或紫外胶水进行固定。

3.根据权利要求2所述的光模块发射光器件，其特征在于，所述透镜为球透镜或者非球透镜。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光模块发射光器件，其特征在于，所述出光件包括与所述底座相连的调节环、与所述调节环相连的金属下套、及通过光纤插芯插入所述金属下套中的光纤。

5.根据权利要求4所述的光模块发射光器件，其特征在于，所述激光器芯片与所述光纤插芯的光路中设置有隔离器。

6.一种光模块，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的光模块发射光器件。

7.一种光模块发射光器件的制备方法，其特征在于，包括：

在具有导热性的衬底的预设位置处设置U型槽，并将激光器芯片固定在所述衬底的表面，其中，所述预设位置为利用光学模拟软件经过光学模拟计算得到的激光器芯片的出光功率最大的位置；所述光模块发射光器件还包括设置在所述衬底与所述激光器芯片之间的热沉；多个所述衬底等间距固定在底座上，以构成衬底阵列；

将透镜固定在所述预设位置处的U型槽内，并将所述衬底固定在所述底座上，且进行PCB与所述激光器芯片之间的连接；

根据所述激光器芯片对出光件进行耦合，并将耦合后的所述出光件固定在所述底座上。

8.根据权利要求7所述的光模块发射光器件的制备方法，其特征在于，在将激光器芯片固定在所述衬底的表面之前，还包括：

将所述激光器芯片与热沉焊接在一起。