CN109387907B - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种光模块，包括外壳、设置在外壳内的密封壳、光电组件和电路板，所述光电组件设置在所述密封壳内，所述电路板与所述密封壳内的光电组件相电性连接，其中所述电路板包括第一板和设置在所述第一板表面上的第二板，所述第二板的厚度小于所述第一板的厚度，所述第二板包括设于表层的高速链路层和设于表层下方的参考层，所述第二板延伸入所述密封壳内与所述光电组件电性连接；所述密封壳的其中一个侧壁包括载体和绝缘板，所述电路板的第二板穿过所述载体和绝缘板之间的开口并与所述载体和绝缘板密封连接，所述绝缘板设置在所述第二板的高速链路层一侧。该光模块高速传输性能较好、成本较低且气密性较好。

Description

光模块

技术领域

本发明属于光通信元件制造技术领域，具体涉及一种光模块。

背景技术

在光模块中，有些器件需要在固定的温度范围下工作，常常需要致冷器对器件进行控温。而致冷器在控温的时候，需要将与致冷器相接的外部环境的热量转移到与致冷器相接的内部器件（一般为激光器等光电器件）上。特别是在内部器件的温度低于环境温度时，容易在致冷器周围产生凝露。因此需要将致冷器和内部器件放在陶瓷壳子中封装。

如图1为传统的带致冷器2的光模块结构示意图。该光模块的结构示意图显示了光模块外壳内部的部分元件。其中，激光器3和和陶瓷基板4封装在一个壳体中。此壳体包括底部的热沉、激光器出光的光窗、上盖和侧壁。其中一个侧壁为陶瓷侧壁5。激光器3固定在陶瓷基板4上并与陶瓷基板4电性连接；并且，激光器3通过金线从陶瓷基板4电性连接到陶瓷外壳5，陶瓷外壳5通过软板6与硬质电路板7电性连接。该光模块中，高频信号需要从驱动器8到硬质电路板7，经过软板6到陶瓷外壳5，经过金线，到陶瓷基板4，再到激光器3。整个链路有很多的连接点，这些点容易使高速信号产生反射，劣化信号的质量。而且这种设计成本比较高，对于制作超高速（例如，50 Gb/s）信号很难控制。

如图2所示，另外对于非陶瓷壳子的气密封装的光模块，高速信号从驱动器10，经过硬质电路板11，通过金线直接连接到陶瓷基板12上。如果陶瓷基板12距离硬质电路板11很近，金线的长度可以做到很短，这样信号质量很好。但是由于硬质电路板11的加工工艺，硬质电路板11的金属线距离板边有距离要求一般需要8mil。另外如果致冷器13靠近硬质电路板11太近，由于硬质电路板11热传导左右，致冷器13的效率会很低。因而需要控制致冷器13到硬质电路板11的板边的距离。而这样又会造成打线很长，从而影响高频信号的阻抗，最终劣化信号。另外硬质电路板11较厚，因此热膨胀系数比较高，而且整个硬质电路板11厚度的热膨胀造成的形变比较大，从而导致气密失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光模块，该光模块高速传输性能较好、成本较低且气密性较好。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种光模块，包括外壳、设置在外壳内的密封壳、光电组件和电路板，所述光电组件设置在所述密封壳内，所述电路板与所述密封壳内的光电组件相电性连接，其中所述电路板包括第一板和设置在所述第一板表面上的第二板，所述第二板的厚度小于所述第一板的厚度，所述第二板包括设于表层的高速链路层和设于表层下方的参考层，所述第二板延伸入所述密封壳内与所述光电组件电性连接；所述密封壳的其中一个侧壁包括载体和绝缘板，所述电路板的第二板穿过所述载体和绝缘板之间的开口并与所述载体和绝缘板密封连接，所述绝缘板设置在所述第二板的高速链路层一侧。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述电路板的第二板与所述载体和绝缘板之间通过密封胶密封连接。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述第二板为柔性电路板或硬质电路板，所述第一板为硬质电路板。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述密封壳的底壁包括延伸到密封壳外部的封装基板，所述电路板的第一板固定在所述密封壳外部的封装基板上。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述光电组件包括位于所述密封壳内的承载基板和位于所述承载基板上的激光器或光电探测器，所述激光器或光电探测器与所述第二板的高速链路层相电性连接。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述承载基板上设有线路层，所述激光器或光电探测器通过所述承载基板上的线路层与所述第二板的高速链路层相电性连接。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述第二板至少部分延伸至所述承载基板上并固定在所述承载基板上。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述载体具有向所述密封壳内凸出于所述绝缘板的承载部，所述第二板延伸至所述承载部并固定在所述承载部上。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述光模块还包括设置在所述承载基板和封装基板之间的致冷器。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述光模块还包括驱动器，所述驱动器位于所述密封壳外的第二板上，所述驱动器通过所述第二板上的线路驱动所述激光器或光电探测器工作。

与现有技术相比，本申请的技术方案，所述第二板的厚度小于第一板的厚度，所述第二板延伸入所述密封壳内且与所述光电组件电性连接；由于第二板只是电路板的一部分，且厚度较薄，应变较小，膨胀形变较小，使得光模块的气密性能好；另外，该光模块能够使得第二板位于载体和绝缘板之间的开口处的上下部分不需要另外设置电路板，结构简单、成本低，同时还保证了高速信号的传输质量。

附图说明

图1是现有技术中光模块的结构示意图；

图2是另一现有技术中光模块的结构示意图；

图3是本发明第一实施方式中光模块的示意图；

图4是图3中光模块的另一方向示意图，此时去除密封壳的顶壁和外壳；

图5是本发明第二实施方式中光模块的示意图；

图6是本发明第三实施方式中光模块的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

参图3和图4，本发明提供的第一实施例，该实施例公开了一种光模块,在本实施方式中，该光模块包括外壳18、设置在外壳18内的密封壳20以及设置在密封壳20内的光电组件22。

光电组件22封装在密封壳内。这里，需要说明的是，本申请中所提到的光模块可以例如是：发射机OSA（TOSA），此时，所述的光电组件22一般包括半导体激光二极管（LD）；接收机OSA（ROSA），此时，所述的光电组件22一般包括光电二极管（PD）；又或者是同时具有发送和接收功能，此时，所述的光电组件22一般同时包括半导体激光二极管和光电二极管。本实施方式的描述及附图中以光模块的光电组件22包括半导体激光二极管为例做阐述，但这并非是对本申请光电组件22类型的限制。可选地或附加地，光模块能够适合于以各种不同的每秒数据速率进行光信号的发送的接收，所述每秒数据速率包括但不限于：1千兆每秒（Gbit）、2 Gbit、4 Gbit、8 Gbit、10 Gbit、20 Gbit、100 Gbit或其它带宽的光纤链路。此外，其它类型和配置的光模块或具有在一些方面与在此示出和描述不同的元件的光模块，也可受益于在此所揭示的原理。

在操作期间，光模块可以从主机装置接收携带数据的电信号，用于以携带数据的光信号的形式传输到光纤上，所述主体装置可以是能够与光模块通信的任何计算机系统。该电信号可以例如被提供给封装在壳体2010内的半导体激光二极管，该半导体激光二极管将电信号转换为携带数据的光信号，例如，用于发射到光纤上并经由光通信网络进行传输。这里的半导体激光二极管可以是边缘发射激光二极管、法布里-珀罗（Fabry-perot，FP）激光器、垂直腔表面发射激光器（VCSEL）、分布式反馈（DFB）激光器或其它适合的光源。

光模块还包括电路板，电路板与密封壳20内的光电组件22相电性连接。其中电路板包括第一板26和设置在第一板26表面上的第二板28，第二板28的厚度小于第一板26的厚度。第二板28包括设于表层的高速链路层44和设于表层下方的参考层45，第二板28延伸入密封壳20内与光电组件22电性连接。

另外，密封壳20的其中一个侧壁包括载体32和绝缘板34，载体32和绝缘板34之间具有开口30，电路板的第二板28穿过载体32和绝缘板34之间的开口30并与载体32和绝缘板34密封连接，其中，绝缘板34设置在第二板28的高速链路层44一侧。具体的，电路板的第二板28与载体32和绝缘板34之间通过密封胶密封连接。

密封壳20还包括顶壁40、底壁33、第一侧壁35、与第一侧壁35相面对设置的第二侧壁37、连接第一侧壁35和第二侧壁37的侧光窗42，侧光窗42与载体32和绝缘板34相面对设置，顶壁40、底壁33、侧光窗42，第一侧壁35、第二侧壁37、绝缘板34和载体32共同构成封闭的密封壳20。通常，侧光窗42上设有圆形窗口（未图示），圆形窗口处设有接收光电组件22发射的光信号的棱镜（未图示）。其中，顶壁40通常采用玻璃材质，第一侧壁35和第二侧壁37采用金属或合金材质。

具体的，载体32位于第二板28的下方，绝缘板34位于第二板28的上方即高速链路层一侧，且载体32和绝缘板34位于同一竖直线上。其中，载体32与第一板26之间间隔一定间距，载体32的材质不受限制，可采用金属、陶瓷或玻璃等。绝缘板34通常采用陶瓷或玻璃等非导电的绝缘材质。

第二板28与第一板26相连，通常第二板28与第一板26压制在一起。本实施方式中，第二板28延伸入密封壳20内且与光电组件22电性连接；由于第二板28只是电路板的一部分，通常第二板28的厚度在0.1mm左右，厚度较薄，应变较小，膨胀形变较小，使得光模块的气密性能好。另外，本优选实施例提供的气密封装方式能够使得第二板28位于载体32和绝缘板34之间的开口30处的上下部分不需要另外设置电路板，结构简单、成本低，同时还保证了高速信号的传输质量。另外，本实施例中，第一板26的宽度大于第二板28的宽度。

第二板28为柔性电路板或硬质电路板，第一板26为硬质电路板，第一板26位于密封壳之外并与第二板28相连接。

密封壳20的底壁33包括延伸到密封壳20外部的封装基板36，电路板的第一板26固定在密封壳20外部的封装基板36上。如此将电路板和密封壳20固定在一起，不但方便作为整体进行组装，也方便了电路板的固定。

本优选实施例中，封装基板36为热沉。优选的，至少部分第一板26与封装基板36相接触。第一板26的上表面与第二板28的下表面相连接，第一板26的下表面部分与封装基板36接触，或第一板26的下表面全部与封装基板36接触。从而将电路板产生的热量通过封装基板36散掉。

光电组件22包括位于密封壳20内的承载基板46、位于承载基板46上的光/电元件48，光/电元件48与第二板28的高速链路层44相电性连接。具体的，承载基板46上设有线路层50，光/电元件通过承载基板46上的线路层50与第二板28的高速链路层44相电性连接。本实施例中，承载基板46采用陶瓷材质，光/电元件48焊接于承载基板46上。承载基板46上的线路层50与高速链路层44打金线连接，同样，承载基板46上的线路层50与光/电元件48也打金线连接。光/电元件48可以为激光器或光电探测器。

本实施例中，线路层50和高速链路层44位于光/电元件48的同一侧边，这样，使得打金线长度最短，减小了链路上的阻抗，使得高速传输性能更优。当然，线路层50和高速链路层44也可以设置于光/电元件48的不同侧边。

线路层50和高速链路层44位于同一直线上。进一步使得线路层50和高速链路层44之间的打金线长度更短，高速传输性能更好。进一步的，线路层50、高速链路层44和光/电元件48可以设置成位于同一直线上。

光模块还包括驱动器24，驱动器24位于密封壳20外的第二板28上，驱动器24通过第二板26上的线路驱动激光器或光电探测器工作。具体的，驱动器24设于第二板28的上表面且与第二板28电性连接，高速链路层44与驱动器24间隔设置，高速链路层44与驱动器24通过打金线连接。本实施方式中，将驱动器24设于第二板28上且与第二板28电性连接，从而使驱动器24通过第二板28直接连接到光电组件22，减少了链路的反射，从而实现高速传输性能更好。另外从驱动器24到光电组件22的整个高速链路没有传统陶瓷壳子的焊接点，非常容易控制链路上的阻抗，从而更加容易实现超高速的传输。

光模块还包括设置在承载基板46和封装基板36之间的致冷器38。其中，致冷器38与载体32和侧光窗42之间均具有一定间距。该实施方式中，第一板26位于密封壳20之外，第二板28延伸入密封壳20内与光电组件22电性连接，从而增加了第一板26与致冷器38之间的间隙，改善了致冷器38的效率，从而降低了功耗。

本实施例中，承载基板46设于致冷器38上，具体的，承载基板46与封装基板36设于致冷器38相背对的两侧。致冷器38焊接于封装基板36上，光/电元件48的热量首先传递到致冷器38上，通过致冷器38传递到封装基板36，从而把光/电元件48产生的热量散掉。

第二板28与致冷器38相接触，具体的，第二板28贴装于致冷器38的表面，其中第二板28和承载基板46设于致冷器38的同一表面。这样，使得光模块的结构简单，且使得第二板28和承载基板46之间的打线长度较短。本实施例中，第二板28的热量传递到致冷器38上，然后通过致冷器38传递到封装基板36，从而将第二板28产生的热量通过封装基板36散掉，进而使得该光模块的散热性能更好。

如图5所示，本发明提供的第二实施方式，在此仅对该实施例与第一实施例的区别做详细介绍，其相同部分不再做详细介绍。该实施方式中，第二板52与光/电元件54在第二板52的纵长延伸方向上至少部分重叠，且第二板52至少部分延伸至承载基板58上并固定在承载基板58上，高速链路层56直接与光/电元件54电性连接。也就是说，第二板52延伸至光/电元件54的侧边，这样的话，承载基板58上不用再设置线路层，第二板52上的高速链路层56可以直接与光/电元件54电性连接，使得高速阻抗更小，高速传输性能更好。同样，第二板52可以设置为柔性电路板或硬质电路板，第一板62为硬质电路板。

本实施中，光模块还包括致冷器60，承载基板58设于致冷器60上，第二板52包括至少部分设于第一板62上的第一部分64和至少部分设于致冷器60上方的第二部分66，高速链路层56从第一部分64延伸至第二部分66，第一部分64的宽度大于第二部分66的宽度，且第一部分64和第二部分66形成缺口部68，缺口68位于载体69上方。具体的，高速链路层56从第一部分64到第二部分66沿直线延伸。第二部分66部分设于承载基板58上，高速链路层56一端与光/电元件54电连接，高速链路层56另一端与驱动器70电连接。该实施例中，减少了电连接的连接点和焊接点，使得高速传输性能更好。

本实施例中，第一部分64远离致冷器60。进一步的，第一部分64位于密封壳之外，这样，只有宽度较窄的第二部分66延伸入密封壳之内，使得热应力形变更小，从而密封壳的气密性更好。当然，第一部分64也可以延伸入收容壳体之内，其第一部分64的一小段与承载基板58相连，具体地，贴装于承载基板58。

如图6所示，本发明提供的第三实施方式，在此仅对该实施例与第一实施例的区别做详细介绍，其相同部分不再做详细介绍。该实施方式中，载体76具有向密封壳内凸出于绝缘板77的承载部79，第二板72延伸至承载部79并固定在承载部79上。具体的，第二板72贴装于载体76上。

同样，载体76可以采用膨胀系数低的玻璃或其它材质。另外，第二板72远离致冷器74，承载基板78延伸于致冷器74的侧边，承载基板78上的线路层80从光/电元件82的侧边延伸至邻近致冷器74的侧边，且线路层80从光/电元件82的侧边向靠近第二板72的方向延伸，第二板72上的高速链路层84从邻近驱动器86的一端向靠近承载基板78的方向延伸。

另外，线路层80分别与光/电元件82和高速链路层84打金线连接，且高速链路层84与驱动器86也打金线连接。

本实施例中，线路层80和高速链路层84设置于光/电元件82的同一侧边。进一步的，线路层80和高速链路层84位于同一直线方向上。如此，打金线长度较短。当然，线路层80和高速链路层84也可以设置于光/电元件82的不同侧边，或线路层80和高速链路层84也可以不设置于同一直线方向上。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光模块，包括外壳、设置在外壳内的密封壳、光电组件和电路板，所述光电组件设置在所述密封壳内，所述电路板与所述密封壳内的光电组件相电性连接，其特征在于：

所述电路板包括第一板和设置在所述第一板表面上的第二板，所述第二板的厚度小于所述第一板的厚度，所述第二板包括设于表层的高速链路层和设于表层下方的参考层，所述第二板延伸入所述密封壳内与所述光电组件电性连接，所述第一板位于所述密封壳之外并与所述第二板相连接；所述第一板和第二板压制在一起；

所述密封壳的其中一个侧壁包括载体和绝缘板，所述电路板的第二板穿过所述载体和绝缘板之间的开口并与所述载体和绝缘板密封连接，所述绝缘板设置在所述第二板的高速链路层一侧，所述光模块还包括驱动器，所述驱动器位于所述密封壳外的第二板上并与第二板电性连接，所述驱动器通过所述第二板上的线路驱动所述光电组件工作。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述电路板的第二板与所述载体和绝缘板之间通过密封胶密封连接。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第二板为柔性电路板或硬质电路板，所述第一板为硬质电路板。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述密封壳的底壁包括延伸到密封壳外部的封装基板，所述电路板的第一板固定在所述密封壳外部的封装基板上。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述光电组件包括位于所述密封壳内的承载基板和位于所述承载基板上的激光器或光电探测器，所述激光器或光电探测器与所述第二板的高速链路层相电性连接。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述承载基板上设有线路层，所述激光器或光电探测器通过所述承载基板上的线路层与所述第二板的高速链路层相电性连接。

7.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第二板至少部分延伸至所述承载基板上并固定在所述承载基板上。

8.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述载体具有向所述密封壳内凸出于所述绝缘板的承载部，所述第二板延伸至所述承载部并固定在所述承载部上。

9.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括设置在所述承载基板和封装基板之间的致冷器。

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