CN109407233A - 一种光学次模块及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学次模块及光模块，光模块包括光学次模块和电路板；光学次模块中，上盖板置于外壳上形成容纳腔，光器件置于容纳腔内，且固定在外壳的底面上；上盖板包括顶板和垂直于顶板的侧板；侧板通过胶水层与外壳连接，胶水层的膨胀系数分别大于外壳的膨胀系数和上盖板的膨胀系数，使得本发明提供的光学次模块在高温烘烤时，胶水层的膨胀度要大于外壳和上盖板；膨胀的胶水对外壳和上盖板产生推力，该推力作用在侧板上时，形成力矩，与现有技术相比，使上盖板较外壳更容易产生形变，进而可防止形变传递到外壳上。而外壳产生的形变量变小，会改善影响光路的情况，以解决现有的光学次模块易出现影响光路，使得光传输效果不佳的问题。

Description

一种光学次模块及光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光学次模块及光模块。

背景技术

光模块通常指用于光电转换的一种集成模块，可以将光信号转换为电信号，或者将电信号转换为光信号，在光通信领域发挥着重要作用。光模块主要由光学次模块和功能电路，即电路板组件构成。光学次模块里封装有激光芯片和/或光探测器等光电芯，光学次模块与电路板组件之间电连接，电路板组件与外部上位机连接实现供电及电信号传输，光学次模块与外部光纤等传光介质连接实现光传输。

现有技术提供的光学次模块中采用光学BOX封装结构来封装激光芯片等光学器件，以实现光传输。如图1和图2所示，常用的光学次模块包括上盖板3、外壳2、金属基板5、光学器件4和电器件1，上盖板3和外壳2结合成光学BOX封装结构，形成用于封装光学次模块的腔体，金属基板5置于腔体内，光学器件4固定在金属基板5上，电器件1与外壳2的一端连接。上盖板3为实心平板结构，上盖板3与外壳2之间通过胶水粘结实现密封封装，并通过柔板与PCB连接。

但是，由于BOX封装结构的上盖板3与外壳2之间用于密封的胶水为防水密封胶水，现有的防水密封胶水的膨胀系数都比较大，最小的也可达到30×10^-6·K^-1，而光模块中金属件的膨胀系数只有5～6×10^-6·K^-1左右。由于防水密封胶水中含有直径为30um大小的石英晶粒，受热膨胀后的硬度较高，在光学次模块生产过程中，经过高温烘烤后，相同大小量的胶水膨胀量会比相同大小的金属膨胀量大5倍左右，因此会对外壳2和上盖板3形成挤压力，使外壳2和上盖板3均会产生一定程度的形变。而同样大小的挤压力作用在外壳2和上盖板3上，外壳2和上盖板3所产生的形变则会有所不同，外壳2的形变量超出上盖板3形变量过多，影响光学器件的光路，导致光路偏离原设计位置，使得光传输效果不佳。

发明内容

本发明提供了一种光学次模块及光模块，以解决现有的光学次模块光传输效果不佳的问题。

本发明提供了一种光学次模块，包括：外壳、上盖板和光器件；

所述上盖板置于外壳上，外壳和上盖板形成容纳腔；所述光器件置于容纳腔内，且固定在外壳的底面上；

所述上盖板包括顶板和垂直于所述顶板的侧板；所述侧板通过胶水层与外壳连接；所述胶水层的膨胀系数分别大于外壳的膨胀系数和上盖板的膨胀系数。

本发明提供了一种光模块，包括：电路板和上述所述的光学次模块，所述电路板与光学次模块连接。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种光学次模块及光模块，光模块包括光学次模块和电路板；光学次模块包括：外壳、上盖板和光器件，上盖板置于外壳上形成容纳腔，光器件置于容纳腔内，且固定在外壳的底面上；上盖板包括顶板和垂直于顶板的侧板；侧板通过胶水层与外壳连接，胶水层的膨胀系数分别大于外壳的膨胀系数和上盖板的膨胀系数，使得本发明提供的光学次模块在较高温度下，胶水层的膨胀度要大于外壳和上盖板；膨胀的胶水对外壳和上盖板产生推力，该推力作用在上盖板的侧板上时，形成力矩，与现有技术相比，上盖板的结构使其较外壳更容易产生形变，进而通过上盖板的形变为胶水的膨胀提供空间，使外壳产生的形变量变小，从而改善对光器件的位置的影响，以解决现有的光学次模块易出现影响光路，使得光传输效果不佳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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为现有技术提供的光学次模块的结构示意图；

图2为现有技术提供的光学次模块的侧视图；

图3为本发明实施例提供的光学次模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光学次模块的侧视图；

图5为本发明实施例提供的上盖板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光学次模块的局部爆炸图；

图7为图6的结合图；

图8为本发明实施例提供的外壳的立体图；

图9(a)和(b)为现有技术提供的光学次模块的仿真结果图；

图10(a)和(b)为本发明实施例提供的光学次模块的仿真结果图；

图11为本发明实施例提供的光模块的结构示意图。

具体实施方式

图3为本发明实施例提供的光学次模块的结构示意图；图4为本发明实施例提供的光学次模块的侧视图。

参见图3和图4，本发明实施例提供的光学次模块，用于如图11所示的光模块中，光学次模块与电路板组件之间电连接形成光模块，电路板组件与外部上位机连接实现供电及电信号传输，光学次模块与外部光纤等传光介质连接实现光传输。具体地，本实施例提供的光学次模块包括：外壳2、上盖板3和光器件4。

外壳2为一面设有开口的框状结构，其纵截面为凹型，使外壳2的内部具有空腔，空腔用于容纳光器件和电器件等。使用时，上盖板3置于外壳2上，以使外壳2和上盖板3形成容纳腔。

为进行光传输，光学次模块还包括光器件4，光器件4置于容纳腔内，光器件4固定在外壳2的底面上。光器件可以直接固定在外壳2的底面上；也可以间接固定在底面上，即在底面上设置衬底，将光器件4设置在衬底上。不论将光器件4直接或间接设置在底面上，底面发生的形变都会影响光器件4位置，进而影响预设的光路。

常见的光器件包括光复用/解复用器件、透镜及光芯片(激光芯片或光接收芯片)。

为了解决采用现有技术提供的上盖板3易出现的影响光路的问题，本实施例中将上盖板3的结构进行改进，即将平板状的上盖板3改进为具有凹槽形状的上盖板3。如图5所示，上盖板3包括顶板35和垂直于顶板35的侧板，使上盖板3形成凹槽结构。

具体地，侧板包括：第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34，每个侧板环绕设置于顶板35的周围；第一侧板31和第二侧板32设于顶板35的相对两端，第三侧板33和第四侧板34设于顶板35的另一相对两端，且第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34分别与顶板35垂直；第一侧板31、第三侧板33、第二侧板32和第四侧板34首尾依次垂直连接，以使上盖板3形成凹槽结构；相邻两个侧板相互垂直，相对两个侧板相互平行，第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34沿顶板35的外边缘顺次连接形成内部具有凹槽的异形盖板。

在本实施例提供的凹槽形的上盖板3与外壳2连接时，将第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34与外壳2接触，使得上盖板3形成的凹槽与外壳2的空腔结合，形成容纳腔，以增大光学次模块的容纳空间，避免出现影响光路的情况。具体连接时，第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34分别通过胶水层6与外壳2连接。

胶水受热膨胀时，由于胶水层的膨胀系数分别大于外壳的膨胀系数和上盖板的膨胀系数，使得膨胀的胶水会对外壳2和上盖板3产生推力，该推力作用在凹槽形上盖板3的第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34上，形成力矩。与外壳2相比，力矩的产生会使凹槽形上盖板3更容易产生形变，进而通过上盖板的形变为胶水的膨胀提供空间，使外壳产生的形变量变小，从而改善对光器件的位置的影响，进而可防止形变传递到外壳2上。而外壳2不会产生形变，或产生的形变很微小，从而大大减小对光路的影响。

本实施例提供的上盖板3可以采用一体成型的结构，上盖板与外壳采用相同的材料，例如可伐合金，通过对上盖板的结构进行改进，从而使上盖板较之前的设计更容易放生形变；上盖板可以与外壳采用不同的材料，通过材料变形特性的不同，在上述结构的基础上，使上盖板更容易发生形变，具体地，上盖板比外壳具有更小的屈服强度，和/或上盖板比外壳具有更小的刚度；

上盖板也可以采用不同材料分别加工焊接而成。具体地，当上盖板3由不同材料分别加工焊接而成时，顶板35可采用钨铜材料等散热系数高的材料制成，以提高光学次模块的散热速度，避免温度过高而影响光器件和电器件的正常使用。第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34可采用可伐合金材料等易焊接、易加工、膨胀系数高的材料制成，可提高上盖板3的耐磨性。采用上述材料制成的上盖板3，具有既可以有效吸收应力，也能更好散热的特点。

为了使上盖板3的侧板更易产生形变，而不影响顶板35的结构，需要膨胀系数较大的胶水层不要与顶板35接触，因此，在其中一种可行的具体实施方式中，顶板35的底端位于外壳2顶端的上方。设定顶板35的高度高于外壳2的顶端，即顶板35位于凹台21的顶端上方，使得顶板35的外侧壁不与胶水层6接触，胶水层6膨胀时不会对顶板35产生应力，或产生的应力较小，而对侧板产生的应力大于对顶板35产生的应力，使得侧板更易产生形变。

在另一种可行的具体实施方式中，胶水层6的高度小于侧板的高度。侧板外侧壁涂覆胶水层6的面积要小于侧板外侧壁的整体面积，使得胶水层6并未涂满侧板外侧壁，即侧板的靠近顶板35的部分接触不到胶水层6，也可使得胶水层6不与顶板35的外侧壁接触，胶水层6膨胀时对侧板产生的应力大于对顶板35产生的应力，使得侧板更易产生形变。

而为了提高上盖板3的使用寿命，避免出现腐蚀现象，可在上盖板3的表面设置防腐层，例如，通过电镀的方式将防腐材料电镀在上盖板3的表面。

外壳2包括底板和垂直于底板的侧壁板，侧壁板围绕在底板的周围使得外壳2形成空腔。外壳2的侧壁板的高度大于上盖板3侧板的高度，使得外壳2形成的凹槽深度要大于上盖板3形成的凹槽深度。由于外壳2的尺寸大于上盖板3的尺寸，使得外壳2承受膨胀胶水推力的能力较强，不易产生形变；而上盖板3承受膨胀胶水的推力能力较弱，更易产生形变，进而可以改善外壳2易影响光路的情况。

由于外壳2与上盖板3通过胶水层6连接，而二者在固定连接时，需由工人自行将上盖板3的边与外壳2的边对齐，以保证光学次模块的结构整齐，避免影响形变效果。但由于手动对齐操作不易控制，且在滴加胶水时会对上盖板3或外壳2产生作用力，使得上盖板3与外壳2产生错位。

因此，如图6、图7和图8所示，为了避免上盖板3和外壳2之间产生错位，影响光学次模块整体结构的整齐性，导致形变效果不佳。本实施例中，在外壳2的侧壁板的顶端设有凹台21，凹台21的投影形状与上盖板3的投影形状相同，凹台的平面用于承托上盖板，凸台的侧壁用于与上盖板的侧板通过胶水粘接。

上盖板3可以与外壳2的顶端卡接，通过凹台21对上盖板3进行初步限位，避免出现错位现象。上盖板3与凹台21之间具有间隙，以便于滴加胶水进行密封，通过胶水层6实现上盖板3和外壳2顶端的固定。

为增大光学次模块的容纳腔的空间，需使顶板35位于凹台21的上方，且上盖板3的侧板与凹台21接触，即将上盖板3的凹槽与外壳2的空腔结合。

本实施例中，上盖板3和外壳2通过胶水层6连接时，连接部位分别为第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34的外侧壁，以及，凹台21的内侧壁。具体地，胶水层6位于凹台21与侧板之间，胶水滴加在凹台21的内侧壁和相对的每个侧板之间，使得凹台21通过胶水层6与第一侧板31、第二侧板32、第三侧板33和第四侧板34连接，实现上盖板3与外壳2的固定。

胶水层6的滴加厚度与凹台21和上盖板3之间的预留缝隙大小有关，为了实现固定又不浪费胶水。本实施例中，设定凹台21与上盖板3的每个侧板之间的预留缝隙尺寸为0.05mm～0.1mm，即胶水层6的厚度为0.05mm～0.1mm。根据实际使用需求，胶水层6的厚度可设定为0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或0.1mm等，本实施例不做具体限定。

具体地，为了上盖板3可以稳定地固定在凹台21上，即凹台21能够支撑上盖板3，本实施例中，设定上盖板3的每一个侧板的宽度要小于凹台21的宽度。以第一侧板31为例，第一侧板31的宽度H₂占凹台21的宽度H₁的60％～80％。

具体地，在不影响外壳2的容纳空间的情况下，凹台21的宽度要大于第一侧板31的宽度，即第一侧板31的宽度H₂与凹台21的宽度H₁的比例可为60％、65％、70％、75％或80％等，优选第一侧板31的宽度H₂占凹台21的宽度H₁的70％。

由于上盖板3的外形尺寸受限于整体光学次模块的大小，因此，上盖板3的厚度不宜太厚，长宽要根据外壳2大小而定，一般要以能密封外壳2为准。且为了上盖板3在高温烘烤时能够产生形变，需要在满足正常使用需求的前提下，使顶板35的厚度小于侧板的厚度，即本实施例中，顶板35的厚度d₁占第一侧板31的宽度H₂的45％～55％。

在保证侧板能够支撑顶板35的情况下，以及，侧板能够承受外壳2与顶板35的作用力，将侧板的厚度设计成大于顶板35的厚度。即顶板35的厚度d₁占第一侧板31的宽度H₂的45％、50％或55％。

外壳2与长度方向垂直的侧壁上设有通光口7，通光口7处安装有适配器1。外壳2的一端设置通光口7，用于安装适配器1，以将光学次模块与其他电子设备进行连接。

外壳2与设有通光口7相对的一端设有开口槽8，开口槽8用于连接电路板。光学次模块与电路板连接后即可得到光模块，而电路板组件与外部上位机连接实现供电及电信号传输，光学次模块与外部光纤等传光介质连接实现光传输，以实现光模块的光电信号转换的功能。

外壳2靠近开口槽8的侧壁上设有打线避让槽9。容纳腔内设有打线避让槽9，设置在外壳2的内侧壁上，用于预留操作空间，以便于后续将金线与电路板连接。

为了更清楚的说明本实施例提供的光学次模块所能取得的有益效果，下面将本实施例提供的光学次模块与现有技术提供的光学次模块进行仿真对比。

图9(a)和(b)为现有技术提供的光学次模块的仿真结果图；图10(a)和(b)为本实施例提供的光学次模块的仿真结果图。

参见图9(a)和(b)，图10(a)和(b)，根据现有技术方案的仿真结果与本实施例提供的改进方案仿真结果对比，在受同样胶水挤压力后，现有技术方案中光学次模块的上盖板最大形变量为0.14um，而外壳最大形变量为5.6um，也就是说，受胶水挤压力外壳为主要吸收应变的一方，外壳产生形变，进而会导致光路变化，影响光路稳定性，对光模块指标影响较大。而本申请实施例提供的光学次模块中，上盖板3的最大形变量为3.19um，而外壳2的最大形变量为1.44um，也就是说，受胶水相同大小的挤压力，带凹槽的上盖板3为主要吸收应变的一方，且外壳2形变会更小，相比现有技术中提供的外壳，本实施例提供的外壳2产生的形变降低了接近4倍，进而降低了对光路稳定性的影响，使光模块光学性能更稳定。

可见，本申请中，通过取消光学次模块内部的金属基板5，减小整体结构空间，同时对光学次模块的上盖板3设计成带凹槽的异形板，可以有效吸收应力，使光路不受应力形变影响，减少工艺制程，对于光路的稳定性表现更加优势。

如图11所示，本发明实施例还提供一种光模块，包括滤光器件400、电路板500和上述实施例所述的光学次模块300，电路板500通过开口槽与光学次模块300连接；光学次模块300中封装有光器件和电器件等；光学次模块300和电路板500封装在由外罩100和底座200形成的腔体内。光模块的作用就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种光学次模块及光模块，光模块包括光学次模块和电路板；光学次模块包括：外壳2、上盖板3和光器件4，上盖板3置于外壳2上形成容纳腔，光器件4置于容纳腔内，且固定在外壳2的底面上；上盖板3包括顶板35和垂直于顶板35的侧板，使上盖板3形成凹槽结构；侧板通过胶水层6与外壳2连接，胶水层6的膨胀系数分别大于外壳2的膨胀系数和上盖板3的膨胀系数，使得本发明提供的光学次模块在高温烘烤时，胶水层6的膨胀度要大于外壳2和上盖板3；膨胀的胶水对外壳2和上盖板3产生推力，该推力作用在侧板上时，形成力矩，与现有技术相比，使上盖板3较外壳2更容易产生形变，进而可防止形变传递到外壳2上。而外壳2产生的形变量变小，会改善影响光路的情况，以解决现有的光学次模块易出现影响光路，使得光传输效果不佳的问题。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，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公开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所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明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。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种光学次模块，其特征在于，包括：外壳、上盖板和光器件；

所述上盖板置于所述外壳上，所述外壳和所述上盖板形成容纳腔；所述光器件置于所述容纳腔内，且固定在所述外壳的底面上；

所述上盖板包括顶板和垂直于所述顶板的侧板；所述侧板通过胶水层与所述外壳连接；所述胶水层的膨胀系数分别大于所述外壳的膨胀系数和所述上盖板的膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述外壳包括底板和垂直于所述底板的侧壁板；所述侧壁板的顶端设有凹台，所述凹台的内侧壁通过所述胶水层分别与所述侧板的外侧壁连接。

3.根据权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述顶板的底端位于所述外壳顶端的上方。

4.根据权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述胶水层的高度小于所述侧板的高度。

5.根据权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述上盖板比所述外壳具有更小的刚度。

6.根据权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述侧板包括：第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板；所述第一侧板和所述第二侧板设于所述顶板的相对两端，所述第三侧板和所述第四侧板设于所述顶板的另一相对两端；所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板分别与所述顶板垂直；所述第一侧板、所述第三侧板、所述第二侧板和所述第四侧板首尾依次垂直连接。

7.根据权利要求6所述的光学次模块，其特征在于，所述第一侧板的宽度H₂占所述凹台的宽度H₁的60％～80％。

8.一种光模块，其特征在于，包括电路板和如权利要求1～7任一项所述的光学次模块，所述电路板与所述光学次模块电连接。