CN109407235B - 一种光学次模块及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的光学次模块及光模块，涉及光通信领域。本发明实施例提供的光学次模块及光模块中，盖板与壳体形成容纳光学器件的腔体，光学器件放置在壳体的底壁上，盖板的侧板与壳体的侧壁通过胶水粘接，由于胶水的膨胀系数分别大于壳体及盖板的膨胀系数，所以胶水膨胀后体积比壳体及盖板显著增大，会对盖板及壳体形成挤压，侧板与侧壁之间夹有胶水，胶水直接挤压侧板及侧壁，盖板设置有侧板，与已有技术相比，盖板更容易受力变形，为膨胀后的胶水提供容纳空间，以释放胶水膨胀后的挤压力，进而减小了壳体受到的挤压力，减小了壳体的形变，进而减弱了壳体形变对光学器件位置的影响，利于预设光路的保持，改善了光功率的下降问题。

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。

已有技术提供的光学次模块中采用光学盒子BOX封装结构来封装激光芯片等光学器件，以实现光传输。盒子封装采用壳体及盖合壳体的盖板形成密封腔体，将光学器件放置在腔体内的壳体表面，但是，由于BOX封装结构的盖板与壳体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，在光学次模块生产或工作过程中，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，因此会对壳体和盖板形成挤压力，使壳体和盖板均会产生一定程度的形变。壳体的形变会改变设置在壳体表面的光器件位置，进而影响预设光路，导致光功率的下降。

发明内容

本发明提供了一种光学次模块及光模块，解决背景技术中导致的光功率下降的问题。

为了实现上述发明目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种光学次模块，包括：壳体、盖板及光学器件；

壳体包括底壁及侧壁，盖板包括顶板及侧板，顶板置于侧壁上，侧壁与侧板之间通过胶水粘接，胶水的膨胀系数分别大于壳体的膨胀系数和盖板的膨胀系数，光学器件设置在壳体及盖板围成的腔体内，固定在底壁表面。

另一方面，本发明实施例提供一种光模块，光模块包括上述光学次模块。

本发明实施例提供的光学次模块及光模块，在盖板与壳体形成容纳光学器件的腔体，光学器件放置在壳体的底壁上，盖板的侧板与壳体的侧壁通过胶水粘接，由于胶水的膨胀系数分别大于壳体及盖板的膨胀系数，所以胶水膨胀后体积比壳体及盖板显著增大，会对盖板及壳体形成挤压，侧板与侧壁之间夹有胶水，胶水直接挤压侧板及侧壁，盖板设置有侧板，与已有技术相比，盖板更容易受力变形，为膨胀后的胶水提供容纳空间，以释放胶水膨胀后的挤压力，进而减小了壳体受到的挤压力，减小了壳体的形变，进而减弱了壳体形变对光学器件位置的影响，利于预设光路的保持，改善了光功率的下降问题。

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为本发明实施例提供的光模块结构示意图；

图2-1为已有技术提供的光学次模块的侧视图；

图2-2为已有技术提供的光学次模块的受力示意图；

图3为本发明实施例提供的光学次模块的结构示意图；

图4-1为本发明实施例提供的光学次模块的剖面图；

图4-2为本发明实施例提供的光学次模块的受力示意图；

图5-1为本发明实施例提供的另一光学次模块的剖面图；

图5-2为本发明实施例提供的另一光学次模块的受力示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的光模块结构示意图，如图1所示，光模块包括上外体100、下外体200、电路板500、光学次模块（光发射次模块300及光接收次模块400）。上外体100与下外体200形成封闭电路板500、光发射次模块300及光接收次模块400的腔体，电路板500分别与光发射次模块300、光接收次模块400电连接，光发射次模块中封装有激光芯片，光接收次模块中封装有光接收芯片（光电二极管）。

本发明实施例中的光发射次模块和/或光接收次模块采用光学盒子BOX方式进行封装，光学盒子包括壳体及盖板，壳体与盖板形成密封腔体。

图2-1为已有技术提供的光学次模块的侧视图。如图2所示，已有技术中的光学盒子包括盖板3及壳体2，壳体2的侧壁上端部形成凹槽，盖板置于凹槽中，盖板为厚度均匀的基板，通过胶水将盖板的侧边缘与壳体凹槽的侧壁粘接。

凹槽的侧壁实现了与盖板的粘接，凹槽的平面实现对盖板的承托，但是由于胶水的膨胀系数分别大于盖板的膨胀系数和壳体的膨胀系数，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，而且由于防水密封胶水中含有30um大小的石英晶粒，受热膨胀后的硬度较高，所以当光模块工作产生高温时，或光模块在出厂前进行高温老化测试时，胶水受热膨胀会向两侧挤压，直接结果是盖板的侧边及壳体的侧壁凹槽受力。

图2-2为已有技术提供的光学次模块的受力示意图，壳体的侧壁会受到背离腔体内部方向的挤压力，而盖板会受到朝向腔体内部方向的挤压力，由于盖板厚度均匀，受力后难以发生形变，而壳体的结构更易发生形变，结果壳体侧壁受力后发生翻折，导致与侧壁一体的壳体底壁凸起，壳体底壁上设置有光学器件，底壁的形状变化改变了光学器件预设的光路，使得光学次模块的进/出光功率下降。

图3为本发明实施例提供的光学次模块的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供的光学次模块，光学次模块与电路板之间电连接，电路板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：壳体2、盖板3、光学器件（光芯片、光复用/解复用器件4及透镜）及光纤插口7，光复用/解复用器件4、光芯片（激光芯片或光接收芯片）、透镜等光学器件设置在壳体的底壁上，光纤插口设置在壳体的侧壁上，光纤适配器插入光纤插口中，实现光学次模块内部与外部通过光纤适配器实现光连接。

具体地，当光学次模块内包括激光芯片时，激光芯片发出的光经光复用/解复用器件4和/或透镜、光线插口及光纤适配器进入光纤中对外传输；当光学次模块内包括光接收芯片时，从光纤传来的光经光纤适配器、光线插口、光复用/解复用器件4和/或透镜，最终被光接收芯片接收。

壳体2为一面设有开口的框状结构，其纵截面为凹型，使壳体2的内部具有空腔，空腔用于容纳光学器件和电器件等。使用时，盖板3置于壳体2上，以使壳体2和盖板3形成容纳腔。

为进行光传输，光学次模块还包括光复用/解复用器件4，光复用/解复用器件4置于容纳腔内，光复用/解复用器件4可以直接固定在壳体2的底壁上，也可以在底壁上设置衬底，将光复用/解复用器件4设置在衬底上。不论将光复用/解复用器件直接或间接设置在底壁上，底壁发生的形变都会影响光复用/解复用器件的位置，进而影响预设的光路。

同样的，底壁发生的形变也会影响光芯片（激光芯片或光接收芯片）、透镜等光学器件的位置，进而影响预设光路。

图4-1为本发明实施例提供的光学次模块的剖面图；图4-2为本发明实施例提供的光学次模块的受力示意图；如图4-1、图4-2所示，光学次模块的剖面图示出了盖板101、壳体103、光学器件107、光纤插口106，光学器件107设置在壳体103的底壁上，光纤插口106设置在壳体103的侧壁上，盖板101及壳体103形成密封腔体。光学器件及光纤插口的位置变化会改变预设的光路，而预设光路按照最佳光功率进行设计，对预设光路的改变会导致光功率下降。

在具体的密封腔体结构中，盖板101放置在壳体102的侧壁上，盖板101具有伸入腔体内部的侧板102，侧板与盖板主体具有不同的延伸方向，侧板102与侧壁通过胶水105粘接；侧板与所述侧壁的内侧通过胶水粘接；侧壁用于粘接侧板的表面，与侧壁用于承托盖板的表面，为不同的表面。

高温下胶水受热膨胀，由于胶水层的膨胀系数分别大于壳体的膨胀系数和盖板的膨胀系数，使得胶水膨胀后体积增大，会挤压壳体或盖板，使壳体或盖板变形。本发明实施例的目的是让盖板发生较大的形变以平衡挤压力，壳体发生较小的形变或不发生形变以平衡挤压力。

以图4-2为例，胶水膨胀需要足够的空间，从而会向各个方向产生挤压力，其中在水平方向的挤压力会产生壳体或盖板变形的影响。具体地，壳体的侧壁会受到背离腔体内部方向的挤压力，而盖板的侧板会受到朝向腔体内部方向的挤压力，与已有技术相比，盖板更容易受力变形，为膨胀后的胶水提供容纳空间，以释放胶水膨胀后的挤压力，进而减小了壳体受到的挤压力，减小了壳体的形变，进而减弱了壳体形变对光学器件位置的影响，利于预设光路的保持，改善了光功率的下降问题；

具体地，盖板侧板的高度小于所述壳体侧壁的高度，盖板的体积小于壳体的体积，受力更容易发生形变，盖板的受力形变如图4-2所示，通过盖板的形变为胶水提供足够的膨胀空间，避免壳体发生形变。

通过对盖板的结构设计，与已有技术相比，让盖板更容易发生形变，为胶水提供足够的膨胀空间，改善壳体的形变量，减小对壳体底壁上预设光路的影响，改善光功率下降的问题。

为了让盖板更容易发生形变，盖板与壳体可以使用不同膨胀系数的材料，具体地，盖板的膨胀系数小于壳体的膨胀系数；

为了让盖板更容易发生形变，盖板与壳体可以使用不同刚度的材料，具体地，盖板的刚度小于壳体的刚度，在受到相同作用力时，盖板更容易发生形变；

为了让盖板更容易发生形变，盖板与壳体可以使用不同屈服强度的材料，具体地，盖板的屈服强度小于壳体的屈服强度，盖板更容易发生形变。

本实施例提供的盖板3可以采用一体成型的结构，也可以采用不同材料分别加工焊接而成。具体地，当盖板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学器件和电器件的正常使用。侧板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，可提高盖板3的耐磨性。采用上述材料制成的盖板3，具有既可以有效吸收应力，也能更好散热的特点。而为了提高盖板3的使用寿命，避免出现腐蚀现象，可在盖板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盖板3的表面。

图5-1为本发明实施例提供的另一光学次模块的剖面图；图5-2为本发明实施例提供的另一光学次模块的受力示意图。

如图5-1、图5-2所示，光学次模块的剖面图示出了盖板101、壳体103、光学器件107、光纤插口106，光学器件107设置在壳体103的底壁上，光纤插口106设置在壳体103的侧壁上，盖板101及壳体103形成密封腔体。光学器件及光纤插口的位置变化会改变预设的光路，而预设光路按照最佳光功率进行设计，对预设光路的改变会导致光功率下降。

在具体的密封腔体结构中，盖板101放置在壳体102的侧壁上，盖板101具有沿侧壁外侧延伸的侧板102，侧板与盖板主体具有不同的延伸方向，与上一图4-1示出的不同，盖板的侧板处于腔体的外部；侧板102与侧壁通过胶水105粘接；侧板与所述侧壁的内侧通过胶水粘接；侧壁与侧板粘接的表面，与侧壁承托盖板的表面，为不同的表面。

图5-1所示的实施例中，胶水的点胶位置位于腔体的外部，可以防止胶水流动进入腔体的内部，避免胶水的不可控流动对腔体内部的器件或光路造成影响。

高温下胶水受热膨胀，由于胶水层的膨胀系数分别大于壳体的膨胀系数和盖板的膨胀系数，使得胶水膨胀会挤压壳体或盖板，使壳体或盖板变形。本发明实施例的目的是让盖板发生较大的形变以平衡挤压力，壳体发生较小的形变或不发生形变以平衡挤压力。

以图5-2为例，胶水膨胀需要足够的空间，从而会向各个方向产生挤压力，其中在水平方向的挤压力会产生壳体或盖板变形的影响。具体地，壳体的侧壁会受到朝向腔体内部方向的挤压力，而盖板的侧板会受到背离腔体内部方向的挤压力。与已有技术相比，盖板更容易受力变形，为膨胀后的胶水提供容纳空间，以释放胶水膨胀后的挤压力，进而减小了壳体受到的挤压力，减小了壳体的形变，进而减弱了壳体形变对光学器件位置的影响，利于预设光路的保持，改善了光功率的下降问题；

具体地，盖板侧板的高度小于所述壳体侧壁的高度，盖板的体积小于壳体的体积，受力更容易发生形变，盖板的受力形变如图5-2所示，通过盖板的形变为胶水提供足够的膨胀空间，避免壳体发生形变。

通过对盖板的结构设计，与已有技术相比，让盖板更容易发生形变，通过盖板的形变为胶水提供足够的膨胀空间，改善壳体的形变量，减小对壳体底壁上预设光路的影响，改善光功率下降的问题。

为了让盖板更容易发生形变，盖板与壳体可以使用不同膨胀系数的材料，具体地，盖板的膨胀系数小于壳体的膨胀系数；

为了让盖板更容易发生形变，盖板与壳体可以使用不同刚度的材料，具体地，盖板的刚度小于壳体的刚度，在受到相同作用力时，盖板更容易发生形变；

为了让盖板更容易发生形变，盖板与壳体可以使用不同屈服强度的材料，具体地，盖板的屈服强度小于壳体的屈服强度，盖板更容易发生形变。

本实施例提供的盖板3可以采用一体成型的结构，常见的材料为可伐；也可以采用不同材料分别加工焊接而成。具体地，当盖板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学器件和电器件的正常使用。侧板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，可提高盖板3的耐磨性。采用上述材料制成的盖板3，具有既可以有效吸收应力，也能更好散热的特点。而为了提高盖板3的使用寿命，避免出现腐蚀现象，可在盖板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盖板3的表面。

本发明实施例中，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。

由于盖板3的外形尺寸受限于整体光学次模块的大小，因此，盖板3的厚度不宜太厚，长宽要根据壳体2大小而定，一般要以能密封壳体2为准。且为了盖板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，使盖板的厚度小于侧板的厚度，即本实施例中，盖板的厚度占侧板的宽度的45%~55%。

壳体2设有开口槽，开口槽用于电路板伸入壳体的腔体中。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。

根据已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，受胶水挤压力盖板为主要吸收应变的一方，盖板产生形变，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，盖板3的最大形变量为3.19um，而壳体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，盖板3为主要吸收应变的一方，且壳体2形变会更小，相比已有技术中提供的外壳，本实施例提供的壳体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。

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 (6)

1.一种光学次模块，其特征在于，包括：壳体、盖板及光学器件；所述壳体包括底壁及侧壁，所述盖板包括顶板及侧板，所述顶板置于所述侧壁上，所述侧壁与所述侧板之间通过胶水粘接，所述胶水的膨胀系数分别大于所述壳体的膨胀系数和所述盖板的膨胀系数，所述光学器件设置在所述壳体及所述盖板围成的腔体内，固定在所述底壁表面；所述侧板位于所述腔体内，所述侧板与所述侧壁的内侧通过胶水粘接；所述盖板比所述壳体具有更小的膨胀系数。

2.如权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述侧板位于所述腔体外，所述侧板与所述侧壁的外侧通过胶水粘接。

3.如权利要求1所述的光学次模块，其特征在于，所述盖板侧板的高度小于所述壳体侧壁的高度。

4.如权利要求1至3任一所述的光学次模块，其特征在于，所述盖板比所述壳体具有更小的屈服强度。

5.如权利要求1至3任一所述的光学次模块，其特征在于，所述盖板比所述壳体具有更小的刚度。

6.一种光模块，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的光学次模块。

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