CN109696730A - 光模块其及封装方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种光模块及其封装方法，光模块包括壳体、位于壳体内的电路板和光学组件，光学组件包括基板及位于基板上的第一光学器件、第二光学器件及位于第一光学器件及第二光学器件之间的光耦合组件，光耦合组件包括支撑件及耦合调整元件，支撑件固定于基板上，耦合调整元件固定于支撑件上。本申请针对不同的耦合要求，仅通过光耦合组件的位置调整便可满足，省去了更换不同参数光学器件以达到耦合要求的不便，降低了备料成本，并提高了生产效率。

Description

光模块其及封装方法

技术领域

本申请涉及光通信元件制造技术领域，尤其涉及一种光模块及其封装方法。

背景技术

随着光模块的高速发展，对速率容量的需求不断增长，在不改变封装形式的情况下，要求内部的结构不断小型化。

一般的，从激光器到光纤的耦合都需要用到耦合元件，例如透镜或透镜组。

针对这种耦合元件，其通常的定位方式分为两大类。

一种为透镜金属化，然后采用激光焊接方式固定，该方式成本较高，设备投入大。

另一种为胶粘固化，参图1，芯片2贴在台阶底座1上面，透镜3位于芯片2的一侧起到耦合作用，这里，将垫片5放入透镜 3与台阶底座1之间而将透镜3支撑起来，并采用胶粘方式将透镜 3固定，胶粘固化主要存在的问题是耦合元件（即透镜3）固定所用胶层厚度的控制问题，各结构件加工公差、激光器及透镜自身公差、胶层厚度变化等累计的公差会造成光耦合后损耗过大，无法修复，这将直接影响装配的良率以及可靠性。

发明内容

本申请一实施例提供一种光模块封装方法，其针对不同的耦合要求，仅通过光耦合组件的位置调整便可满足，光模块包括壳体、位于壳体内的电路板和光学组件，所述光学组件包括基板及位于所述基板上的第一光学器件、第二光学器件及位于所述第一光学器件及所述第二光学器件之间的光耦合组件，所述光耦合组件包括支撑件及耦合调整元件，所述支撑件固定于所述基板上，所述耦合调整元件固定于所述支撑件上。

一实施例中，所述支撑件通过胶粘或焊接方式固定于所述基板上，所述耦合调整元件通过胶粘或焊接方式固定于所述支撑件上。

一实施例中，所述支撑件包括第一平面和与第一平面相对的第二平面，所述耦合调整元件固定于所述第一平面上，射向所述第一光学器件的光束依次经过所述支撑件的第二平面、第一平面、耦合调整元件后到达所述第二光学器件。

一实施例中，所述支撑件包括固定面，所述耦合调整元件固定于所述固定面上，射向所述第一光学器件的光束经过所述耦合调整元件后到达所述第二光学器件。

一实施例中，所述基板上具有设于所述第一光学器件和第二光学器件之间的透光板，所述支撑件固定于所述透光板上。

一实施例中，所述支撑件具有一圆筒，所述耦合调整元件具有一圆柱面，所述支撑件和所述耦合调整元件通过圆筒和圆柱面的配合相互连接。

一实施例中，所述第一光学器件和第二光学器件为透镜、激光器、光电探测器或波分复用器。

一实施例中，所述基板包括第一基板和第二基板，所述第一光学器件和第二光学器件分别设于所述第一基板和第二基板上。

本申请一实施例提供一种光模块封装方法，包括如下步骤：

提供一壳体；

将封装好的电路板、光学组件及配合元件组装于所述壳体内；

将壳体固定封装；

步骤“将封装好的电路板、光学组件及配合元件组装于所述壳体内”之前还包括：

提供一基板；

将第一光学器件和第二光学器件固定于所述基板上；

将光耦合组件置于所述第一光学器件和所述第二光学器件之间；

调整所述光耦合组件的位置直至从第一光学器件到第二光学器件的光束实现耦合；

固定所述光耦合组件于所述基板上而形成光学组件。

一实施例中，所述光耦合组件包括相连的支撑件及耦合调整元件，步骤“调整所述光耦合组件的位置直至从第一光学器件到第二光学器件的光束实现耦合”和步骤“固定所述光耦合组件于所述基板上而形成光学组件”包括：

调整所述耦合调整元件的位置直至从第一光学器件到第二光学器件的光束实现耦合；

将所述支撑件靠近所述耦合调整元件和所述基板的安装面；

将所述支撑件和所述耦合调整元件相固定，并将所述支撑件和所述安装面相固定以形成光学组件。

与现有技术相比，本申请的技术方案针对不同的耦合要求，仅通过光耦合组件的位置调整便可满足，省去了更换不同参数光学器件以达到耦合要求的不便，降低了备料成本，并提高了生产效率。

附图说明

图1是现有技术中耦合元件胶粘固化示意图；

图2是本申请一实施方式的光模块爆炸图；

图3是本申请一实施方式的光学组件侧视图；

图4是本申请其他实施方式的光学组件侧视图；

图5是本申请一实施方式的光学组件立体图；

图6是本申请其他实施方式的光耦合组件示意图；

图7是本申请一实施方式的光模块封装方法步骤图。

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。

结合图2及图3，本发明一实施方式提供一种光模块100。

光模块100包括壳体10、位于壳体10内的电路板20和光学组件30。

一般的，壳体10包括相互配合的上壳体12及下壳体11。

电路板20与光学组件30相互电连。

光学组件30包括基板31及位于基板31上的第一光学器件32、第二光学器件33及位于第一光学器件32及第二光学器件33之间的光耦合组件34。

基板31可为热沉或光学平台等，基板31包括安装面311，第一光学器件32、第二光学器件33及光耦合组件34装载于安装面311上。

基板31可为一体式基板，但不以此为限。

在其他实施方式中，基板31包括第一基板（未标示）和第二基板（未标示），第一光学器件32和第二光学器件33分别设于第一基板和第二基板上。

第一光学器件32和/或第二光学器件33可与基板31一体成型，或者，分开成型后再组装到一起。

第一光学器件32和第二光学器件33为透镜、激光器、光电探测器或波分复用器等。

在本实施方式中，以第一光学器件32为激光组件32、第二光学器件33为波分复用器33为例，但不以此为限。

激光组件32为激光器321与光学元件322的组合，或者，激光组件32仅包含激光器321（参图4）。

激光器321与底座323装配一起之后装载至基板31上。

光学元件322可为凹透镜、凸透镜等。

波分复用器33与基板31一体成型。

光耦合组件34包括支撑件341及耦合调整元件342，支撑件341固定于基板31上，耦合调整元件342固定于支撑件341上。

支撑件341通过胶粘或焊接方式固定于基板31安装面311上，耦合调整元件342通过胶粘或焊接方式固定于支撑件341上。

组装光模块100时，可以先将第一光学器件32及第二光学器件33装载至基板31安装面311上，即此时第一光学器件32及第二光学器件33的位置已经固定，而后通过调整光耦合组件34的位置以补偿第一光学器件32和/或第二光学器件33的安装误差，使得最终的光束耦合效果符合要求。

这里，可以在基板31安装面311上预先设置好对应第一光学器件32及第二光学器件33的安装孔位，而后将第一光学器件32及第二光学器件33被动装载至基板31安装面311处即可。

本实施方式的光模块100针对不同的耦合要求，仅通过光耦合组件34的位置调整便可满足，省去了更换不同参数光学器件以达到耦合要求的不便，降低了备料成本，并提高了生产效率。

而且，本实施方式的光模块100可靠性高，兼容气密性与非气密性光模块封装两种应用，增强了制程的普适性，且结构简单，易于生产自动化。

再者，本实施方式的光耦合组件34的位置确定后，仅利用足够薄的胶水便可实现光耦合组件34与基板31安装面311的固定，使得整个光模块100在经受不同环境温度测试时，不会出现因为胶水CTE(热膨胀系数)过大而导致光耦合组件34跑位，进而导致光模块100失效，且固化方式结构简单，需要设备投入小以及占用生产面积小。

当然，也可不利用胶水实现光耦合组件34与基板31安装面311的固定，例如，通过焊接方式固定。

另外，针对多通道耦合的光模块100，本实施方式可以针对不同的通道需求将光耦合组件34调整至不同的位置，满足多通道的不同需求，自由度极高。

可以理解的是，通过光耦合组件34的位置调整可以消除的安装误差例如为激光器321发射光束位置的偏移、光学元件322安装位置的偏移、波分复用器33安装位置的偏移等等。

在本实施方式中，可以通过夹持机构（未标示）带动光耦合组件34的调整。

夹持机构可带动耦合调整元件342在XYZθ几个维度自由调整，耦合调整元件342耦合完成后把支撑件341靠向耦合调整元件342，通过工艺设定支撑件341与耦合调整元件342之间的胶层厚度足够薄，支撑件341与基板31安装面311之间的胶层厚度也足够薄，使用UV固化方式快速将耦合后的光耦合组件34固定。此处，由于支撑件341的存在，无需通过填胶的方式调整耦合调整元件342的位置，并且可以选择合适材质和尺寸的支撑件341来使支撑件341与基板31安装面311相互固定在一起后不会出现随使用时间增长耦合调整元件342位置出现偏移的情况。

光耦合组件34可以为支撑件341与耦合调整元件342的组合，或者，光耦合组件34为一体结构。

在本实施方式中，支撑件341包括第一平面3411和与第一平面3411相对的第二平面3412。

耦合调整元件342固定于第一平面3411上，射向第一光学器件32的光束依次经过支撑件341的第二平面3412、第一平面3411、耦合调整元件342后到达第二光学器件33。

在其他实施方式中，支撑件341包括固定面（未标示），耦合调整元件342固定于固定面上，射向第一光学器件32的光束经过耦合调整元件342后到达第二光学器件33。

或者，基板31上具有设于第一光学器件32和第二光学器件33之间的透光板（未标示），支撑件341固定于透光板上。

结合图5，在其他实施方式中，支撑件341a具有一圆筒3411a，耦合调整元件342a具有一圆柱面3421a，支撑件341a和耦合调整元件342a通过圆筒3411a和圆柱面3421a的配合相互连接。

这里，支撑件341a可为玻璃管Z环，例如，可先于基板31安装面311上设置一垂直于光束传播路径的支撑部312a，并将支撑件341a设置于支撑部312a上，将耦合调整元件342a设置于支撑件341a的圆筒3411a内，此时，支撑件341a可相对支撑部312a运动，且耦合调整元件342a可相对支撑件341a沿光束传播路径方向运动（即圆柱面3421a与圆筒3411a相对运动），也就是说，此时支撑件341a及耦合调整元件342a可沿XYZ三维方向运动以实现光耦合组件34位置的调整。

本发明一实施方式提供一种光模块100封装方法，结合上述光模块100的说明，封装方法包括步骤：

提供一壳体10；

将封装好的电路板20、光学组件30及配合元件组装于壳体10内；

将壳体10固定封装。

一般的，壳体10包括相互配合的上壳体12及下壳体11，先将封装好的电路板20、光学组件30及配合元件组装于下壳体11内，再将上壳体12及下壳体11配合固定封装。

这里，结合图6、图7，步骤“将封装好的电路20、光学组件30及配合元件组装于壳体10内”之前还包括：

提供一基板31；

将第一光学器件32和第二光学器件33固定于基板31上；

将光耦合组件34置于第一光学器件32和第二光学器件33之间；

调整光耦合组件34的位置直至从第一光学器件32到第二光学器件33的光束实现耦合；

固定光耦合组件34于基板31上而形成光学组件30。

组装光模块100时，可以先将第一光学器件32及第二光学器件33装载至基板31安装面311上，即此时第一光学器件32及第二光学器件33的位置已经固定，而后通过调整光耦合组件34的位置以补偿第一光学器件32和/或第二光学器件33的安装误差，使得最终的光束耦合效果符合要求。

这里，可以在基板31安装面311上预先设置好对应第一光学器件32及第二光学器件33的安装孔位，而后将第一光学器件32及第二光学器件33被动装载至基板31安装面311处即可。

本实施方式的光模块100针对不同的耦合要求，仅通过光耦合组件34的位置调整便可满足，省去了更换不同参数光学器件以达到耦合要求的不便，降低了备料成本，并提高了生产效率。

而且，本实施方式的光模块100可靠性高，兼容气密性与非气密性光模块封装两种应用，增强了制程的普适性，且结构简单，易于生产自动化。

再者，本实施方式的光耦合组件34的位置确定后，仅利用足够薄的胶水便可实现光耦合组件34与基板31安装面311的固定，使得整个光模块100在经受不同环境温度测试时，不会出现因为胶水CTE(热膨胀系数)过大而导致光耦合组件34跑位，进而导致光模块100失效，且固化方式结构简单，需要设备投入小以及占用生产面积小。

当然，也可不利用胶水实现光耦合组件34与基板31安装面311的固定，例如，通过焊接方式固定。

另外，针对多通道耦合的光模块100，本实施方式可以针对不同的通道需求将光耦合组件34调整至不同的位置，满足多通道的不同需求，自由度极高。

可以理解的是，通过光耦合组件34的位置调整可以消除的安装误差例如为激光器321发射光束位置的偏移、光学元件322安装位置的偏移、波分复用器33安装位置的偏移等等。

在本实施方式中，光耦合组件34包括相连的支撑件341及耦合调整元件342，步骤“调整光耦合组件34的位置直至从第一光学器件32到第二光学器件33的光束实现耦合”和步骤“固定光耦合组件34于基板31上而形成光学组件30”包括：

调整耦合调整元件342的位置直至从第一光学器件32到第二光学器件33的光束实现耦合；

将支撑件341靠近耦合调整元件342和基板31的安装面311；

将支撑件341和耦合调整元件342相固定，并将支撑件341和安装面311相固定以形成光学组件30。

这里，可以在第二光学器件33处设置功率探测器（未标示），通过探测出射光的光功率是否在预设范围内而判断光学组件30的耦合效果是否已经符合耦合要求。

在本实施方式中，光耦合组件34的位置的调整可以具体包括：

利用夹持机构夹取耦合调整元件342；

夹持机构带动耦合调整元件342在空间内运动；

当光束耦合至第二光学器件33时，将支撑件341贴紧耦合调整元件342设置；

固定支撑件341及耦合调整元件342。

此时，夹持机构可带动耦合调整元件342在XYZθ几个维度自由调整，耦合调整元件342耦合完成后把支撑件341靠向耦合调整元件342，通过工艺设定支撑件341与耦合调整元件342之间的胶层厚度足够薄，支撑件341与基板31之间的胶层厚度也足够薄，使用UV固化方式快速将耦合后的光耦合组件34固定。此处，由于支撑件341的存在，无需通过填胶的方式调整耦合调整元件342的位置，并且可以选择合适材质和尺寸的支撑件341来使支撑件341与基板31相互固定在一起后不会出现随使用时间增长耦合调整元件342位置出现偏移的情况。

在其他实施方式中，支撑件341a具有一圆筒3411a，耦合调整元件342a具有一圆柱面3421a，支撑件341a和耦合调整元件342a通过圆筒3411a和圆柱面3421a的配合相互连接。

光耦合组件34的位置的调整可以具体包括：

驱动支撑件341a运动和/或驱动耦合调整元件342a相对支撑件341a运动（即驱动圆柱面3421a相对圆筒3411a运动）以调整光耦合组件34的位置。

这里，支撑件341a可为玻璃管Z环，例如，可先于基板31安装面311上设置一垂直于光束传播路径的支撑部312a，并将支撑件341a设置于支撑部312a上，将耦合调整元件342a设置于支撑件341a的圆筒3411a内，此时，支撑件341a可相对支撑部312a运动，且耦合调整元件342a可相对支撑件341a（即圆柱面3421a与圆筒3411a相对运动）沿光束传播路径方向运动，也就是说，此时支撑件341a及耦合调整元件342a可沿XYZ三维方向运动以实现光耦合组件34位置的调整。

本实施方式的光模块100封装方法的其他说明可以参考前述光模块100的说明，在此不再赘述。

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 (10)

1.一种光模块，包括壳体、位于壳体内的电路板和光学组件，所述光学组件包括基板及位于所述基板上的第一光学器件、第二光学器件及位于所述第一光学器件及所述第二光学器件之间的光耦合组件，其特征在于，所述光耦合组件包括支撑件及耦合调整元件，所述支撑件固定于所述基板上，所述耦合调整元件固定于所述支撑件上。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述支撑件通过胶粘或焊接方式固定于所述基板上，所述耦合调整元件通过胶粘或焊接方式固定于所述支撑件上。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述支撑件包括第一平面和与第一平面相对的第二平面，所述耦合调整元件固定于所述第一平面上，射向所述第一光学器件的光束依次经过所述支撑件的第二平面、第一平面、耦合调整元件后到达所述第二光学器件。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述支撑件包括固定面，所述耦合调整元件固定于所述固定面上，射向所述第一光学器件的光束经过所述耦合调整元件后到达所述第二光学器件。

5.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述基板上具有设于所述第一光学器件和第二光学器件之间的透光板，所述支撑件固定于所述透光板上。

6.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述支撑件具有一圆筒，所述耦合调整元件具有一圆柱面，所述支撑件和所述耦合调整元件通过圆筒和圆柱面的配合相互连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光模块，其特征在于，所述第一光学器件和第二光学器件为透镜、激光器、光电探测器或波分复用器。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述基板包括第一基板和第二基板，所述第一光学器件和第二光学器件分别设于所述第一基板和第二基板上。

9.一种光模块封装方法，包括如下步骤：

提供一壳体；

将封装好的电路板、光学组件及配合元件组装于所述壳体内；

将壳体固定封装；

其特征在于，步骤“将封装好的电路板、光学组件及配合元件组装于所述壳体内”之前还包括：

提供一基板；

将第一光学器件和第二光学器件固定于所述基板上；

将光耦合组件置于所述第一光学器件和所述第二光学器件之间；

调整所述光耦合组件的位置直至从第一光学器件到第二光学器件的光束实现耦合；

固定所述光耦合组件于所述基板上而形成光学组件。

10.根据权利要求9所述的光模块封装方法，其特征在于，所述光耦合组件包括相连的支撑件及耦合调整元件，步骤“调整所述光耦合组件的位置直至从第一光学器件到第二光学器件的光束实现耦合”和步骤“固定所述光耦合组件于所述基板上而形成光学组件”包括：

调整所述耦合调整元件的位置直至从第一光学器件到第二光学器件的光束实现耦合；

将所述支撑件靠近所述耦合调整元件和所述基板的安装面；

将所述支撑件和所述耦合调整元件相固定，并将所述支撑件和所述安装面相固定以形成光学组件。