CN111610608A - 一种光模块灌封结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光模块灌封结构及方法，其中，所述光模块灌封结构包括：外壳、散热基板、电路基板以及若干电子器件；所述散热基板和电路基板封装于所述外壳中；所述散热基板与电路基板围成一封装空间，所述封装空间由一盖板所密封；所述若干电子器件位于所述封装空间中，且所述若干电子器件贴装于所述散热基板上，所述封装空间内部由导热密封胶所灌封。本发明的光模块灌封结构通过在内部设置封装空间，并向该封装空间灌封起到密封和导热作用的胶体，实现了小型化光模块的封装，解决了模块的封装和散热的问题。同时，通过上述灌封的方式，使得该光模块还具有良好的防水、防震、防尘性能以及EMC性能。

Description

一种光模块灌封结构及方法
技术领域
本发明涉及光模块封装技术领域，尤其涉及一种光模块灌封结构及方法。
背景技术
随着5G和数据中心的快速迭代，光模块快速的朝着高速化、小型化、低功耗、低成本的路线前进。因此，面临光模块小型化的发展需求，模块内部的结构面临封装的问题，同时还要求该光模块具有良好的防水、散热性能。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种光模块灌封结构及方法，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种光模块灌封结构，其包括：外壳、散热基板、电路基板以及若干电子器件；
所述散热基板和电路基板封装于所述外壳中；所述散热基板与电路基板围成一封装空间，所述封装空间由一盖板所密封；所述若干电子器件位于所述封装空间中，且所述若干电子器件贴装于所述散热基板上，所述封装空间内部由导热密封胶所灌封。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述外壳包括：上壳体和下壳体，所述上壳体为一壳盖，所述下壳体内部中空设置，所述壳盖扣合于所述下壳体上。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述盖板通过散热垫片或导热硅凝胶与所述外壳内部的顶面相连接，所述散热基板通过散热垫片或导热硅凝胶与所述外壳内部的底面相连接。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述若干电子器件包括：驱动芯片以及光子集成芯片，所述驱动芯片与所述光子集成芯片通过金线电连接，所述驱动芯片与光子集成芯片之间的电连接区域通过有机硅凝胶进行包裹。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述若干电子器件还包括光纤支架，所述光子集成芯片通过所述光纤支架与所述光模块灌封结构的光纤输入输出单元相连接，且所述光纤支架与光子集成芯片的端面通过有机硅凝胶相耦合。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述光纤支架与所述散热基板之间还填充有一层有机硅凝胶。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述导热密封胶为绝缘导热硅凝胶。
作为本发明的光模块灌封结构的改进，所述盖板上还开设有灌封孔和溢胶孔，所述灌封孔和溢胶孔与所述封装空间相连通。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种光模块灌封方法，其包括如下步骤：
进行散热基板与电路基板的连接；
在散热基板贴装若干电子器件，使电子器件位于散热基板与电路基板围成的封装空间中；
进行电子器件之间以及电子器件与电路基板的电连接；
向封装空间中灌入导热硅凝胶。
作为本发明的光模块灌封方法，其特征在于，所述光模块灌封方法中，在向封装空间中灌入导热硅凝胶之前还包括：
在电子器件之间需求的电连接区域包裹硅凝胶；
在电子器件与散热基板之间需求的区域填充硅凝胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的光模块灌封结构通过在内部设置封装空间，并向该封装空间灌封起到密封和导热作用的胶体，实现了小型化光模块的封装，解决了模块的封装和散热的问题。同时，通过上述灌封的方式，使得该光模块还具有良好的防水、防震、防尘性能以及EMC性能。
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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光模块灌封结构一实施例的立体示意图；
图2为图1中光模块灌封结构的立体分解示意图。
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。
如图1所示，本发明一实施例提供一种光模块灌封结构，其包括：外壳1、散热基板2、电路基板3以及若干电子器件4。
散热基板2和电路基板3封装于外壳1中。其中，散热基板2与电路基板3之间通过结构胶固定。一个实施方式中，散热基板2采用钨铜散热基板2。
外壳1包括：上壳体11和下壳体12。其中，上壳体11为一壳盖，下壳体12内部中空设置，壳盖扣合于下壳体12上，以限定外壳1的内部空间。此外，本实施例的光模块灌封结构还具有一光纤输入输出单元5，该光纤输入输出单元5可以为一光连接器。此时，上壳体11和下壳体12组成的外壳1的一端具有一开口10，上述光连接器收容于一端的开口10中，如此以便于该光连接器与外部进行适配连接。
为了实现内部若干电子器件4的封装固定，散热基板2与电路基板3围成一封装空间6，封装空间6由一盖板7所密封，若干电子器件4位于封装空间6中，且若干电子器件4贴装于散热基板2上。
此时，为了实现散热基板2与电路基板3在外壳1中的固定，盖板7通过散热垫片或导热硅凝胶71与外壳1内部的顶面相连接，散热基板2通过散热垫片或导热硅凝胶21与外壳1内部的底面相连接。如此，有利于盖板7和散热基板2与外壳1紧密接触，便于电子器件4工作时的散热。
上述若干电子器件4包括但不限于驱动芯片(例如TIA/Driver)、光子集成芯片PIC(photonic integrate circuit)以及分立的光电元件等。
一个实施方式中，若干电子器件4包括驱动芯片41以及光子集成芯片42时，驱动芯片41与光子集成芯片42通过金线电连接，考虑到，模块小型化高密度发展以及高频信号的需要，要求金线越来越短，越来越细，驱动芯片41与光子集成芯片42之间的电连接区域通过有机硅凝胶81进行包裹。如此，该有机硅凝胶81在起到预固定作用的同时，还对金线进行应力缓冲保护作用之外，且可以改善高频传输特性。
当若干电子器件4还包括光纤支架9时，光子集成芯片42通过光纤支架9与光模块灌封结构的光纤输入输出单元5相连接，且光纤支架9与光子集成芯片42的端面通过有机硅凝胶相耦合。通过采用有机硅凝胶相耦合的方式，不会干涉端面耦合效率。此外，光纤支架9与散热基板2之间还填充有一层有机硅凝胶82，通过填充形成该有机硅凝胶层，如此可保护光纤支架9不会受到外界机械冲击和振动，提高本实施例光模块灌封结构的可靠性。
此外，为了适应驱动芯片41以及光子集成芯片42的贴装，散热基板2上还形成有一台阶结构22。
考虑到，光模块长期使用过程中，部分水汽进入封装内部，影响湿度敏感元器件和胶水的性能，为了实现封装空间6的密封，以实现本实施例光模块灌封结构的密封、导热以及防水的性能，采用导热密封胶83对上述封装空间6进行灌封。相应的，盖板7上还开设有灌封孔72和溢胶孔73，该灌封孔72和溢胶孔73与封装空间6相连通。
一个实施方式中，灌封孔72为一个，溢胶孔73为两个，并分布于灌胶孔的两侧。如此，从中间灌封孔72注入灌封胶，当溢胶孔73溢胶时，整个封装空间6填满导热密封胶83。上述导热密封胶83可以为绝缘导热硅凝胶，如此在封装空间6内，形成一个完全的灌封结构，最大程度保护内部光电元器件，实现防尘、防湿、同时改善内部热源的散热环境的目的。
基于相同的技术构思，本发明还提供一种光模块灌封方法，其包括如下步骤：
进行散热基板与电路基板的连接；
在散热基板贴装若干电子器件，使电子器件位于散热基板与电路基板围成的封装空间中；
进行电子器件之间以及电子器件与电路基板的电连接；
向封装空间中灌入导热硅凝胶。
此外，光模块灌封方法中，在向封装空间中灌入导热硅凝胶之前还包括：
在电子器件之间需求的电连接区域包裹硅凝胶；
在电子器件与散热基板之间需求的区域填充硅凝胶。
示例性的，本发明另一实施例还提供一种光模块灌封方法。该实施例中，光模块灌封方法包括：
S1、先进行散热基板与电路基板的焊接；
S1、在散热基板贴装驱动芯片；
S1、再进行光子集成芯片的贴装；
S1、金丝键合：驱动芯片与电路基板的电连接，驱动芯片与光子集成芯片的电连接；
S1、进行光纤支架与光子集成芯片的端面耦合，然后在端面用光路匹配胶固化，连接光纤支架和光子集成芯片；
S1、选择低挥发、低密度、低介电常数的硅凝胶包裹驱动芯片与光子集成芯片的电连接区域，形成一层灌封；
S1、选择一种低挥发、低CTE值的硅凝胶填充到光纤支架与散热基板之间。形成一层缓冲层；
S1、对包裹的硅凝胶和填充的硅凝胶缓冲层进行真空固化。
S1、将盖板固定，然后通过灌胶孔向内灌入导热硅凝胶，形成最外层灌封。此灌封硅凝胶要求低挥发、绝缘导热、很好的抗水性能。
S1、对灌入的导热硅凝胶进行真空固化。
一个实施方式中，采用钨铜散热基板作为散热基板，此时盖板和钨铜散热基板都粘接导热垫片或导热硅凝胶，实现与外壳的紧密接触。
综上所述，本发明的光模块灌封结构通过在内部设置封装空间，并向该封装空间灌封起到密封和导热作用的胶体，实现了小型化光模块的封装，解决了模块的封装和散热的问题。同时，通过上述灌封的方式，使得该光模块还具有良好的防水、防震、防尘性能以及EMC性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，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，各实施例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。

Claims (10)

1.一种光模块灌封结构，其特征在于，所述光模块灌封结构包括：外壳、散热基板、电路基板以及若干电子器件；
所述散热基板和电路基板封装于所述外壳中；所述散热基板与电路基板围成一封装空间，所述封装空间由一盖板所密封；所述若干电子器件位于所述封装空间中，且所述若干电子器件贴装于所述散热基板上，所述封装空间内部由导热密封胶所灌封。
2.根据权利要求1所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述外壳包括：上壳体和下壳体，所述上壳体为一壳盖，所述下壳体内部中空设置，所述壳盖扣合于所述下壳体上。
3.根据权利要求1或2所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述盖板通过散热垫片或导热硅凝胶与所述外壳内部的顶面相连接，所述散热基板通过散热垫片或导热硅凝胶与所述外壳内部的底面相连接。
4.根据权利要求1所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述若干电子器件包括：驱动芯片以及光子集成芯片，所述驱动芯片与所述光子集成芯片通过金线电连接，所述驱动芯片与光子集成芯片之间的电连接区域通过有机硅凝胶进行包裹。
5.根据权利要求4所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述若干电子器件还包括光纤支架，所述光子集成芯片通过所述光纤支架与所述光模块灌封结构的光纤输入输出单元相连接，且所述光纤支架与光子集成芯片的端面通过有机硅凝胶相耦合。
6.根据权利要求5所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述光纤支架与所述散热基板之间还填充有一层有机硅凝胶。
7.根据权利要求1、4、5、6任一项所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述导热密封胶为绝缘导热硅凝胶。
8.根据权利要求1所述的光模块灌封结构，其特征在于，所述盖板上还开设有灌封孔和溢胶孔，所述灌封孔和溢胶孔与所述封装空间相连通。
9.一种光模块灌封方法，其特征在于，所述光模块灌封方法包括如下步骤：
进行散热基板与电路基板的连接；
在散热基板贴装若干电子器件，使电子器件位于散热基板与电路基板围成的封装空间中；
进行电子器件之间以及电子器件与电路基板的电连接；
向封装空间中灌入导热硅凝胶。
10.根据权利要求9所述的光模块灌封方法，其特征在于，所述光模块灌封方法中，在向封装空间中灌入导热硅凝胶之前还包括：
在电子器件之间需求的电连接区域包裹硅凝胶；
在电子器件与散热基板之间需求的区域填充硅凝胶。
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