CN112051646B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括壳体和位于壳体内部的电路板及壳状保护体；电路板包括基板和基板表面的电路；基板上设有硅光芯片；硅光芯片的管脚通过金线与基板表面的电路连接。由于壳状保护体固定罩设在基板上，并使硅光芯片及金线的布线区域松装在壳状保护体与基板形成的空间中，且在壳状保护体内表面对应布线区域的位置处，设有用于避让金线的第一凹陷，因此可以将金线的布线区域完全保护起来，有效解决已有光模块方案中金线极易发生变形、损坏及坍塌等问题，可以避免造成短路、断路等不良，从而保证光信号质量。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

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，以及将电信号转换为光信号，在光通信领域发挥着重要作用。光模块中，硅光芯片，激光盒（LB）、跨阻放大器（TIA）、驱动器（DRIVER）、光纤阵列（FA）、电路转接板（陶瓷基片）等光电器件与PCB之间通过半导体键合金线（Gold Wire Bonding）连接。金线的线径细小脆弱，布线密集、线与线之间间距狭小，在光模块的封装或产品使用过程中，极易发生变形、损坏、坍塌等现象，从而影响光信号质量或者造成短路、断路等不良。

一种金线保护方案中，在金线所在区域注入黑胶，以通过黑胶对金线进行覆盖保护。然而，通过温循实验验证发现，由于金线与黑胶的热膨胀系数不同，因此当温度变化时，黑胶将对金线产生力的作用，从而易使金线断裂。另外，黑胶对金线的粘合及覆盖，导致无法直接确定断裂位置，进而使光模块的可维修性差，即一旦金线出现任何问题，便意味着整套芯片及模块的报废。在另一种金线保护方案中，先行在金线所在区域的四周涂布黑胶，形成一个长方形的外框，再向黑胶外框的框内注入透明胶水，以通过透明胶水对金线进行覆盖保护。然而，透明胶水粘合力不足，因而对金线的保护作用可靠性较低；并且，由于透明胶水对金线的粘合作用，同样会导致光模块的可维修性差、报废率高。

因此，如何有效保护光模块内的金线，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种光模块，可以解决已有技术中光模块内金线极易发生变形、损坏、坍塌等现象，从而影响光信号质量或者造成短路、断路等不良的技术问题。

本申请实施例提供一种光模块，包括：壳体和位于壳体内部的电路板及壳状保护体；所述电路板包括基板和所述基板表面的电路；

所述基板上设有硅光芯片；所述硅光芯片的管脚通过金线与所述电路连接；

所述壳状保护体罩设在所述基板上，所述硅光芯片及所述金线的布线区域松装在所述壳状保护体与所述基板形成的空间中；

在所述壳状保护体内表面对应布线区域的位置处，设有用于避让所述金线的第一凹陷。

进一步的，所述壳状保护体的部分边缘与所述基板贴合。

进一步的，所述基板上设有一芯片容置槽；激光盒和所述硅光芯片共同位于所述芯片容置槽中；

所述芯片容置槽内设有一电路转接板，所述硅光芯片靠近所述激光盒一侧的管脚通过金线与所述电路转接板的一端连接，所述电路转接板的另一端通过金线与所述基板表面的电路连接；

所述硅光芯片另一侧的管脚通过金线直接与所述基板表面的电路连接；

所述硅光芯片、激光盒、电路转接板以及金线的布线区域松装在所述壳状保护体与所述基板形成的空间中。

进一步的，所述硅光芯片的上表面设有跨阻放大器和激光驱动器。

进一步的，所述激光盒的上表面、所述跨阻放大器和激光驱动器的上表面均设有一散热层；

所述壳状保护体设有第一散热口和第二散热口，所述第一散热口的位置与所述激光盒所在位置对应，所述第二散热口的位置与所述跨阻放大器和激光驱动器的所在位置对应。

进一步的，所述芯片容置槽内还设有第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述壳状保护体的内表面设有用于避让所述光纤阵列的第二凹陷。

进一步的，所述壳状保护体的外表面设有至少三个定位孔，所述定位孔用于与治具相配合，以通过所述治具夹持所述壳状保护体。

进一步的，所述壳状保护体通过至少两个固定销与所述基板固定。

进一步的，所述壳状保护体采用透明的PEI材料或PC材料制成。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种光模块，光模块包括壳体和位于壳体内部的电路板及壳状保护体；电路板包括基板和基板表面的电路；基板上设有硅光芯片；硅光芯片的管脚通过金线与基板表面的电路连接。由于壳状保护体罩设在基板上，并使硅光芯片及金线的布线区域松装在壳状保护体与基板形成的空间中，且在壳状保护体内表面对应布线区域的位置处，设有用于避让金线的第一凹陷，因此可以将金线的布线区域完全保护起来，有效解决已有光模块方案中金线极易发生变形、损坏及坍塌等问题，可以避免造成短路、断路等不良，从而保证光信号质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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为本申请实施例提供的光模块的外部结构示意图；

图2为已有技术提供的光模块的结构爆炸图；

图3为本申请实施例提供的光模块结构爆炸图；

图4为本申请实施例提供的光模块电路板的一种局部结构示意图；

图4a为图1中A部分的放大示意图；

图5为本申请实施例提供的电路板一结构俯视图；

图6a为本申请根据一示例性实施例示出的一种壳状保护体的结构；

图6b为本申请根据一示例性实施例示出的电路板的一种局部剖面；

图7为本申请根据一示例性实施例示出的一种电路板结构；

图8a为本申请根据一示例性实施例示出的另一种光模块电路板结构；

图8b为本申请根据一示例性实施例示出的电路板的另一种局部剖面；

图9为本申请根据一示例性实施例示出的另一种光模块电路板结构；

图10为本申请根据一示例性实施例示出的另一种壳状保护体的结构；

图11为本申请根据一示例性实施例示出的另一种光模块电路的结构；

图12为本申请根据一示例性实施例示出的另一种壳状保护体的结构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供一种光模块。下面首先介绍本申请光模块的具体实施例。

图1为本申请实施例提供的光模块的外部结构示意图。如图1所示，该光模块包括上壳体11、下壳体12及手柄13，其中上壳体11和下壳体12统称为光模块的壳体。上壳体11与下壳体12结合成两端开口的腔体，该腔体的一端用于与光纤连接，是为光口14，手柄13设置在光口一端，用于手持光模块，以方便在手持状态下将光模块插入上位机；该腔体的另一端用于与上位机电连接，是为电口15，电口一端需要插入上位机中。电口一般有电连接器裸露在壳体外，便于插入上位机中，常见的电连接器如图2中电路板21末端形成的金手指22。

图2为已有技术提供的光模块的结构爆炸图。如图2所示，在上壳体11和下壳体12形成的腔体中，包括电路板21，电路板21上设置有芯片、电容、电阻等电器件。其中，芯片根据产品的需求设置，常见的芯片包括微处理器MCU、时钟数据恢复芯片CDR、激光驱动芯片DRIVER、跨阻放大器TIA芯片、限幅放大器LA芯片、电源管理芯片等。在电路板21的长度方向上的一侧末端，设有金手指22，另一侧末端通过两路光纤23（接收光光纤和发射光光纤）与MT头24连接，MT头24的另一端连接卡爪25和塞帽26。

需要说明的是，电路板上的芯片可以是多合一芯片，比如将激光驱动芯片与MCU芯片融合为一个芯片，也可以将激光驱动芯片、限幅放大器芯片及MCU融合为一个芯片，芯片是电路的集成，但各个电路的功能并没有因为集合而消失，只是电路形态发生整合。所以，当电路板上设置有MCU、激光驱动芯片及限幅放大器芯片三个独立芯片，这与电路上设置一个三功能合一的单个芯片，方案是等同的。

图3为本申请实施例提供的光模块结构爆炸图。如图3所示，与已有技术相比，图3所示光模块还包括一壳状保护体31，该壳状保护体31位于上壳体11和下壳体12形成的腔体中。

图4为本申请实施例提供的光模块电路板的一种局部结构示意图。如图4所示，电路板包括基板41和基板表面的电路42。本领域技术人员公知，基板表面的电路纷繁复杂，其中至少一部分与基板上的硅光芯片等光电器件打线连接，另一部分则接地。此外，本申请所述的电路包括基板表面的金属层、导电片等等任意形态。

图4所示的电路板，其基板41上设有硅光芯片43。图4a为图4中A部分的放大示意图，如图4a所示，硅光芯片43的管脚通过金线44与基板表面上的相应电路连接。从图4可以看出，硅光芯片43呈四边形，芯片四周的管脚均通过金线与基板表面上的相应电路连接，其中，所谓相应电路是指硅光芯片的每一管脚所对应的电路，基于包括该硅光芯片的电路可以实现光模块的功能。

本实施例中，金线的布线区域，内至硅光芯片43一侧金线与管脚的连接点以内，外至电路一侧金线与电路的连接点以外。更为具体的，基板41表面设有用于若干金线焊盘，焊盘与电路连接，金线与电路连接的一端直接焊接在相应的焊盘上，金线的布线区域外至金线的焊盘以外。

由图4及4a可以看出，金线在电路板上布线密集、线与线间距狭小，并且金线的线径细小脆弱。因此，在光模块的封装过程中，金线极易因触碰发生变形或损坏，一旦导热层的导热胶颗粒或其它小颗粒掉落到金线区域造成金线的塌陷或金线之间的短路搭接，从而影响光信号质量或者造成短路、断路等不良。针对上述问题，本申请实施例可以一些已有技术的缺陷和不足，通过壳状保护体31解决金线保护的问题。

图5为本申请实施例提供的电路板的另一结构俯视图。如图5所示，壳状保护体31固定罩设在基板41上，具体罩设在硅光芯片43及其金线的布线区域的上方，硅光芯片43和金线的布线区域松装在壳状保护体31与基板41形成的空间中。

需要说明的是，本实施例所述的松装是指，在壳状保护体31与基板41形成的空间中，硅光芯片、金线以及基板41上的其他光电器件与壳状保护体实现间隙配合的一种装配形态，或者说，壳状保护体的形态，尤其是其内表面的形状设计，与硅光芯片、金线以及基板41上的其他光电器件等相适配。

另外，壳状保护体31与基板41固定，例如可以通过至少两个固定销51固定，在基板上对应与固定销的位置处设有固定孔，固定销与固定孔配合，从而使壳状保护体可以固定在基板上。

需要说明的是，固定销在壳状保护体上的具体位置可以根据基板的可开孔位置确定。一般而言，若要在基板上开孔，需避让基板上的电路及电阻、电容、电感等电子器件。

图6a为本申请根据一示例性实施例示出的一种壳状保护体的结构。在一种可能的光模块实现方式中，对于每一根金线而言，其一端与硅光芯片的管脚连接，另一端与基板表面的相应电路连接。金线一般呈弧形拱起，高度在150μm以内，为了充分避让金线以避免与金线接触造成损坏，如图6a所示，在所述壳状保护体31的内表面61对应布线区域的位置处，设有用于避让金线的第一凹陷62，第一凹陷62的深度可以为250μm。

另外，壳状保护体31的边缘至少分为两个部分，如图6a示出的第一边缘63和第二边缘64，其中，第一边缘63和第二边缘64的的差异体现在高度上。具体的，第一边缘63高出第二边缘64一预设距离，如0.1mm，以使第一边缘63可以与基板41紧密贴合，使第二边缘64不与基板41直接接触，以避让基板表面的高速线路，从而避免对通信质量的影响。

图6b为本申请根据一示例性实施例示出的电路板与壳状保护体的装配示意图，具体示出了电路板宽度方向的局部剖面。如图6b所示，壳状保护体31罩设在基板41上，硅光芯片43通过金线44与基板表面的电路连接，金线44呈弧形拱起并容纳于第一凹陷62中。

采用图3-6b所示实现方式，壳状保护体31完全将金线的布线区域保护起来，有效解决已有光模块方案中金线极易发生变形、损坏及坍塌等问题，可以避免造成短路、断路等不良，从而保证光信号质量。

图7为本申请根据一示例性实施例示出的一种电路板结构，如图7所示，基板上设有一芯片容置槽71，具体可以为一具有一定深度的凹槽，激光盒、第一光纤阵列以及第二光纤阵列中的至少一个与硅光芯片共同位于该芯片容置槽中，容置槽的底部表面设有钨铜热沉，硅光芯片等光电器件通过层级结构焊接在钨铜热沉上。其中，本申请所述的第一光纤阵列与入射光光纤链路连接，第二光纤阵列与发射光光纤链路连接。

图8a为本申请根据一示例性实施例示出的另一种电路板结构，如图8a所示，激光盒81和硅光芯片43共同位于芯片容置槽71中。具体的，在芯片容置槽71的底部表面上设有钨铜热沉，硅光芯片43和激光盒81设置在该钨铜热沉83上，硅光芯片43和激光盒81的下表面与钨铜热沉83的上表面连接。

在图7、8a所示的实施方式中，由于硅光芯片四周的管脚，尤其是靠近激光盒一侧的一部分管脚距离基板表面的电路较远，因此如果通过打线将这部分管脚与基板表面的相应电路连接，将造成打线距离较长，而当金线较长时，极易发生损坏和塌陷等。

基于此，参阅图8a，在芯片容置槽71内设有一电路转接板82，硅光芯片43靠近激光盒81一侧的管脚通过金线与电路转接板82的一端连接，电路转接板82的另一端与通过金线基板表面的相应电路连接；硅光芯片的另一部分管脚（即除与电路转接板连接的管脚）则通过金线直接与基板表面的相应电路连接。其中，电路转接板82又称过桥或陶瓷基板。

在图8a所示的实施方式中，金线的布线区域至少可以分为五个区域，分别为图8a示出的第一布线区域A1、第二布线区域A2、第三布线区域A3、第四布线区域A4和第五布线区域A5。硅光芯片43、激光盒81、电路转接板82以及前述五个布线区域均松装在壳状保护体31与基板41形成的空间中，从而将金线及硅光芯片等光电器件充分地保护起来。

图8b为本申请根据一示例性实施例示出的电路板与壳状保护体的装配示意图，具体示出了电路板长度方向的局部剖面。如图8b所示，壳状保护体31罩设在基板41上，基板41底部表面的钨铜热沉83与基板41卡紧，硅光芯片43和电路转接板82设置在钨铜热沉83上，电路转接板82的两端分别通过金线44与基板表面的电路和硅光芯片43连接，金线44呈弧形拱起并容纳于第一凹陷62中。

图9为本申请根据一示例性实施例示出的另一电路板结构示意图。如图9所示，硅光芯片的上表面设有跨阻放大器91和激光驱动器92。

另外，在激光盒81的上表面、跨阻放大器91和激光驱动器92的上表面均设有一散热层。参阅图10，为了保证散热层对器件的散热效果，壳状保护体设有第一散热口101和第二散热口102。第一散热口101的位置与所述激光盒81所在位置对应，从而使激光盒的散热层裸露出来以充分散热，第二散热口102的位置与跨阻放大器91和激光驱动器92的所在位置对应，以使跨阻放大器和激光驱动器避免的散热层同时裸露出来以充分散热。

散热层的主要成分是导热胶，在光模块的封装及使用过程中，容易发生导热胶颗粒脱落或其他小颗粒脱落的现象。为了避免因导热胶颗粒滚落到金线上而造成金线损坏、塌陷等情况发生，本申请实施例使第一散热口的边缘与激光盒的散热层压紧，第二散热口的边缘与跨阻放大器和激光驱动器的散热层压紧。

如图10所示，第一散热口101的面积小于激光盒散热层的面积，在壳状保护体的内侧，第一散热口101的边缘与激光盒散热层压紧。可选地，在第一散热口的边缘形成第一凸沿1011，第一凸沿1011与激光盒散热层压紧。第二散热口102的面积小于跨阻放大器和激光驱动器的散热层面积，在壳状保护体的内侧，第二散热口102的边缘与跨阻放大器和激光驱动器的散热层压紧。另一可选地，在第二散热口102的边缘形成第二凸沿1021，第二凸沿1021与跨阻放大器和激光驱动器的散热层压紧。

采用图10所示实施方式，壳状保护体不仅通过罩设的方式将金线的布线区域保护起来，而且将芯片表面（激光盒、跨阻放大器和激光驱动器）的散热层与布线区域隔离开来，从而可以防止导热胶颗粒滚落到布线区域而破坏金线，进而形成对金线的进一步保护。

图11为本申请根据一示例性实施例示出的光模块电路的另一结构。如图11所示，在芯片容置槽内，还设有第一光纤阵列111和第二光纤阵列112。图11示出了两组光纤阵列，对于每组光纤阵列的两端，其一端与光纤连接，另一端与硅光芯片连接。电路转接板82设置在第一光纤阵列111与激光盒81之间，电路转接板82的一端通过金线与电路板上的电路连接，另一端通过金线与硅光芯片43连接。同时，参与图10，在壳状保护体的内表面设有用于避让光纤阵列的第二凹陷103。

图12为本申请根据一示例性实施例示出的壳状保护体的另一结构。如图12所示，在壳状保护体的外表面设有至少三个定位孔121，所述定位孔用于与治具相配合，以通过所述治具夹持所述壳状保护体，方便装配。

在本申请实施例中，壳状保护体可以用透明的PEI（聚醚酰亚胺，Polyetherimide）或PC（聚碳酸酯，Polycarbonate）等透明树脂材料制成。PEI材料具有很强的高温稳定性，耐高温，热变形温度达220℃,可在-160~180℃的工作温度下长期使用。PEI还有良好的阻燃性（燃烧等级为UL94-V-0级）、抗化学反应以及电绝缘特性。且可加工薄壁产品。

另外，本申请涉及的壳状保护体的内表面和外表面均经过镜面抛光处理，当光模块出现金线损坏情况时，无需将壳状保护体拆解，即可直观确定金线的损坏位置，例如可以直接观察到具体哪根金线断裂。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种光模块，光模块包括壳体和位于壳体内部的电路板及壳状保护体；电路板包括基板和基板表面的电路；基板上设有硅光芯片；硅光芯片的管脚通过金线与基板表面的电路连接。由于壳状保护体固定罩设在基板上，并使硅光芯片及金线的布线区域松装在壳状保护体与基板形成的空间中，且在壳状保护体内表面对应布线区域的位置处，设有用于避让金线的第一凹陷，因此将金线的布线区域完全保护起来，有效解决已有光模块方案中金线极易发生变形、损坏及坍塌等问题，可以避免造成短路、断路等不良，从而保证光信号质量。

本说明书中实施例之间相同相似的部分互相参见即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、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申请的一般性原理并包括本申请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，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请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。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种光模块，其特征在于，包括壳体和位于壳体内部的电路板及壳状保护体；所述电路板包括基板和所述基板表面的电路；

所述基板上设有硅光芯片和芯片容置槽，激光盒和所述硅光芯片共同位于所述芯片容置槽中；

所述硅光芯片的管脚通过金线与所述电路连接；所述硅光芯片的上表面设有跨阻放大器和激光驱动器；所述激光盒的上表面、所述跨阻放大器和激光驱动器的上表面均设有一散热层；

所述壳状保护体罩设在所述基板上，所述硅光芯片及所述金线的布线区域松装在所述壳状保护体与所述基板形成的空间中；

在所述壳状保护体内表面对应所述布线区域的位置处，设有用于避让所述金线的第一凹陷；所述壳状保护体的边缘包括第一边缘和第二边缘，其中，所述第一边缘的高度高于所述第二边缘，所述第一边缘被配置为与所述基板贴合，所述第二边缘被配置为避让所述基板表面的高速线路；

所述壳状保护体设有第一散热口和第二散热口，所述第一散热口的位置与所述激光盒所在位置对应，所述第二散热口的位置与所述跨阻放大器和激光驱动器的所在位置对应；其中，所述第一散热口的面积小于所述激光盒上散热层面积，所述第一散热口边缘形成第一凸沿，所述第一凸沿与所述激光盒上散热层压紧；所述第二散热口的面积小于所述跨阻放大器和激光驱动器上散热层面积，所述第二散热口的边缘与所述跨阻放大器和激光驱动器上散热层压紧。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述芯片容置槽内设有一电路转接板，所述硅光芯片靠近所述激光盒一侧的管脚通过金线与所述电路转接板的一端连接，所述电路转接板的另一端通过金线与所述基板表面的电路连接；

所述硅光芯片另一侧的管脚通过金线直接与所述基板表面的电路连接；所述硅光芯片、所述激光盒、所述电路转接板以及所述金线的布线区域松装在所述壳状保护体与所述基板形成的空间中。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述芯片容置槽内还设有第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述壳状保护体的内表面设有用于避让所述光纤阵列的第二凹陷。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述壳状保护体的外表面设有至少三个定位孔，所述定位孔用于与治具相配合，以通过所述治具夹持所述壳状保护体。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述壳状保护体通过至少两个固定销与所述基板固定。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述壳状保护体采用透明的PEI材料或PC材料制成。

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