CN112904497A - 一种基于pwb的硅光集成模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于PWB的硅光集成模块，包括外壳，所述外壳内集成有硅光芯片、若干激光器、MUX芯片、DeMUX芯片、电路板组件、第一LC接口和第二LC接口；所述硅光芯片、若干激光器、MUX芯片和DeMUX芯片安装在电路板组件上；所述硅光芯片和若干激光器与电路板组件电连接，用于进行数据信号互传、通电和接地；所述若干激光器、MUX芯片和DeMUX芯片分别通过PWB与硅光芯片光路连通，用于进行光信号传输；所述第一LC接口与MUX芯片光路连通，所述第二LC接口与DeMUX芯片光路连通，用于进行光信号传输。

Description

一种基于PWB的硅光集成模块
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种基于PWB的硅光集成模块。
背景技术
在光通信中，光模块是光通信设备中的关键部件。随着光通信的发展，光模块的速率和集成度越来越高，对成本控制要求也越来越高。硅光具有低功耗、高集成的特点，其规模商业化将大大降低集成电路的成本。硅光市场应用前景广阔。硅基光子技术可以在同一块芯片上集成光学器件以及电学器件，由硅波导、调制器、探测器等硅光子器件组成的光子链路可以实现高速、大容量的片上光通信，能够满足日益增长的对光通信系统低功耗、低成本、高速率等的要求。采用硅光芯片实现光电转换功能目前已经成为高速光模块采用的一种主流方案。在硅光光模块中，硅光芯片设置在电路板表面，通过打线与电路板实现电路连接；硅光芯片在其表面设置有光口，通过光纤带与光模块的光接口连接，实现光信号进出硅光芯片。由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部激光器提供光源。
已有的一种硅光模块，在硅光芯片外部设置有激光器提供光源，所述激光器采用传统的方案和工艺封装。激光器光源主要包括DFP激光器芯片、聚焦透镜、隔离器和耦合透镜，采用贴片、耦合工艺将彼此对准固定。激光器光源结构复杂、体积大，耦合工艺效率低下，导致激光器光源成本一直很高。硅光模块一般需要数个激光器光源，导致硅光模块成本高昂。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于PWB的硅光集成模块，该模块具有更高的集成度和更低的成本。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种基于PWB的硅光集成模块，包括外壳，所述外壳内集成有硅光芯片、若干激光器、MUX芯片、DeMUX芯片、电路板组件、第一LC接口和第二LC接口；所述硅光芯片、若干激光器、MUX芯片和DeMUX芯片安装在电路板组件上；所述硅光芯片和若干激光器与电路板组件电连接，用于进行数据信号互传、通电和接地；所述若干激光器、MUX芯片和DeMUX芯片分别通过PWB与硅光芯片光路连通，用于进行光信号传输；所述第一LC接口与MUX芯片光路连通，所述第二LC接口与DeMUX芯片光路连通，用于进行光信号传输。
作为进一步的技术方案，所述硅光芯片集成有若干调制器和若干光电探测器；其中，所述调制器的数量与激光器的数量相同。
作为进一步的技术方案，所述激光器、调制器和光电探测器的数量均为4个。
作为进一步的技术方案，所述硅光芯片具有多个侧面，其中一侧面设有TX输出波导组、RX输入波导组及多个输入波导，其他侧面设有多个芯片电口。
作为进一步的技术方案，所述硅光芯片为矩形，矩形的一侧面依次设有2个输入波导、TX输出波导组、2个输入波导和RX输入波导组，另外三侧面设有多个芯片电口。
作为进一步的技术方案，所述TX输出波导组包括4路输出波导，所述RX输入波导组包括4路输入波导。
作为进一步的技术方案，所述RX输入波导组与光电探测器连接。
作为进一步的技术方案，所述电路板组件设有热沉，用于为硅光芯片和激光器散热。。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明将硅光芯片、激光器、MUX芯片和DeMUX芯片安装在电路板组件上并进行整体集成，且硅光芯片与激光器、MUX芯片和DeMUX芯片之间采用光子引线键合(Photonic wire bonding；PWB)实现光路连通，整个模块结构简单、集成度高且成本更低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于PWB的硅光集成模块分解图；
图2为本发明实施例提供的硅光芯片的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种基于PWB的硅光集成模块去除外壳的结构布局图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本发明一种基于PWB的硅光集成模块包括外壳10、硅光芯片20、4个激光器30、MUX芯片40、DeMUX芯片50、电路板组件70，以及第一LC接口401和第二LC接口501。硅光芯片20、4个激光器30、MUX芯片40、DeMUX芯片50、电路板组件70、第一LC接口401和第二LC接口501安装在外壳10内部；进一步的，硅光芯片20、4个激光器30、MUX芯片40和DeMUX芯片50安装在电路板组件70上。硅光芯片20和4个激光器30与电路板组件70有电路连通，进行数据信号互传、通电和接地；4个激光器30、MUX芯片40和DeMUX芯片50分别与硅光芯片20有光路连通，进行光信号传输；第一LC接口401与MUX芯片40有光路连通，第二LC接口501与DeMUX芯片50有光路连通，进行光信号传输。
图2为本发明实施例提供的硅光芯片20的结构框图，硅光芯片20是一种Mach–Zehnder结构的硅光调制器，硅光芯片20集成了4个调制器，硅光芯片20还集成了4个PD(光电探测器)。本实施例硅光芯片20为矩形，当然也可以为其他形状。硅光芯片20的其中一侧设置有输入波导2011、输入波导2012、输入波导2013、输入波导2014、TX输出波导组202和RX输入波导组203。本实施例输入波导2011、输入波导2012、输入波导2013、输入波导2014设置在TX输出波导组202的两侧，RX输入波导组203设置在另一侧，当然也可以为其他布局设计。本实施例输TX输出波导组202设置有4路输出波导，RX输入波导组203设置有4路输入波导。硅光芯片20的其他3个边设置有多个芯片电口204，芯片电口204通过导体与电路板组件70连通，实现数据信号互传、通电和接地。
需要说明的是，本发明应用了一种新的技术PWB，PWB是Photonic Wire Bonding的简称，PWB中文名称是光子引线键合。PWB技术可以实现芯片对芯片和光纤对芯片的直接连接和连通。
图3为本发明实施例提供的一种硅光集成模块去除外壳的结构布局图，一种硅光集成模块包括4个激光器30、MUX芯片40、DeMUX芯片50、第一LC接口401和第二LC接口501。MUX是一种合波器，可以将多个波长的信号合成一路进行传输；DeMUX是一种分波器，可以将在一路中传输的多个波长的信号分离出来。所述第一LC接口401和第二LC接口501为本发明一种基于PWB的硅光集成模块对外通信的光学接口，实现与外部设备的对接进行光信号的输出和输入，第一LC接口401将光信号输出到外部设备，第二LC接口501接收外部设备的光信号输入本发明的硅光集成模块。
4个激光器30分别通过4处PWB60与硅光芯片20实现光路连通；MUX芯片40分别通过4处PWB60与硅光芯片20实现光路连通，MUX芯片40通过1处PWB60与第一LC接口401实现光路连通；DeMUX芯片50分别通过4处PWB60与硅光芯片20实现光路连通，DeMUX芯片50通过1处PWB60与第二LC接口501实现光路连通。
进一步的，4个激光器30通过4处PWB60分别与输入波导2011、输入波导2012、输入波导2013和输入波导2014实现光路连通。4个激光器30分别发出4种波长的激光(λ1、λ2、λ3和λ4)，4种波长的激光分别通过4处PWB60从输入波导2011、输入波导2012、输入波导2013和输入波导2014进入硅光芯片20。4种波长的激光进入硅光芯片20后进行调制变为4种调制光信号，4种调制光信号从硅光芯片20的TX输出波导组202输出进入4处PWB60，4种调制光信号进一步通过4处PWB60输入MUX芯片40，MUX芯片40将4种调制光信号合波为一路光信号，一路光信号再经过1处PWB60输入到第一LC接口401，一路光信号进一步通过第一LC接口401输出到外部设备。
外部设备的多个波长复用的光信号输入第二LC接口501，多个波长复用的光信号通过1处PWB60输入DeMUX芯片50，DeMUX芯片50将多个波长复用的光信号分波为4路光信号，4路光信号通过4处PWB60从RX输入波导组203输入硅光芯片20，4路光信号进一步传输到硅光芯片20的4个PD，4个PD将接收到的光信号转化为电信号,电信号通过芯片电口204输入到电路板组件70。
本发明一种基于PWB的硅光集成模块还包括电路板组件70。所述电路板组件70设置有Driver、TIA、DSP、MCU等等电芯片以及金手指。所述金手指是本发明的模块电口，模块电口与外部设备实现电路连接，实现数据信号互传、通电和接地。电路板组件70设置有热沉，为硅光芯片20和4个激光器30散热。电路板组件70同时通过导热材料与外壳10接触进行散热。
本发明的一种基于PWB的硅光集成模块所设置的硅光芯片集成了调制器和光电探测器，硅光芯片与激光器和AWG芯片(MUX芯片和DeMUX芯片)之间采用PWB技术实现光路连接，整个模块结构简单、集成度高，本发明的一种硅光集成模块具备更低的成本。本发明的一种硅光集成模块至少适用于400G FR4光模块。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (8)

1.一种基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，包括外壳，所述外壳内集成有硅光芯片、若干激光器、MUX芯片、DeMUX芯片、电路板组件、第一LC接口和第二LC接口；所述硅光芯片、若干激光器、MUX芯片和DeMUX芯片安装在电路板组件上；所述硅光芯片和若干激光器与电路板组件电连接，用于进行数据信号互传、通电和接地；所述若干激光器、MUX芯片和DeMUX芯片分别通过PWB与硅光芯片光路连通，用于进行光信号传输；所述第一LC接口与MUX芯片光路连通，所述第二LC接口与DeMUX芯片光路连通，用于进行光信号传输。
2.根据权利要求1所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述硅光芯片集成有若干调制器和若干光电探测器；其中，所述调制器的数量与激光器的数量相同。
3.根据权利要求2所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述激光器、调制器和光电探测器的数量均为4个。
4.根据权利要求1所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述硅光芯片具有多个侧面，其中一侧面设有TX输出波导组、RX输入波导组及多个输入波导，其他侧面设有多个芯片电口。
5.根据权利要求4所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述硅光芯片为矩形，矩形的一侧面依次设有2个输入波导、TX输出波导组、2个输入波导和RX输入波导组，另外三侧面设有多个芯片电口。
6.根据权利要求4或5所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述TX输出波导组包括4路输出波导，所述RX输入波导组包括4路输入波导。
7.根据权利要求6所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述RX输入波导组与光电探测器连接。
8.根据权利要求3所述基于PWB的硅光集成模块，其特征在于，所述电路板组件设有热沉，用于为硅光芯片和激光器散热。
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