CN114325968A - 一种应用于光模块中的气密结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通讯有源封装技术领域，提供了一种应用于光模块中的气密结构。其中探测器阵列3设置在所述底座1内，并通过所述带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖2气密封装；所述分波光学装置4包含底板41、折光棱镜42和TFF43，所述折光棱镜42的入光口与所述TFF43的解复用出光口耦合，两者通过胶粘或焊接的方式安装到底板41上；所述折光棱镜42的出光口对着位于所述带蓝宝石或玻璃密封光窗21之下的探测器阵列3。跟现有气密封装的光装置相比，本发明结构具有工艺简单，安装简单，封装尺寸小、成本低等优点，适合大批量生产。

Description

一种应用于光模块中的气密结构

【技术领域】

本发明涉及光通讯有源封装技术领域，特别是涉及一种应用于光模块中的气密结构。

【背景技术】

随着光通讯的发展应用，尤其是5G技术的广泛应用，传输系统的容量越来越大，光器件及模块的封装越来越密集、尺寸越来越小、集成度越来越高。特别是在高速光器件中，应运产生的更高集成度的COB方案得到了广泛的应用。但随着传输距离变长和应用环境的变化，COB的封装技术已经无法满足这些应用。通常的气密封装技术光器件的尺寸比较大，封装工艺复杂，会增加传输成本。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题是如何在不改变COB封装密度及封装工艺的前提下，解决COB封装技术无法应用于长距离及复杂环境问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

本发明提供了一种应用于光模块中的气密结构，装置包括底座1、带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖2、探测器阵列3和分波光学装置4，具体的：

探测器阵列3设置在所述底座1内，并通过所述带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖2气密封装；其中，所述探测器阵列3与所述带蓝宝石或玻璃密封光窗21相对设置；

所述分波光学装置4包含底板41、折光棱镜42和TFF43，所述折光棱镜42的入光口与所述TFF43的解复用出光口耦合，两者通过胶粘或焊接的方式安装到底板41上；

所述折光棱镜42的出光口对着位于所述带蓝宝石或玻璃密封光窗21之下的探测器阵列3。

优选的，所述底座1具体为陶瓷底座1，所述陶瓷底座1上高温焊接有金属环11，金属环11上制作有导流槽12；

所述管盖2与所述金属环11之间通过密封胶粘连，所述倒流槽用于疏导粘连过程中多余涂覆在管盖2与所述金属环11之间的密封胶。

优选的，底座1外围引脚跟PCB金属化区域焊接，所述底座1外围引脚用于TIA的电气连接和信号的输出；和/或，

底座1外围引脚通过金丝跟PCB金属化区域互联，用于TIA的电气连接和信号的输出。

优选的，所述管壳底部设置有光窗标准线，用于在焊接时蓝宝石光窗部分对准管壳底部的光窗标识线。

优选的，装置内还包括激光器阵列5，所述激光器阵列5与所述探测器阵列3并排设置在所述底座1上。

优选的，所述TFF43的解复用出光口与TFF43的复用进光口位于所述TFF43的同一面，所述TFF43的解复用出光口中各个接收光信号光斑与相应TFF43的复用进光口中各个发射光信号光斑相差预设距离；

其中，相同波长的接收光信号和发射光信号在所述TFF43内部按照所述预设距离完成相同次数多反射，最终从TFF43的解复用出光口和TFF43的复用出光口传输出去。

优选的，所述探测器阵列3设置在所示密封光窗21的正下方；所述激光器阵列5设置在所述探测器阵列3之后，与所述密封光窗21表面的中垂线相差角度θ；

所述激光器阵列5中各个激光器的出光面和探测器阵列3中各个探测器的感光面相对两者中间线依次错开排列，按顺序逐一间隔链接激光器和探测器，构成一条以两者中间线为轴的锯齿线。

优选的，所述激光器阵列5与密封光窗21之间设置有导光柱6，所述导光柱6上下两端面分别与垂直激光器的出光面和密封光窗21耦合。

优选的，所述导光柱6倾斜角为45°，并且，其外表面涂覆有吸光材料。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：

本发明与现有COB封装技术相比，可以降低COB工艺中对芯片的要求，可用于PIN和APD的封装，可以实现单通道或多通道封装，有效避免COB技术对传输距离和应用环境的要求。跟现有气密封装的光装置相比，本发明结构具有工艺简单，安装简单，封装尺寸小、成本低等优点，适合大批量生产。

【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它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种气密ROSA BOX部分正视图；

图2是本发明实施例提供的一种气密ROSA BOX部分俯视图；

图3是本发明实施例提供的一种气密ROSA BOX内部结构俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种气密ROSA BOX带管脚结构俯视图；

图5是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX内部激光器阵列和探测器阵列布局示意图；

图6是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX中TFF内光路结构示意图；；

图7是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX中TFF端面上传输光方向示意图；

图8是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX中激光器阵列、探测器阵和TFF三者光路逻辑关系图；

图9是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX内部激光器阵列和探测器阵列布局示意图；

图10是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX部分正视图；

图11是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX内部激光器阵列和探测器阵列布局示意图；

图12是本发明实施例提供的一种气密BOSA BOX整体结构轴视图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种应用于光模块中的气密结构，如图1和图2所示，装置包括底座1、带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖2、探测器阵列3和分波光学装置4，具体的：

探测器阵列3设置在所述底座1内，并通过所述带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖2气密封装；其中，所述探测器阵列3与所述带蓝宝石或玻璃密封光窗21相对设置；

所述分波光学装置4包含底板41、折光棱镜42和TFF43，所述折光棱镜42的入光口与所述TFF43的解复用出光口耦合，两者通过胶粘或焊接的方式安装到底板41上；

所述折光棱镜42的出光口对着位于所述带蓝宝石或玻璃密封光窗21之下的探测器阵列3。其中，所述管盖2上带有蓝宝石或玻璃的密封光窗21，蓝宝石或玻璃可以用高温焊料焊接在管盖2开口上，或用胶水粘接到管盖2开口上形成所述密封光窗21，既能够保证通光，又可以保证气密性。

本发明实施例与现有COB封装技术相比，可以降低COB工艺中对芯片的要求，可用于PIN和APD的封装，可以实现单通道或多通道封装，有效避免COB技术对传输距离和应用环境的要求。跟现有气密封装的光装置相比，本发明结构具有工艺简单，安装简单，封装尺寸小、成本低等优点，适合大批量生产。

在本发明实施例实现过程中，如图3和图4所示，所述装置中的底座1外围通常还焊接有引脚13或包含金属化区域。管壳内部包含金属化图案14，用于TIA15的电气连接和信号输出。管壳内部有光窗标识线16，用于管盖2安装对准，即用于在焊接时蓝宝石密封光窗部分对准管壳底部的光窗标识线16。。

结合本发明实施例，如图1所示，所述底座1具体为陶瓷底座1，所述陶瓷底座1上高温焊接有金属环11，金属环11上制作有导流槽12；

所述管盖2与所述金属环11之间通过密封胶粘连，所述倒流槽用于疏导粘连过程中多余涂覆在管盖2与所述金属环11之间的密封胶。

在可选的实现方案中，所述底板41材料除了上述的陶瓷材料以外，还可以是SI或玻璃。

结合本发明实施例，底座1外围引脚跟PCB金属化区域焊接，所述底座1外围引脚用于TIA15的电气连接和信号的输出；和/或，

底座1外围引脚通过金丝跟PCB金属化区域互联，用于TIA15的电气连接和信号的输出。本发明说明书附图中探测器阵列和TIA15之间是以金丝互联进行呈现，而实际情况中TIA15和其关联外围电路则所以PCB金属化区域呈现，例如：对应个电器件的焊盘，以及布局在PCB中的传输走线。

结合本发明实施例，如图5所示，以激光器阵列5包含的激光器数量为4个，以及相应探测器阵列3包含的探测器数量为4个为例进行阐述，但是，本领域技术人员可知悉，相应数量不应该作为限制本发明保护范围的依据，本发发明实施例之所以以4个对象作为阐述实例，仅仅因为其具有通用型和典型性的缘故。装置内还包括激光器阵列5，所述激光器阵列5与所述探测器阵列3并排设置在所述底座1上。此处，需要说明的是，下本发明实施例中所描述的并排并非严格意义上的前后排设置，类似图5所呈现的激光器阵列5所在直线与探测器阵列3所在直线重叠，即构成了类似图5所示的交替设置结构也属于上述并排设置的一种情况之一；后面，将进一步结合不同的场景和特性考虑，对此并排的可能呈现形式做进一步的展开阐述。

结合本发明实施例，如图6和图7所示，所述TFF43的解复用出光口与TFF43的复用进光口位于所述TFF43的同一面(即图7中标识有431-434的示例端口，在图7中，在431所表示的半透膜中，以小方框内包含“╳”代表其光传输方向是从视角外向观察对象内传输，对应这图6中位于最上的虚线所示的发射光信号；以圆圈中心带黑点方式，代表其光传输方向是从对象内向视角外传输，对应图6中位于最上的实现所示的接收光信号)，所述TFF43的解复用出光口中各个接收光信号光斑与相应TFF43的复用进光口中各个发射光信号光斑相差预设距离d；

其中，相同波长的接收光信号和发射光信号在所述TFF43内部按照所述预设距离完成相同次数多反射(以图6为例，其中，最多的反射次数为6次，最少的反射次数为0次)，最终从TFF43的解复用出光口和TFF43的复用出光口传输出去(即图6中位于右下角的光口)。为了展示TFF43中各光信号与探测器阵列3，以及激光器阵列5之间的对应关系，还通过图8示意性的表现出两者都对应关系，需要说明的是他们之间的实际位置关系并非如图8所示，图8仅仅呈现了相应光信号与探测器阵列3，以及激光器阵列5的对应关系而已。

结合本发明实施例，除了上面图5所呈现的探测器阵列3与激光器阵列5外，为了进一步考虑激光器工作过程中的发热影响，结合本发明实施例还存在一种优选的实现方案；如图所述探测器阵列3设置在所示密封光窗21的正下方；所述激光器阵列5设置在所述探测器阵列3之后，与所述密封光窗21表面的中垂线相差角度θ；

如图9所示，所述激光器阵列5中各个激光器的出光面和探测器阵列3中各个探测器的感光面相对两者中间线依次错开排列，按顺序逐一间隔链接激光器和探测器，构成一条以两者中间线为轴的锯齿线。

结合本发明实施例，如图10所示，所述激光器阵列5与密封光窗21之间设置有导光柱6，所述导光柱6上下两端面分别与垂直激光器的出光面和密封光窗21耦合。优选的，所述导光柱6倾斜角为45°，并且，其外表面涂覆有吸光材料。此处之所以设置导光柱，是考虑到一旦将激光器与密封光窗之间设计成具有倾斜角的设计，那么就会带来密封光窗上的蓝宝石或玻璃的对激光器发出的光的发射作用，从而会影响到响应探测器阵列3中各个探测器的工作准确度，此时若无导光柱6的作用，会让部分激光器发射光反射到相应探测器上，造成探测器工作的有效性降低，影响真的器件的精密程度。下具体实现过程中，所述导光柱对应各个激光器设计的形状可以都是圆柱形，提高其内部发射光的反射效果，另一方面，对应不同激光器的导光柱之间则可以通过横杆连接，所述横杆只需要避开探测器阵列与密封光窗之间的光路即可，并且，所述横杆和对应各个激光器的导光柱还可以是一体成型加工制作得到，从而保证相应导光柱作为期间的精准度。

结合本发明实施例，作为较为典型的一种完整组装呈现形式，如图11所示，所述分波光学装置4还包括透镜44和带插针C-Lens45，所述透镜44设置在TFF43的解复用入光口，其另一侧设置有所述带插针C-Lens45，两者均固定在所述底板41上。

本发明实施例中，底座1优选的是采用具有高频传输线结构的全陶瓷管壳，本管壳采用全陶瓷的材料，一次高温烧结成型，不要焊接钨铜或可伐的管体部分。管壳底部通常还会装配有电容等元件，参考图3所示的未做特殊标注的器件对象，作为滤波电路。本发明实施例解决方案比起常规气密ROSA或者BOSA，该COB气密ROSA或者BOSA组件具有尺寸小，封装工艺简单，支持SMT大批量生产工艺，便于返工等优点。可以有效的降低封装成本。

本发明实施例光路结构采用的一体化的TFF43组件，其中包括底板41，该底板41可以是金属材料或陶瓷、玻璃等。一体化的TFF43组件还包括带折光的透镜4及TFF43和带插针C-Lens45。该COB气密ROSA组件贴装到PCB板后，通过有源耦合将一体化的体化的TFF43组件固定到PCB。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于光模块中的气密结构，其特征在于，装置包括底座(1)、带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖(2)、探测器阵列(3)和分波光学装置(4)，具体的：

探测器阵列(3)设置在所述底座(1)内，并通过所述带蓝宝石或玻璃密封光窗的管盖(2)气密封装；其中，所述探测器阵列(3)与所述带蓝宝石或玻璃密封光窗(21)相对设置；

所述分波光学装置(4)包含底板(41)、折光棱镜(42)和TFF(43)，所述折光棱镜(42)的入光口与所述TFF(43)的解复用出光口耦合，两者通过胶粘或焊接的方式安装到底板(41)上；

所述折光棱镜(42)的出光口对着位于所述带蓝宝石或玻璃密封光窗(21)之下的探测器阵列(3)。

2.根据权利要求1所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述底座(1)具体为陶瓷底座(1)，所述陶瓷底座(1)上高温焊接有金属环(11)，金属环(11)上制作有导流槽(12)；

所述管盖(2)与所述金属环(11)之间通过密封胶粘连，所述倒流槽用于疏导粘连过程中多余涂覆在管盖(2)与所述金属环(11)之间的密封胶。

3.根据权利要求1所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，底座(1)外围引脚跟PCB金属化区域焊接，所述底座(1)外围引脚用于TIA的电气连接和信号的输出；和/或，

底座(1)外围引脚通过金丝跟PCB金属化区域互联，用于TIA的电气连接和信号的输出。

4.根据权利要求1所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述管壳底部设置有光窗标准线，用于在焊接时蓝宝石光窗部分对准管壳底部的光窗标识线。

5.根据权利要求1所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，装置内还包括激光器阵列(5)，所述激光器阵列(5)与所述探测器阵列(3)并排设置在所述底座(1)上。

6.根据权利要求5所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述TFF(43)的解复用出光口与TFF(43)的复用进光口位于所述TFF(43)的同一面，所述TFF(43)的解复用出光口中各个接收光信号光斑与相应TFF(43的复用进光口中各个发射光信号光斑相差预设距离；

其中，相同波长的接收光信号和发射光信号在所述TFF(43)内部按照所述预设距离完成相同次数多反射，最终从TFF(43)的解复用出光口和TFF(43)的复用出光口传输出去。

7.根据权利要求6所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述探测器阵列(3)设置在所示密封光窗(21)的正下方；所述激光器阵列(5)设置在所述探测器阵列(3)之后，与所述密封光窗(21)表面的中垂线相差角度θ；

所述激光器阵列(5)中各个激光器的出光面和探测器阵列(3)中各个探测器的感光面相对两者中间线依次错开排列，按顺序逐一间隔链接激光器和探测器，构成一条以两者中间线为轴的锯齿线。

8.根据权利要求7所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述激光器阵列(5)与密封光窗(21)之间设置有导光柱(6)，所述导光柱(6)上下两端面分别与垂直激光器的出光面和密封光窗(21)耦合。

9.根据权利要求8所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述导光柱(6)倾斜角为45°，并且，其外表面涂覆有吸光材料。

10.根据权利要求1所述的应用于光模块中的气密结构，其特征在于，所述分波光学装置(4)还包括透镜(44)和带插针C-Lens(45)，所述透镜(44)设置在TFF(43)的解复用入光口，其另一侧设置有所述带插针C-Lens(45)，两者均固定在所述底板(41)上。

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