CN114371537A - 一种分体式集成封装光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分体式集成封装光模块,包括:光引擎部分和数字信号处理部分。光引擎部分采用混合封装方式形成高集成封装的光通信模块,数字信号处理部分采用成熟的SMT封装方式进行封装,两者采用不同的封装方式进行封装后再连接为一体,可分体装配和检测,易于返修和维护,提升了光模块的生产效率和综合良品率,有效降低生产制造成本。
Description
技术领域
本发明属于光电集成器件技术领域,尤其涉及一种分体式集成封装光模块。
背景技术
光模块是进行光电和电光转换的光电子器件,发送端把电信号转换为光信号,接收端把光信号转换为电信号。
现有的光模块通常采用COB封装,光收发组件和数字信号处理部分集成在同一个电路板上,光收发组件的封装涉及半导体光电封装和光学耦合工艺,通常具有一定的产品不良率。特别是由于光模块光学部分工艺复杂,导致不良率较高,且装配后出现的不良品很难再返修,因此生产过程中的半成品或成品一旦某个子组件出现问题,则整个模块都将报废,损失较高。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种分体式集成封装光模块。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解,下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述,也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念,以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案:
在一些可选的实施例中,提供一种分体式集成封装光模块,包括:光引擎部分和数字信号处理部分;所述光引擎部分和所述数字信号处理部分各自分别单独封装后再连接,以形成分体式结构。
进一步的,所述光引擎部分采用半导体集成与SMT、COB封装相融合的混合集成封装方式进行封装。
进一步的,所述数字信号处理部分采用SMT封装方式进行封装。
进一步的,所述光引擎部分包括:刚柔结合电路板;所述刚柔结合电路板由两个柔性电路板和一个位于所述两个柔性电路板之间的第一刚性电路板组成,所述刚柔结合电路板通过印刷电路板工艺制作成一体结构,或通过锡焊将所述两个柔性电路板与所述第一刚性电路连接,且所述两个柔性电路板的长度长于所述第一刚性电路板以形成安装槽;所述数字信号处理部分包括:第二刚性电路板;所述第二刚性电路板的端部嵌入所述安装槽内,且所述刚柔结合电路板的软性电路连接焊盘通过锡焊与所述第二刚性电路板的连接焊盘连接。
进一步的,所述数字信号处理部分还包括:数字信号处理电路及电气连接接口;所述数字信号处理电路与所述第二刚性电路板的连接焊盘连接,且与所述电气连接接口的一端连接,所述电气连接接口的另一端与外部输入电信号连通。
进一步的,所述光引擎部分还包括:硅基调制器及CW激光光源;所述CW激光光源包括:CW激光器、透镜、光隔离器;所述CW激光器的输出光依次通过所述透镜、所述光隔离器后输入至所述硅基调制器;所述CW激光器与所述硅基调制器耦合并安装在同一基板上。
进一步的,所述光引擎部分还包括:驱动电路;所述驱动电路的一端与所述硅基调制器相连,另一端通过金丝键合到所述刚柔结合电路板并与所述数字信号处理电路连通;所述硅基调制器与所述驱动电路安装在同一基板上。
进一步的,所述光引擎部分还包括:光纤适配器、微控制电路以及跨阻放大器;所述硅基调制器的光输出端与所述光纤适配器耦合连接;所述微控制电路与所述硅基调制器、CW激光器、驱动电路、跨阻放大器及数字信号处理电路连接。
进一步的,所述光引擎部分还包括:探测器;所述跨阻放大器的一端与所述探测器相连,另一端通过金丝键合到所述刚柔结合电路板并与所述数字信号处理电路连通;所述探测器与所述跨阻放大器安装在同一基板上。
进一步的,所述光引擎部分还包括:光引擎外壳;所述硅基调制器、CW激光光源、驱动电路、探测器、跨阻放大器、光纤适配器的一端、刚柔结合电路板通过所述光引擎外壳封装和固定为一体;所述微控制电路位于所述光引擎外壳的外部,并通过SMT封装方式装配到所述刚柔结合电路板上。
本发明所带来的有益效果:光引擎部分采用混合封装方式形成高集成封装的光通信模块,数字信号处理部分采用成熟的SMT封装方式进行封装,两者采用不同的封装方式进行封装后再连接为一体,可分体装配和检测,易于返修和维护,提升了光模块的生产效率和综合良品率,有效降低生产制造成本。
附图说明
图1是本发明一种分体式集成封装光模块其中一种实施例的结构示意图;
图2是本发明一种分体式集成封装光模块另一种实施例的结构示意图;
图3是本发明光引擎部分与数字信号处理部分的连接示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案,以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求,否则单独的部件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
如图1-3所示,在一些说明性的实施例中,本发明提供一种分体式集成封装光模块,包括:光引擎部分和数字信号处理部分。
光引擎部分包括:硅基调制器、CW激光光源、驱动电路、光纤适配器、微控制电路、跨阻放大器、光引擎外壳、刚柔结合电路板。
光引擎部分中,半导体集成器件包括:CW激光光源、硅基调制器、光调制器驱动芯片、PD光探测器和跨阻放大器等;SMT封装器件包括:MCU、电源及DC-DC转换芯片、SPI通信芯片、电阻、电容、电感等;光引擎部分中的各个器件芯片用胶粘附在刚柔结合电路板上并通过金丝键合连接,用胶把各个器件芯片及键合引线包封,由此实现COB封装。
其中,微电子器件包括:光调制器驱动芯片、跨阻放大器芯片、MCU、电源及DC-DC转换芯片。光电子器件包括:CW激光光源、硅基调制器、PD光探测器。
综上,光引擎部分采用半导体集成与SMT、COB封装相融合的混合集成封装方式进行封装,将微电子与光电子结合起来以构成半导体集成高速光通信收发组件,通过刚柔结合电路板的设计及热压焊工艺与传统的SMT工艺贴装的PCBA结合起来以构成一种高集成封装的光通信模块。
光引擎部分充分发挥SMT封装、COB封装、热压焊和硅基微电子先进成熟工艺技术的优势,使得光引擎部分封装形成的光通信收发组件具有便于更换、易返修维护等优点,具有广泛的市场前景。
本发明的数字信号处理部分采用SMT封装方式进行封装。
光引擎部分制作需要用到半导体封装、COB封装和SMT封装等多种工艺,虽然工序较多、工艺难度较大,但相对良率较高。而数字信号处理部分只需要使用成熟的SMT封装工艺即可,良率很高。两者分别单独封装后再连接,以形成分体式结构,不仅降低光模块整体的封装难度,提升生产效率,而且还可保证较高的成品良率。
采用分体式封装的光模块,实现了分体装配和检测,可灵活更换光引擎,易于单独结构的返修和维护,通过更换不同的光引擎,快速迭代以适应更多的应用场景需求。
其中,SMT封装,又称贴片元器件封装,是半导体器件的一种封装形式。COB封装,即板上芯片封装,具体是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在PCB上,然后进行引线键合实现其电气连接,并用胶把芯片和键合引线包封。
本发明的数字信号处理部分包括:第二刚性电路板、数字信号处理电路及电气连接接口。数字信号处理电路与第二刚性电路板的连接焊盘连接,第二刚性电路板的连接焊盘插入刚柔结合电路板的软性电路连接焊盘,通过锡焊连接。电气连接接口的一端与数字信号处理电路连接,电气连接接口的另一端与外部输入电信号连通。
光引擎部分中,CW激光光源包括:至少一个CW激光器、至少一个透镜、至少一个光隔离器,CW激光器的输出光依次通过透镜、光隔离器后输入至硅基调制器,CW激光器与硅基调制器耦合并安装在同一基板上。透镜的作用是将CW激光器输出的光聚焦到光隔离器。光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件,作用是对光的方向进行限制,使光只能单方向传输,通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离,提高光波传输效率。最后,硅基调制器对CW激光器输出的光进行调制,调制为调频连续波后输出。
硅基调制器包含但不限制于硅基MZ调制器、微环调制器和铌酸锂调制器。
驱动电路的一端与硅基调制器相连,另一端通过金丝键合到刚柔结合电路板并与数字信号处理电路连通。驱动电路用于依据数字信号处理电路下发的指令驱动硅基调制器进行工作,以控制硅基调制器调制出所需的调频连续波。硅基调制器与驱动电路安装在同一基板上。
硅基调制器的光输出端与光纤适配器耦合连接,使得光引擎部分的光发射部分的输出端和光接收部分的输入端通过同一个光纤适配器与外部光通信网络连通,实现互连互通。
微控制电路与硅基调制器、CW激光器、驱动电路、跨阻放大器及数字信号处理电路连接。微控制电路起到的作用有如下几点:第一,用于配置初步工作参数、监控出光功率以及自动控制CW激光器发光及光功率稳定保持在设定值;第二,配置初始工作参数,例如电压或电流,并自动控制硅基调制器稳定工作在Q点;第三,配置驱动电路中的驱动芯片工作参数并做动态补偿优化;第四,配置跨阻放大器工作参数并做动态补偿优化;第五,控制或监控电源电路;第六,与数字信号处理电路及光模块外部的电路进行初始配置、监控、控制等信息通信。
在一些说明性的实施例中,如图2所示,光引擎部分还包括:探测器。跨阻放大器的一端与探测器相连,另一端通过金丝键合到刚柔结合电路板并与数字信号处理电路连通。探测器与跨阻放大器安装在同一基板上。探测器用于探测光纤适配器接收的光信号,跨阻放大器用于将探测器输出的光信号进行放大,最终由数字信号处理电路进行处理。
其中,硅基调制器、CW激光光源、驱动电路、探测器、跨阻放大器、光纤适配器的一端、刚柔结合电路板通过光引擎外壳封装和固定为一体。光引擎外壳通过结构胶、密封胶或导热胶中的一种或几种与刚柔结合电路板、基板固定在一起。刚柔结合电路板通过金丝键合与硅基调制器、CW激光光源、驱动电路、探测器、跨阻放大器、微控制电路分别连接。微控制电路位于光引擎外壳的外部,并通过SMT封装方式装配到刚柔结合电路板上。
本发明上述的光引擎部分的结构设计和封装方式使得光收发组件的加工制备流程更加简洁,各个器件分布在不同基板上,在刚柔结合电路板上开设镂空槽或腔体,将一个或多个基板安装或嵌入在开设的镂空槽或腔体内,最后各个器件通过金丝键合与刚柔结合电路板连接,在保证光收发效率的前提下具有结构稳定,便于组装的优点。其中,基板通过胶水与刚柔结合电路板连接和固定在一起。数字信号处理部分通过SMT封装工艺进行封装后,通过回流焊将光引擎部分和数字信号处理部分焊为一体,便于拆卸组装。
刚柔结合电路板为多层结构,具体是由两个柔性电路板和一个第一刚性电路板组成,第一刚性电路板位于两个柔性电路板之间。其中,刚柔结合电路板通过印刷电路板工艺制作成一体结构,即通过印刷电路板工艺将两个柔性电路板和第一刚性电路板连接为一个整体,印刷电路板工艺是指制作印刷电路板所使用的工艺,为现有技术,本文不再赘述。除此之外,本发明也可通过锡焊将两个柔性电路板与第一刚性电路连接。
两个柔性电路板的长度长于第一刚性电路板的长度,以形成安装槽1,第二刚性电路的端部嵌入安装槽内,且刚柔结合电路板的软性电路连接焊盘2通过锡焊与第二刚性电路板的连接焊盘连接。光引擎部分和数字信号处理部分各自封装完成后,只需通过锡焊将两者的焊盘连接即可,组装方式简单,且连接稳固,也便于拆卸更换其中任意一部分,且电路板的结构设计贴合于两者各自的封装方式,使得整体结构连接紧密,保证信号传输的稳定性。
本领域技术人员还应当理解,结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性,上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件,取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用,以变通的方式实现所描述的功能,但是,这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种分体式集成封装光模块,其特征在于,包括:光引擎部分和数字信号处理部分;所述光引擎部分和所述数字信号处理部分各自分别单独封装后再连接,以形成分体式结构。
2.根据权利要求1所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分采用半导体集成与SMT、COB封装相融合的混合集成封装方式进行封装。
3.根据权利要求2所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述数字信号处理部分采用SMT封装方式进行封装。
4.根据权利要求3所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分包括:刚柔结合电路板;
所述刚柔结合电路板由两个柔性电路板和一个位于所述两个柔性电路板之间的第一刚性电路板组成,所述刚柔结合电路板通过印刷电路板工艺制作成一体结构,或通过锡焊将所述两个柔性电路板与所述第一刚性电路连接,且所述两个柔性电路板的长度长于所述第一刚性电路板以形成安装槽;
所述数字信号处理部分包括:第二刚性电路板;
所述第二刚性电路板的端部嵌入所述安装槽内,且所述刚柔结合电路板的软性电路连接焊盘通过锡焊与所述第二刚性电路板的连接焊盘连接。
5.根据权利要求4所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述数字信号处理部分还包括:数字信号处理电路及电气连接接口;
所述数字信号处理电路与所述第二刚性电路板的连接焊盘连接,且与所述电气连接接口的一端连接,所述电气连接接口的另一端与外部输入电信号连通。
6.根据权利要求5所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分还包括:硅基调制器及CW激光光源;
所述CW激光光源包括:CW激光器、透镜、光隔离器;
所述CW激光器的输出光依次通过所述透镜、所述光隔离器后输入至所述硅基调制器;
所述CW激光器与所述硅基调制器耦合并安装在同一基板上。
7.根据权利要求6所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分还包括:驱动电路;
所述驱动电路的一端与所述硅基调制器相连,另一端通过金丝键合到所述刚柔结合电路板并与所述数字信号处理电路连通;
所述硅基调制器与所述驱动电路安装在同一基板上。
8.根据权利要求7所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分还包括:光纤适配器、微控制电路以及跨阻放大器;
所述硅基调制器的光输出端与所述光纤适配器耦合连接;
所述微控制电路与所述硅基调制器、CW激光器、驱动电路、跨阻放大器及数字信号处理电路连接。
9.根据权利要求8所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分还包括:探测器;
所述跨阻放大器的一端与所述探测器相连,另一端通过金丝键合到所述刚柔结合电路板并与所述数字信号处理电路连通;
所述探测器与所述跨阻放大器安装在同一基板上。
10.根据权利要求9所述的一种分体式集成封装光模块,其特征在于,所述光引擎部分还包括:光引擎外壳;
所述硅基调制器、CW激光光源、驱动电路、探测器、跨阻放大器、光纤适配器的一端、刚柔结合电路板通过所述光引擎外壳封装和固定为一体;
所述微控制电路位于所述光引擎外壳的外部,并通过SMT封装方式装配到所述刚柔结合电路板上。
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