CN114942497B - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种光模块，包括电路板、导热基体、结构胶、硅光芯片、激光组件与光纤阵列组件。导热基体包括第一表面、第二表面、连接第一表面与第二表面的连接端及设置于第一表面上的第一承载座、第二承载座与第三承载座，第二表面的面积小于第一表面的面积，部分第一表面接触电路板，第一承载座、第二承载座与第三承载座从电路板开设的通口露出，导热基体通过结构胶覆盖连接端与部分电路板固定于电路板。硅光芯片设置于第一承载座；激光组件设置于第二承载座且提供光信号至硅光芯片；光纤阵列组件的接头粘贴于第三承载座，以使光纤阵列组件与硅光芯片耦合连接，从而接收来自硅光芯片的光信号与提供光信号至硅光芯片。

Description

光模块
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。
背景技术
现代通信系统中，网络流量需求的增长非常迅速。因此，光纤宽带逐渐成为目前主流，使得光模块变得相当重要。在光模块传送信号的过程中，电芯片负责将来自系统装置的电信号传送给光芯片,使得光芯片负责将电信号转成光信号后，通过光纤进行信号的传送。在光模块接收信号的过程中，光芯片负责将通过光纤接收到的光信号转成电信号，并传输给电芯片，使得电芯片负责将接收到的电信号传送给系统装置。
现有的光模块中，承载光芯片与激光组件的基座嵌合在电路板开设的通口内，以固定于电路板。然而，在此架构下，存在因基座与电路板之间的结合牢固度不够而影响光路稳定性的问题。另外，为了减少光信号传输的损失，用于与光芯片耦合连接的光纤的端部通常需要利用大量的胶体将其固设于与光芯片的光口同一平面的高度，进而存在因胶体与承载光芯片与激光组件的基座之间的膨胀系数差异而影响光路稳定性的问题。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的光模块是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种光模块，其能够解决现有的光模块因基座与电路板之间的结合牢固度不够，及固设光纤的胶体与承载光芯片与激光组件的基座之间的膨胀系数差异，从而影响光路稳定性的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
提供了一种光模块，其包括：电路板、导热基体、结构胶、硅光芯片、激光组件与光纤阵列组件。电路板开设有通口。导热基体固定于电路板，导热基体包括彼此相对的第一表面与第二表面、连接第一表面与第二表面的连接端及设置于第一表面上的第一承载座、第二承载座与第三承载座，第二表面的面积小于第一表面的面积，部分第一表面接触电路板，第一承载座、第二承载座与第三承载座从通口露出。结构胶覆盖连接端与部分电路板，以将导热基体固定于电路板。硅光芯片设置于第一承载座上且电性连接电路板，用于输出第一光信号及接收第二光信号与第三光信号。激光组件设置于第二承载座上，用于提供第三光信号至硅光芯片。光纤阵列组件包括光纤阵列与用于固定光纤阵列的端部的接头；接头粘贴于第三承载座上，使得光纤阵列与硅光芯片耦合连接，以接收来自硅光芯片的第一光信号与提供第二光信号至硅光芯片；光纤阵列接近接头处与导热基体之间设置有避空区。
在本申请实施例中，通过第二表面的面积小于第一表面的面积的设计，使得导热基体设有内缩结构，有助于结构胶填充形状倒扣结构，从而增加导热基体与电路板之间的粘接牢固度。另外，通过硅光芯片设置于第一承载座、激光组件设置于第二承载座与光纤阵列组件的接头设置于第三承载座的设计，使得用于传输光信号的所有光学组件(即硅光芯片、激光组件与光纤阵列组件)均设置于同一导热基体，具有相匹配的膨胀系数，从而保证不同温度环境下光学性能稳定。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为依据本申请的光模块的第一实施例组合图；
图2为图1的光模块的第一视角爆炸示意图；
图3为图1的光模块的第二视角爆炸示意图；
图4为图2的光模块的部分爆炸图；
图5为图1的光模块沿AA线段的剖面示意图；
图6为图4的导热基体、硅光芯片、激光组件与光纤阵列组件的侧视配置示意图；
图7为图4的导热基体的立体结构示意图；
图8为图4的导热基体的一实施例俯视图；
图9为图6的俯视配置示意图；
图10为本申请的导热基体、硅光芯片、激光组件与两个光纤阵列组件的一实施例俯视配置示意图；
图11为图4的导热基体、硅光芯片与激光组件的侧视配置示意图；以及
图12为图1的光模块的第二实施例爆炸示意图。
具体实施方式
以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。
必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件，或以上的任意组合。
必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。
请参阅图1至图6，图1为依据本申请的光模块的第一实施例组合图，图2为图1的光模块的第一视角爆炸示意图，图3为图1的光模块的第二视角爆炸示意图，图4为图2的光模块的部分爆炸图，图5为图1的光模块沿AA线段的剖面示意图，图6为图4的导热基体、硅光芯片、激光组件与光纤阵列组件的侧视配置示意图。如图1至图6所示，光模块1包括：壳体11、电路板12、导热基体13、结构胶14、硅光芯片15、激光组件16、光纤阵列组件17、光纤头18与光连接器19。
在本实施例中，壳体11可包括下壳体111与上壳体112。上壳体112盖合于下壳体111上，以形成容置空间113；电路板12、导热基体13、结构胶14、硅光芯片15、激光组件16与光纤阵列组件17设置于容置空间113内(即电路板12、导热基体13、结构胶14、硅光芯片15、激光组件16与光纤阵列组件17设置于壳体11中)。其中，下壳体111与上壳体112可采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热。此外，壳体11具有与容置空间113连接的第一开口114与第二开口115；光连接器19设置在第一开口114，形成光模块1的光接口，用于传输光信号；电路板12伸出第二开口115的一端设置有金手指122，形成光模块1的电接口，以电性连接光网络单元、光线路终端等上位机(未绘制)，用于传输电信号。
在本实施例中，电路板12开设有通口121。其中，电路板12可为硬性电路板或采用硬性电路板与柔性电路板配合使用。在一示例中，电路板12可为印刷电路板。
请参阅图4至图7，图7为图4的导热基体的立体结构示意图。如图4至图7所示，导热基体13固定于电路板12，导热基体13包括彼此相对的第一表面131与第二表面132、连接第一表面131与第二表面132的连接端133及设置于第一表面131上的第一承载座134、第二承载座135与第三承载座136，第二表面132的面积小于第一表面131的面积，部分第一表面131接触电路板12，第一承载座134、第二承载座135与第三承载座136从通口121露出。结构胶14覆盖连接端133与部分电路板12，以将导热基体13固定于电路板12。其中，导热基体13采用导热材质，所述导热材质包括但不限于铝合金、铜合金或铁合金；结构胶14的材质为高强度材质，例如：环氧树脂封装材料(block epoxy encapsulant)，以加强固定导热基体13于电路板12。在一示例中，所述高强度材质的搭接剪切强度可大于2000Psi(Pounds per squareinch)。
由于第二表面132的面积小于第一表面131的面积，使得连接端133具有内缩结构，有助于结构胶14填充形状倒扣结构，从而增加导热基体13与电路板12之间的粘接牢固度；在一示例中，连接端133可为台阶状，通过台阶状的设计，可降低对结构胶14剪切方向的力。另外，由于导热基体13的第一表面131的面积大于电路板12的通口121的面积，因此，将导热基体13固定于电路板12时，部分第一表面131接触电路板12，第一承载座134、第二承载座135与第三承载座136从通口121露出。
在一实施例中，请参阅图4、图6与图8，图8为图4的导热基体的一实施例俯视图。如图4、图6与图8所示，导热基体13的第一表面131上还设置有贴合区1311(如图8的图面中绘制斜线的区域)，贴合区1311通过贴合胶(未绘制)粘贴于电路板12，以使部分第一表面131贴合电路板12(即部分第一表面131接触电路板12)，从而增加导热基体13与电路板12之间的粘接牢固度。其中，贴合区1311可为第一表面131的边缘区域；所述贴合胶的材质可为但不限于导热材质，例如：导热银胶或导热硅胶，所述贴合胶具有将电路板12与导热基体13上的组件(例如：硅光芯片15与激光组件16)所发出的热能均匀化的功效。
请参阅图6与图9，图9为图6的俯视配置示意图。如图6与图9所示，硅光芯片15设置于第一承载座134上且电性连接电路板12，用于输出第一光信号及接收第二光信号与第三光信号；激光组件16设置于第二承载座135上，用于提供第三光信号至硅光芯片15；光纤阵列组件17包括光纤阵列171与用于固定光纤阵列171的端部的接头172；接头172粘贴于第三承载座136上，使得光纤阵列171与硅光芯片15耦合连接，以接收来自硅光芯片15的第一光信号与提供第二光信号至硅光芯片15。
具体地，硅光芯片15可包括用于输出所述第一光信号与接收所述第二光信号的第一光口组152、用于接收所述第三光信号的第二光口组153、用于驱动激光组件16提供所述第三光信号的驱动器(DRIVER)芯片154、用于放大传输至硅光芯片15的所述第二光信号的跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)芯片155与硅基衬底156，第一光口组152、第二光口组153、驱动器芯片154与跨阻放大器芯片155设置于硅基衬底156上，硅基衬底156设置于第一承载座134上，但本实施例并非用以限定本申请。
在一示例中，具有第一光口组152与第二光口组153的硅基衬底156、驱动器芯片154与跨阻放大器芯片155设置于第一承载座134上且位于同一平面，以避免所述第一光信号、所述第二光信号与所述第三光信号的传递损失。在另一示例中，驱动器芯片154与跨阻放大器芯片155设置于具有第一光口组152与第二光口组153的硅基衬底156上(如图9所示)。
在一示例中，当光纤阵列组件17为两个且分别用以接收来自硅光芯片15的所述第一光信号与提供所述第二光信号至硅光芯片15时，硅光芯片15可包括用于输出所述第一光信号的输出光口组158、用于与接收所述第二光信号的第一输入光口组159、用于接收所述第三光信号的第二输入光口组160、用于驱动激光组件16提供所述第三光信号的驱动器芯片154、用于放大传输至硅光芯片15的所述第二光信号的跨阻放大器芯片155与硅基衬底156(如图10所示，图10为本申请的导热基体、硅光芯片、激光组件与两个光纤阵列组件的一实施例俯视配置示意图)。与输出光口组158耦合的光纤阵列171为发射端光纤阵列，与第一输入光口组159耦合的光纤阵列171为接收端光纤阵列，以使所述发射端光纤阵列接收来自输出光口组158的第一光信号，所述接收端光纤阵列提供第二光信号至第一输入光口组159。
激光组件16可包括激光芯片161与光学耦合组件162；激光芯片161电性连接驱动器芯片154，用于发出所述第三光信号；光学耦合组件162包括多个光学元件(例如：透镜、反射镜与光隔离器)，用于将激光芯片161所发出的第三光信号导引至硅光芯片15的第二光口组153(即激光组件16的出光口与第二光口组153耦合)。其中，激光芯片161的数量及其对应配置的光学耦合组件162可依据实际需求进行调整；当激光芯片161的数量为多个时，多个激光芯片161所分别提供的第三光信号可为同一波长的光信号或不同波长的光信号。
光纤阵列171的一端连接接头172，另一端连接光纤头18，光纤头18连接光连接器19(如图4所示)；光纤阵列171包括的光纤数量可依据实际需求进行调整。接头172可通过胶体50粘贴于第三承载座136上，使得光纤阵列171与硅光芯片15的第一光口组152耦合连接，以使光纤阵列171接收来自硅光芯片15的所述第一光信号与提供所述第二光信号至硅光芯片15。
需注意的是，通过接头172粘贴于第三承载座136的设计，利用第三承载座136的高度控制接头172与第三承载座136之间的胶量，防止胶量过多而在固化过程中造成体积坍塌过大，进而导致光纤阵列171与第一光口组152之间的耦合失效。另外，光纤阵列组件17中，光纤阵列171接近接头172处与导热基体13之间设置有避空区60(即避空间隙)；通过接头172粘贴于第三承载座136与避空区60的设计，让接头172与第三承载座136之间产生的溢胶沿着第三承载座136的侧壁往下流，不让光纤阵列171在装配过程中与其他零部件之间出现有胶连接的情况(即对光纤阵列171进行避空处理)，避免返修拆卸时造成损伤。此外，通过设计控制用于固定光纤阵列171的胶量，保证胶固化过程中的体积变化在可控范围内。再者，通过硅光芯片15设置于第一承载座134、激光组件16设置于第二承载座135与光纤阵列组件17的接头设置于第三承载座136的设计，使得用于传输光信号的所有光学组件(即硅光芯片15、激光组件16与光纤阵列组件17)均设置于导热基体13，具有相匹配的膨胀系数，从而保证不同温度环境下光学性能稳定。
请参阅图4、图6与图9，在光模块1中，硅光芯片15可基于来自电芯片的电信号控制驱动器芯片154驱动激光组件16提供所述第三光信号，并自第二光口组153接收所述第三光信号后进行调制处理，以通过第一光口组152输出第一光信号。所述第一光信号依序通过光纤阵列171、光纤头18与光连接器19输出至路由器、交换机、电子计算机等信息处理设备(未绘制)。硅光芯片15的第一光口组152可接收依序通过光连接器19、光纤头18与光纤阵列171且来自所述信息处理设备的第二光信号，跨阻放大器芯片155对所述第二光信号放大处理且将其转换成电信号并传输至电芯片124，电芯片124将来自硅光芯片15的电信号通过金手指122传输至所述上位机。
请参阅图9与图11，图11为图4的导热基体、硅光芯片与激光组件的侧视配置示意图。如图11所示，第一承载座134的顶面1341高于第二承载座135的顶面1351与第三承载座136的顶面1361。因此，可利用第一承载座134、第二承载座135与第三承载座136的高度控制光纤阵列171与第一光口组152之间的耦合效率，以及激光组件16的出光口与第二光口组153之间的耦合效率。
在一实施例中，光纤阵列171通过设置于第三承载座136上的接头172对准耦合第一光口组152(即光纤阵列171的出光口与第一光口组152位于同一水平面)，以接收来自硅光芯片15的所述第一光信号与提供所述第二光信号至硅光芯片15；激光组件16通过设置于第二承载座135将其出光口与第二光口组153对准耦合(即激光组件16的出光口与第二光口组153位于同一水平面)，以提供所述第三光信号至硅光芯片15。也就是说，导热基体13的第一表面131设有不同高度的承载座，用于放置光学中心高度不同的光组件(即硅光芯片15、激光组件16与光纤阵列组件17)，使所有光组件光学中心高度一致，增加耦合效率。
在一实施例中，光模块1还可包括保护盖20，固定于电路板12，以与电路板12形成保护空间，硅光芯片15与激光组件16设置于所述保护空间(如图2与图4所示)。
在一实施例中，为了避免保护盖20的设计影响光模块1的散热效果，保护盖20设置有散热口201，散热口201对应于硅光芯片15(如图2与图4所示)。其中，由于硅光芯片15运作时所产生的热能相较其他元件多，因此，散热口201设置的位置对应于硅光芯片15的配置位置。
在一实施例中，第二表面132与壳体11导热连接(如图5所示)。在一示例中，第二表面132可直接接触壳体11的下壳体111，以将导热基体13的热能导引至下壳体111进行散热。在另一示例中，第二表面132与下壳体111之间存在间隙，第二表面132可通过导热膏接触下壳体111，以将导热基体13的热能导引至下壳体111进行散热。
请参阅图12，其为图1的光模块的第二实施例爆炸示意图。如图12所示，光模块1还可包括散热元件21，散热元件21设置于壳体11中，散热元件21设置于壳体11面向硅光芯片15的表面(即散热元件21设置于上壳体112)，散热元件21与硅光芯片15导热连接。
在一实施例中，散热元件21包括散热凸块211，散热凸块211容置于散热口201，并与硅光芯片15导热连接。具体地，当上壳体112盖合于下壳体111上时，散热凸块211容置于散热口201且通过散热胶贴合硅光芯片15，以有效将硅光芯片15运作时所产生的热能导引至上壳体112进行散热。
综上所述，本申请的光模块通过第二表面的面积小于第一表面的面积的设计，使得导热基体设有内缩结构，有助于结构胶填充形状倒扣结构，从而增加导热基体与电路板之间的粘接牢固度。另外，通过硅光芯片设置于第一承载座、激光组件设置于第二承载座与光纤阵列组件的接头设置于第三承载座的设计，使得用于传输光信号的所有光学组件(即硅光芯片、激光组件与光纤阵列组件)均设置于同一导热基体，具有相匹配的膨胀系数，从而保证不同温度环境下光学性能稳定。此外，通过第三承载座的高度控制固定接头与第三承载座之间的胶量，防止胶量过多而在固化过程中造成体积坍塌过大，进而导致光纤阵列与第一光口组之间的耦合失效。除此以外，通过第一承载座、第二承载座与第三承载座的高度增加光纤阵列与第一光口组之间的耦合效率，以及增加激光组件的出光口与第二光口组之间的耦合效率。再者，通过接头粘贴于第三承载座的设计，可使光纤阵列在装配过程中不与其他零部件之间出现有胶连接，避免返修拆卸时造成损伤。
虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用于限缩本发明。相反地，此发明涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (11)

1.一种光模块，其特征在于，包括：
电路板，开设有通口；
导热基体，固定于所述电路板，所述导热基体包括彼此相对的第一表面与第二表面、连接所述第一表面与所述第二表面的连接端及设置于所述第一表面上的第一承载座、第二承载座与第三承载座，所述第二表面的面积小于所述第一表面的面积，部分所述第一表面接触所述电路板，所述第一承载座、所述第二承载座与所述第三承载座从所述通口露出；
结构胶，覆盖所述连接端与部分所述电路板，以将所述导热基体固定于所述电路板；
硅光芯片，设置于所述第一承载座上且电性连接所述电路板，用于输出第一光信号及接收第二光信号与第三光信号；
激光组件，设置于所述第二承载座上，用于提供所述第三光信号至所述硅光芯片；以及
光纤阵列组件，包括光纤阵列与用于固定所述光纤阵列的端部的接头，所述接头粘贴于所述第三承载座上，使得所述光纤阵列与所述硅光芯片耦合连接，以接收来自所述硅光芯片的所述第一光信号与提供所述第二光信号至所述硅光芯片；所述光纤阵列接近所述接头处与所述导热基体之间设置有避空区。
2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一表面上还设置有贴合区，所述贴合区通过贴合胶粘贴于所述电路板，以使部分所述第一表面贴合所述电路板。
3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述贴合胶的材质为导热材质，所述结构胶的材质为高强度材质。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光模块，其特征在于，还包括壳体与散热元件，所述电路板、所述导热基体、所述结构胶、所述硅光芯片、所述激光组件、所述光纤阵列组件与所述散热元件设置于所述壳体中，所述散热元件设置于所述壳体面向所述硅光芯片的表面，所述散热元件与所述硅光芯片导热连接。
5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，还包括保护盖，固定于所述电路板，以与所述电路板形成保护空间；所述硅光芯片与所述激光组件设置于所述保护空间。
6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述保护盖设置有散热口，所述散热口对应于所述硅光芯片。
7.如权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述散热元件包括散热凸块，所述散热凸块容置于所述散热口，并与所述硅光芯片导热连接。
8.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述第二表面与所述壳体导热连接。
9.如权利要求1至3中任一项所述的光模块，其特征在于，所述第一承载座的顶面高于所述第二承载座的顶面与所述第三承载座的顶面。
10.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片包括用于输出所述第一光信号与接收所述第二光信号的第一光口组与用于接收所述第三光信号的第二光口组；所述光纤阵列通过设置于所述第三承载座上的所述接头对准耦合所述第一光口组，以接收来自所述硅光芯片的所述第一光信号与提供所述第二光信号至所述硅光芯片；所述激光组件通过设置于所述第二承载座将其出光口与所述第二光口组对准耦合，以提供所述第三光信号至所述硅光芯片。
11.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述连接端为台阶状。
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