CN115308854A - 一种高集成封装光引擎 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高集成封装光引擎，包括：光发射单元、光接收单元、金属热沉；金属热沉包括：主体，主体的正面设置光发射单元布置区域，主体的背面设置光接收单元布置区域，且光发射单元布置区域与光接收单元布置区域错位布置。不仅节省光发射单元与光接收单元的安装空间，而且提高整体的集成度，对侧错位布置的方式还具有改善散热降低温升的优点；光信号发送和接收的器件集成在一起，能够实现光引擎的标准化，简化设计，满足不同的应用需求；使用时，直接将本发明的光引擎与外部电路连接即可实现光信号的发射与接收工作，有效缩短了光引擎的开发时间，降低了研发成本。

Description

一种高集成封装光引擎

技术领域

本发明涉及光通讯光模块技术领域，尤其涉及一种高集成封装光引擎。

背景技术

光模块作为光纤通信中的重要组成部分，是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件。

光模块的传输速率越来越高，但要求光模块的尺寸却越来越小，因此为减小光模块的整体体积，光模块的内部空间布置的较为拥挤，导致内部热量集中问题凸显，散热效率低。除此之外，本领域技术人员为解决降低尺寸带来的狭小空间内电路串扰问题及信号扇出，设计出异形结构的PCB板，但其牺牲了器件的结构强度，也衍生出芯片微组装密封性及可靠性降低的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高集成封装光引擎。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：

本发明提供一种高集成封装光引擎，包括：光发射单元及光接收单元，还包括：金属热沉；所述金属热沉包括：主体，所述主体的正面设置光发射单元布置区域，所述主体的背面设置光接收单元布置区域，且所述光发射单元布置区域与所述光接收单元布置区域错位布置。

进一步的，所述主体的正面开设高低错落的台阶结构，所述台阶结构包括：第一台阶、第二台阶及第三台阶；所述第二台阶与所述第三台阶的表面构成所述光发射单元布置区域；所述主体背面对应所述第一台阶的区域划分为所述光接收单元布置区域。

进一步的，所述光发射单元包括：发射电芯片、光芯片、激光器、第一透镜、隔离器、第二透镜；所述发射电芯片及所述光芯片设置于所述第二台阶的表面，所述激光器、第一透镜、隔离器及第二透镜设置于所述第三台阶的表面。

进一步的，所述光接收单元包括：接收电芯片、接收探测器；所述接收电芯片及所述接收探测器设置于所述主体背面的对应于所述第一台阶的区域上。

进一步的，所述金属热沉还包括：金属体；所述主体的侧表面向外延伸形成围绕于所述主体的所述金属体，且在所述主体的背面形成半封闭槽，所述金属体与所述第一台阶的前端面之间留有安装空间；所述半封闭槽上设置开口，且所述开口逐渐收缩形成出线槽。

进一步的，所述的一种高集成封装光引擎，还包括：光纤组件，所述光纤组件包括：发射阵列、接收阵列及光连接器；所述接收阵列通过第一光纤与所述光连接器连接，所述第一光纤上设置第一护套，所述接收阵列设置于所述半封闭槽内，并与所述接收探测器连接；所述发射阵列通过第二光纤与所述光连接器连接，所述第二光纤上设置第二护套，所述发射阵列与所述光芯片连接。

进一步的，所述的一种高集成封装光引擎，还包括：PCB；所述PCB在对应所述第二台阶与所述第三台阶的位置处开设镂空槽，所述发射电芯片在靠近所述镂空槽槽壁的位置处与所述PCB金丝键合；所述PCB在对应所述第一台阶的位置处开设下沉槽，所述接收电芯片在靠近所述下沉槽槽壁的位置处与所述PCB金丝键合。

进一步的，所述的一种高集成封装光引擎，还包括：密封罩，所述密封罩将所述光发射单元封闭在所述镂空槽内；所述密封罩上开设缺口，所述第二光纤自所述缺口伸出；所述PCB的外边缘开设安装槽，所述密封罩上设置与所述安装槽适配的定位筋。

进一步的，所述的一种高集成封装光引擎，还包括：盖板，所述盖板将所述光接收单元封闭在所述半封闭槽内；所述半封闭槽的槽壁开设用于容纳所述盖板外边缘的浅槽，所述盖板上设置有与所述半封闭槽上逐渐收缩的所述开口相适配的倾斜侧壁。

进一步的，所述金属热沉的背面设置外导热表面；所述金属热沉的正面设置与所述PCB贴合的散热面。

本发明所带来的有益效果：

1.本发明的结构设计不仅节省光发射单元与光接收单元的安装空间，而且提高整体的集成度，对侧错位布置的方式还具有改善散热降低温升的优点；

2.光信号发送和接收的器件集成在一起，能够实现光引擎的标准化，简化设计，满足不同的应用需求；

3.使用时，直接将本发明的光引擎与外部电路连接即可实现光信号的发射与接收工作，有效缩短了光引擎的开发时间，降低了研发成本。

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是本发明一种高集成封装光引擎的外部结构示意图；

图2是本发明一种高集成封装光引擎的爆炸结构示意图；

图3是本发明PCB的结构示意图；

图4是本发明金属热沉的背面结构示意图；

图5是本发明金属热沉的正面结构示意图；

图6是本发明金属热沉的截面示意图；

图7是本发明光纤组件的结构示意图；

图8是本发明密封罩的结构示意图；

图9是本发明盖板的结构示意图；

图10是本发明光发射单元及光接收单元封装后剖面示意图；

图11是本发明光发射单元的连接示意图；

图12是本发明光接收单元的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-12所示，本发明提供一种高集成封装光引擎，包括：光发射单元、光接收单元、PCB1、金属热沉2、光纤组件11、密封罩12、盖板13。

光发射单元包括：发射电芯片3、光芯片4、激光器7、第一透镜8、隔离器9、第二透镜10。

光接收单元包括：接收电芯片5、接收探测器6。

如图4-6所示，金属热沉2包括：主体21及金属体22。主体21的正面设置光发射单元布置区域201，主体21的背面设置光接收单元布置区域202，其中，光发射单元设置于光发射单元布置区域201内，光接收单元设置于光接收单元布置区域202内。

光发射单元布置区域201与光接收单元布置区域202错位布置，如图6和图10所示，即两个区域不在同一水平高度上，且两个区域分别位于主体21的正面与背面，最终使得两个区域呈对侧错位布置状态。不仅节省光发射单元与光接收单元的安装空间，而且提高整体的集成度，对侧错位布置还具有改善散热降低温升的优点。

主体21的正面开设高低错落的台阶结构，台阶结构包括：第一台阶23、第二台阶24及第三台阶25。高低错落是指三个台阶高度互不相同，第二台阶24的高度最高，其次是第三台阶25，最后是第一台阶23。

第二台阶24及第三台阶25的表面构成光发射单元布置区域201。

本发明将主体21的背面在对应第一台阶23的位置处所在区域范围划分为光接收单元布置区域202。

发射电芯片3及光芯片4设置于第二台阶24的表面，激光器7、第一透镜8、隔离器9及第二透镜10设置于第三台阶25的表面。接收电芯片5及接收探测器6设置于主体21背面的对应于第一台阶23的区域上，即设置于光接收单元布置区域202内。

上述台阶结构的设计实现光发射单元与光接收单元内各器件布置区域的分配，不仅与两单元内各器件特性相匹配，比如尺寸、连接方式等，可降低整体光模块的尺寸，而且各器件在不同台阶对应位置处，进一步提升散热性能，除此之外，上述结构设计也便于与光纤组件11进行连接，组装方便。因此，本发通过简单的台阶结构设计同时实现小尺寸、高散热、便于组装的光模块。

主体21的侧表面向外延伸形成围绕于主体21的金属体22，且金属体22在围绕主体21的过程中在主体21的背面形成半封闭槽26，半封闭槽26为光接收单元与光纤组件11提供连接空间，使得光纤组件11中的接收阵列不再单独占用其他空间。金属体22与第一台阶23的前端面之间留有安装空间27，便于光接收单元与PCB1进行连接。半封闭槽26上设置开口28，且开口28逐渐收缩形成出线槽29，用于第一光纤114束腰伸出。

如图7所示，光纤组件11包括：发射阵列111、接收阵列112、光连接器113、第一光纤114、第一护套115、第二光纤116、第二护套117。

接收阵列112通过第一光纤114与光连接器113连接，第一光纤114上设置第一护套115，当接收阵列112安装完成后，第一光纤114依次经开口28及出线槽29引出。发射阵列111通过第二光纤116与光连接器113连接，第二光纤116上设置第二护套117，与密封罩12上的缺口121配合使用，保证连接稳定性。

接收阵列112设置于半封闭槽26内，且接收阵列112与接收探测器6耦合连接，并通过胶水加固；发射阵列111与光芯片4耦合连接，并通过胶水加固，从而实现光引擎光信号内外部联通。

如图3、10、11、12所示，PCB1在对应第二台阶24与第三台阶25的位置处开设镂空槽101，PCB1在对应第一台阶23的位置处开设下沉槽102。

当PCB1与金属热沉2安装为一体时，光发射单元位于镂空槽101内，第一台阶23位于下沉槽102内。发射电芯片3在靠近镂空槽101槽壁的位置处与PCB1金丝键合，使电气属性联通。接收电芯片5在靠近下沉槽102槽壁的位置处与PCB1金丝键合，使电气属性联通。本发明PCB1的结构为平板状，取代光模块中的异形电路板，具有强度大，不易变形的优点，而且结构设计与金属热沉、光发射单元、光接收单元相匹配，保证小体积的前提下，具有便于组装连接的优势，即便于与光纤组件进行连接。

如图2、8所示，密封罩12安装于PCB1上并位于光发射单元一侧，密封罩12将光发射单元封闭在镂空槽101内。密封罩12上开设缺口121，第二光纤116自缺口121伸出后与光连接器113连接，第二护套117被缺口121卡在密封罩12内，确保连接稳定性。PCB1的外边缘开设安装槽103，密封罩12上设置与安装槽103适配的定位筋122，当密封罩12扣在PCB1上时，定位筋122嵌入安装槽103内，起到定位作用，且结构稳定。

如图2、9所示，盖板13安装于金属热沉2上并位于光接收单元一侧，盖板13将光接收单元封闭在半封闭槽26内。半封闭槽26的槽壁开设用于容纳盖板13外边缘的浅槽30，便于盖板13安装。盖板13上设置有与半封闭槽26上逐渐收缩的开口28相适配的倾斜侧壁131，以适应整体形状。

金属热沉2的背面设置外导热表面31，外导热表面31即为金属热沉2背面未开槽的表面区域，也为金属体22的背面，用于金属热沉向外导热。金属热沉2的正面设置与PCB1贴合的散热面32，散热面32即为金属热沉2正面未设置主体21的表面区域，也为金属体22的正面。因此，本发明设计的金属体22可以增大光模块整体稳定性的同时，提高散热性能。

发射电芯片3、光芯片4由第二台阶24表面承载；第二透镜10、隔离器9、第一透镜8、激光器7由第三台阶25表面承载；接收电芯片5、接收探测器6由第一台阶23的背面承载。金属热沉2承载所有芯片，使各芯片的热量快速传导至散热面32，进一步扩大有效散热面。

本发明通过对同一金属基板即金属热沉对侧错位布置结构和热优化设计，在有限空间提高集成度，可以增加光电器件数量和信道总容量。光信号发送接收器件集成在一起，能够实现光引擎的标准化，简化设计，满足不同的应用需求；使用时，直接将本发明提出的光引擎与外部电路连接即可实现光信号的发射、接收工作，有效缩短了光引擎的开发时间，降低了研发成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高集成封装光引擎，包括：光发射单元及光接收单元，其特征在于，还包括：金属热沉；所述金属热沉包括：主体，所述主体的正面设置光发射单元布置区域，所述主体的背面设置光接收单元布置区域，且所述光发射单元布置区域与所述光接收单元布置区域错位布置。

2.根据权利要求1所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，所述主体的正面开设高低错落的台阶结构，所述台阶结构包括：第一台阶、第二台阶及第三台阶；

所述第二台阶与所述第三台阶的表面构成所述光发射单元布置区域；

所述主体背面对应所述第一台阶的区域划分为所述光接收单元布置区域。

3.根据权利要求2所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，所述光发射单元包括：发射电芯片、光芯片、激光器、第一透镜、隔离器、第二透镜；

所述发射电芯片及所述光芯片设置于所述第二台阶的表面，所述激光器、第一透镜、隔离器及第二透镜设置于所述第三台阶的表面。

4.根据权利要求3所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，所述光接收单元包括：接收电芯片、接收探测器；

所述接收电芯片及所述接收探测器设置于所述主体背面的对应于所述第一台阶的区域上。

5.根据权利要求4所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，所述金属热沉还包括：金属体；

所述主体的侧表面向外延伸形成围绕于所述主体的所述金属体，且在所述主体的背面形成半封闭槽，所述金属体与所述第一台阶的前端面之间留有安装空间；

所述半封闭槽上设置开口，且所述开口逐渐收缩形成出线槽。

6.根据权利要求5所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，还包括：光纤组件，所述光纤组件包括：发射阵列、接收阵列及光连接器；

所述接收阵列通过第一光纤与所述光连接器连接，所述第一光纤上设置第一护套，所述接收阵列设置于所述半封闭槽内，并与所述接收探测器连接；

所述发射阵列通过第二光纤与所述光连接器连接，所述第二光纤上设置第二护套，所述发射阵列与所述光芯片连接。

7.根据权利要求6所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，还包括：PCB；

所述PCB在对应所述第二台阶与所述第三台阶的位置处开设镂空槽，所述发射电芯片在靠近所述镂空槽槽壁的位置处与所述PCB金丝键合；

所述PCB在对应所述第一台阶的位置处开设下沉槽，所述接收电芯片在靠近所述下沉槽槽壁的位置处与所述PCB金丝键合。

8.根据权利要求7所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，还包括：密封罩，所述密封罩将所述光发射单元封闭在所述镂空槽内；

所述密封罩上开设缺口，所述第二光纤自所述缺口伸出；

所述PCB的外边缘开设安装槽，所述密封罩上设置与所述安装槽适配的定位筋。

9.根据权利要求8所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，还包括：盖板，所述盖板将所述光接收单元封闭在所述半封闭槽内；

所述半封闭槽的槽壁开设用于容纳所述盖板外边缘的浅槽，所述盖板上设置有与所述半封闭槽上逐渐收缩的所述开口相适配的倾斜侧壁。

10.根据权利要求9所述的一种高集成封装光引擎，其特征在于，所述金属热沉的背面设置外导热表面；所述金属热沉的正面设置与所述PCB贴合的散热面。

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