CN115857122B - 嵌入式光模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光模块技术领域，尤其是涉及一种嵌入式光模块及其制造方法，嵌入式光模块包括壳体、转接板、光芯片、电芯片、电路板和散热器；转接板的第一安装面与壳体固定连接，转接板设有贯穿第二安装面的通孔；光芯片和电芯片均安装于第二安装面，且与转接板电连接，光芯片与通孔相对；电路板安装于壳体内与转接板电连接；壳体的材质为绝热材质，壳体开设有与光芯片、电芯片对应的开孔，散热器安装于开孔，一端与光芯片、电芯片通过连接件连接，另一端连接有绝热盖板，连接件为导热材质；连接件受热处于伸长状态，受冷处于缩短状态。本申请可实现在高温对光芯片和电芯片的降温，在低温可对壳体内的光芯片和电芯片起到保温作用。

Description

嵌入式光模块及其制造方法

技术领域

本申请涉及光模块技术领域，尤其是涉及一种嵌入式光模块及其制造方法。

背景技术

随着光通讯、光传输的普及，传统的微光学器件正由集成光学、集成光电器件所代替。在长距离信息传输中，光纤已经取代了铜线，微芯片和外界之间的超高速电信号被光信号取代。微芯片仍然作为全电处理单元，并且光纤作为向微芯片发送或从其接收的高速数据的最终通道。

目前，光模块是进行光电和电光转换的光电子器件，光模块的发送端把电信号转换成光信号，接收端把光信号转换成电信号。当光模块的功耗较高时，需要设置散热器对光模块进行散热。

发明内容

为了对光模块进行散热，本申请提供一种嵌入式光模块及其制造方法。

本申请提供的一种嵌入式光模块及其制造方法采用如下的技术方案：

第一方面，一种嵌入式光模块，包括壳体、转接板、光芯片、电芯片、电路板和散热器；

所述转接板具有垂直的第一安装面和第二安装面，所述第一安装面与所述壳体固定连接，所述第二安装面设有重布线层和多个第一焊盘，所述转接板设有贯穿所述第二安装面的通孔；

所述光芯片和所述电芯片均安装于所述第二安装面，且与所述转接板电连接，所述光芯片与所述通孔相对，所述通孔用于光纤插入使所述光纤与所述光芯片耦合；所述电路板安装于所述壳体内，且位于所述转接板设有所述第二安装面的一侧，所述电路板上设有与部分所述第一焊盘连接的第二焊盘；

所述壳体的材质为绝热材质，所述壳体开设有与所述光芯片、所述电芯片对应的开孔，所述散热器安装于所述开孔，一端与所述光芯片、所述电芯片通过连接件连接，另一端连接有绝热盖板，所述连接件为导热材质；

所述连接件受冷处于缩短状态时，所述绝热盖板盖合于所述开孔，所述散热器位于所述壳体内；所述连接件受热处于伸长状态时，所述绝热盖板位于所述壳体外，使所述壳体内部与外界连通。上述方案中，光芯片和电芯片运行过程中温度逐渐升高，产生的热量逐渐向连接件和散热器传递，连接件的温度逐渐升高，当温度升高至连接件的变形温度时，连接件发生形变而伸长，将绝热盖板顶出，使壳体内部与外界连通，散热器可与外界发生热交换，从而实现对光芯片和电芯片的降温。

将电路板设置在光芯片和电芯片的下方，便于散热器的设置，使得散热器可设置为光芯片和电芯片的同一侧，芯片产生的热量可传递至散热器实现降温。从而当光模块处于低温环境时，绝热盖板盖合于壳体的开孔处，由于壳体和绝热盖板均为绝热材质，可对壳体内的光芯片和电芯片起到保温作用，减少低温环境对光芯片和电芯片造成的影响。

可选的，所述连接件包括双程记忆弹簧，所述双程记忆弹簧一端分别与所述电芯片、所述光芯片固定连接，另一端与所述散热器固定连接。此处的双程记忆弹簧是用形状记忆合金丝绕制成的，利用了形状记忆合金的记忆效应，结构简单，便于安装，具有较好的抗疲劳度。

可选的，所述壳体上设有导向件，所述导向件用于对所述散热器和所述绝热盖板在移动过程中起到导向作用。所述导向件可对散热器、绝热盖板起到支撑作用，减小散热器与壳体发生干涉的可能性。

可选的，所述连接件还包括多个导热弹簧，所述导热弹簧一端与所述电芯片、所述光芯片固定连接，另一端与所述散热器固定连接。通过设置多个导热弹簧，可提高光芯片、电芯片的热量传递至散热器的效率，从而提高光芯片、电芯片的散热效率。

可选的，多个所述导热弹簧绕所述双程记忆弹簧周向间隔设置，且沿所述双程记忆弹簧的外径方向设有多层。通过此种设置在提高光芯片、电芯片的散热效率的同时，可提高光芯片、电芯片各部位散热的均匀度。

可选的，所述散热器呈“工”字形设置，包括第一安装部、连接部和第二安装部，所述连接部上设有散热鳍片，所述第一安装部与所述绝热盖板连接，所述第二安装部与所述连接件固定连接。通过此种设置方式有利于增大散热器与外界环境的接触面积，从而提高光芯片、电芯片的散热效率。

可选的，所述第一安装部靠近所述绝热盖板的外周壁呈斜面设置。从而可减小散热器的质量，降低连接件变形推动散热器和绝热盖板所需的推力；同时可增大散热鳍片与外界环境的接触面积，提高光芯片、电芯片的散热效率。

可选的，所述第二安装部外周壁呈斜面设置。此种设置方式，可减小散热器的质量，降低连接件变形推动散热器和绝热盖板所需的推力；同时可增大散热鳍片与外界环境的接触面积，提高光芯片、电芯片的散热效率。

可选的，所述绝热盖板面向所述散热器的一侧设有密封垫。通过这样设置，可提高绝热盖板盖合于开孔处时壳体内的密封性。

可选的，所述开孔设有两个，各所述开孔与所述光芯片、所述电芯片一一对应，所述散热器设有两个，各所述散热器安装于各所述开孔。通过减小散热器和绝热盖板的尺寸，从而减小散热器和绝热盖板的质量，进而降低连接件变形推动散热器和绝热盖板所需的推力，使得绝热盖板更容易被顶出。

第二方面，本申请还提供一种嵌入式光模块的制造方法，包括以下步骤：

提供壳体和转接板，所述壳体的材质为绝热材质，在所述壳体上开设开孔，所述转接板具有相邻的第一安装面和第二安装面，在所述第二安装面设有重布线层和多个第一焊盘，将所述第一安装面与所述壳体固定连接，在所述转接板上布设贯穿所述第二安装面的通孔；

提供光芯片和电芯片，将所述光芯片和所述电芯片均安装于所述第二安装面，且与所述转接板电连接，使所述光芯片与所述通孔相对，所述通孔用于光纤插入使所述光纤与所述光芯片耦合，所述光芯片和所述电芯片均与所述开孔相对；

提供电路板，在所述电路板上布设第二焊盘，将所述电路板安装于所述壳体内，且位于所述转接板设有所述第二安装面的一侧，将部分所述第一焊盘与第二焊盘焊接；以及

提供散热器，将所述散热器安装于所述开孔，将所述散热器一端与所述光芯片、所述电芯片通过连接件连接，所述连接件为导热材质，另一端与绝热盖板连接；所述连接件受冷处于缩短状态时，所述绝热盖板盖合于所述开孔，所述散热器位于所述壳体内；所述连接件受热处于伸长状态时，所述绝热盖板位于所述壳体外，使所述壳体内部与外界连通。这样设置可实现对光芯片和电芯片的降温，同时在低温环境，可对壳体内的光芯片和电芯片起到保温作用，减少低温环境对光芯片和电芯片造成的影响。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、光芯片和电芯片运行过程中温度逐渐升高，连接件的温度升高至变形温度时，连接件发生形变而伸长，将绝热盖板顶出，散热器可与外界发生热交换，从而实现对光芯片和电芯片的降温；

2、当光模块处于低温环境时，由于壳体和绝热盖板均为绝热材质，可对壳体内的光芯片和电芯片起到保温作用，减少低温环境对光芯片和电芯片造成的影响；

3、连接件包括双程记忆弹簧和多个导热弹簧，双程记忆弹簧结构简单，便于安装，具有较好的抗疲劳度；多个导热弹簧的设置可提高光芯片、电芯片的散热效率的同时，可提高光芯片、电芯片各部位散热的均匀度。

附图说明

图1是本申请实施例1中嵌入式光模块的结构示意图；

图2是图1中A处（顺时针转动90°后）的放大示意图。

附图标记说明：100、光纤；1、壳体；11、开孔；12、光纤块；2、转接板；21、第一安装面；22、第二安装面；23、第一焊盘；24、通孔；3、光芯片；4、电芯片；5、电路板；51、第二焊盘；6、散热器；61、第一安装部；62、连接部；63、第二安装部；64、散热鳍片；7、连接件；71、双程记忆弹簧；72、导热弹簧；8、绝热盖板。

具体实施方式

下面将结合附图1-2，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”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申请和简化描述，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申请的限制。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特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

第一方面，本申请实施例1公开一种嵌入式光模块。参照图1，嵌入式光模块包括壳体1、转接板2、光芯片3、电芯片4、电路板5和散热器6。

结合图1和图2，壳体1的材质为绝热材质，壳体1开设有开孔11，转接板2安装于壳体1内，转接板2可以是硅基光电转接板，转接板2具有相邻的第一安装面21和第二安装面22。

具体的，第一安装面21与壳体1固定连接，第二安装面22设有重布线层和多个第一焊盘23，光芯片3和电芯片4均安装于第二安装面22，且与转接板2电连接，光芯片3、电芯片4均与开孔11相对，光芯片3和电芯片4均倒装于转接板2上，光芯片3可以是光发射器或光接收器等光学芯片，电芯片4可以是光电转换器或驱动器等电路芯片。开孔11可以设有一个，同时与光芯片3、电芯片4相对；开孔11也可以设有两个，光芯片3与其中一开孔11相对，电芯片4与另一开孔11相对。

参照图1，转接板2设有贯穿第二安装面22的通孔24，光芯片3与通孔24相对，通孔24用于光纤100插入使光纤100与光芯片3耦合。壳体1内还固定有光纤100块，光纤100块贯穿设有供光纤100穿过的穿孔，以提高光纤100固定于壳体1内的稳定性。

电路板5安装于壳体1内，且位于转接板2设有第二安装面22的一侧，电路板5上设有与部分第一焊盘23连接的第二焊盘51，电路板5通过第二焊盘51、第一焊盘23的连接实现与转接板2的连接。

参照图2，散热器6安装于开孔11，一端与光芯片3、电芯片4通过连接件7连接，连接件7为导热材质，另一端连接有绝热盖板8。

将电路板5设置在光芯片3和电芯片4的下方，便于散热器6的设置，使得散热器6可设置为光芯片3和电芯片4的同一侧，芯片产生的热量可通过连接件7传递至散热器6实现降温。

连接件7为随温度变化可伸缩设置，具体的，连接件7受热处于伸长状态，连接件7受冷处于缩短状态。

具体的，连接件7受冷处于缩短状态时，绝热盖板8盖合于开孔11，散热器6位于壳体1内。由于壳体1和绝热盖板8均为绝热材质，当光模块处于低温环境时，壳体1和绝热盖板8可对壳体1内的光芯片3和电芯片4起到保温作用，减少低温环境对光芯片3和电芯片4造成的影响。

在一可选实施例中，绝热盖板8面向散热器6的一侧设有密封垫，可提高绝热盖板8盖合于开孔11处时壳体1内的密封性，进一步提高对光芯片3和电芯片4的保温效果。

连接件7受热处于伸长状态时，绝热盖板8位于壳体1外，使壳体1内部与外界连通，散热器6可与外界发生热交换，从而实现对光芯片3和电芯片4的降温。

由于连接件7在温度变化的驱动下发生变形，散热器6和绝热盖板8的质量越小，越容易被连接件7推动。本实施例中，开孔11和散热器6均设有两个，各散热器6安装于各开孔11，可减小散热器6和绝热盖板8的尺寸，从而减小散热器6和绝热盖板8的质量，进而降低连接件7变形推动散热器6和绝热盖板8所需的推力，使得绝热盖板8更容易被顶出。

本实施例中，连接件7包括双程记忆弹簧71，双程记忆弹簧71为导热材质，双程记忆弹簧71一端分别与电芯片4、光芯片3固定连接，另一端与散热器6固定连接。

双程记忆弹簧71是用形状记忆合金丝绕制成的，利用了形状记忆合金的记忆效应，受温度影响产生的变形量大，结构简单，便于安装，具有较好的抗疲劳度。

由于双程记忆弹簧71是柔性的，散热器6和绝热盖板8在移动过程中可能会导致散热器6与壳体1之间发生干涉。在一可选实施例中，壳体1上设有导向件，导向件用于对散热器6和绝热盖板8在移动过程中起到导向作用，导向件可对散热器6、绝热盖板8起到支撑作用，减小散热器6与壳体1发生干涉的可能性。导向件可以为长度可调的伸缩杆，伸缩管在长度方向的一端与光芯片3、电芯片4固定连接，另一端与散热器6固定连接，散热器6在移动过程中，伸缩杆的长度做适应性变化。

作为一种实施例的变形，连接件7包括长度可调且为导热材质的伸缩管，伸缩管在长度方向的一端与光芯片3、电芯片4固定连接，另一端与散热器6固定连接，伸缩管内设置有导热材质的弹性气囊，弹性气囊内充填有受热膨胀的气体。由于伸缩管与长度方向垂直的截面积不变，气体受热促进弹性气囊只能朝着伸缩管的长度反向发生膨胀，从而实现对散热器6和绝热盖板8的顶伸。

在一可选实施例中，连接件7还包括多个导热弹簧72，导热弹簧72一端与电芯片4、光芯片3固定连接，另一端与散热器6固定连接。多个导热弹簧72的设置，使得光芯片3、电芯片4的热量可通过双程记忆弹簧71和导热弹簧72同时向散热器6传递热量，可提高光芯片3、电芯片4的热量传递至散热器6的效率，从而提高光芯片3、电芯片4的散热效率。

进一步地，多个导热弹簧72绕双程记忆弹簧71周向间隔设置，且沿双程记忆弹簧71的外径方向设有多层，提高光芯片3、电芯片4的散热效率的同时，可提高光芯片3、电芯片4各部位散热的均匀度。

散热器6可为方形、筒形等，本实施例中，散热器6呈“工”字形设置，包括第一安装部61、连接部62和第二安装部63，连接部62上设有散热鳍片64，第一安装部61与绝热盖板8连接，第二安装部63与连接件7固定连接。

将散热器6设置为“工”字形，一方面可减小散热器6的质量，另一方面减小散热器6的尺寸，便于散热鳍片64的设置，增大散热器6与外界环境的接触面积，从而提高光芯片3、电芯片4的散热效率。

在一优选实施例中，第一安装部61靠近绝热盖板8的外周壁和第二安装部63外周壁均呈斜面设置，可进一步减小散热器6的质量，降低连接件7变形推动散热器6和绝热盖板8所需的推力；同时可增大散热鳍片64与外界环境的接触面积，提高光芯片3、电芯片4的散热效率。

当然，在其他实施例中，第一安装部61外周壁和第二安装部63外周壁中，可以其中之一呈斜面设置，也可以均不呈斜面设置。

本申请实施例一种嵌入式光模块的实施原理为：光芯片3和电芯片4运行过程中温度逐渐升高，产生的热量逐渐向连接件7和散热器6传递，当连接件7的温度逐渐升高至变形温度时，连接件7发生形变而伸长，将绝热盖板8顶出，使壳体1内部与外界连通，散热器6可与外界发生热交换，从而实现对光芯片3和电芯片4的降温。当壳体1内部温度降低至连接件7的变形温度时，连接件7缩短使绝热盖板8盖合于壳体1的开孔11。当光模块处于低温环境低于光芯片3、电芯片4正常运行所需温度和连接件7的变形温度时，绝热盖板8盖合于壳体1的开孔11处，由于壳体1和绝热盖板8均为绝热材质，可对壳体1内的光芯片3和电芯片4起到保温作用，减少低温环境对光芯片3和电芯片4造成的影响。

第二方面，本申请实施例2公开一种嵌入式光模块的制造方法，包括以下步骤：

提供壳体1和转接板2，壳体1的材质为绝热材质，在壳体1上开设开孔11，可通过激光开孔11的方式，转接板2具有相邻的第一安装面21和第二安装面22，在第二安装面22设有重布线层和多个第一焊盘23，将第一安装面21与壳体1固定连接，可通过粘接、焊接等方式，在转接板2上布设贯穿第二安装面22的通孔24。

提供光芯片3和电芯片4，光芯片3可以是光发射器或光接收器等光学芯片，电芯片4可以是光电转换器或驱动器等电路芯片，将光芯片3和电芯片4均安装于第二安装面22，且与转接板2电连接，光芯片3和电芯片4均通过倒装焊的方式安装于转接板2上，使光芯片3与通孔24相对，通孔24用于光纤100插入使光纤100与光芯片3耦合，光芯片3和电芯片4均与开孔11相对。

提供电路板5，在电路板5上布设第二焊盘51，将电路板5安装于壳体1内，可通过粘接、螺纹连接等方式，且位于转接板2设有第二安装面22的一侧，将部分第一焊盘23与第二焊盘51焊接。

提供散热器6，将散热器6安装于开孔11，开孔11可设有一个或两个，具体的，本实施例中，开孔11和散热器6均为两个，其中一开孔11、一散热器6均与光芯片3相对，另一开孔11、另一散热器6与电芯片4相对，将散热器6一端与光芯片3、电芯片4通过连接件7连接，连接件7为导热材质，另一端与绝热盖板8连接；连接件7受冷处于缩短状态时，绝热盖板8盖合于开孔11，散热器6位于壳体1内；连接件7受热处于伸长状态时，绝热盖板8位于壳体1外，使壳体1内部与外界连通。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种嵌入式光模块，其特征在于，包括壳体（1）、转接板（2）、光芯片（3）、电芯片（4）、电路板（5）和散热器（6）；

所述转接板（2）具有垂直的第一安装面（21）和第二安装面（22），所述第一安装面（21）与所述壳体（1）固定连接，所述第二安装面（22）设有重布线层和多个第一焊盘（23），所述转接板（2）设有贯穿所述第二安装面（22）的通孔（24）；

所述光芯片（3）和所述电芯片（4）均安装于所述第二安装面（22），且与所述转接板（2）电连接，所述光芯片（3）与所述通孔（24）相对，所述通孔（24）用于光纤（100）插入使所述光纤（100）与所述光芯片（3）耦合；所述电路板（5）安装于所述壳体（1）内，且位于所述转接板（2）设有所述第二安装面（22）的一侧，所述电路板（5）上设有与所述第一焊盘（23）连接的第二焊盘（51）；

所述壳体（1）的材质为绝热材质，所述壳体（1）开设有与所述光芯片（3）、所述电芯片（4）相对的开孔（11），所述散热器（6）安装于所述开孔（11），一端与所述光芯片（3）、所述电芯片（4）通过连接件（7）连接，另一端连接有绝热盖板（8），所述连接件（7）为导热材质；

所述连接件（7）受冷处于缩短状态时，所述绝热盖板（8）盖合于所述开孔（11），所述散热器（6）位于所述壳体（1）内；所述连接件（7）受热处于伸长状态时，所述绝热盖板（8）位于所述壳体（1）外，使所述壳体（1）内部与外界连通，所述连接件（7）包括双程记忆弹簧（71），所述双程记忆弹簧（71）一端分别与所述电芯片（4）、所述光芯片（3）固定连接，另一端与所述散热器（6）固定连接。

2.根据权利要求1所述的嵌入式光模块，其特征在于，所述壳体（1）上设有导向件，所述导向件用于对所述散热器（6）和所述绝热盖板（8）在移动过程中起到导向作用。

3.根据权利要求1所述的嵌入式光模块，其特征在于，所述连接件（7）还包括多个导热弹簧（72），所述导热弹簧（72）一端与所述电芯片（4）、所述光芯片（3）固定连接，另一端与所述散热器（6）固定连接。

4.根据权利要求3所述的嵌入式光模块，其特征在于，多个所述导热弹簧（72）绕所述双程记忆弹簧（71）周向间隔设置，且沿所述双程记忆弹簧（71）的外径方向设有多层。

5.根据权利要求1至4任一项所述的嵌入式光模块，其特征在于，所述散热器（6）呈“工”字形设置，包括第一安装部（61）、连接部（62）和第二安装部（63），所述连接部（62）上设有散热鳍片（64），所述第一安装部（61）与所述绝热盖板（8）连接，所述第二安装部（63）与所述连接件（7）固定连接。

6.根据权利要求5所述的嵌入式光模块，其特征在于，所述第一安装部（61）靠近所述绝热盖板（8）的外周壁呈斜面设置。

7.根据权利要求5所述的嵌入式光模块，其特征在于，所述第二安装部（63）外周壁呈斜面设置。

8.根据权利要求1至4任一项所述的嵌入式光模块，其特征在于，所述绝热盖板（8）面向所述散热器（6）的一侧设有密封垫；

所述开孔（11）设有两个，各所述开孔（11）与所述光芯片（3）、所述电芯片（4）一一对应，所述散热器（6）设有两个，各所述散热器（6）安装于各所述开孔（11）。

9.一种嵌入式光模块的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1-8任一项所述的嵌入式光模块，包括：

提供壳体（1）和转接板（2），所述壳体（1）的材质为绝热材质，在所述壳体（1）上开设开孔（11），所述转接板（2）具有相邻的第一安装面（21）和第二安装面（22），在所述第二安装面（22）设有重布线层和多个第一焊盘（23），将所述第一安装面（21）与所述壳体（1）固定连接，在所述转接板（2）上布设贯穿所述第二安装面（22）的通孔（24）；

提供光芯片（3）和电芯片（4），将所述光芯片（3）和所述电芯片（4）均安装于所述第二安装面（22），且与所述转接板（2）电连接，使所述光芯片（3）与所述通孔（24）相对，所述通孔（24）用于光纤（100）插入使所述光纤（100）与所述光芯片（3）耦合，所述光芯片（3）和所述电芯片（4）均与所述开孔（11）相对；

提供电路板（5），在所述电路板（5）上布设第二焊盘（51），将所述电路板（5）安装于所述壳体（1）内，且位于所述转接板（2）设有所述第二安装面（22）的一侧，将部分所述第一焊盘（23）与第二焊盘（51）焊接；以及

提供散热器（6），将所述散热器（6）安装于所述开孔（11），将所述散热器（6）一端与所述光芯片（3）、所述电芯片（4）通过连接件（7）连接，所述连接件（7）为导热材质，另一端与绝热盖板（8）连接；所述连接件（7）受冷处于缩短状态时，所述绝热盖板（8）盖合于所述开孔（11），所述散热器（6）位于所述壳体（1）内；所述连接件（7）受热处于伸长状态时，所述绝热盖板（8）位于所述壳体（1）外，使所述壳体（1）内部与外界连通。

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