CN115903151A - 一种400g光模块封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种400G光模块封装结构及其封装方法，包括：散热件，所述散热件上设有多分路硅光芯片和激光器，所述激光器用于发出激光光束，所述多分路硅光芯片两端设有增透膜的分束器，所述多分路硅光芯片一端与所述激光器耦合以能够实现将一束激光光束均分为多路激光光路；这样提高了400G光模块封装工艺可靠性，不仅降低了封装的成本费用，更同时提高了封装结构的稳定性和产品良率。

Description

一种400G光模块封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及光模块封装技术领域，具体涉及一种400G光模块封装结构及其封装方法。

背景技术

目前光通信行业进入飞速发展阶段，光模块在光通信行业中起到中枢的作用，其不断发展也是必然。当前光模块的发展主要表现在速率上，从昔日的1.25G到后来的10G、25G、100G，再到现在的400G，光模块从低端到高端，发展不可谓不迅速。

由于光模块速率越来越高，所需的光芯片不仅需要本身速率的提高，其集成度也越来越高。为了简化设计并满足高速传输性能，现有的硅光光模块封装采用板上芯片封装(ChipOnBoard)的方式进行设计；但现有的硅光光模块封装存在以下问题：

1)现有的400G QSFP DR4硅光光模块封装方案，当需要多路激光光路时，现有的硅光光模块封装通过使用多个激光器、多个透镜和多个隔离器才能满足需要，这样导致设备成本费用比较高；

2)现有的400G QSFP DR4硅光光模块封装方案，激光传输的偏振态容易改变；

3)现有的400G QSFP DR4硅光光模块封装方案，除了要保证良好的散热性,高集成度能，低成本，更要保证其工艺可靠性，其封装技术一直是行业中的难题；

4)现有的硅光光模块封装的光路直接暴露在空气中，容易脏污；

5)现有的400G QSFP DR4硅光光模块封装方案，由于硅光芯片设计原因，波导与10通道光纤阵列中间的光学匹配只能选择低折射率胶水，该低折射率胶水的剪切力不够，粘接强度不够，会导致封装结构的稳定性差和良率较低的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种400G光模块封装结构及其封装方法，提高了400G光模块封装工艺可靠性，不仅降低了封装的成本费用，更同时提高了封装结构的稳定性和产品的良率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种400G光模块封装结构，包括：散热件，所述散热件上设有多分路硅光芯片和激光器，所述激光器用于发出激光光束，所述多分路硅光芯片两端设有增透膜的分束器，所述多分路硅光芯片一端与所述激光器耦合以能够实现将一束激光光束均分为多路激光光路。

本发明提供的一种400G光模块封装结构及其封装方法，提高了400G光模块封装工艺可靠性，不仅降低了封装的成本费用，更同时提高了封装结构的稳定性和产品良率。

作为优选技术方案，所述多分路硅光芯片与所述散热件之间设有第二玻璃垫片，所述第二玻璃垫片用于吸收多分路硅光芯片与激光器之间的高度差，所述第二玻璃垫片的表面积尺寸小于所述多分路硅光芯片的表面积尺寸，所述多分路硅光芯片上设有第三玻璃垫片。

作为优选技术方案，所述散热件上还设有两通道光纤阵列，所述两通道光纤阵列的一端面与所述多分路硅光芯片另一端耦合，在两通道光纤阵列与多分路硅光芯片之间的光路中间设有光学匹配胶。

作为优选技术方案，所述两通道光纤阵列的另一端面连接的这两根保偏光纤之间的间距与多分路硅光芯片的波导间距一致。

作为优选技术方案，包括：十通道光纤阵列和硅光芯片，所述硅光芯片和所述激光器分别设置于电路板的两端上，所述十通道光纤阵列一端面与所述硅光芯片有源耦合。

作为优选技术方案，在所述硅光芯片边缘位置设有第一玻璃垫片，所述第一玻璃垫片一端面与所述十通道光纤阵列一端面耦合，所述十通道光纤阵列另一端面连接有至少十根光纤，这十根光纤中的两根为两通道光纤阵列连接的保偏光纤。

作为优选技术方案，在所述硅光芯片上设有第四玻璃垫片，所述第四玻璃垫片一端设置于所述硅光芯片上且与所述第一玻璃垫片另一端面连接，所述第四玻璃垫片另一端覆盖第一玻璃垫片并延伸设置于所述十通道光纤阵列上，在第四玻璃垫片上设有结构胶水层，所述结构胶水层用于将十通道光纤阵列与硅光芯片通过第四玻璃垫片连接在一起。

本发明提供一种400G光模块封装方法，包括以下步骤：将激光器用银胶贴片于散热件上，在多分路硅光芯片与所述散热件之间贴有第二玻璃垫片进行热固化，将多分路硅光芯片一端面与激光器进行耦合后，再点胶UV固化和热固化，夹持两通道光纤阵列让其一端面与多分路硅光芯片另一端面进行耦合后，在两通道光纤阵列与多分路硅光芯片之间的光路中间点光学匹配胶，在多分路硅光芯片上放置第三玻璃垫片后进行UV固化和热固化。

作为优选技术方案，所述多分路硅光芯片两端镀有增透膜的分束器，所述多分路硅光芯片用于将一束激光均分为多路激光光路，所述散热件采用钨铜材料。

作为优选技术方案，将十通道光纤阵列一端面与硅光芯片进行有源耦合后，在十通道光纤阵列的通光面上点低折射率胶水，并在硅光芯片边缘放置第一玻璃垫片与十通道光纤阵列一端面重新耦合，进行UV固化；在十通道光纤阵列和第一玻璃垫片的上方点流动性好的结构胶水后，将第四玻璃垫片放置于点胶处后，进行UV固化和热固化；此时结构胶水将十通道光纤阵列和硅光芯片通过第四玻璃垫片连接在一起，且保偏光纤一端与两通道光纤阵列另一端面连接，保偏光纤另一端与十通道光纤阵列另一端面连接。

本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，具有以下有益效果：

1)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，将激光器和与两端镀增透膜的多分路硅光芯片耦合，通过两端镀增透膜的多分路硅光芯片将一个激光器发射出的一束激光光束均分为多路激光光路，无需使用多个激光器、多个透镜和多个隔离器才能提供多路激光光路，降低了封装的成本费用；

2)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，多分路硅光芯片与所述散热件之间设有第二玻璃垫片，因为多分路硅光芯片的硅基材质不透UV光，而第二玻璃垫片的玻璃材质透UV光，从而便于UV固化；且第二玻璃垫片的玻璃材料与多分路硅光芯片的硅基材质的膨胀系数相近，提高了400G光模块封装结构的稳定性；

3)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，将两通道光纤阵列的一端面与所述多分路硅光芯片另一端耦合，中间无透镜，无隔离器，减少设备的成本费用；所述两通道光纤阵列连接的这两根光纤为保偏光纤，保偏光纤能够保证激光传输的偏振态没有改变；UV固化时在多分路硅光芯片上加第三玻璃垫片，第三玻璃垫片用于增加粘接面积从而增加粘接强度和封装结构的稳定性；

4)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，将第四玻璃垫片放置于硅光芯片和十通道光纤阵列上方，然后用结构胶水进行固定，增加该区域的可靠性，提高整体封装结构的稳定性；

5)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，硅光芯片和激光器设置于电路板上的两端，激光器、第二玻璃垫片、第三玻璃垫片、多分路硅光芯片和两通道光纤阵列均位于散热件上，有利于封装结构本身的散热和产品性能；

6)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，通过胶水进行光路密封，所述结构胶水层用于将十通道光纤阵列与硅光芯片通过第四玻璃垫片连接在一起，提高了产品可靠性，且封装结构简易可靠，具有较高的量产性。

附图说明

图1为本发明提供的400G光模块封装结构的结构示意图；

图2为图1提供的400G光模块封装结构中A的放大结构示意图；

图3为图1提供的400G光模块封装结构中B的放大结构示意图；

其中，1-散热件；2-多分路硅光芯片；3-激光器；4-第二玻璃垫片；5-第三玻璃垫片；6-两通道光纤阵列；7-保偏光纤；8-十通道光纤阵列；9-硅光芯片；10-电路板；11-光纤；12-第一玻璃垫片；13-第四玻璃垫片。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的，如图1所示，本发明提供的400G光模块封装结构，包括：散热件1，激光器3、第二玻璃垫片4、第三玻璃垫片5、多分路硅光芯片2和两通道光纤阵列6均粘贴于散热件1上，有利于封装结构本身的散热和产品性能，所述激光器3用于发出激光光束，所述多分路硅光芯片2两端设有增透膜的分束器(未示出)，所述多分路硅光芯片2一端与所述激光器3耦合以能够实现将一束激光光束均分为多路激光光路，降低了设备的成本费用；所述多分路硅光芯片2与所述散热件1之间设有第二玻璃垫片4，所述第二玻璃垫片4用于吸收多分路硅光芯片2与激光器3之间的高度差，所述第二玻璃垫片4的表面积尺寸小于所述多分路硅光芯片2的表面积尺寸，当所述第二玻璃垫片4的表面积尺寸小于所述多分路硅光芯片2的表面积尺寸以能够防止溢胶，所述多分路硅光芯片2上设有第三玻璃垫片5，所述第三玻璃垫片5用于增加接触面积以能够提高粘接强度；所述散热件1上还设有两通道光纤阵列6，所述两通道光纤阵列6的一端面与所述多分路硅光芯片2另一端耦合，在两通道光纤阵列6与多分路硅光芯片2之间的光路中间设有光学匹配胶以能够减少整个封装结构光路暴露在空气中，减少光路污染；所述两通道光纤阵列6的另一端面连接的这两根保偏光纤7之间的间距与多分路硅光芯片2的波导间距一致，所述硅光芯片9和所述激光器3设置于电路板10的两端上，有利于封装结构本身的散热和产品性能；所述十通道光纤阵列8一端面与所述硅光芯片9有源耦合，保偏光纤7一端与两通道光纤阵列6另一端面连接，保偏光纤7另一端与十通道光纤阵列8另一端面连接，在所述硅光芯片9边缘位置设有第一玻璃垫片12，所述第一玻璃垫片12与所述十通道光纤阵列8一端面耦合，所述十通道光纤阵列8另一端面连接有至少十根光纤11，这十根光纤11中的两根为两通道光纤11连接的保偏光纤7；在所述硅光芯片9上设有第四玻璃垫片13，所述第四玻璃垫片13一端设置于所述硅光芯片9上且与所述第一玻璃垫片12另一端面连接，所述第四玻璃垫片13另一端覆盖第一玻璃垫片12并延伸设置于所述十通道光纤阵列8上，在第四玻璃垫片13上设有结构胶水层，所述结构胶水层用于将十通道光纤阵列8与硅光芯片9通过第四玻璃垫片13连接在一起，增加粘接强度；这样提高了400G光模块封装工艺可靠性，不仅降低了封装的成本费用，更同时提高了封装结构的稳定性和产品良率。

本发明提供一种400G光模块封装方法，包括以下步骤：将激光器3用银胶贴片于散热件1上，测量激光器3上表面与多分路硅光芯片2贴片处的散热件1之间的高度差，然后选择适合高度的第二玻璃垫片4贴在多分路硅光芯片2与所述散热件1之间，第二玻璃垫片4作用是垫高和吸收高度公差以能够减小多分路硅光芯片与激光器之间的高度差，用吸嘴吸取多分路硅光芯片2将多分路硅光芯片2一端面与激光器3进行耦合后，再点胶UV固化和热固化，用耦合治具夹持两通道光纤阵列6让其一端面与多分路硅光芯片2另一端面进行耦合后，在两通道光纤阵列6与多分路硅光芯片2之间的光路中间点光学匹配胶，在多分路硅光芯片2上放置第三玻璃垫片5后进行UV固化和热固化；多分路硅光芯片2两端镀有增透膜的分束器，多分路硅光芯片2用于将一束激光均分为多路激光光路，所述散热件1采用钨铜材料，所述钨铜材料具有高导热和低膨胀系数，有利于激光器3的散热和防止热应力导致的光路移位；

将十通道光纤阵列8一端面与硅光芯片9进行有源耦合后，在十通道光纤阵列8的通光面上点低折射率胶水，并在硅光芯片9边缘放置第一玻璃垫片12后重新耦合，进行UV固化；由于胶水折射率越低，含氟量越高，粘接力就越弱，此时器件的结构强度不够，可靠性风险比较大，在前工序完成后，在十通道光纤阵列8和第一玻璃垫片12的上方点流动性好的结构胶水后，将第四玻璃垫片13放置于点胶处后，进行UV固化和热固化；此时结构胶水将十通道光纤阵列8和硅光芯片9通过第四玻璃垫片13连接在一起，且保偏光纤7一端与两通道光纤阵列6另一端面连接，保偏光纤7另一端与十通道光纤阵列8另一端面连接；这样提高了400G光模块封装工艺可靠性，不仅降低了封装的成本费用，更同时提高了封装结构的稳定性和产品良率。

激光器3优选1310nm的大功率光源；多分路硅光芯片2优选1×2分路硅光芯片或其它分路硅光芯片，所述第四玻璃垫片13呈“L”字型。

本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，具有以下有益效果：

1)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，将激光器和与两端镀增透膜的多分路硅光芯片耦合，通过两端镀增透膜的多分路硅光芯片将一个激光器发射出的一束激光光束均分为多路激光光路，无需使用多个激光器、多个透镜和多个隔离器才能提供多路激光光路，降低了封装的成本费用；

2)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，多分路硅光芯片与所述散热件之间设有第二玻璃垫片，因为多分路硅光芯片的硅基材质不透UV光，而第二玻璃垫片的玻璃材质透UV光，从而便于UV固化；且第二玻璃垫片的玻璃材料与多分路硅光芯片的硅基材质的膨胀系数相近，提高了400G光模块封装结构的稳定性；

3)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，将两通道光纤阵列的一端面与所述多分路硅光芯片另一端耦合，中间无透镜，无隔离器，减少设备的成本费用；所述两通道光纤阵列连接的这两根光纤为保偏光纤，保偏光纤能够保证激光传输的偏振态没有改变；UV固化时在多分路硅光芯片上加第三玻璃垫片，第三玻璃垫片用于增加粘接面积从而增加粘接强度和封装结构的稳定性；

4)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，将第四玻璃垫片放置于硅光芯片和十通道光纤阵列上方，然后用结构胶水进行固定，增加该区域的可靠性，提高整体封装结构的稳定性；

5)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，硅光芯片和激光器设置于电路板上的两端，激光器、第二玻璃垫片、第三玻璃垫片、多分路硅光芯片和两通道光纤阵列均位于散热件上，有利于封装结构本身的散热和产品性能；

6)本发明提供的400G光模块封装结构及其封装方法，通过胶水进行光路密封，所述结构胶水层用于将十通道光纤阵列与硅光芯片通过第四玻璃垫片连接在一起，提高了产品可靠性，且封装结构简易可靠，具有较高的量产性。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种400G光模块封装结构，其特征在于，包括：散热件，所述散热件上设有多分路硅光芯片和激光器，所述激光器用于发出激光光束，所述多分路硅光芯片两端设有增透膜的分束器，所述多分路硅光芯片一端与所述激光器耦合以能够实现将一束激光光束均分为多路激光光路。

2.根据权利要求1所述的400G光模块封装结构，其特征在于，所述多分路硅光芯片与所述散热件之间设有第二玻璃垫片，所述第二玻璃垫片用于吸收多分路硅光芯片与激光器之间的高度差，所述第二玻璃垫片的表面积尺寸小于所述多分路硅光芯片的表面积尺寸，所述多分路硅光芯片上设有第三玻璃垫片。

3.根据权利要求1所述的400G光模块封装结构，其特征在于，所述散热件上还设有两通道光纤阵列，所述两通道光纤阵列的一端面与所述多分路硅光芯片另一端耦合，在两通道光纤阵列与多分路硅光芯片之间的光路中间设有光学匹配胶。

4.根据权利要求3所述的400G光模块封装结构，其特征在于，所述两通道光纤阵列的另一端面连接的这两根保偏光纤之间的间距与多分路硅光芯片的波导间距一致。

5.根据权利要求1所述的400G光模块封装结构，其特征在于，包括：十通道光纤阵列和硅光芯片，所述硅光芯片和所述激光器分别设置于电路板的两端上，所述十通道光纤阵列一端面与所述硅光芯片有源耦合。

6.根据权利要求5所述的400G光模块封装结构，其特征在于，在所述硅光芯片边缘位置设有第一玻璃垫片，所述第一玻璃垫片一端面与所述十通道光纤阵列一端面耦合，所述十通道光纤阵列另一端面连接有至少十根光纤，这十根光纤中的两根为两通道光纤阵列连接的保偏光纤。

7.根据权利要求6所述的400G光模块封装结构，其特征在于，在所述硅光芯片上设有第四玻璃垫片，所述第四玻璃垫片一端设置于所述硅光芯片上且与所述第一玻璃垫片另一端面连接，所述第四玻璃垫片另一端覆盖第一玻璃垫片并延伸设置于所述十通道光纤阵列上，在第四玻璃垫片上设有结构胶水层，所述结构胶水层用于将十通道光纤阵列与硅光芯片通过第四玻璃垫片连接在一起。

8.一种400G光模块封装方法，其特征在于，包括以下步骤：将激光器用银胶贴片于散热件上，在多分路硅光芯片与所述散热件之间贴有第二玻璃垫片进行热固化，将多分路硅光芯片一端面与激光器进行耦合后，再点胶UV固化和热固化，夹持两通道光纤阵列让其一端面与多分路硅光芯片另一端面进行耦合后，在两通道光纤阵列与多分路硅光芯片之间的光路中间点光学匹配胶，在多分路硅光芯片上放置第三玻璃垫片后进行UV固化和热固化。

9.根据权利要求8所述的400G光模块封装方法，其特征在于，所述多分路硅光芯片两端镀有增透膜的分束器，所述多分路硅光芯片用于将一束激光均分为多路激光光路，所述散热件采用钨铜材料。

10.根据权利要求8所述的400G光模块封装方法，其特征在于，将十通道光纤阵列一端面与硅光芯片进行有源耦合后，在十通道光纤阵列的通光面上点低折射率胶水，并在硅光芯片边缘放置第一玻璃垫片与十通道光纤阵列一端面重新耦合，进行UV固化；在十通道光纤阵列和第一玻璃垫片的上方点流动性好的结构胶水后，将第四玻璃垫片放置于点胶处后，进行UV固化和热固化；此时结构胶水将十通道光纤阵列和硅光芯片通过第四玻璃垫片连接在一起，且保偏光纤一端与两通道光纤阵列另一端面连接，保偏光纤另一端与十通道光纤阵列另一端面连接。

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