CN116413866A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块。光模块包括壳体和设于所述壳体内的电路板、电驱动芯片、热沉、硅光芯片、光纤组件以及光源组件；所述热沉包括彼此相背离的上表面和下表面，所述热沉的上表面包括倾斜区域，所述倾斜区域凸出于所述电路板高度较小的一侧位于所述热沉的边缘，所述硅光芯片设于所述倾斜区域上。本发明通过设置热沉设于光源组件下方导热，并缩短金线长度，提升了传输速率；并结合将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散，避免光模块内热量集中堆积集中以及金线不够短导致的传输速率慢的问题。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光电子器件封装技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。其中，采用硅光芯片实现光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。

如图1、图2所示，常用技术中的光模块90包括电路板(PCB)91，电驱动芯片92设在电路板91上，在电路板91的一侧挖设凹槽容置硅光芯片93，所述硅光芯片93与所述电路板91设置在同一层且位于热沉94上。所述硅光芯片93在背离所述电路板91的一端与光纤组件95连接，光纤组件95连接一接口部96，在所述热沉94上对应所述硅光芯片93的位置设有多个光源97，所述光源97位于所述光纤组件95的一侧，实现光源97发出光至硅光芯片93加载调制信号后经过光纤组件95输出。一般光源97的热比较集中，对散热材料要求比较高，一般使用热沉94进行散热。所述硅光芯片93采用金线98连接至所述电路板91上，而硅光芯片93属于高速器件，对金线98连接长度非常敏感，要求金线98尽量短。所以一般都是在电路板91上挖空一定区域形成凹槽放置热沉94、硅光芯片93和光源97。但是导致电路板91资源浪费，并且热沉94散热面和电路板91上电驱动芯片92不在同一面，散热效果不理想。而若是光模块内部产生的热量不能及时散出，将严重影响光模块的工作性能。

发明内容

发明的目的在于，提供一种光模块，通过设置热沉设于光源组件下方导热，且进一步设置热沉呈楔形并缩短金线长度，提升了传输速率，并结合将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散，解决目前光模块内热量集中堆积集中而不易散热的技术问题，以及金线不够短导致的传输速率慢的技术问题。

为了实现上述目的，本发明其中一实施例中提供一种光模块，包括壳体和设于所述壳体内的电路板、电驱动芯片、热沉、硅光芯片、光纤组件以及光源组件；所述电驱动芯片，设于所述电路板上；所述热沉包括彼此相背离的上表面和下表面，所述热沉通过所述下表面固定于所述电路板上；所述硅光芯片连接至所述电路板，所述硅光芯片设于所述热沉的上表面上；所述光纤组件与所述硅光芯片连接；所述光源组件设于所述热沉的上表面上并与所述硅光芯片背离所述电路板并排设置，用于发出光并将发出的光传输至所述硅光芯片；其中，所述热沉的上表面包括倾斜区域，所述倾斜区域凸出于所述电路板高度较小的一侧位于所述热沉的边缘，所述硅光芯片设于所述倾斜区域上。

进一步地，所述硅光芯片上设有与所述电路板电性连接的电性连接区域，所述电性连接区域位于所述倾斜区域凸出于所述电路板高度较小的一侧。

进一步地，所述电性连接区域与所述电路板之间通过金线电性连接。

进一步地，位于所述电性连接区域位置的所述硅光芯片的边缘抵靠所述电路板。

进一步地，所述热沉的上表面上设有与所述电路板所在平面相平行的平坦区域，所述平坦区域邻近所述光源组件设置，所述平坦区域与所述壳体导热连接。

进一步地，所述光源组件均匀分布于所述光纤组件的两侧。

进一步地，所述光源组件设于所述倾斜区域上，并位于所述硅光芯片上与所述电性连接区域相对的一侧。

进一步地，所述光源组件包括多个激光器、多个透镜以及多个光隔离器；多个激光器设于所述热沉上；多个透镜设于所述热沉上；每一透镜与相应一个激光器的发光面相对设置；多个光隔离器设于所述热沉上；每一光隔离器包括一透光面，与一透镜相对设置；其中，所述激光器、所述透镜以及所述光隔离器分别一一对应设置，形成多个光路通道。

进一步地，所述硅光芯片邻近所述电性连接区域的位置具有一直线边缘，所述热沉垂直于所述直线边缘的横截面呈直角三角形或直角梯形。

进一步地，所述光模块还包括设于所述壳体上的散热组件，所述散热组件设于与所述硅光芯片相邻位置的壳体上。

本发明的有益效果在于，提供一种光模块，通过设置热沉设于光源组件下方导热，并缩短金线长度，提升了传输速率；并结合将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散，避免光模块内热量集中堆积集中以及金线不够短导致的传输速率慢的问题。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，呈现本申请的技术方案及其它有益效果。

图1为常用技术中的光模块的立体结构示意图。

图2为常用技术中的光模块的截面结构示意图。

图3为本申请实施例提供的光模块在装配状态下的整体结构示意图。

图4为本申请实施例提供的光模块的部分结构示意图。

图5为本申请实施例提供的光模块的部分结构截面示意图。

图6为本申请实施例提供的硅光芯片的工作原理示意图。

图中部件标识如下：

图1至图2：光模块90，电路板91，电驱动芯片92，硅光芯片93，热沉94，光纤组件95，接口部96，光源97，金线98；

图3至图6：光模块100，电路板1，电驱动芯片2，硅光芯片3，光源组件4，光纤组件5，散热组件6，热沉8，壳体9，小基板10，金线11，输入波导31，输出波导32，调制器33，波分复用器34，激光器41，透镜42，光隔离器43，第一光源单元401，第二光源单元402，第一侧边801，第二侧边802，下表面803，上表面804。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图3、图4，该光模块100包括壳体9以及设置在壳体9内的电路板1、电驱动芯片2、硅光芯片3、光源组件4、热沉8及光纤组件5。所述电驱动芯片2设于所述电路板1上；所述硅光芯片3连接至所述电路板1。所述电路板1的一端有金手指，电路板1在光模块电口110和光口120连线方向呈纵长排列，电口110位于图3中的右端，光口120位于图3的左端，电路板1除用于承载电驱动芯片2、热沉8外还用于承载其它芯片电容电阻等。所述电路板1也称印制板(PCB)，其主要材料是覆铜板，而覆铜板(敷铜板)是由基板、铜箔和粘合剂构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板；在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔；铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板，基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板；铜箔能否牢固地覆在基板上，则由粘合剂来完成。所述光纤组件5与所述硅光芯片3连接；所述光源组件4设于所述热沉8上背离所述电路板1的一侧，与所述硅光芯片3对应设置，用于发出不携带信号的光并传输至所述硅光芯片3；其中所述光源组件4包括第一光源单元401和第二光源单元402，所述第一光源单元401和所述第二光源单元402分别位于所述光纤组件5的两侧。所述第一光源单元401和所述第二光源单元402分别形成的多个光路通道分布于所述光纤组件5的两侧，这样有利于所述光源组件4产生的热量分散，避免热量集中，有利于散热。所述光纤组件5包括多根光纤和端部的光学连接头，光纤连接头用于与硅光芯片3耦合连接。所述硅光芯片3用于结合所述电驱动芯片2将所述光源组件4发出的光选择性通过从而形成具有数据信息的光信号，这些光信号传输至所述光纤组件5内进行传输。

本实施例中，所述光源组件4形成的多个光路通道可以均位于所述光纤组件5的同一侧，也可将所述光源组件4形成的多个光路通道分布于所述光纤组件5的两侧。其中所述光源组件4形成的多个光路通道均匀分布于所述光纤组件5的两侧，这样有利于所述光源组件4产生的热量分散，避免热量集中，有利于散热。

有些产品中是光纤八个通道，所述光源组件4形成的八个光路通道，使用2个或4个激光器41，但是所述光路通道的数量可根据实际需求调整为更多或更少通道，视需求而定，本申请不做限定。

请参阅图3、图4、图5，本实施例中，所述光源组件4包括设置在热沉8上的多个激光器41、多个透镜42、多个光隔离器43；所述多个激光器41贴装在所述硅光芯片3上；所述多个透镜42与所述激光器41对应设置在一条直线上，贴装在热沉8上；所述多个光隔离器43与所述透镜42对应设置在一条直线上，贴装在所述热沉8上。其中，所述激光器41、所述透镜42、所述光隔离器43分别一一对应设置，形成多个光路通道。

请参阅图4，本实施例中，所述硅光芯片3包括输入波导以及输出波导；所述输出波导与多个所述输入波导对应设置；所述激光器41发射的多路光分别由对应透镜42汇聚进入多个所述输入波导，每一光路通道与一所述输入波导对应设置，并从所述输出波导输出。

如图6所示，为本实施例中硅光芯片3的工作原理示意图，硅光芯片3包含光波导，调制器，分路器，探测器，波分复用器，波分解复用器，出入口，电路，加热(电阻)，电路焊盘等。如图6是简化的结构，光波导包括位于同一侧的输入波导31以及输出波导32，一束光从输入波导31进入，在波导(图中用线条表示)内传输，经过调制器33、波分复用器34，再从输出波导32输出带有信号的光束。

为了实现热量在所述电路板1的同一侧散热，避免在所述电路板1的上下侧面均散热导致电路板1的温度过高，所述热沉8的材质包括陶瓷或金属。所述光源组件4设于所述热沉8上，有利于通过所述热沉8将所述光源组件4产生的热量扩散。

本实施例将所述硅光芯片3与所述电驱动芯片2并排设于所述电路板1的同一侧，从而产生热量的硅光芯片3、光源组件4与电驱动芯片2位于电路板1的同一侧，这样可在电路板1的同一侧设置散热组件6，有利于实现光模块100内部散热，避免光模块100内部热量集中堆积；而且此结构不用在电路板1上挖设凹槽放置热沉8、硅光芯片3及光源组件4，提高了电路板1的利用率，减少了制作成本。

在所述硅光芯片3与所述电路板1之间设置热沉8，以利于所述硅光芯片3的热量扩散。具体的，所述热沉8设于所述电路板1上，所述硅光芯片设于所述热沉8上。

本实施例中的所述热沉8呈楔形。所述热沉8的材质包括陶瓷或金属，利于散热。如图4所示，对于楔形的热沉8，所述光源组件4中的激光器41、透镜42、光隔离器43对应设置在其上表面的倾斜区域内，硅光芯片3对应光隔离器43设置在热沉8的倾斜区域的楔形末端。在硅光芯片3的左侧对应设置所述光源组件4的光隔离器43，在硅光芯片3的右侧对应设置金线以与电路板1电性连接。在硅光芯片3的右侧通过楔形的热沉8使得与所述电路板1接触，并同时通过金线11连接。而且这种排布方式可利用热沉8的中间部分对应设置所述光源组件4，使得激光器41的热量通过热沉8迅速传输，而且热沉8的倾斜区域的楔形末端设置硅光芯片3连接电路板1可充分利用所述热沉8呈楔形的结构方式使得连接硅光芯片3和电路板1的金线11的长度缩短，利于提升传输速率。

本实施例中，所述热沉8包括相对设置的第一侧边801和第二侧边802；所述第一侧边801和所述第二侧边802相互平行设置。所述热沉8凸出于所述电路板1的高度即为所述热沉8的厚度，所述热沉8的厚度从所述第一侧边801至所述第二侧边802逐渐减小使得所述热沉8呈楔形。所述硅光芯片3与所述热沉8的第二侧边802齐平。所述热沉8包括彼此相背离的上表面804和下表面803。所述热沉8通过所述下表面803固定于所述电路板1上。所述上表面804具有在同一个平面上的倾斜表面，所述硅光芯片3和所述光源组件4均设于所述倾斜表面上。由于硅光芯片3和光源组件4设置于同一平面上，这样方便光路的耦合。由于硅光芯片3和光源组件4设置的表面为倾斜表面，并且硅光芯片设置于热沉8厚度较薄的位置，光源组件4设置于厚度较厚的位置，这样一方面使硅光芯片3与电路板1的距离拉近，有利于金线的缩短，另一方面使光源组件4所在位置的热沉厚度较厚，有利于散热。

为了更好的散热，可在激光器41的左侧(也就是远离第二侧边802的一侧)边缘设置凸出于倾斜表面的平坦区域，平坦区域与电路板所在平面相平行，并邻近或者抵靠激光器设置。这样激光器41产生的热量可以更好的传输至平坦区域，平坦区域与壳体9导热连接，从而将激光器41产生的热量迅速传导至壳体9散发出去。

具体的，所述热沉8的上表面804包括倾斜区域，所述倾斜区域厚度较小的一侧位于所述热沉8的边缘，所述硅光芯片3设于所述倾斜区域上。所述硅光芯片3上设有与所述电路板1电性连接的电性连接区域，所述电性连接区域(参考第二侧边802位置)位于所述倾斜区域厚度较小的一侧。所述电性连接区域与所述电路板1之间通过金线11电性连接。所述电性连接区域凸出于所述热沉8的边缘设置。位于所述电性连接区域位置的所述硅光芯片3的边缘抵靠所述电路板1，这样可有效减少金线11的长度。

本申请实施例的光源组件8设于所述硅光芯片3的与所述电性连接区域相对的一侧。另外光源组件4也不一定位于与设置金线11位置相对的一侧，其也可以位于硅光芯片3的侧边。当光源组件4设置在硅光芯片3的侧边位置时，光源组件4所在的区域可以是具有和硅光芯片3所在倾斜区域相同倾角的设置，也可以是不具有倾角与电路板1所在表面平行的的平面等方式。

本实施例中，所述热沉8在垂直于所述第一侧边801或所述第二侧边802方向的横截面呈直角三角形或直角梯形。亦即所述硅光芯片3邻近所述电性连接区域的位置具有一直线边缘(第二侧边802)，所述热沉8垂直于所述直线边缘的横截面呈直角三角形或直角梯形。当所述热沉8的横截面呈直角三角形时，所述第一侧边801与下表面803的夹角为直角，所述第二侧边802的长度为0，此时所述热沉8的第二侧边802与所述硅光芯片3邻近设置。当所述热沉8的横截面呈直角梯形时，所述第一侧边801和所述第二侧边802与下表面803的夹角均为直角，此时所述热沉8在所述第二侧边802处的后厚度小于在所述第一侧边801处的后厚度。所述热沉8的第二侧边802与所述硅光芯片3邻近设置，这样可使得尽量缩短连接所述热沉8与所述硅光芯片3的金线11的长度。

进一步地，在所述第二侧边802与下表面803的夹角的角度小于等于20°，可以为5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°。

本实施例中，所述光源组件4位于所述热沉8靠近所述第一侧边801的一侧。

本实施例中，所述光源组件4包括激光器41、透镜42、光隔离器43；所述激光器41包括多个激光器41，贴装在所述热沉8上；所述电驱动芯片2用于驱动所述激光器41；所述透镜42包括多个透镜42，与所述激光器41对应设置在一条直线上，贴装在所述热沉8上；所述光隔离器43包括多个光隔离器43，与所述透镜42对应设置在一条直线上，贴装在所述热沉8上；其中，所述激光器41、所述透镜42、所述光隔离器43分别一一对应设置，形成多个光路通道；所述第一光源单元401形成的多个光路通道分布于所述光纤组件5的一侧，所述第二光源单元402形成的多个光路通道分布于所述光纤组件5的另一侧。在靠近金线11区域的所述热沉8薄，利于高速信号传输，在靠近光源组件4的区域所述热沉8厚利于激光器41散热。

请参阅图5，本实施例中，所述壳体9罩设在所述电路板1上，并与所述热沉8的所述导热结构8导热连接，用于保护所述光源组件4和所述硅光芯片3。所述壳体9抵接所述导热结构8以将所述导热结构8上的热量向上传输，在所述壳体9和所述热沉8之间可以加散热垫或者导热胶用以固定。

本实施例中，所述光模块100还包括散热组件6，所述散热组件6导热连接于所述壳体9的上表面。所述散热组件6包括散热片、散热柱中的任一种。尤其是所述光模块100只有在壳体9上面有散热组件6，因此尽量实现热量在所述电路板1的同一侧散热，避免在所述电路板1的上下侧面均散热导致电路板1的温度过高，避免使光电器件温度过高而无法工作。本实施例将所述硅光芯片3与所述电驱动芯片2并排设于所述电路板1的同一侧，从而产生热量的硅光芯片3、光源组件4与电驱动芯片2位于电路板1的同一侧，这样可在电路板1的同一侧设置散热组件6，有利于实现光模块100内部散热，避免光模块100内部热量集中堆积。而且此结构不用在电路板1上挖设凹槽放置热沉8、硅光芯片3及光源组件4，提高了电路板1的利用率，减少了制作成本。其中所述散热组件6是设置在壳体9上的散热片，当然也可以没有散热组件6，只是将所述壳体9作为主散热面。所述热沉8也可以与壳体9一体成型。壳体9是分为上壳体和下壳体两部分的，散热组件6是设置在上壳体上的散热片，激光器41产生的热量传导至热沉8然后通过热沉8传导至上壳体，通过散热组件6将热量散发出去。电驱动芯片2可以通过散热垫或散热胶与壳体9导热连接，驱动芯片2产生的热量通过散热垫也传导至上壳体并通过散热组件6散发出去。

本发明的有益效果在于，提供一种光模块，通过设置热沉设于光源组件下方导热，并缩短金线长度，提升了传输速率；并结合将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散，避免光模块内热量集中堆积集中以及金线不够短导致的传输速率慢的问题。

以上对本申请实施例所提供的一种光模块进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种光模块，其特征在于，包括：壳体和设于所述壳体内的

电路板；

电驱动芯片，设于所述电路板上；

热沉，包括彼此相背离的上表面和下表面，所述热沉通过所述下表面固定于所述电路板上；

硅光芯片，连接至所述电路板，所述硅光芯片设于所述热沉的上表面上；

光纤组件，与所述硅光芯片光耦合连接；以及

光源组件，设于所述热沉的上表面上并与所述硅光芯片并排设置，用于发出光并将发出的光传输至所述硅光芯片；

其中，所述热沉的上表面包括倾斜区域，所述倾斜区域凸出于所述电路板高度较小的一侧位于所述热沉的边缘，所述硅光芯片设于所述倾斜区域上。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片上设有与所述电路板电性连接的电性连接区域，所述电性连接区域位于所述倾斜区域凸出于所述电路板高度较小的一侧。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述电性连接区域与所述电路板之间通过金线电性连接。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述电性连接区域凸出于所述热沉的边缘设置。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，位于所述电性连接区域位置的所述硅光芯片的边缘抵靠所述电路板。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述热沉的上表面上设有与所述电路板所在平面相平行的平坦区域，所述平坦区域邻近所述光源组件设置，所述平坦区域与所述壳体导热连接。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光源组件均匀分布于所述光纤组件的两侧。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光源组件设于所述倾斜区域上，并位于所述硅光芯片上与所述电性连接区域相对的一侧。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光源组件包括：

多个激光器，设于所述热沉上；

多个透镜，设于所述热沉上；每一透镜与相应一个激光器的发光面相对设置；以及

多个光隔离器，设于所述热沉上；每一光隔离器包括一透光面，与所述透镜相对设置；

其中，所述激光器、所述透镜以及所述光隔离器分别一一对应设置，形成多个光路通道。

10.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片邻近所述电性连接区域的位置具有一直线边缘，所述热沉垂直于所述直线边缘的横截面呈直角三角形或直角梯形。

11.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括设于所述壳体上的散热组件，所述散热组件设于与所述硅光芯片相邻位置的壳体上。

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