CN116990915A - 一种混合倒装封装400g光模块结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合倒装封装400G光模块结构，涉及光模块领域。该光模块结构包括PCB板、硅基板、Ret imer芯片、透镜结构和光纤阵列，硅基板倒装封装于PCB板的表面，Ret imer芯片倒装封装于硅基板的表面；硅基板上设有第一沉槽，驱动及跨组放大器集成芯片、激光器和PD芯片均倒装封装于第一沉槽中，透镜结构与第一沉槽凹凸配合；光纤阵列与透镜结构连接，透镜结构的下侧设有第二沉槽，驱动及跨组放大器集成芯片、激光器和PD芯片容纳于第二沉槽的腔体中；透镜结构的反射镜在激光器和光纤阵列之间、光纤阵列和PD芯片之间分别形成光路。通过两个沉槽结合形成封闭容纳腔，实现了驱动及跨组放大器集成芯片、激光器和PD芯片的隐藏设置，提高了光模块的集成度。

Description

一种混合倒装封装400G光模块结构

技术领域

本发明涉及光模块技术领域，特别是涉及一种混合倒装封装400G光模块结构。

背景技术

光模块是光通信系统中的核心器件，其作用是发送端把电信号转换为光信号，经过光纤传输后，接收端再把光信号转换成电信号。随着大数据和云计算技术的发展，对光模块的封装工艺和集成度要求更高。

如申请公布号为CN103513348A、申请公布日为2014.01.15的中国发明专利申请公开了光波导芯片和PD阵列透镜耦合装置，具体包括波导芯片、PD阵列、热沉、波导垫片、基板；热沉位于基板上，PD阵列位于热沉上，热沉上设置有透镜支架；波导垫片位于基板上的热沉旁侧，波导垫片上设置有波导芯片，波导芯片的输出端面为垂直平面，波导芯片与PD阵列之间的光路中设置有反射棱镜，波导芯片输出光经过反射棱镜反射，由PD阵列接收；且波导芯片与PD阵列之间的光路中设置有汇聚作用的透镜阵列。由波导芯片的射出光线经反射棱镜的斜面反射后产生偏转，并投射至透镜阵列上，经汇聚光线后被PD阵列接收，PD阵列通过金线与其相连的电学部件实现信号的传输。

但是，现有技术的光波导芯片和PD阵列透镜耦合装置中，反射棱镜设置于PD阵列的上方，耦合装置的整体高度相当于在热沉基础上叠加PD阵列、透镜阵列和反射棱镜的总高度。因此，现有结构的光模块体积较大，存在集成度低的问题；而且，金线连接的键合路径大，无法达到高速率和高性能的光通信目的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种混合倒装封装400G光模块结构，以解决现有结构的光模块体积较大，集成度低；而且，金线连接的键合路径大，无法达到高速率和高性能的光通信目的的问题。

本发明的混合倒装封装400G光模块结构的技术方案为：

混合倒装封装400G光模块结构包括PCB板、硅基板、Ret imer芯片、驱动及跨组放大器集成芯片、激光器、PD芯片、透镜结构和光纤阵列，所述硅基板倒装封装于所述PCB板的表面，所述Ret imer芯片倒装封装于所述硅基板的表面；

所述硅基板上还设置有第一沉槽，所述驱动及跨组放大器集成芯片、所述激光器和所述PD芯片均倒装封装于所述第一沉槽的内部，所述透镜结构与所述第一沉槽凹凸配合；

所述光纤阵列与所述透镜结构连接，所述透镜结构的下侧设置有第二沉槽，所述驱动及跨组放大器集成芯片、所述激光器和所述PD芯片容纳于所述第二沉槽的腔体中；

所述透镜结构的内部还安装有反射镜，所述光纤阵列的端部与所述反射镜对应布置，所述反射镜用于在所述激光器和光纤阵列的发射光纤之间形成发射光路，以及在光纤阵列的接收光纤与所述PD芯片之间形成接收光路。

进一步的，所述透镜结构具有上表面，所述透镜结构的上表面凸出且平行于所述硅基板的表面，所述第二沉槽的槽底面与所述透镜结构的上表面平行间隔设置，所述光纤阵列平行于所述透镜结构的上表面延伸布置。

进一步的，所述透镜结构开设有多个光纤孔，多个所述光纤孔的孔轴线均平行于所述透镜结构的上表面延伸设置，所述光纤孔的末端导通至所述反射镜，所述光纤阵列的发射光纤和接收光纤分别插装于对应的所述光纤孔中。

进一步的，所述透镜结构靠近所述光纤阵列的一侧还开设有多个锥形扩口，所述锥形扩口与对应的所述光纤孔同轴连通，且所述锥形扩口朝远离所述反射镜的方向呈开口放大设置。

进一步的，所述光纤阵列的发射光纤和接收光纤分别与所述光纤孔间隙配合，且间隙度为1μm至10μm之间的任意尺寸，所述锥形扩口中填充有固定胶。

进一步的，所述反射镜设有两个，一个所述反射镜布置于所述激光器的上侧，另一个所述反射镜布置于所述PD芯片的上侧，所述反射镜的镜面相对于所述第二沉槽的槽底面的夹角为30°至60°之间的任意角度。

进一步的，一个所述反射镜布置于所述激光器的正上方，另一个所述反射镜布置于所述PD芯片的正上方，所述反射镜的镜面相对于所述第二沉槽的槽底面的夹角为45°。

进一步的，所述硅基板对应所述第一沉槽的一侧边缘设有定位凸台，所述定位凸台的高度低于所述硅基板的表面布置，所述透镜结构的对应边缘设有台阶形缺口，所述定位凸台与所述台阶形缺口凹凸配合。

进一步的，所述透镜结构的上部开设有两个安装孔，两个所述安装孔的底面均倾斜于所述透镜结构的上表面设置，两个所述反射镜分别固定于对应的所述安装孔中；

两个所述反射镜的截面轮廓均为直角梯形，所述反射镜的反射面对应直角梯形的斜边，所述反射镜的反射面与所述安装孔的底面相贴合。

进一步的，所述光纤阵列包括并行布置的四列发射光纤和四列接收光纤，所述光纤阵列的四列发射光纤与一个所述反射镜的光路交点处于同一高度，所述光纤阵列的四列接收光纤与另一个所述反射镜的光路交点处于同一高度。

有益效果：该混合倒装封装400G光模块结构采用了PCB板、硅基板、Ret imer芯片、驱动及跨组放大器集成芯片、激光器、PD芯片、透镜结构和光纤阵列的设计形式，其中，硅基板倒装封装于PCB板的表面，Ret imer芯片倒装封装于硅基板的表面，驱动及跨组放大器集成芯片、激光器和PD芯片均倒装封装于硅基板的第一沉槽中。各器件采用倒装封装工艺的连接方式，相比于金线键合的工艺更简单可靠，能够有效地缩短电气连接的路径长度，减少了信号在传输路径中的损失情况，提高了信号传输的准确性和稳定性。

由于透镜结构的下侧设置有第二沉槽，透镜结构安装于硅基板的第一沉槽中，使驱动及跨组放大器集成芯片、激光器和PD芯片容纳于第二沉槽的腔体中。通过第一沉槽和第二沉槽结合形成了封闭容纳腔，在确保光信号发射和光信号接收功能的同时，实现了驱动及跨组放大器集成芯片、激光器和PD芯片的隐藏设置；而且，还压缩了硅基板和透镜结构的整体高度，有效地减小了光模块的体积，提高了光模块的集成度。

另外，透镜结构中的反射镜充分地利用了透镜结构自身的厚度空间，反射镜在激光器和光纤阵列的发射光纤之间形成发射光路，以及在光纤阵列的接收光纤与PD芯片之间形成接收光路，从而确保了光信号传输路径的完整可靠，达到了高速率和高性能的光通信目的。

附图说明

图1为本发明的混合倒装封装400G光模块结构的具体实施例中混合倒装封装400G光模块结构的立体示意图；

图2为本发明的混合倒装封装400G光模块结构的具体实施例中硅基板和透镜结构的立体分解示意图；

图3为本发明的混合倒装封装400G光模块结构的具体实施例中混合倒装封装400G光模块结构的剖视示意图。

图中：1-PCB板、2-硅基板、20-第一沉槽、21-定位凸台、3-Ret imer芯片、4-驱动及跨组放大器集成芯片、5-激光器、6-PD芯片、7-透镜结构、70-第二沉槽、71-反射镜、72-锥形扩口、73-台阶形缺口、8-光纤阵列、82-光纤阵列的接收光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的混合倒装封装400G光模块结构的具体实施例1，如图1至图3所示，混合倒装封装400G光模块结构包括PCB板1、硅基板2、Ret imer芯片3、驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5、PD芯片6、透镜结构7和光纤阵列8，硅基板2倒装封装于PCB板1的表面，Ret imer芯片3倒装封装于硅基板2的表面；硅基板2上还设置有第一沉槽20，驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5和PD芯片6均倒装封装于第一沉槽20的内部，透镜结构7与第一沉槽20凹凸配合。

光纤阵列8与透镜结构7连接，透镜结构7的下侧设置有第二沉槽70，驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5和PD芯片6容纳于第二沉槽70的腔体中；透镜结构7的内部还安装有反射镜71，光纤阵列8的端部与反射镜71对应布置，反射镜71用于在激光器5和光纤阵列的发射光纤之间形成发射光路，以及在光纤阵列的接收光纤82与PD芯片6之间形成接收光路。

该混合倒装封装400G光模块结构采用了PCB板1、硅基板2、Ret imer芯片3、驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5、PD芯片6、透镜结构7和光纤阵列8的设计形式，其中，硅基板2倒装封装于PCB板1的表面，Ret imer芯片3倒装封装于硅基板2的表面，驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5和PD芯片6均倒装封装于硅基板2的第一沉槽20中。各器件采用倒装封装工艺的连接方式，相比于金线键合的工艺更简单可靠，能够有效地缩短电气连接的路径长度，减少了信号在传输路径中的损失情况，提高了信号传输的准确性和稳定性。

由于透镜结构7的下侧设置有第二沉槽70，透镜结构7安装于硅基板2的第一沉槽20中，使驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5和PD芯片6容纳于第二沉槽70的腔体中。通过第一沉槽20和第二沉槽70结合形成了封闭容纳腔，在确保光信号发射和光信号接收功能的同时，实现了驱动及跨组放大器集成芯片4、激光器5和PD芯片6的隐藏设置；而且，还压缩了硅基板2和透镜结构7的整体高度，有效地减小了光模块的体积，提高了光模块的集成度。

另外，透镜结构7中的反射镜71充分地利用了透镜结构7自身的厚度空间，反射镜71在激光器5和光纤阵列的发射光纤之间形成发射光路，以及在光纤阵列的接收光纤82与PD芯片6之间形成接收光路，从而确保了光信号传输路径的完整可靠，达到了高速率和高性能的光通信目的。

在本实施例中，透镜结构7具有上表面，透镜结构7的上表面凸出且平行于硅基板2的表面，第二沉槽70的槽底面与透镜结构7的上表面平行间隔设置，光纤阵列8平行于透镜结构7的上表面延伸布置。具体的，透镜结构7开设有多个光纤孔，多个光纤孔的孔轴线均平行于透镜结构7的上表面延伸设置，光纤孔的末端导通至反射镜71，光纤阵列8的发射光纤、光纤阵列的接收光纤82分别插装于对应的光纤孔中。

由于光纤孔的孔轴线平行于透镜结构7的上表面延伸设置，使得光纤阵列8的发射光纤和接收光纤平行于透镜结构7的上表面延伸至反射镜71处，保证了光信号沿平行方向准确地经过反射镜71，从而提高了激光器5发出的光信号射入光纤阵列8的发射光纤，以及光纤阵列的接收光纤82发出的光信号射入PD芯片6的位置精度。

作为进一步的优选方案，透镜结构7靠近光纤阵列8的一侧还开设有多个锥形扩口72，锥形扩口72与对应的光纤孔同轴连通，且锥形扩口72朝远离反射镜71的方向呈开口放大设置。并且，光纤阵列8的发射光纤和接收光纤分别与光纤孔间隙配合，且间隙度为1μm至10μm之间的任意尺寸，锥形扩口72中填充有固定胶。

利用透镜结构7的锥形扩口72可起到引导光纤插入的作用，有利于光纤顺利准确地插装至对应的光纤孔中，而且，光纤与光纤孔的间隙度为1μm至10μm之间的任意尺寸，该范围的间隙度可避免光纤插入后容易晃动而出现信号不准的情况，还能减少因光纤与孔壁接触阻力过大而造成光纤插入困难的问题，最终利用锥形扩口72中的固定胶对光纤起到轴向固定，防止了因光纤受外力发生轴向位移，兼顾了装配的易操作性和光纤定位的准确性。

在本实施例中，反射镜71设有两个，一个反射镜71布置于激光器5的上侧，另一个反射镜71布置于PD芯片6的上侧，反射镜71的镜面相对于第二沉槽70的槽底面的夹角为30°至60°之间的任意角度。具体的，一个反射镜71布置于激光器5的正上方，另一个反射镜71布置于PD芯片6的正上方，反射镜71的镜面相对于第二沉槽70的槽底面的夹角为45°。

并且，硅基板2对应第一沉槽20的一侧边缘设有定位凸台21，定位凸台21的高度低于硅基板2的表面布置，透镜结构7的对应边缘设有台阶形缺口73，定位凸台21与台阶形缺口73凹凸配合。通过硅基板2的定位凸台21与透镜结构7的台阶形缺口73相配合，避免因透镜结构7轻易地从第一沉槽20中脱出，提高了透镜结构7安装后的可靠性。

另外，透镜结构7的上部开设有两个安装孔，两个安装孔的底面均倾斜于透镜结构7的上表面设置，两个反射镜71分别固定于对应的安装孔中；两个反射镜71的截面轮廓均为直角梯形，反射镜71的反射面对应直角梯形的斜边，反射镜71的反射面与安装孔的底面相贴合。透镜结构7的安装孔设计有倾斜底面，不仅便于反射镜71可靠地固定于安装孔中，而且还避免了因透镜本体对光信号产生二次折射作用，提高了光信号传输路径的准确度。

需要说明的是，光纤阵列8包括并行布置的四列发射光纤和四列接收光纤，光纤阵列8的四列发射光纤与一个反射镜71的光路交点处于同一高度，光纤阵列8的四列接收光纤与另一个反射镜71的光路交点处于同一高度。确保了激光器5向上发出的光信号，照射至反射镜71的同一高度位置，经过反射后可准确地入射至光纤阵列8的四个发射光纤中；相应的，光纤阵列8的四列接收光纤平行发出的光信号，照射至反射镜71的同一高度位置，经过反射后可准确地入射至PD芯片6的感应面上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，包括PCB板、硅基板、Retimer芯片、驱动及跨组放大器集成芯片、激光器、PD芯片、透镜结构和光纤阵列，所述硅基板倒装封装于所述PCB板的表面，所述Retimer芯片倒装封装于所述硅基板的表面；

所述硅基板上还设置有第一沉槽，所述驱动及跨组放大器集成芯片、所述激光器和所述PD芯片均倒装封装于所述第一沉槽的内部，所述透镜结构与所述第一沉槽凹凸配合；

所述光纤阵列与所述透镜结构连接，所述透镜结构的下侧设置有第二沉槽，所述驱动及跨组放大器集成芯片、所述激光器和所述PD芯片容纳于所述第二沉槽的腔体中；

所述透镜结构的内部还安装有反射镜，所述光纤阵列的端部与所述反射镜对应布置，所述反射镜用于在所述激光器和光纤阵列的发射光纤之间形成发射光路，以及在光纤阵列的接收光纤与所述PD芯片之间形成接收光路。

2.根据权利要求1所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述透镜结构具有上表面，所述透镜结构的上表面凸出且平行于所述硅基板的表面，所述第二沉槽的槽底面与所述透镜结构的上表面平行间隔设置，所述光纤阵列平行于所述透镜结构的上表面延伸布置。

3.根据权利要求2所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述透镜结构开设有多个光纤孔，多个所述光纤孔的孔轴线均平行于所述透镜结构的上表面延伸设置，所述光纤孔的末端导通至所述反射镜，所述光纤阵列的发射光纤和接收光纤分别插装于对应的所述光纤孔中。

4.根据权利要求3所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述透镜结构靠近所述光纤阵列的一侧还开设有多个锥形扩口，所述锥形扩口与对应的所述光纤孔同轴连通，且所述锥形扩口朝远离所述反射镜的方向呈开口放大设置。

5.根据权利要求4所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述光纤阵列的发射光纤和接收光纤分别与所述光纤孔间隙配合，且间隙度为1μm至10μm之间的任意尺寸，所述锥形扩口中填充有固定胶。

6.根据权利要求1所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述反射镜设有两个，一个所述反射镜布置于所述激光器的上侧，另一个所述反射镜布置于所述PD芯片的上侧，所述反射镜的镜面相对于所述第二沉槽的槽底面的夹角为30°至60°之间的任意角度。

7.根据权利要求6所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，一个所述反射镜布置于所述激光器的正上方，另一个所述反射镜布置于所述PD芯片的正上方，所述反射镜的镜面相对于所述第二沉槽的槽底面的夹角为45°。

8.根据权利要求1所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述硅基板对应所述第一沉槽的一侧边缘设有定位凸台，所述定位凸台的高度低于所述硅基板的表面布置，所述透镜结构的对应边缘设有台阶形缺口，所述定位凸台与所述台阶形缺口凹凸配合。

9.根据权利要求1所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述透镜结构的上部开设有两个安装孔，两个所述安装孔的底面均倾斜于所述透镜结构的上表面设置，两个所述反射镜分别固定于对应的所述安装孔中；

两个所述反射镜的截面轮廓均为直角梯形，所述反射镜的反射面对应直角梯形的斜边，所述反射镜的反射面与所述安装孔的底面相贴合。

10.根据权利要求1所述的混合倒装封装400G光模块结构，其特征是，所述光纤阵列包括并行布置的四列发射光纤和四列接收光纤，所述光纤阵列的四列发射光纤与一个所述反射镜的光路交点处于同一高度，所述光纤阵列的四列接收光纤与另一个所述反射镜的光路交点处于同一高度。