CN117170047A - 基于三维封装形式下的高速光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于三维封装形式下的高速光模块，涉及光模块技术领域，可以解决光模块散热困难的问题。该高速光模块包括：光模块底座；在所述光模块底座上依次叠置多个散热片、PCB底板、电学芯片、多个微凸点、光学芯片；引线组，两端分别连接所述电学芯片与所述PCB底板。本发明具有高效的散热功能，减少工作功耗，提升整个光模块的高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及光模块技术领域，特别是涉及一种基于三维封装形式下的高速光模块。
背景技术
目前，以单一发射模块为例，三维封装形式下的光模块布局都是将光学芯片封装在PCB板的表面，将发热较大，功耗较高的电学芯片封装光学芯片的顶层。此类电芯片需要从顶层散热出去，顶层是光模块盖板方向，并且在空间上是悬空的，因此现有三维封装形式下的光模块的散热设计是将电芯片的主要热量通过自然对流的方式散发出去。
现有的光模块在封装壳内不能快速散热，使得内部光电子器件、功能电路容易老化。
发明内容
（一）要解决的技术问题
针对上述不足，本发明的主要目的在于提供一种基于三维封装形式下的高速光模块，具有高效的散热功能，减少工作功耗，提升整个光模块的高温性能。
（二）技术方案
为了实现上述目的，本发明第一方面，提供了一种基于三维封装形式下的高速光模块，该模块包括：光模块底座；在光模块底座上依次叠置多个散热片、PCB底板、电学芯片、多个微凸点、光学芯片；引线组，两端分别连接电学芯片与PCB底板。
上述方案中，电学芯片与光学芯片之间通过微凸点建立电学连接，其中，微凸点的材料为铜。
上述方案中，引线组包括对称布置的第一引线组与第二引线组，电学芯片与PCB底板左右两侧分别通过第一引线组和第二引线组进行电气焊接，其中，焊接的区域为焊盘。
上述方案中，第一引线组与第二引线组均为金丝材料，且引线组（7）的长度根据PCB底板的焊盘与电学芯片的焊盘之间的距离以及PCB底板与电学芯片的高度差共同决定。
上述方案中，PCB底板的材料为LTCC 陶瓷基板。
上述方案中，PCB底板与光模块底座之间设置至少3个的散热片，用于高效传导热量。
上述方案中，光学芯片的组成包括：激光器芯片、电光调制器芯片、光电探测器芯片，其中，激光器芯片与电光调制器芯片依次通过光学透镜与光学波导至少沿一个方向依次相连。
上述方案中，电学芯片的组成包括：信号驱动芯片、信号处理芯片、跨阻放大器芯片。
本发明第二方面，提供了一种基于三维封装形式下的高速光模块的制备方法，包括：步骤S1，提供一光模块底座，在光模块底座上依次叠置多个散热片、PCB底板、电学芯片；步骤S2，将光学芯片利用微凸点的方式倒装焊在电学芯片上；步骤S3，将电学芯片与PCB底板之间通过引线组进行连接；步骤S4，对光模块底座进行外壳封装，形成光模块。
上述方案中，对光模块底座进行外壳封装，封装形式包括小型化可热插拔封装、四通道小型可插拔封装、双密度小型化可插拔封装、双密度四通道小型可插拔封装。
（三）有益效果
本发明实施例的技术方案，至少具有以下有益效果：
将功耗大、发热量大的电学芯片键合到PCB底板，光学芯片倒焊在电学芯片上，有利于电学芯片通过散热片和PCB底板直接将热量传递到光收发模块的管壳散热，并且可与外部应用系统的散热装置直接配合，从而提升模块的散热功能，降低工作功耗，提升整个光模块的高温性能。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的结构侧视图；
图2示意性示出了根据本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的PCB底板上的布局示意图；
图3示意性示出了根据本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的制备方法的流程图。
[附图标记说明]
1-光模块底座； 2-散热片； 3- PCB底板；4-电学芯片；
41-信号驱动芯片； 42-信号处理芯片； 43-跨阻放大器芯片；
5-微凸点； 6-光学芯片； 61-激光器芯片； 62-电光调制器芯片；
63-光电探测器芯片；7-引线组； 8-焊盘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
请具体参见图1和图2，图1示意性示出了根据本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的结构侧视图，图2示意性示出了根据本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的PCB底板上的布局示意图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于三维封装形式下的高速光模块，包括：光模块底座1；在光模块底座1上依次叠置多个散热片2、PCB底板3、电学芯片4、多个微凸点5、光学芯片6；引线组7，两端分别连接电学芯片4与PCB（印制电路）底板3。
其中，电学芯片4与光学芯片6之间通过微凸点5建立电学连接，也即光学芯片6利用微凸点的方式倒装焊在电学芯片4上，其中，微凸点5的材料为铜。
如图2所示，引线组7包括对称布置的第一引线组71与第二引线组72，电学芯片4与PCB底板3左右两侧分别通过第一引线组71和第二引线组72进行电气焊接，其中，焊接的区域为焊盘8。
具体而言，电学芯片4与PCB底板3之间通过引线焊接键合的方式建立电气连接，留有暴露表面的焊盘8，焊盘8的材料可以是铜或铝。
其中，第一引线组71与第二引线组72均为金丝材料，且引线组7的长度根据PCB底板3的焊盘8与电学芯片4的焊盘8之间的距离以及PCB底板3与电学芯片4的高度差共同决定。
在本发明的实施例中，PCB底板3的材料为LTCC 陶瓷基板。
在本发明的实施例中，PCB底板3与光模块底座1之间设置至少3个的散热片2或者导热垫块，用于高效传导热量。
根据本发明的实施例，当光学芯片与电学芯片产生的热量可直接通过散热片2或者导热垫块传导到光模块底座1的散热面，可有效提高光模块的散热性能。
根据本发明的实施例，光学芯片6的组成包括：激光器芯片61、电光调制器芯片62、光电探测器芯片63，其中，激光器芯片61与电光调制器芯片62依次通过光学透镜与光学波导至少沿一个方向依次相连。
其中，光学芯片6可由多个激光器芯片61或者电光调制器芯片62或者光电探测器芯片63进行组成。
根据本发明的实施例，电学芯片4的组成包括：信号驱动芯片41、信号处理芯片42、跨阻放大器芯片43。
其中，电学芯片4可由多种具备不同功能的信号驱动芯片41、多种具备不同功能的信号处理芯片42和多种具备不同功能的跨阻放大器芯片43进行组成。
在本发明的实施例中，高速光模块包括接收端与发射端，其信号传输原理具体如下：
发射端主要是由激光器芯片61、光学透镜、光学波导、电光调制器芯片62和信号驱动芯片41构成。
激光器芯片61发射光信号通过光学透镜、光学波导进入电光调制器芯片62，同时信号驱动芯片41会输出NRZ信号或PAM4信号至电光调制器芯片62，光信号经过电光调制后发出至外部连接设备。
接收端主要是由光电探测器芯片63、信号处理芯片42和跨阻放大器芯片43构成。
对于接收端，模块中的接收端通过光纤收到传入的带有调制波形的光信号，输入至光电探测器芯片63，光电探测器芯片63通过光电转换，将收到的光信号转换为具有调制波形的电流信号，该电流信号通过跨阻放大器芯片43后进行放大并转换为电压信号，然后此电压信号输送给信号处理芯片42，信号处理芯片42进行解码后输出。
图3示意性示出了根据本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的制备方法的流程图。
请具体参阅图3，本发明实施例的基于三维封装形式下的高速光模块的制备方法的具体流程包括步骤S1~步骤S4。
在操作步骤S1，提供一光模块底座1，在光模块底座1上依次叠置多个散热片2、PCB底板3、电学芯片4；
在操作步骤S2，将光学芯片6利用微凸点的方式倒装焊在电学芯片4上；
在操作步骤S3，将电学芯片4与PCB底板3之间通过引线组7进行连接；
在操作步骤S4，对光模块底座1进行外壳封装，形成光模块。
具体而言，在上述步骤S1中，光模块底座1与多个散热片2或者导热垫块、PCB底板3之间的连接都是通过导热胶粘剂完成。
在上述步骤S4中，进行封装时，会针对PCB底板3设置固定结构，例如采用螺丝固定或者与底座一体加工成型的托架等进行固定，然后进行外壳封装。
在本发明的实施例中，进行封装的形式可有多种，例如SFP（小型化可热插拔）、SFP+（小型可热插拔升级）、SFP28（小型化可热插拔）、SFP-DD（双密度小型化可插拔）、QSFP+（四通道小型可插拔）、QSFP28（四通道小型可插拔）、QSFP-DD（双密度四通道小型可插拔）封装形式。
综上，本发明提供的一种基于三维封装形式下的高速光模块，该光模块改进传统三维封装形式下光学芯片和电学芯片的排列顺序，调整了光收发模块内部芯片之间的空间布局，将功耗大、发热量大的电学芯片键合到PCB底板，光学芯片倒焊在电学芯片上，有利于电学芯片通过散热片和PCB底板直接将热量传递到光收发模块的管壳散热，并且可与外部应用系统的散热装置直接配合，从而提升模块的散热功能，降低工作功耗，提升整个光模块的高温性能。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于三维封装形式下的高速光模块，其特征在于，包括：
光模块底座（1）；
在所述光模块底座（1）上依次叠置多个散热片（2）、PCB底板（3）、电学芯片（4）、多个微凸点（5）、光学芯片（6）；
引线组（7），两端分别连接所述电学芯片（4）与所述PCB底板（3）。
2.根据权利要求1所述的高速光模块，其特征在于，所述电学芯片（4）与所述光学芯片（6）之间通过微凸点（5）建立电学连接，其中，所述微凸点（5）的材料为铜。
3.根据权利要求1所述的高速光模块，其特征在于，所述引线组（7）包括对称布置的第一引线组（71）与第二引线组（72），所述电学芯片（4）与所述PCB底板（3）左右两侧分别通过所述第一引线组（71）和第二引线组（72）进行电气焊接，其中，所述焊接的区域为焊盘（8）。
4.根据权利要求3所述的高速光模块，其特征在于，所述第一引线组（71）与第二引线组（72）均为金丝材料，且所述引线组（7）的长度根据所述PCB底板（3）的焊盘（8）与所述电学芯片（4）的焊盘（8）之间的距离以及所述PCB底板（3）与所述电学芯片（4）的高度差共同决定。
5.根据权利要求1所述的高速光模块，其特征在于，所述PCB底板（3）的材料为LTCC 陶瓷基板。
6.根据权利要求1所述的高速光模块，其特征在于，所述PCB底板（3）与所述光模块底座（1）之间设置至少3个的散热片（2），用于高效传导热量。
7.根据权利要求1所述的高速光模块，其特征在于，所述光学芯片（6）的组成包括：激光器芯片（61）、电光调制器芯片（62）、光电探测器芯片（63），
其中，所述激光器芯片（61）与电光调制器芯片（62）依次通过光学透镜与光学波导至少沿一个方向依次相连。
8.根据权利要求1所述的高速光模块，其特征在于，所述电学芯片（4）的组成包括：信号驱动芯片（41）、信号处理芯片（42）、跨阻放大器芯片（43）。
9.一种如权利要求1~8中任一项所述高速光模块的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供一光模块底座（1），在所述光模块底座（1）上依次叠置多个散热片（2）、PCB底板（3）、电学芯片（4）；
步骤S2，将光学芯片（6）利用微凸点的方式倒装焊在电学芯片（4）上；
步骤S3，将所述电学芯片（4）与所述PCB底板（3）之间通过引线组（7）进行连接；
步骤S4，对所述光模块底座（1）进行外壳封装，形成光模块。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述对所述光模块底座（1）进行外壳封装，所述封装形式包括小型化可热插拔封装、四通道小型可插拔封装、双密度小型化可插拔封装、双密度四通道小型可插拔封装。
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