CN209401616U - 一种光模块的封装结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块的封装结构及电子设备，该光模块的封装结构包括陶瓷壳体，包括槽口朝向背面的安装槽和位于侧面且与安装槽连通的穿孔；盖板，固定在陶瓷壳体上，密封安装槽的槽口；驱动芯片和光芯片，相互连接且均固定在安装槽中；光纤组件，密封设置在穿孔中，包括与光芯片连接的光纤；以及外部引脚，固定在陶瓷壳体上，与驱动芯片电性连接。驱动芯片和光芯片安装在陶瓷壳体的安装槽中，通过陶瓷壳体散热，有效提高芯片的散热效果。

Description

一种光模块的封装结构及电子设备

技术领域

本申请涉及封装技术领域，尤其涉及一种光模块的封装结构，还涉及一种包括上述封装结构的电子设备。

背景技术

随着光进铜退及通讯、流量数据的高速增长，随之带来的是对通讯网络升级换代以及超大规模数据中心的扩容需求等诸多需求，势必对高速率光模块产品有着强劲的需求。而对光模块需求不仅仅是庞大的数量，其工作速率、带宽、功耗等也有更高的要求。

市场需求正朝着小型化、高性能、高密度大功耗发展，因此光模块封装设计需要面对结构、散热及可靠性等诸多挑战。尤其近些年越来越多地应用于各种恶劣环境和高可靠系统中，采用光电集成技术的超小型光收发模块在高速光互连通信领域得到广泛关注和应用，光电收发模块主要功耗来自芯片，长期以来相关芯片热设计工作优劣一直影响产品性能发挥及长期可靠性。在这样的情况下，如果没有良好封装设计方案来保证结构需求、良好散热及可靠性，则光模块中对于温度等环境敏感的驱动芯片、光芯片的性能极易会受到影响，甚至失效。

目前，光模块的一种封装设计形式是通过COB(chip on board，板上芯片)的贴片打线工艺将芯片封装于PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)表面。但是，PCB板导热很差，即使对PCB板增加导热过孔等优化设计，对芯片的散热改善也是杯水车薪。

实用新型内容

本申请实施例提供一种光模块的封装结构，用于解决现有技术中，封装后的芯片散热效果较差的问题。

本申请实施例还提供一种电子设备，用于解决现有技术中，封装后的芯片散热效果较差的问题。

本申请实施例采用下述技术方案：

本申请的光模块的封装结构，包括：

陶瓷壳体，包括槽口朝向背面的安装槽和位于侧面且与所述安装槽连通的穿孔；

盖板，固定在所述陶瓷壳体上，密封所述安装槽的槽口；

驱动芯片和光芯片，相互连接且均固定在所述安装槽中；

光纤组件，密封设置在所述穿孔中，包括与所述光芯片连接的光纤；以及

外部引脚，固定在所述陶瓷壳体上，与所述驱动芯片电性连接。

可选的，所述盖板嵌设在所述陶瓷壳体中，与所述陶瓷壳体密封连接。

可选的，所述安装槽的槽口设有金属框，所述盖板与所述金属框连接。

可选的，所述外部引脚设置在所述陶瓷壳体的背面且环绕所述安装槽。

可选的，所述陶瓷壳体为内置导电体的多层陶瓷基板，所述导电体分别与所述外部引脚和位于所述安装槽中的导线电性连接，所述导线与所述驱动芯片电性连接。

可选的，所述光纤组件还包括密封套设在所述光纤外侧的金属环和与所述陶瓷壳体密封连接的金属管，所述金属环密封固定在所述金属管中。

可选的，所述金属管的一端设置在所述陶瓷壳体上，所述光纤依次穿过所述金属管和所述穿孔。

可选的，所述安装槽中设有承载并限位所述光纤的限位槽。

可选的，所述光模块的封装结构还包括固定在所述陶瓷壳体正面的金属板，其中所述陶瓷壳体的正面与所述陶瓷壳体的背面相对。

本申请的电子设备，包括上述中任一项所述的封装结构。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

驱动芯片和光芯片安装在陶瓷壳体的安装槽中，陶瓷壳体既作为芯片热沉又是模块壳体，芯片至外壳表面传热直接且路径距离缩短至很小；安装槽为密封结构，芯片外表面可以不用覆盖密封层，热传导中间环节少，极大的降低芯片至陶瓷壳体外表面的传导热阻，主要散热表面基本完全参与对外热交换。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的光模块封装结构的正面结构示意图；

图2为本申请实施例提供的光模块封装结构的背面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的光模块封装结构的剖面结构示意图；

图4为本申请实施例提供的光模块封装结构的爆炸结构示意图；

图5为本申请实施例提供的光模块封装结构去除盖板的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的陶瓷壳体的内部结构示意图；

其中，附图1-6中包括下述附图标记：

陶瓷壳体-1；盖板-2；驱动芯片-3；光芯片-4；导线-5；光纤组件-6；外部引脚-7；金属板-8；安装槽-11；穿孔-12；凹台-13；限位槽-14；金属框-15；光纤-61；金属管-62；金属环-63。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1-图5所示，本申请的光模块封装结构包括陶瓷壳体1、盖板2、驱动芯片3、光芯片4、光纤组件6和外部引脚7。陶瓷壳体1包括安装槽11和穿孔12，安装槽11的槽口朝向陶瓷壳体1背面，穿孔12位于陶瓷壳体1侧面且与安装槽11连通。盖板2固定在陶瓷壳体1上，密封安装槽11的槽口。驱动芯片3和光芯片4彼此连接，并且两者均固定在安装槽11中。光纤组件6包括穿过穿孔12与光芯片4连接的光纤61，并且光纤61与穿孔12之间密封。外部引脚7固定在陶瓷壳体1上，与驱动芯片3电性连接。

在该光模块封装结构中，陶瓷壳体1既作为芯片热沉又是模块壳体，芯片至外壳表面传热直接且路径距离缩短至很小；安装槽11为密封结构，芯片外表面可以不用覆盖密封层，热传导中间环节少，极大的降低芯片至陶瓷壳体14外表面的传导热阻，主要散热表面基本完全参与对外热交换；同时陶瓷材料与芯片材料匹配性好，很好保证芯片固定后的连接可靠性，提高了整体结构强度又保证长期可靠性、同时简化芯片封装工艺，提高生产效率。

为实现上述目的，光模块封装结构的各部分可以以多种方式设置，以下以具体的实施例为例，详细介绍各部分的构造。

陶瓷壳体1为内置导电体的多层陶瓷基板，即陶瓷壳体1由导电体和多层陶瓷层依次压设而成，工艺简单，成本低，并能够通过导电体实现内外器件的导通。陶瓷壳体1的压设工艺与通常的压设工艺相同，在此不再详细赘述。

陶瓷壳体1的形状大致为长方体形，其中部开设凹槽，形成安装槽11。安装槽11也大致呈长方体形，安装槽11的具体大小可以根据需求具体设定。安装槽11的槽口位于陶瓷壳体1的背面。安装槽11的槽口外周设有内凹的凹台13，凹台13上焊接有金属框15，以方便安装盖板2并提高盖板2的密封性。如图6所示，安装槽11的底部设有凹陷的限位槽14，通过限位槽14承载并限位光纤61。陶瓷壳体1的其中一个侧面设置贯穿的通孔，形成与限位槽14连通的穿孔12。穿孔12与限位槽14光滑过渡，以方便安装光纤61。

盖板2大致呈平板状。盖板2的材质可以为铝合金或其他金属材质。安装盖板2时，盖板2嵌入陶瓷壳体1中，与金属框15激光焊接在一起或电阻焊焊接在一起。安装好盖板2后，盖板2的背面大致与陶瓷壳体1的背面平齐。如此设置，结构简单，安装方便，结构紧凑，并提高盖板2的密封性。

外部引脚7设置在陶瓷壳体1的背面且环绕安装槽11，不影响芯片的散热，而且结构简单、紧凑，实现结构尺寸微型化，提高产品集成度。外部引脚7可以是BGA(Ball GridArray，焊球阵列封装)焊球、LGA(Land Grid Array，栅格阵列封装)触点或PGA(Pin GridArray Package，插针网格阵列封装)插针形式等。另外，为减少外部引脚7与金属框15之间的短路风险，两者间可以预留足够安全距离或者两者间加设绝缘阻隔带。

光纤组件6除包括光纤61以实现光信号传输外，还包括金属管62和金属环63。金属管62的中部为中空结构，孔径与穿孔12的孔径大小相同。金属管62密封焊接在陶瓷壳体1的侧面，与穿孔12光滑过渡。金属环63套设在光纤61外侧，密封焊接在光纤61上。安装光纤61时，光纤61依次穿过金属管62、穿孔12，直至与光芯片4接触。此时，金属环63位于金属管62中，将金属环63与金属管62钎焊连接，实现气密封。

通过上述方式设置，实现光纤组件6与陶瓷壳体1的密封连接，从而实现安装槽11的密封，结构简单，操作方便，省事省力。当然，光纤组件6也可以不设置金属管62，而是将金属环63直接焊接在穿孔12中；或者金属管62的一部分伸入穿孔12中等。

驱动芯片3主要负责电信号的输入输出，实现对光芯片4的驱动控制等。光芯片4实现光电信号转换功能。驱动芯片3和光芯片4可以是一组或多组，可以具备光发射功能、光接收功能或者同时具备光收发功能。驱动芯片3和光芯片4可以以正装Wire bonding工艺或Flipchip工艺贴在陶瓷壳体1中。考虑到高功耗，驱动芯片3和光芯片4优先选用正装Wirebonding工艺，通过金锡焊料熔接到安装槽11中实现固定，降低了驱动芯片3和光芯片4固晶工艺难度。

驱动芯片3和光芯片4之间通过例如金线连接。驱动芯片3与位于安装槽11中的导线5连接，导线5与陶瓷壳体1中的导电体连接，导电体与外部引脚7连接，实现驱动芯片3和外部引脚7的电性连接。光芯片4与光纤61lens(透镜)耦合，在耦合过程中实现光芯片4与光纤61lens的对准并用胶水粘接。

该光模块封装结构还包括固定在陶瓷壳体1正面(正面与背面相对)的金属板8。金属板8通过焊接工艺置于陶瓷壳体1正面，对陶瓷壳体1进行结构加强及散热扩散。金属板8表面可以设置散热翅片或散热柱，进一步减小散热热阻，提高散热效率。

本申请的电子设备包括上述的光模块封装结构。在该电子设备中，陶瓷壳体1既作为芯片热沉又是模块壳体，芯片至外壳表面传热直接且路径距离缩短至很小；安装槽11为密封结构，芯片外表面可以不用覆盖密封层，热传导中间环节少，极大的降低芯片至陶瓷壳体14外表面的传导热阻，主要散热表面基本完全参与对外热交换；同时陶瓷材料与芯片材料匹配性好，很好保证芯片固定后的连接可靠性，提高了整体结构强度又保证长期可靠性、同时简化芯片封装工艺，提高生产效率。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块的封装结构，其特征在于，包括：

陶瓷壳体，包括槽口朝向背面的安装槽和位于侧面且与所述安装槽连通的穿孔；

盖板，固定在所述陶瓷壳体上，密封所述安装槽的槽口；

驱动芯片和光芯片，相互连接且均固定在所述安装槽中；

光纤组件，密封设置在所述穿孔中，包括与所述光芯片连接的光纤；以及外部引脚，固定在所述陶瓷壳体上，与所述驱动芯片电性连接。

2.根据权利要求1所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述盖板嵌设在所述陶瓷壳体中，与所述陶瓷壳体密封连接。

3.根据权利要求2所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述安装槽的槽口设有金属框，所述盖板与所述金属框连接。

4.根据权利要求2所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述外部引脚设置在所述陶瓷壳体的背面且环绕所述安装槽。

5.根据权利要求4所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述陶瓷壳体为内置导电体的多层陶瓷基板，所述导电体分别与所述外部引脚和位于所述安装槽中的导线电性连接，所述导线与所述驱动芯片电性连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述光纤组件还包括密封套设在所述光纤外侧的金属环和与所述陶瓷壳体密封连接的金属管，所述金属环密封固定在所述金属管中。

7.根据权利要求6所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述金属管的一端设置在所述陶瓷壳体上，所述光纤依次穿过所述金属管和所述穿孔。

8.根据权利要求6所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述安装槽中设有承载并限位所述光纤的限位槽。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的光模块的封装结构，其特征在于，所述光模块的封装结构还包括固定在所述陶瓷壳体正面的金属板，其中所述陶瓷壳体的正面与所述陶瓷壳体的背面相对。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的封装结构。