CN209961960U - 一种面向硅光芯片的光模块封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种面向硅光芯片的光模块封装结构，包括硅光芯片、电路板和光纤阵列，所述硅光芯片放置在基板上，所述基板和所述电路板通过连接件相连，并且在连接件的作用下实现硅光芯片与电路板的电气连通；所述光纤阵列的端面与所述硅光芯片的光端面耦合形成输入输出光路；所述基板所在平面与所述电路板所在平面之间存在一个夹角，使得光纤阵列的尾纤出纤方向与光模块的输入和/或输出通道的光轴的夹角为锐角。本实用新型避免光纤阵列尾纤弯曲半径过小的问题，提高了封装的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及高速光模块技术领域，特别是涉及一种面向硅光芯片的光模块封装结构。
背景技术
光通信行业作为推动科技进步的核心动力之一，承载着未来“互联网+”、智慧城市、智慧生活等发展愿景。当前，5G、物联网、光通信、云计算、大数据等各子行业交融发展，产业结构也正在发生着重大变革。而5G作为即将到来的新技术革命浪潮，随着4K/8K高清视频通讯，自动驾驶，VR/AR，远程医疗等对于大带宽、低时延特性的新型网络架构的需求；围绕5G相关技术在过去多年得到了全球主要国家研究的支持和重点开发，而针对5G前传的低成本解决方案将是整个5G网络快速推动重要决定因素之一。
光模块在5G通信网络设备的成本中占比60-70％，光模块的选择和成本将直接影响网络总体建设成本。5G前传主要聚焦在25Gbps SFP28光模块，需求量将在千万级别。光模块可靠性是基本要求，而成本是决定因素。
近年来，基于CMOS工艺制作的硅光芯片受到越来越多关注，利用硅光芯片封装成光模块也逐渐成为一种趋势和方向。在硅光芯片中，既能对光信号进行高速调制、光电探测转换，还能对电信号进行预加重、均衡、放大以及数据时钟恢复，硅光芯片满足了模块的小型化、低成本、低功耗要求。硅光SFP28光模块可能是一种极具竞争力的无线前传SFP28光模块解决方案。
硅光SFP28光模块封装的关键之一在于如何连通硅光芯片和SFP28光模块光接口，即光纤阵列的耦合。对于光接口是衍射光栅的硅光芯片而言，芯片的进光或出光方向，均与SFP28光模块的光接口存在较大夹角，传统的解决方案主要有两种：一种是采用90°光纤阵列，90°光纤阵列采用小弯曲半径光纤，直接将光纤在光纤阵列尾端弯曲90°，并采用胶水进行固定和保护，但是光纤长期工作在弯曲的状态下，可靠性容易出现问题。目前，较成熟的90°光纤阵列供应商有日本藤仓和住友，但其价格昂贵，并不适合在成本敏感的应用场景使用，而且光纤阵列的高度约为4.6mm，在一些小体积的封装中，例如SFP28封装，该光纤阵列难以摆放；另一种是采用端面研磨的PLC波导，该端面研磨的PLC波导方案是将PLC波导端面研磨形成全反射界面，利用PLC钝化层薄(15～20微米)的优势，直接将PLC波导紧贴硅光芯片，完成耦合，但是考虑到硅光芯片的钝化层和PLC的钝化层厚度，PLC波导方案的插损往往会更大，对光源的功率要求会更高，直接导致成本增加，甚至导致模块功耗超标。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种面向硅光芯片的光模块封装结构，避免光纤阵列尾纤弯曲半径过小的问题，提高了封装的可靠性。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种面向硅光芯片的光模块封装结构，包括硅光芯片、电路板和光纤阵列，所述硅光芯片放置在基板上，所述基板和所述电路板通过连接件相连，并且在连接件的作用下实现硅光芯片与电路板的电气连通；所述光纤阵列的端面与所述硅光芯片的光端面耦合形成输入输出光路；所述基板所在平面与所述电路板所在平面之间存在一个夹角，使得光纤阵列的尾纤出纤方向与光模块的输入和/或输出通道的光轴的夹角为锐角。
所述光模块封装结构还包括斜面支撑件，所述斜面支撑件包括有斜面部分和水平面部分，所述基板放置在斜面部分上，所述电路板放置在水平面部分上。
所述基板与斜面部分之间具有采用导热材料制成的散热层。
所述光纤阵列为端面研磨的光纤阵列，研磨的角度与所述硅光芯片的光栅出射角度匹配。
所述基板上设置有安置槽，所述硅光芯片放置在所述安置槽内后与连接件处于同一水平面。
所述硅光芯片与基板之间填充有导热材料。
所述基板所在平面与所述电路板所在平面之间的夹角范围为90°～170°。
所述连接件为柔性电路板或金线。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型中的硅光芯片和电路板之间存在一个夹角，使得硅光芯片能够倾斜放置，避免了光纤阵列尾纤长期处于小弯曲半径的状态，大大提高了封装的可靠性。同时，由于硅光芯片的倾斜放置使得采用的光纤阵列结构简单，使用传统研磨工艺和组装工艺便可以完成制备，可大幅度降低物料成本。另外，本实用新型通过大体积的斜面支撑件对硅光芯片进行散热，增大了硅光芯片的散热面积、降低了热阻，可以让硅光芯片产生的热量迅速散去，避免芯片升温过高。
附图说明
图1是本实用新型一个实施方式中封装结构的侧视图；
图2是本实用新型一个实施方式中封装结构的俯视图；
图3是本实用新型另一个实施方式中封装结构的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型的实施方式涉及一种面向硅光芯片的光模块封装结构，包括硅光芯片、电路板和光纤阵列，所述硅光芯片放置在基板上，所述基板和所述电路板通过连接件相连，并且在连接件的作用下实现硅光芯片与电路板的电气连通；所述光纤阵列的端面与所述硅光芯片的光端面耦合形成输入输出光路；所述基板所在平面与所述电路板所在平面之间存在一个夹角，使得光纤阵列的尾纤出纤方向与光模块的输入和/或输出通道的光轴的夹角为锐角。
本实施方式以SFP28光模块为例，如图1和图2所示，其具体包括：电路板001、FPC柔板002、基板003、硅光芯片004、光纤阵列005、斜面支撑件006、尾纤016和尾纤026、LC插芯017和LC插芯027。其中，虚线框300标识出SFP28光模块的内部空间大小。
电路板001用于布置金手指、电芯片和电阻电容等电子元器件；FPC柔板002连接电路板001和基板003，FPC柔板002上布置信号线、控制线和电源线等，通过信号线、控制线和电源线使得基板003上的硅光芯片004和电路板001实现电气连通；基板003上挖有面积略大于硅光芯片004的安置槽，安置槽的深度取决于硅光芯片004的厚度，该深度范围为100微米到1.2毫米，使得硅光芯片004放置在安置槽内后可以和FPC柔板002的上表面在同一平面上，保障硅光芯片004与FPC柔板002之间的连接金线长度最短。为了加强硅光芯片004的散热，安置槽内设有高导热物质，如银胶、金锡焊料等，通过高导热物质将硅光芯片004与基板003固定。电路板001放置在斜面支撑件006的水平面部分，基板003放置在斜面支撑件006的斜面部分上，基板003和斜面部分之间设有固态或液态的导热材料制成的散热层，且斜面支撑件006采用金属材料制成，如此斜面支撑件006在固定和支撑基板003的同时，能够形成良好的散热通道，将硅光芯片004产生的热量迅速导出。光纤阵列005的端面研磨8°斜角与所述硅光芯片004的光栅出射角度匹配，如此可以通过有源或者无源耦合方式将光纤阵列005与硅光芯片004的光栅进行耦合，尾纤016和尾纤026分别对应硅光芯片004的输出和输入通道，并通过LC插芯017和LC插芯027与其他模块进行互联互通。
由此可见，如图1所示，基板003相对电路板001倾斜放置，即基板003所在平面与电路板001所在平面之间有一夹角100，该夹角100的范围为90°～170°，本实施方式为135°，使得尾纤016和尾纤026出纤方向与LC插芯017或LC插芯027的光轴的夹角200成锐角，约35°，从而保证了尾纤从光纤阵列到LC插芯的路径变得平缓，避免了尾纤弯曲半径过小而导致可靠性问题。
为了避免粘接或焊接FPC柔板002过程中影响其它元件，在组装工序中，首先将电路板001、FPC柔板002和基板003连接起来；然后将硅光芯片004固定在基板003上，进行打线和耦合，使得硅光芯片004与电路板001之间电气连通；将斜面支撑件006放置在模块盒里面，并将电路板001、基板003和硅光芯片004整体安装进模块盒，其中基板003和斜面支撑件006的斜面部分紧贴，且两者间隙填充导热材料，能够迅速将芯片产热导出到外壳上；电路板001和斜面支撑件006的水平面部分紧贴，从而使得基板003所在平面与电路板001所在平面有一个夹角100，该夹角100的范围为90°～170°。将光纤阵列005的端面与硅光芯片004的光端面耦合形成输入输出光路，考虑到光纤阵列的尾纤016和026长度公差，可以微调斜面支撑件006获得最佳位置后，再固定斜面支撑件006，其中，光纤阵列的尾纤可以直接输出，也可以绕圈后再输出。
值得一提的是，用于连接基板003和电路板001的连接件不限于上述实施方式中的连的FPC柔板002，例如如图3所示，还可以使用金线008。
不难发现，本实用新型中的硅光芯片和电路板之间存在一个夹角，使得硅光芯片能够倾斜放置，避免了光纤阵列尾纤长期处于小弯曲半径的状态，大大提高了封装的可靠性。同时，由于硅光芯片的倾斜放置使得采用的光纤阵列结构简单，使用传统研磨工艺和组装工艺便可以完成制备，可大幅度降低物料成本。另外，本实用新型通过大体积的斜面支撑件对硅光芯片进行散热，增大了硅光芯片的散热面积、降低了热阻，可以让硅光芯片产生的热量迅速散去，避免芯片升温过高。
Claims (8)
1.一种面向硅光芯片的光模块封装结构，包括硅光芯片、电路板和光纤阵列，其特征在于，所述硅光芯片放置在基板上，所述基板和所述电路板通过连接件相连，并且在连接件的作用下实现硅光芯片与电路板的电气连通；所述光纤阵列的端面与所述硅光芯片的光端面耦合形成输入输出光路；所述基板所在平面与所述电路板所在平面之间存在一个夹角，使得光纤阵列的尾纤出纤方向与光模块的输入和/或输出通道的光轴的夹角为锐角。
2.根据权利要求1所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，还包括斜面支撑件，所述斜面支撑件包括有斜面部分和水平面部分，所述基板放置在斜面部分上，所述电路板放置在水平面部分上。
3.根据权利要求2所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，所述基板与斜面部分之间具有采用导热材料制成的散热层。
4.根据权利要求1所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，所述光纤阵列为端面研磨的光纤阵列，研磨的角度与所述硅光芯片的光栅出射角度匹配。
5.根据权利要求1所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，所述基板上设置有安置槽，所述硅光芯片放置在所述安置槽内后与连接件处于同一水平面。
6.根据权利要求1所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，所述硅光芯片与基板之间填充有导热材料。
7.根据权利要求1所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，所述基板所在平面与所述电路板所在平面之间的夹角范围为90°～170°。
8.根据权利要求1所述的面向硅光芯片的光模块封装结构，其特征在于，所述连接件为柔性电路板或金线。
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| CN201920834219.XU CN209961960U (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 一种面向硅光芯片的光模块封装结构 |
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Cited By (1)
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| CN110208917A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-09-06 | 博创科技股份有限公司 | 一种面向硅光芯片的光模块封装结构及方法 |
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