TWI806777B

TWI806777B - 光模組

Info

Publication number: TWI806777B
Application number: TW111136253A
Authority: TW
Inventors: 顏強兵; 高旻聖; 吳春付; 林岳虢; 李林春; 傅從信
Original assignee: 大陸商東莞立訊技術有限公司
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-06-21
Also published as: CN114942497B; CN114942497A; TW202304162A; US20240004150A1

Abstract

一種光模組，包括電路板、導熱基體、結構膠、矽光晶片、雷射組件與光纖陣列組件。導熱基體包括第一表面、第二表面、連接第一表面與第二表面的連接端及設置於第一表面上的第一承載座、第二承載座與第三承載座，第二表面的面積小於第一表面的面積，部分第一表面接觸電路板，第一承載座、第二承載座與第三承載座從電路板開設的通口露出，導熱基體通過結構膠固定於電路板。矽光晶片設置於第一承載座；雷射組件設置於第二承載座且提供光信號至矽光晶片；光纖陣列組件的接頭黏貼於第三承載座，以使光纖陣列組件與矽光晶片耦合連接。

Description

光模組

本申請涉及光通訊技術領域，尤其涉及一種光模組。

現代通訊系統中，網路流量需求的增長非常迅速。因此，光纖寬帶逐漸成為目前主流，使得光模組變得相當重要。在光模組傳送信號的過程中，電晶片負責將來自系統裝置的電信號傳送給光晶片，使得光晶片負責將電信號轉成光信號後，通過光纖進行信號的傳送。在光模組接收信號的過程中，光晶片負責將通過光纖接收到的光信號轉成電信號，並傳輸給電晶片，使得電晶片負責將接收到的電信號傳送給系統裝置。

現有的光模組中，承載光晶片與雷射組件的基座嵌合在電路板開設的通口內，以固定於電路板。然而，在此架構下，存在因基座與電路板之間的結合牢固度不夠而影響光路穩定性的問題。另外，為了減少光信號傳輸的損失，用於與光晶片耦合連接的光纖的端部通常需要利用大量的膠體將其固設於與光晶片的光口同一平面的高度，進而存在因膠體與承載光晶片與雷射組件的基座之間的膨脹係數差異而影響光路穩定性的問題。

因此，如何提供一種解決上述技術問題的光模組是目前本領域技術人員需要解決的問題。

本申請實施例提供一種光模組，其能夠解決現有的光模組因基座與電路板之間的結合牢固度不夠，及固設光纖的膠體與承載光晶片與雷射組件的基座之間的膨脹係數差異，從而影響光路穩定性的問題。

為了解決上述技術問題，本申請是這樣實現的：

提供了一種光模組，其包括：電路板、導熱基體、結構膠、矽光晶片、雷射組件與光纖陣列組件。電路板開設有通口。導熱基體固定於電路板，導熱基體包括彼此相對的第一表面與第二表面、連接第一表面與第二表面的連接端及設置於第一表面上的第一承載座、第二承載座與第三承載座，第二表面的面積小於第一表面的面積，部分第一表面接觸電路板，第一承載座、第二承載座與第三承載座從通口露出。結構膠覆蓋連接端與部分電路板，以將導熱基體固定於電路板。矽光晶片設置於第一承載座上且電性連接電路板，用於輸出第一光信號及接收第二光信號與第三光信號。雷射組件設置於第二承載座上，用於提供第三光信號至矽光晶片。光纖陣列組件包括光纖陣列與用於固定光纖陣列的端部的接頭；接頭黏貼於第三承載座上，使得光纖陣列與矽光晶片耦合連接，以接收來自矽光晶片的第一光信號與提供第二光信號至矽光晶片；光纖陣列接近接頭處與導熱基體之間設置有避空區。

在本申請實施例中，通過第二表面的面積小於第一表面的面積的設計，使得導熱基體設有內縮結構，有助於結構膠填充形狀倒扣結構，從而增加導熱基體與電路板之間的黏接牢固度。另外，通過矽光晶片設置於第一承載座、雷射組件設置於第二承載座與光纖陣列組件的接頭設置於第三承載座的設計，使得用於傳輸光信號的所有光學組件（即矽光晶片、雷射組件與光纖陣列組件）均設置於同一導熱基體，具有相匹配的膨脹係數，從而保證不同溫度環境下光學性能穩定。

以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的組件或方法流程。

必須瞭解的是，使用在本說明書中的｢包含｣、｢包括｣等詞，是用於表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、組件，或以上的任意組合。

必須瞭解的是，當組件描述為｢連接｣或｢耦接｣至另一組件時，可以是直接連結、或耦接至其他組件，可能出現中間組件。相反地，當組件描述為｢直接連接｣或｢直接耦接｣至另一組件時，其中不存在任何中間組件。

請參閱圖1至圖6，圖1為依據本申請的光模組的第一實施例組合圖，圖2為圖1的光模組的第一視角爆炸示意圖，圖3為圖1的光模組的第二視角爆炸示意圖，圖4為圖2的光模組的部分爆炸圖，圖5為圖1的光模組沿AA線段的剖面示意圖，圖6為圖4的導熱基體、矽光晶片、雷射組件與光纖陣列組件的側視配置示意圖。如圖1至圖6所示，光模組1包括：殼體11、電路板12、導熱基體13、結構膠14、矽光晶片15、雷射組件16、光纖陣列組件17、光纖頭18與光連接器19。

在本實施例中，殼體11可包括下殼體111與上殼體112。上殼體112蓋合於下殼體111上，以形成容置空間113；電路板12、導熱基體13、結構膠14、矽光晶片15、雷射組件16與光纖陣列組件17設置於容置空間113內（即電路板12、導熱基體13、結構膠14、矽光晶片15、雷射組件16與光纖陣列組件17設置於殼體11中）。其中，下殼體111與上殼體112可採用金屬材料，利於實現電磁屏蔽以及散熱。此外，殼體11具有與容置空間113連接的第一開口114與第二開口115；光連接器19設置在第一開口114，形成光模組1的光介面，用於傳輸光信號；電路板12伸出第二開口115的一端設置有金手指122，形成光模組1的電介面，以電性連接光網路單元、光線路終端等上位機（未繪製），用於傳輸電信號。

在本實施例中，電路板12開設有通口121。其中，電路板12可為硬性電路板或採用硬性電路板與柔性電路板配合使用。在一示例中，電路板12可為印刷電路板。

請參閱圖4至圖7，圖7為圖4的導熱基體的立體結構示意圖。如圖4至圖7所示，導熱基體13固定於電路板12，導熱基體13包括彼此相對的第一表面131與第二表面132、連接第一表面131與第二表面132的連接端133及設置於第一表面131上的第一承載座134、第二承載座135與第三承載座136，第二表面132的面積小於第一表面131的面積，部分第一表面131接觸電路板12，第一承載座134、第二承載座135與第三承載座136從通口121露出。結構膠14覆蓋連接端133與部分電路板12，以將導熱基體13固定於電路板12。其中，導熱基體13採用導熱材質，所述導熱材質包括但不限於鋁合金、銅合金或鐵合金；結構膠14的材質為高強度材質，例如：環氧樹脂封裝材料（block epoxy encapsulant），以加強固定導熱基體13於電路板12。在一示例中，所述高強度材質的搭接剪切強度可大於2000Psi（Pounds per square inch）。

由於第二表面132的面積小於第一表面131的面積，使得連接端133具有內縮結構，有助於結構膠14填充形狀倒扣結構，從而增加導熱基體13與電路板12之間的黏接牢固度；在一示例中，連接端133可為臺階狀，通過臺階狀的設計，可降低對結構膠14剪切方向的力。另外，由於導熱基體13的第一表面131的面積大於電路板12的通口121的面積，因此，將導熱基體13固定於電路板12時，部分第一表面131接觸電路板12，第一承載座134、第二承載座135與第三承載座136從通口121露出。

在一實施例中，請參閱圖4、圖6與圖8，圖8為圖4的導熱基體的一實施例俯視圖。如圖4、圖6與圖8所示，導熱基體13的第一表面131上還設置有貼合區1311（如圖8的圖面中繪製斜線的區域），貼合區1311通過貼合膠（未繪製）黏貼於電路板12，以使部分第一表面131貼合電路板12（即部分第一表面131接觸電路板12），從而增加導熱基體13與電路板12之間的黏接牢固度。其中，貼合區1311可為第一表面131的邊緣區域；所述貼合膠的材質可為但不限於導熱材質，例如：導熱銀膠或導熱矽膠，所述貼合膠具有將電路板12與導熱基體13上的組件（例如：矽光晶片15與雷射組件16）所發出的熱能均勻化的功效。

請參閱圖6與圖9，圖9為圖6的俯視配置示意圖。如圖6與圖9所示，矽光晶片15設置於第一承載座134上且電性連接電路板12，用於輸出第一光信號及接收第二光信號與第三光信號；雷射組件16設置於第二承載座135上，用於提供第三光信號至矽光晶片15；光纖陣列組件17包括光纖陣列171與用於固定光纖陣列171的端部的接頭172；接頭172黏貼於第三承載座136上，使得光纖陣列171與矽光晶片15耦合連接，以接收來自矽光晶片15的第一光信號與提供第二光信號至矽光晶片15。

具體地，矽光晶片15可包括用於輸出所述第一光信號與接收所述第二光信號的第一光口組152、用於接收所述第三光信號的第二光口組153、用於驅動雷射組件16提供所述第三光信號的驅動器（DRIVER）晶片154、用於放大傳輸至矽光晶片15的所述第二光信號的跨阻放大器（Trans-Impedance Amplifier，TIA）晶片155與矽基板156，第一光口組152、第二光口組153、驅動器晶片154與跨阻放大器晶片155設置於矽基板156上，矽基板156設置於第一承載座134上，但本實施例並非用以限定本申請。

在一示例中，具有第一光口組152與第二光口組153的矽基板156、驅動器晶片154與跨阻放大器晶片155設置於第一承載座134上且位於同一平面，以避免所述第一光信號、所述第二光信號與所述第三光信號的傳遞損失。在另一示例中，驅動器晶片154與跨阻放大器晶片155設置於具有第一光口組152與第二光口組153的矽基板156上（如圖9所示）。

在一示例中，當光纖陣列組件17為兩個且分別用以接收來自矽光晶片15的所述第一光信號與提供所述第二光信號至矽光晶片15時，矽光晶片15可包括用於輸出所述第一光信號的輸出光口組158、用於與接收所述第二光信號的第一輸入光口組159、用於接收所述第三光信號的第二輸入光口組160、用於驅動雷射組件16提供所述第三光信號的驅動器晶片154、用於放大傳輸至矽光晶片15的所述第二光信號的跨阻放大器晶片155與矽基板156（如圖10所示，圖10為本申請的導熱基體、矽光晶片、雷射組件與兩個光纖陣列組件的一實施例俯視配置示意圖）。與輸出光口組158耦合的光纖陣列171為發射端光纖陣列，與第一輸入光口組159耦合的光纖陣列171為接收端光纖陣列，以使所述發射端光纖陣列接收來自輸出光口組158的第一光信號，所述接收端光纖陣列提供第二光信號至第一輸入光口組159。

雷射組件16可包括雷射晶片161與光學耦合組件162；雷射晶片161電性連接驅動器晶片154，用於發出所述第三光信號；光學耦合組件162包括多個光學元件（例如：透鏡、反射鏡與光隔離器），用於將雷射晶片161所發出的第三光信號導引至矽光晶片15的第二光口組153（即雷射組件16的出光口與第二光口組153耦合）。其中，雷射晶片161的數量及其對應配置的光學耦合組件162可依據實際需求進行調整；當雷射晶片161的數量為多個時，多個雷射晶片161所分別提供的第三光信號可為同一波長的光信號或不同波長的光信號。

光纖陣列171的一端連接接頭172，另一端連接光纖頭18，光纖頭18連接光連接器19（如圖4所示）；光纖陣列171包括的光纖數量可依據實際需求進行調整。接頭172可通過膠體50黏貼於第三承載座136上，使得光纖陣列171與矽光晶片15的第一光口組152耦合連接，以使光纖陣列171接收來自矽光晶片15的所述第一光信號與提供所述第二光信號至矽光晶片15。

需注意的是，通過接頭172黏貼於第三承載座136的設計，利用第三承載座136的高度控制接頭172與第三承載座136之間的膠量，防止膠量過多而在固化過程中造成體積坍塌過大，進而導致光纖陣列171與第一光口組152之間的耦合失效。另外，光纖陣列組件17中，光纖陣列171接近接頭172處與導熱基體13之間設置有避空區60（即避空間隙）；通過接頭172黏貼於第三承載座136與避空區60的設計，讓接頭172與第三承載座136之間產生的溢膠沿著第三承載座136的側壁往下流，不讓光纖陣列171在裝配過程中與其他零部件之間出現有膠連接的情況（即對光纖陣列171進行避空處理），避免返修拆卸時造成損傷。此外，通過設計控制用於固定光纖陣列171的膠量，保證膠固化過程中的體積變化在可控範圍內。再者，通過矽光晶片15設置於第一承載座134、雷射組件16設置於第二承載座135與光纖陣列組件17的接頭設置於第三承載座136的設計，使得用於傳輸光信號的所有光學組件（即矽光晶片15、雷射組件16與光纖陣列組件17）均設置於導熱基體13，具有相匹配的膨脹係數，從而保證不同溫度環境下光學性能穩定。

請參閱圖4、圖6與圖9，在光模組1中，矽光晶片15可基於來自電晶片的電信號控制驅動器晶片154驅動雷射組件16提供所述第三光信號，並自第二光口組153接收所述第三光信號後進行調制處理，以通過第一光口組152輸出第一光信號。所述第一光信號依序通過光纖陣列171、光纖頭18與光連接器19輸出至路由器、交換機、電腦等資訊處理設備（未繪製）。矽光晶片15的第一光口組152可接收依序通過光連接器19、光纖頭18與光纖陣列171且來自所述資訊處理設備的第二光信號，跨阻放大器晶片155對所述第二光信號放大處理且將其轉換成電信號並傳輸至電晶片124，電晶片124將來自矽光晶片15的電信號通過金手指122傳輸至所述上位機。

請參閱圖9與圖11，圖11為圖4的導熱基體、矽光晶片與雷射組件的側視配置示意圖。如圖11所示，第一承載座134的頂面1341高於第二承載座135的頂面1351與第三承載座136的頂面1361。因此，可利用第一承載座134、第二承載座135與第三承載座136的高度控制光纖陣列171與第一光口組152之間的耦合效率，以及雷射組件16的出光口與第二光口組153之間的耦合效率。

在一實施例中，光纖陣列171通過設置於第三承載座136上的接頭172對準耦合第一光口組152（即光纖陣列171的出光口與第一光口組152位於同一水平面），以接收來自矽光晶片15的所述第一光信號與提供所述第二光信號至矽光晶片15；雷射組件16通過設置於第二承載座135將其出光口與第二光口組153對準耦合（即雷射組件16的出光口與第二光口組153位於同一水平面），以提供所述第三光信號至矽光晶片15。也就是說，導熱基體13的第一表面131設有不同高度的承載座，用於放置光學中心高度不同的光組件（即矽光晶片15、雷射組件16與光纖陣列組件17），使所有光組件光學中心高度一致，增加耦合效率。

在一實施例中，光模組1還可包括保護蓋20，固定於電路板12，以與電路板12形成保護空間，矽光晶片15與雷射組件16設置於所述保護空間（如圖2與圖4所示）。

在一實施例中，為了避免保護蓋20的設計影響光模組1的散熱效果，保護蓋20設置有散熱口201，散熱口201對應於矽光晶片15（如圖2與圖4所示）。其中，由於矽光晶片15運作時所產生的熱能相較其他元件多，因此，散熱口201設置的位置對應於矽光晶片15的配置位置。

在一實施例中，第二表面132與殼體11導熱連接（如圖5所示）。在一示例中，第二表面132可直接接觸殼體11的下殼體111，以將導熱基體13的熱能導引至下殼體111進行散熱。在另一示例中，第二表面132與下殼體111之間存在間隙，第二表面132可通過導熱膏接觸下殼體111，以將導熱基體13的熱能導引至下殼體111進行散熱。

請參閱圖12，其為圖1的光模組的第二實施例爆炸示意圖。如圖12所示，光模組1還可包括散熱元件21，散熱元件21設置於殼體11中，散熱元件21設置於殼體11面向矽光晶片15的表面（即散熱元件21設置於上殼體112），散熱元件21與矽光晶片15導熱連接。

在一實施例中，散熱元件21包括散熱凸塊211，散熱凸塊211容置於散熱口201，並與矽光晶片15導熱連接。具體地，當上殼體112蓋合於下殼體111上時，散熱凸塊211容置於散熱口201且通過散熱膠貼合矽光晶片15，以有效將矽光晶片15運作時所產生的熱能導引至上殼體112進行散熱。

綜上所述，本申請的光模組通過第二表面的面積小於第一表面的面積的設計，使得導熱基體設有內縮結構，有助於結構膠填充形狀倒扣結構，從而增加導熱基體與電路板之間的黏接牢固度。另外，通過矽光晶片設置於第一承載座、雷射組件設置於第二承載座與光纖陣列組件的接頭設置於第三承載座的設計，使得用於傳輸光信號的所有光學組件（即矽光晶片、雷射組件與光纖陣列組件）均設置於同一導熱基體，具有相匹配的膨脹係數，從而保證不同溫度環境下光學性能穩定。此外，通過第三承載座的高度控制固定接頭與第三承載座之間的膠量，防止膠量過多而在固化過程中造成體積坍塌過大，進而導致光纖陣列與第一光口組之間的耦合失效。除此以外，通過第一承載座、第二承載座與第三承載座的高度增加光纖陣列與第一光口組之間的耦合效率，以及增加雷射組件的出光口與第二光口組之間的耦合效率。再者，通過接頭黏貼於第三承載座的設計，可使光纖陣列在裝配過程中不與其他零部件之間出現有膠連接，避免返修拆卸時造成損傷。

雖然本發明使用以上實施例進行說明，但需要注意的是，這些描述並非用於限縮本發明。相反地，此發明涵蓋了熟悉此項技藝者顯而易見的修改與相似設置。所以，申請專利範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。

1:光模組 11:殼體 12:電路板 13:導熱基體 14:結構膠 15:矽光晶片 16:雷射組件 17:光纖陣列組件 18:光纖頭 19:光連接器 20:保護蓋 21:散熱元件 50:膠體 60:避空區 111:下殼體 112:上殼體 113:容置空間 114:第一開口 115:第二開口 121:通口 122:金手指 124:電晶片 131:第一表面 132:第二表面 133:連接端 134:第一承載座 135:第二承載座 136:第三承載座 152:第一光口組 153:第二光口組 154:驅動器晶片 155:跨阻放大器晶片 156:矽基板 158:輸出光口組 159:第一輸入光口組 160:第二輸入光口組 161:雷射晶片 162:光學耦合組件 171:光纖陣列 172:接頭 201:散熱口 211:散熱凸塊 1311:貼合區 1341,1351,1361:頂面 AA:線段

此處所說明的圖式用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在圖式中：圖1為依據本申請的光模組的第一實施例組合圖；圖2為圖1的光模組的第一視角爆炸示意圖；圖3為圖1的光模組的第二視角爆炸示意圖；圖4為圖2的光模組的部分爆炸圖；圖5為圖1的光模組沿AA線段的剖面示意圖；圖6為圖4的導熱基體、矽光晶片、雷射組件與光纖陣列組件的側視配置示意圖；圖7為圖4的導熱基體的立體結構示意圖；圖8為圖4的導熱基體的一實施例俯視圖；圖9為圖6的俯視配置示意圖；圖10為本申請的導熱基體、矽光晶片、雷射組件與兩個光纖陣列組件的一實施例俯視配置示意圖；圖11為圖4的導熱基體、矽光晶片與雷射組件的側視配置示意圖；以及圖12為圖1的光模組的第二實施例爆炸示意圖。

12:電路板

13:導熱基體

14:結構膠

17:光纖陣列組件

18:光纖頭

19:光連接器

20:保護蓋

121:通口

122:金手指

124:電晶片

131:第一表面

132:第二表面

134:第一承載座

135:第二承載座

136:第三承載座

154:驅動器晶片

155:跨阻放大器晶片

171:光纖陣列

172:接頭

201:散熱口

Claims

一種光模組，包括：一電路板，開設有一通口；一導熱基體，固定於該電路板，該導熱基體包括彼此相對的一第一表面與一第二表面、連接該第一表面與該第二表面的一連接端及設置於該第一表面上的一第一承載座、一第二承載座與一第三承載座，該第二表面的一面積小於該第一表面的一面積，部分該第一表面接觸該電路板，該第一承載座、該第二承載座與該第三承載座從該通口露出；一結構膠，覆蓋該連接端與部分該電路板，以將該導熱基體固定於該電路板；一矽光晶片，設置於該第一承載座上且電性連接該電路板，用於輸出一第一光信號及接收一第二光信號與一第三光信號；一雷射組件，設置於該第二承載座上，用於提供該第三光信號至該矽光晶片；以及一光纖陣列組件，包括一光纖陣列與用於固定該光纖陣列的一端部的一接頭，該接頭黏貼於該第三承載座上，使得該光纖陣列與該矽光晶片耦合連接，以接收來自該矽光晶片的該第一光信號與提供該第二光信號至該矽光晶片；該光纖陣列接近該接頭處與該導熱基體之間設置有一避空區。
如請求項1所述的光模組，其中，該第一表面上還設置有一貼合區，該貼合區通過一貼合膠黏貼於該電路板，以使部分該第一表面貼合該電路板。
如請求項2所述的光模組，其中，該貼合膠的材質為一導熱材質，該結構膠的材質為一高強度材質。
如請求項1至3中任一項所述的光模組，還包括一殼體與一散熱元件，該電路板、該導熱基體、該結構膠、該矽光晶片、該雷射組件、該光纖陣列組件與該散熱元件設置於該殼體中，該散熱元件設置於該殼體面向該矽光晶片的一表面，該散熱元件與該矽光晶片導熱連接。
如請求項4所述的光模組，還包括一保護蓋，固定於該電路板，以與該電路板形成一保護空間；該矽光晶片與該雷射組件設置於該保護空間。
如請求項5所述的光模組，其中，該保護蓋設置有一散熱口，該散熱口對應於該矽光晶片。
如請求項6所述的光模組，其中，該散熱元件包括一散熱凸塊，該散熱凸塊容置於該散熱口，並與該矽光晶片導熱連接。
如請求項4所述的光模組，其中，該第二表面與該殼體導熱連接。
如請求項1至3中任一項所述的光模組，其中，該第一承載座的一頂面高於該第二承載座的一頂面與該第三承載座的一頂面。
如請求項9所述的光模組，其中，該矽光晶片包括用於輸出該第一光信號與接收該第二光信號的一第一光口組與用於接收該第三光信號的一第二光口組；該光纖陣列通過設置於該第三承載座上的該接頭對準耦合該第一光口組，以接收來自該矽光晶片的該第一光信號與提供該第二光信號至該矽光晶片；該雷射組件通過設置於該第二承載座將其出光口與該第二光口組對準耦合，以提供該第三光信號至該矽光晶片。
如請求項1所述的光模組，其中，該連接端為一臺階狀。