CN108761666A - 一种光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光模块，包括电路板、光学组件和电接口，电路板上设有信号速率变速器芯片、激光驱动器芯片、跨阻限幅放大器芯片、垂直腔面发射激光器芯片阵列以及光探测器芯片阵列，信号速率变速器芯片通过第一微带线与激光驱动器芯片和跨阻限幅放大器芯片电连接，光学组件包括接口端MT插芯以及与接口端MT插芯连接的光发射带状光缆和光接收带状光缆，光发射带状光缆与垂直腔面发射激光器芯片阵列之间耦合对准，光接收带状光缆与光探测器芯片阵列之间耦合对准，电接口包括设于电路板一侧的金手指，金手指与信号速率变速器芯片之间通过第二微带线电连接。本发明获得了高密度的光学封装的同时优化了光路耦合的复杂性。

Description

一种光模块
技术领域
本发明涉及光模块领域，尤其涉及一种光模块。
背景技术
随着大数据、云计算以及云存储的发展越来越快，对数据中心处理数据流量的带宽要求越来越高，这就促使数据中心需要及时地更新换代以及升级现有设备***，升级现有***是一个循序渐进的过程，不可能一下子把现有设备全部更换掉，这需要承担很大的财力成本，同时也造成了资源的浪费。升级一部分现有***，又会引入一个新的问题，新的设备如何和老的设备进行互联，使得能最大效能的发挥数据中心的潜力。100G MLG2.0光模块给出了一个很好的解决方案，该模块电接口支持4路25Gb电信号，光口支持10路10Gb并行光信号，这就使得该光模块可以和10个10G SFP+光模块或者1个40G QSFP+光模块外加6个10G SFP+光模块或者2个40G QSFP+光模块外加2个10G SFP+光模块进行互联，同时该光模块可以同100G QSFP28光模块进行电信号的交换，这就最终使得10G SFP+光模块、40G QSFP+光模块以及100G QSFP28光模块可以进行数据交换，大大提升了数据中心新旧设备的之间的互联能力，发挥了数据中心最大的效能，具有很大的现实意义。
QSFP28MLG光模块封装的难点在于高密度集成封装，由于要在QSFP28大小封装的管壳内集成多路芯片以及多路光学组件，这就对封装技术提出了较高的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光模块，旨在用于解决要在QSFP28大小封装的管壳内集成多路芯片以及多路光学组件难度较大的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种光模块，包括管壳以及位于管壳内的电路板，所述电路板上设有信号速率变速器芯片、激光驱动器芯片、跨阻限幅放大器芯片、垂直腔面发射激光器芯片阵列以及光探测器芯片阵列，所述激光驱动器芯片与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列电连接，所述跨阻限幅放大器芯片与所述光探测器芯片阵列电连接，所述信号速率变速器芯片通过第一微带线与所述激光驱动器芯片和所述跨阻限幅放大器芯片电连接，该光模块还包括光学组件和电接口，所述光学组件包括接口端MT插芯、光发射带状光缆和光接收带状光缆，所述光发射带状光缆的一端和所述光接收带状光缆的一端均与所述接口端MT插芯连接，所述光发射带状光缆的另一端与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列之间通过有源耦合的方式对准，所述光接收带状光缆与所述光探测器芯片阵列之间通过有源耦合的方式对准，所述电接口包括设于所述电路板一侧的金手指，所述金手指与所述信号速率变速器芯片之间通过第二微带线电连接。
进一步地，所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆包括多组独立的带状光缆。
进一步地，所述信号速率变速器芯片通过SMT方式贴装在所述电路板上。
进一步地，所述激光驱动器芯片、所述跨阻限幅放大器芯片、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列以及所述光探测器芯片阵列均贴装在所述电路板上并使用导电银浆或者粘合剂或者共晶焊料固化。
进一步地，所述激光驱动器芯片与所述电路板之间、所述跨阻限幅放大器芯片与所述电路板之间、所述激光驱动器芯片与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列之间、所述跨阻限幅放大器芯片与所述光探测器芯片阵列之间均通过金丝键合或倒装贴片的方式电连接。
进一步地，所述第一微带线上预留有焊盘，所述焊盘与所述激光驱动器芯片和所述跨阻限幅放大器芯片之间通过金丝键合或倒装贴片的方式电连接。
进一步地，所述接口端MT插芯具有两排通孔，所述光发射带状光缆的一端和所述光接收带状光缆的一端分别***两排所述通孔内并通过胶水与所述接口端MT插芯固定。
进一步地，所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆远离所述接口端MT插芯的一端具有45°反射面，所述光学组件还包括V槽，所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆靠近45°反射面的一端固定于所述V槽中并使用胶水固定。
进一步地，所述光学组件还包括中间MT插芯以及透镜阵列，所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆远离所述接口端MT插芯的一端与所述中间MT插芯固定，所述透镜阵列与所述中间MT插芯连接固定，所述透镜阵列具有45°反射面。
进一步地，所述激光驱动器芯片、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列、所述跨阻限幅放大器芯片和所述光探测器芯片阵列均位于所述电路板的同一面，或者所述激光驱动器芯片和所述垂直腔面发射激光器芯片阵列位于所述电路板其中一面，所述跨阻限幅放大器芯片和所述光探测器芯片阵列位于所述电路板另一面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种光模块，在QSFP28封装的外壳中集成大尺寸信号速率变速器芯片、激光驱动器芯片、跨阻限幅放大器芯片、垂直腔面发射激光器芯片阵列以及光探测器芯片阵列，可以实现光模块的高密度集成封装要求，光发射带状光缆和光接收带状光缆与同一个接口端MT插芯连接，使用了最少的光学元器件，获得了高密度的光学封装的同时优化了光路耦合的复杂性，更少的光学元器件带来了光学封装更好的可靠性；采用发明的光学封装技术，光路耦合简单易行，耦合效率以及耦合良品率高，适用于大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种光模块的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的光学组件的结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的光学组件与垂直腔面发射激光器芯片阵列耦合示意图；
图4为本发明实施例1提供的光学组件与光探测器芯片阵列耦合示意图；
图5为本发明实施例2提供的光学组件的结构示意图；
图6为本发明实施例2提供的光学组件与垂直腔面发射激光器芯片阵列耦合示意图；
图7为本发明实施例2提供的光学组件与光探测器芯片阵列耦合示意图。
附图标记说明：1-电路板、2-信号速率变速器芯片、3-激光驱动器芯片、4-垂直腔面发射激光器芯片阵列、5-跨阻限幅放大器芯片、6-光探测器芯片阵列、7-V槽、8-光发射带状光缆、9-光接收带状光缆、10-接口端MT插芯、11-光缆45°反射面、12-中间MT插芯、13-透镜阵列、14-透镜45°反射面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例1提供一种光模块，该光模块为QSFP28 MLG光模块，基于COB(Chip on board，板上芯片)工艺，包括管壳(未图示)以及位于管壳内的电路板1，还包括光学组件和电接口，光口支持10路10G光发射信号和10路10G光接收信号，电接口支持4路25G电信号，所述电路板1上设有信号速率变速器芯片2、激光驱动器芯片3、跨阻限幅放大器芯片5、垂直腔面发射激光器芯片阵列4以及光探测器芯片阵列6。
所述信号速率变速器芯片2通过SMT方式贴装在所述电路板1上，所述激光驱动器芯片3、所述跨阻限幅放大器芯片5、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列4以及所述光探测器芯片阵列6均贴装在所述电路板1上并使用导电银浆固化，在其他实施例中，固化方式不局限于导电银浆固化，还可以使用胶水粘合剂固化或者使用共晶焊料焊接固定芯片的方式。所述电路板1上预留有芯片贴片位置对位点(图中未显示)，用于芯片贴片时的对位基准，对位基准可以使得贴片作业在不使用高精度贴片机的情况下，仍能获得较高的对位精度。所述激光驱动器芯片3与所述电路板1之间、所述跨阻限幅放大器芯片5与所述电路板1之间、所述激光驱动器芯片3与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列4之间、所述跨阻限幅放大器芯片5与所述光探测器芯片阵列6之间均通过金丝键合的方式电连接，在其他实施例中，不局限于金丝键合的方式，还可以使用倒装贴片等方式实现电连接。所述信号速率变速器芯片2通过第一微带线(未图示)分别与所述激光驱动器芯片3和所述跨阻限幅放大器芯片5电连接，所述第一微带线上预留有焊盘，所述焊盘与所述激光驱动器芯片3和所述跨阻限幅放大器芯片5之间通过金丝键合的方式电连接，在其他实施例中，不局限于金丝键合的方式，还可以使用倒装贴片等方式实现电连接。
如图2所示，所述光学组件包括接口端MT插芯10、与所述接口端MT插芯10连接的光发射带状光缆8和光接收带状光缆9以及两个V槽7，本实施例中所述接口端MT插芯10采用标准24芯公头MT插芯，所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9均采用带有45°反射面11的12芯带状光缆。细化所述接口端MT插芯10与所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9的连接方式，所述接口端MT插芯10具有两排通孔，任意相邻的两个通孔的间距为250um，所述光发射带状光缆8的一端和所述光接收带状光缆9的一端分别***两排所述通孔内完成与所述接口端MT插芯10的对位组装，带状光缆与所述接口端MT插芯10之间通过胶水固定。所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9远离所述接口端MT插芯10的一端具有45°反射面11，每个所述V槽7上有12排V型通道，任意相邻的两个V型通道的间距为250um，所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9靠近45°反射面11的一端分别放置在两个V槽7对应的V形通道内完成与所述V槽7的对位组装，并使用胶水进行固定。在其他实施例中，所述接口端MT插芯10不限于24芯，20～24芯均在本专利申请的范围内，所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9不限于12芯，10～12芯均在本专利申请的范围内，所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9不限于分别为一组带状光缆，还可以分别采用多组独立的带状光缆，例如所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9均采用两组5芯带状光缆，当带状光缆为其它数量时，相应的V槽7数量也随之改变。
所述光发射带状光缆8与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列4之间通过有源耦合的方式对准，对准耦合的光路原理见图3；所述光接收带状光缆9与所述光探测器芯片阵列6之间通过有源耦合的方式对准，对准耦合的光路原理见图4。对准完成后使用胶水将所述光发射带状光缆8或者所述光接收带状光缆9固定在所述电路板1上。
所述电接口包括设于所述电路板1一侧的金手指(未图示)，所述金手指与所述信号速率变速器芯片2之间通过第二微带线(未图示)电连接，。
本实施例中，所述激光驱动器芯片3、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列4、所述跨阻限幅放大器芯片5和所述光探测器芯片阵列6均位于所述电路板1的同一面，在其他实施例中，还可以设置为所述激光驱动器芯片3和所述垂直腔面发射激光器芯片阵列4位于所述电路板1其中一面，所述跨阻限幅放大器芯片5和所述光探测器芯片阵列6位于所述电路板1另一面，V槽7的的位置也可以根据实际需求进行改变。本实施例中，所述信号速率变速器芯片2与所述激光驱动器芯片3、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列4、所述跨阻限幅放大器芯片5和所述光探测器芯片阵列6均位于所述电路板1的同一面，在其他实施例中，所述信号速率变速器芯片2还可以设置在所述电路板1的反面。
本发明提供的这种光模块的工作原理如下：
外部4路并行25G电信号通过金手指加载到信号速率变速器芯片2上，信号速率变速器芯片2将4路并行25G电信号转换成10路10G并行电信号；从信号速率变速器芯片2输出的10路10G电信号加载在激光驱动器芯片3上，激光驱动器芯片3驱动垂直腔面发射激光器芯片阵列4将10路并行电信号转成10路10G并行光信号；10路10G并行光信号通过有源耦合的方式与带有45°反射面11的光发射带状光缆8完成对准，耦合进光发射带状光缆8的光信号最后通过接口端MT插芯10的端口完成10路10G并行光信号的输出。
外部10路10G并行光信号通过接口端MT插芯10端口进入带有45°反射面的光接收带状光缆9阵列，从光接收带状光缆9出来的10路10G并行光信号通过有源耦合的方式与光探测器芯片阵列6完成对准，光探测器芯片阵列6接收到光信号后，将其转换成10路10G并行电信号并经过跨阻限幅放大器芯片5进行放大后输出；从跨阻限幅放大器芯片5输出的电信号加载在信号速率变速器芯片2上，信号速率变速器芯片2将10路10G并行电信号转换成4路25G并行电信号，并通过电路板1一侧的金手指将4路25G并行电信号传递给外部***。
实施例2：
如图5所示，本发明实施例2提供一种光模块，其与本发明实施例1提供的一种光模块的区别仅仅在于光学组件的结构，其他部分结构相同，在此不再赘述。
本实施例中，所述光学组件包括接口端MT插芯10、与所述接口端MT插芯10连接的光发射带状光缆8和光接收带状光缆9、一个V槽7以及一组中间MT插芯12加透镜阵列13的组合，本实施例中所述接口端MT插芯10的结构以及其与所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9的连接方式与实施例1是相同的，在此不再赘述。所述光发射带状光缆8和所述光接收带状光缆9与实施例1的区别在于其中一个不带有45°反射面，且该不带有45°反射面的带状光缆与所述中间MT插芯12以及所述透镜阵列13连接固定，而另外一个带有45°反射面的带状光缆与所述V槽7连接固定，连接方式与实施例1相同。图5中示出的是所述光发射带状光缆8带有45°反射面，所述光接收带状光缆9不带有45°反射面，二者也可以反过来。所述不带有45°反射面的带状光缆远离所述接口端MT插芯10的一端与所述中间MT插芯12固定，所述透镜阵列13与所述中间MT插芯12的端部连接固定，所述透镜阵列13具有45°反射面14，透镜阵列13与光芯片的耦合光路见图6与图7。所述中间MT插芯12具有两个对位孔，所述透镜阵列13具有两个定位柱，透镜阵列13与相关光芯片完成有源耦合后，将透镜阵列13上的两个定位柱分别***中间MT插芯12的两个对位孔中完成透镜阵列13与中间MT插芯12的对位组装。本实施例中，所述透镜阵列13位于所述中间MT插芯12远离所述接口端MT插芯10的一端。
上述实施例2中，相当于将实施例1的其中一个V槽7替换成中间MT插芯12加透镜阵列13的组合，在另外一个实施例中，还可以将实施例1的两个V槽7都替换成实施例2中的中间MT插芯12加透镜阵列13的组合，其具体实施方式在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块，包括管壳以及位于管壳内的电路板，其特征在于：所述电路板上设有信号速率变速器芯片、激光驱动器芯片、跨阻限幅放大器芯片、垂直腔面发射激光器芯片阵列以及光探测器芯片阵列，所述激光驱动器芯片与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列电连接，所述跨阻限幅放大器芯片与所述光探测器芯片阵列电连接，所述信号速率变速器芯片通过第一微带线与所述激光驱动器芯片和所述跨阻限幅放大器芯片电连接，该光模块还包括光学组件和电接口，所述光学组件包括接口端MT插芯、光发射带状光缆和光接收带状光缆，所述光发射带状光缆的一端和所述光接收带状光缆的一端均与所述接口端MT插芯连接，所述光发射带状光缆的另一端与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列之间通过有源耦合的方式对准，所述光接收带状光缆与所述光探测器芯片阵列之间通过有源耦合的方式对准，所述电接口包括设于所述电路板一侧的金手指，所述金手指与所述信号速率变速器芯片之间通过第二微带线电连接。
2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆包括多组独立的带状光缆。
3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述信号速率变速器芯片通过SMT方式贴装在所述电路板上。
4.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述激光驱动器芯片、所述跨阻限幅放大器芯片、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列以及所述光探测器芯片阵列均贴装在所述电路板上并使用导电银浆或者粘合剂或者共晶焊料固化。
5.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述激光驱动器芯片与所述电路板之间、所述跨阻限幅放大器芯片与所述电路板之间、所述激光驱动器芯片与所述垂直腔面发射激光器芯片阵列之间、所述跨阻限幅放大器芯片与所述光探测器芯片阵列之间均通过金丝键合或倒装贴片的方式电连接。
6.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述第一微带线上预留有焊盘，所述焊盘与所述激光驱动器芯片和所述跨阻限幅放大器芯片之间通过金丝键合或倒装贴片的方式电连接。
7.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述接口端MT插芯具有两排通孔，所述光发射带状光缆的一端和所述光接收带状光缆的一端分别***两排所述通孔内并通过胶水与所述接口端MT插芯固定。
8.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆远离所述接口端MT插芯的一端具有45°反射面，所述光学组件还包括V槽，所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆靠近45°反射面的一端固定于所述V槽中并使用胶水固定。
9.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光学组件还包括中间MT插芯以及透镜阵列，所述光发射带状光缆或者所述光接收带状光缆远离所述接口端MT插芯的一端与所述中间MT插芯固定，所述透镜阵列与所述中间MT插芯连接固定，所述透镜阵列具有45°反射面。
10.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述激光驱动器芯片、所述垂直腔面发射激光器芯片阵列、所述跨阻限幅放大器芯片和所述光探测器芯片阵列均位于所述电路板的同一面，或者所述激光驱动器芯片和所述垂直腔面发射激光器芯片阵列位于所述电路板其中一面，所述跨阻限幅放大器芯片和所述光探测器芯片阵列位于所述电路板另一面。
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