CN116413865A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块。光模块包括壳体和设于所述壳体内的电路板、小基板、电驱动芯片、热沉、硅光芯片、光纤组件以及光源组件；所述小基板与所述硅光芯片电性连接。一方面通过将热沉散热面和电路板上电驱动芯片设置在同一面，便于实现光模块内部散热，避免光模块内部热量集中堆积，而且此结构提高了电路板利用率，减少了制作成本；另一方面，通过设置热沉设于光源组件下方导热，并通过增加小基板垫高电驱动芯片使得高电驱动芯片与位于热沉上的硅光芯片高度相同，缩短金线长度，提升了传输速率；再一方面，通过将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光电子器件封装技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。其中，采用硅光芯片实现光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。

如图1、图2所示，现有技术中的光模块90包括电路板(PCB)91。电驱动芯片92设在电路板91上，在电路板91的一侧挖设凹槽容置硅光芯片93，所述硅光芯片93与所述电路板91设置在同一层且位于热沉94上。所述硅光芯片93在背离所述电路板91的一端与光纤组件95连接。光纤组件95连接一接口部96，在所述热沉94上对应所述硅光芯片93的位置设有多个光源97，所述光源97位于所述光纤组件95的一侧，实现光源97-硅光芯片93加载调制信号-光纤组件95输出。一般而言，光源97的热量比较集中，对散热材料要求比较高，通常采用热沉94进行散热。所述硅光芯片93采用金线98连接至所述电路板91上，而硅光芯片93属于高速器件，对金线98连接长度非常敏感，要求金线98尽量短，所以一般都是在电路板91上挖空一定区域形成凹槽放置热沉94、硅光芯片93和光源97。但是在电路板91上挖出凹槽一方面导致电路板91的材料浪费，另一方面热沉94散热面和电路板91上电驱动芯片92不在同一面，容易导致散热效果不理想，从而造成光模块内部产生的热量不能及时散出，最终将严重影响光模块的工作性能。

发明内容

发明的目的在于，提供一种光模块，其一发面通过将热沉散热面和电路板上电驱动芯片设置在同一面，便于提高光模块内部热量的散热效率，避免光模块的内部热量集中堆积，解决了目前光模块内的热沉散热面和电路板上的电驱动芯片不在同一面导致的散热效果不理想的技术问题；另一方面，通过设置热沉于光源组件下方导热，并利用小基板来垫高电驱动芯片使得电驱动芯片与位于热沉上的硅光芯片高度相同，解决了现有技术中在电路板上挖设凹槽放置热沉、硅光芯片及光源造成电路板利用率不高而导致资源浪费的技术问题；又一方面，通过缩短金线长度提升了传输速率，解决了金线过长导致的传输速率慢的技术问题。

为了实现上述目的，本发明其中一实施例中提供一种光模块，包括壳体和设于所述壳体内的电路板、小基板、电驱动芯片、热沉、硅光芯片、光纤组件以及光源组件；所述小基板设于所述电路板上并与所述电路板电性连接；所述电驱动芯片设于所述小基板上；所述热沉设于所述电路板上；所述硅光芯片连接至所述电路板，所述硅光芯片设于所述热沉上，所述小基板与所述硅光芯片电性连接；所述光纤组件与所述硅光芯片光耦合连接；所述光源组件设于所述热沉上，用于发出光并将发出的光传输至所述硅光芯片；所述小基板和所述热沉的表面积均小于所述电路板的表面积。

进一步地，所述小基板与所述硅光芯片并排设置，所述小基板与所述硅光芯片之间通过金线电性连接。

进一步地，所述小基板与所述硅光芯片邻近设置，所述小基板的上表面与所述硅光芯片的上表面齐平。

进一步地，所述热沉包括承载硅光芯片和光源组件的承载部和凸出于承载部的凸出部，所述凸出部与所述壳体导热连接，所述光源组件邻近所述凸出部设置，所述硅光芯片远离所述凸出部设置。

进一步地，所述光纤组件至少部分延伸至所述凸出部上。

进一步地，所述热沉的材质包括陶瓷或金属。

进一步地，所述光源组件包括第一光源单元和第二光源单元，所述第一光源单元和所述第二光源单元分别位于所述光纤组件的两侧。

进一步地，所述光源组件包括多个激光器、多个透镜以及多个光隔离器；多个激光器设于所述热沉上；多个透镜设于所述热沉上；每一透镜与相应一个激光器的发光面相对设置；多个光隔离器设于所述热沉上；每一光隔离器包括一透光面，所述光隔离器与所述透镜相对设置；其中，所述激光器、所述透镜以及所述光隔离器分别一一对应设置，形成多个光路通道。

进一步地，所述小基板为覆铜板、陶瓷基板或硅基板中的至少一种。

进一步地，所述光模块还包括设于所述壳体上的散热组件，所述散热组件设于与所述硅光芯片相邻位置的壳体上，并与所述热沉导热连接。

本发明的有益效果在于，提供一种光模块，一方面通过将热沉散热面和电路板上电驱动芯片设置在同一面，便于实现光模块内部散热，避免光模块内部热量集中堆积，而且此结构不用在电路板上挖设凹槽放置热沉，硅光芯片及光源组件，提高了电路板利用率，减少了制作成本；另一方面，通过设置热沉于光源组件下方导热，并通过增加小基板垫高电驱动芯片使得电驱动芯片与位于热沉上的硅光芯片高度相同，缩短金线长度，提升了传输速率；再一方面，通过将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散，并结合导热结构将电路板下方的热量传输至电路板上方避免了光模块内热量集中堆积而不易散热的问题。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，呈现本申请的技术方案及其它有益效果。

图1为常用技术中的光模块的立体结构示意图。

图2为常用技术中的光模块的截面结构示意图。

图3为本申请实施例提供的光模块的整体结构示意图。

图4为本申请实施例提供的光模块的部分结构示意图。

图5为本申请实施例提供的光模块的部分结构截面示意图。

图6为本申请实施例提供的硅光芯片的工作原理示意图。

图中部件标识如下：

图1至图2：光模块90，电路板91，电驱动芯片92，硅光芯片93，热沉94，光纤组件95，接口部96，光源97，金线98；

图3至图6：光模块100，电路板1，电驱动芯片2，硅光芯片3，光源组件4，光纤组件5，散热组件6，热沉8，壳体9，小基板10，金线11，输入波导31，输出波导32，调制器33，波分复用器34，激光器41，透镜42，光隔离器43，承载部81，凸出部82，电口110，光口120。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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，本领域技术人员在没有作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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供一种光模块100，在光通信领域中，所述光模块100通常采用硅光芯片实现光电转换功能，是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。

在下文及整个说明书中，术语“光模块”应理解为用于对光电和/或电光进行转换的光电子器件，通常，光模块的发送端把电信号转换为光信号，接收端把光信号转换为电信号。

请参阅图3、图4，该光模块100包括电路板1、电驱动芯片2、硅光芯片3、光源组件4、热沉8、壳体9以及光纤组件5。所述电路板1的一端设有金手指，电路板1在光模块电口110和光口120的连线方向上呈纵长排列，电口110位于图3中的右端，光口120位于图3的左端。电路板1除用于承载小基板10外还用于承载芯片、电容、电阻等。电路板1也称印制板(PCB)，其主要材料是覆铜板，而覆铜板(敷铜板)是由基板、铜箔和粘合剂构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板；在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔；铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板，基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板；铜箔能否牢固地覆在基板上，则由粘合剂来完成。所述电驱动芯片2设于所述小基板10上；所述硅光芯片3电性连接小基板10，并设于热沉8上；所述小基板10和所述热沉8的表面积均小于所述电路板1的表面积，术语“表面积”就是指的上表面的面积；所述光纤组件5与所述硅光芯片3连接；所述光源组件4设于热沉8上，并邻近所述硅光芯片3设置，光源组件4用于发出光并将发出的光传输至硅光芯片3。其中光源组件4分别形成的多个光路通道均匀分布于所述光纤组件5的两侧。所述光纤组件5包括多根光纤和端部的光学连接头，光纤连接头用于与硅光芯片3耦合连接。所述硅光芯片3用于结合所述电驱动芯片2将所述光源组件4发出的光选择性通过从而形成具有数据信息的光信号，这些光信号传输至所述光纤组件5内进行传输。

在非限定性的实施例中，所述小基板10与所述硅光芯片3并排设置，所述小基板10与所述硅光芯片3之间通过金线11电性连接。其中所述小基板10与所述硅光芯片3邻近设置，邻近设置是指两者靠的很近设置，这样能够尽量缩短金线11的长度。另外，所述小基板10的上表面与所述硅光芯片3的上表面齐平。从光口120到电口110方向，光源组件4、硅光芯片3和小基板10依次排列。

本实施例中，所述光源组件4形成的多个光路通道可以均位于所述光纤组件5的同一侧，也可将所述光源组件4形成的多个光路通道分布于所述光纤组件5的两侧。此处，所述光源组件4形成的多个光路通道分布于所述光纤组件5的两侧，这样有利于所述光源组件4产生的热量分散，避免热量集中，有利于散热。

有些产品中是光纤八个通道，所述光源组件4形成的八个光路通道，使用2个、4个或8个激光器41，但是所述光路通道的数量可根据实际需求调整为更多或更少通道，视需求而定，本申请不做限定。

请参阅图3、图4、图5，本实施例中，所述光源组件4包括设置在热沉8上的多个激光器41、多个透镜42、多个光隔离器43；所述多个激光器41贴装在热沉8上；所述电驱动芯片2用于驱动硅光芯片3工作；所述多个透镜42与所述激光器41对应设置在一条直线上；所述多个光隔离器43，与所述透镜42对应设置在一条直线上；其中，所述激光器41、所述透镜42、所述光隔离器43分别一一对应设置，形成多个光路通道。

更具体的，所述透镜42安装至所述硅光芯片3顶面；每一透镜42与相应一个激光器41的发光面相对设置，透镜42的中轴线与所述激光器41光源中心线在同一直线上；所述光隔离器43安装至所述硅光芯片3顶面；每一光隔离器43包括一透光面，与一透镜42相对设置。

请参阅图5，本实施例中，所述硅光芯片3包括输入波导以及一输出波导；所述输出波导与多个所述输入波导对应设置；所述激光器41发射的多路光分别由对应透镜42汇聚进入多个所述输入波导，每一光路通道与一所述输入波导对应设置，并从所述输出波导输出。

如图6所示，为本实施例中硅光芯片3的工作原理示意图，硅光芯片3包含光波导，调制器，分路器，探测器，波分复用器，波分解复用器，出入口，电路，加热(电阻)，电路焊盘等。如图6是简化的结构，光波导包括位于同一侧的输入波导31以及输出波导32，一束光从输入波导31进入，在波导(图中用线条表示)内传输，经过调制器33、波分复用器34，再从输出波导32输出带有信号的光束。

为了实现热量在所述电路板1的同一侧散热，避免在所述电路板1的上下侧面均散热导致电路板1的温度过高，所述光模块100还包括热沉8，所述热沉8的材质可以为陶瓷、金属等。所述光源组件4设于所述热沉8上，有利于通过所述热沉8将所述光源组件4产生的热量扩散。

本实施中的所述硅光芯片3与所述小基板10连接，且在所述硅光芯片3与所述电路板1之间设置热沉8，以利于所述硅光芯片3的热量扩散。具体的，所述热沉8设于所述电路板1上，所述硅光芯片3设于所述热沉8上。在其它实施例中，硅光芯片3也可以直接设置在电路板1上。另外，在该实施例中，热沉8具有承载硅光芯片3和光源组件4的承载部81和凸出于承载部81的凸出部82。凸出部82与壳体9导热连接以将热量散发出去。凸出部82和硅光芯片3位于电路板1的同一侧。硅光芯片3及所述光源组件4设于所述凸出部82旁，光源组件4的发光面朝向所述小基板10的一侧，所述光源组件4邻近所述凸出部82设置，所述硅光芯片3远离所述凸出部82设置。可理解的是凸出部82和承载部81两者呈台阶状设置，凸出部82在电路板上的高度高于承载部81在电路板上的高度。当光源组件4和硅光芯片3设于承载部81上时，它们的高度和凸出部82的高度相当，此处是低于凸出部82的高度，以利于凸出部82与壳体9接触进行散热。光纤组件5部分结构(光纤)延伸于所述凸出部82上。硅光芯片3及光源组件4产生的热量先从上向下传导至承载部81，然后由承载部81横向传输至凸出部82，再由凸出部82向上传输至壳体9，从而将热量散发出去。

进一步的，可在所述凸出部82上设置凹槽，用于容置所述光纤组件5的光纤结构，从而保持所述凸出部82的上表面可与所述壳体9良好地接触，从而利于热量从下而上传输至所述散热组件6进行散热。这样可使得所述小基板10的厚度变小，而且采用的所述热沉8的材料更少，从而减小整体厚度且成本降低。

请参阅图3、图4，为了进一步提升传输速率，所述光模块100还包括小基板10以及金线11；所述小基板10的材质与所述电路板1的材质相同或者所述小基板10的材质还包括陶瓷、硅等。所述小基板10为覆铜板、陶瓷基板或硅基板中的至少一种。所述小基板10设于所述电路板1上并与所述电路板1电性连接，所述电驱动芯片2设于所述小基板10上；所述小基板10的上下表面可以具有BGA以实现与所述电驱动芯片2、所述电路板1的连接，上下表面可以导电通孔连接，也可以是通过打金线的方式与外部连接。所述金线11设于所述小基板10与所述硅光芯片3的相接位置，用于将所述小基板10与所述硅光芯片3电性连接。通过设置热沉8于所述硅光芯片3和所述光源组件4的下方导热，并通过增加小基板10垫高电驱动芯片2使得高电驱动芯片2与位于热沉8上的硅光芯片3高度相同，这样可以有效缩短所述金线11的长度，以此提升传输速率。电驱动芯片2可以通过散热垫或散热胶与壳体9导热连接。

本实施例中，所述小基板10与所述硅光芯片3的上表面齐平，并邻近设置，所述金线11在所述小基板10与所述硅光芯片3的上表面处电性连接。

请参阅图4，本实施例中，所述光模块100还包括壳体9，所述壳体9罩设在所述电路板1上，并与所述热沉8的所述凸出部82导热连接，用于保护所述光源组件4和所述硅光芯片3。所述壳体9优选抵接所述凸出部82以将所述凸出部82上的热量向上传输，在所述壳体9和所述热沉8之间可以加散热垫或者导热胶用以固定。

本实施例中，所述光模块100还包括散热组件6，所述散热组件6导热连接于所述壳体9的上表面。所述散热组件6包括散热片、散热柱中的任一种。尤其是所述光模块100只有在壳体9上面有散热组件6，因此尽量实现热量在所述电路板1的同一侧散热，避免在所述电路板1的上下侧面均散热导致电路板1的温度过高，避免使光电器件温度过高而无法工作。本实施例将所述硅光芯片3与所述电驱动芯片2并排设于所述电路板1的同一侧，从而产生热量的硅光芯片3、光源组件4与电驱动芯片2位于电路板1的同一侧，这样可在电路板1的同一侧设置散热组件6，有利于实现光模块100内部散热，避免光模块100内部热量集中堆积；而且此结构不用在电路板1上挖设凹槽放置热沉8、硅光芯片3及光源组件4，提高了电路板1的利用率，减少了制作成本。其中所述散热组件6是设置在壳体9上的散热片，当然也可以没有散热组件6，只是将所述壳体9作为主散热面。壳体9是分为上壳体和下壳体两部分的，散热组件6是设置在上壳体上的散热片，激光器41产生的热量传导至热沉8然后通过热沉8传导至上壳体，通过散热组件6将热量散发出去，驱动芯片2产生的热量通过散热垫也传导至上壳体并通过散热组件6散发出去。

本发明的有益效果在于，一方面通过将热沉散热面和电路板上电驱动芯片设置在同一面，便于实现光模块内部散热，避免光模块内部热量集中堆积，而且此结构不用在电路板上挖设凹槽放置热沉，硅光芯片及光源组件，提高了电路板利用率，减少了制作成本；另一方面，通过设置热沉于光源组件下方导热，并通过增加小基板垫高电驱动芯片使得高电驱动芯片与位于热沉上的硅光芯片高度相同，缩短金线长度，提升了传输速率；再一方面，通过将光源分离设置在光纤组件的两侧实现热量分散，并结合导热结构将电路板下方的热量传输至电路板上方避免了光模块内热量集中堆积集中而不易散热的问题。

以上对本申请实施例所提供的一种光模块进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：壳体和设于所述壳体内的

电路板；

小基板，设于所述电路板上并与所述电路板电性连接；

电驱动芯片，设于所述小基板上；

热沉，设于所述电路板上；

硅光芯片，连接至所述电路板，所述硅光芯片设于所述热沉上，所述小基板与所述硅光芯片电性连接；

光纤组件，与所述硅光芯片光耦合连接；以及

光源组件，设于所述热沉上，用于发出光并将发出的光传输至所述硅光芯片；

其中，所述小基板和所述热沉的表面积均小于所述电路板的表面积。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述小基板与所述硅光芯片并排设置，所述小基板与所述硅光芯片之间通过金线电性连接。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述小基板与所述硅光芯片邻近设置，所述小基板的上表面与所述硅光芯片的上表面齐平。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述热沉包括承载硅光芯片和光源组件的承载部和凸出于承载部的凸出部，所述凸出部与所述壳体导热连接，所述光源组件邻近所述凸出部设置，所述硅光芯片远离所述凸出部设置。

5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述光纤组件至少部分延伸至所述凸出部上。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述热沉的材质包括陶瓷或金属。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光源组件包括第一光源单元和第二光源单元，所述第一光源单元和所述第二光源单元分别位于所述光纤组件的两侧。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光源组件包括：

多个激光器，设于所述热沉上；

多个透镜，设于所述热沉上；每一透镜与相应一个激光器的发光面相对设置；以及

多个光隔离器，设于所述热沉上；每一光隔离器包括一透光面，所述光隔离器与所述透镜相对设置；

其中，所述激光器、所述透镜以及所述光隔离器分别一一对应设置，形成多个光路通道。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述小基板为覆铜板、陶瓷基板或硅基板中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括设于所述壳体上的散热组件，所述散热组件设于与所述硅光芯片相邻位置的壳体上，并与所述热沉导热连接。

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