一种硅光集成模块的制作方法

1.本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种硅光集成模块。


背景技术：

2.在光通信中，光模块是光通信设备中的关键部件。随着光通信的发展，光模块的速率和集成度越来越高，采用传统的设计，光模块的功率密度会不断增大，光模块的散热要求也越来越高。硅光具有低功耗、高集成的特点，其规模商业化将大大降低集成电路的成本。硅光市场应用前景广阔。硅基光子技术可以在同一块芯片上集成光学器件以及电学器件，由硅波导、调制器、探测器等硅光子器件组成的光子链路可以实现高速、大容量的片上光通信，能够满足日益增长的对光通信系统低功耗、廉价、高速等的要求。
3.采用硅光芯片实现光电转换功能目前已经成为高速光模块采用的一种主流方案。在硅光光模块中，硅光芯片设置在电路板表面，通过打线与电路板实现电连接；硅光芯片在其表面设置有光口，通过光纤带与光模块的光接口连接，实现光信号进出硅光芯片。由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部激光器提供光源。已有的一种模块，激光盒位于硅光芯片表面，光纤带与硅光芯片表面耦合，光电探测器为外置pd
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array，与fa耦合，光电探测器依赖进口成本高；而且，光纤带是并行单模四通道传输，通信距离短，mpo跳线成本高。另外，激光盒和光纤带设置在硅光芯片表面，激光盒与硅光芯片上下设置散热差，光纤带需采用90
°
fa制作工艺复杂成本高。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种硅光集成模块，采用分散化布局设计，使发热器件分开布局，提高了整个模块散热能力并降低了成本。
5.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
6.一种硅光集成模块，包括外壳，所述外壳内集成有硅光芯片、若干激光组件、mux组件、demux组件、电路板组件和连接光纤，所述硅光芯片、若干激光组件、mux组件和demux组件安装在电路板组件上；所述硅光芯片与若干激光组件通过连接光纤连通；所述硅光芯片和若干激光组件分别与电路板组件电连接，用于实现数据信号互传、通电和接地；所述mux组件和demux组件分别与硅光芯片连接，用于实现光信号传输。
7.作为进一步的技术方案，所述外壳内集成有四个激光组件，四个所述激光组件通过四根连接光纤与硅光芯片连通。
8.作为进一步的技术方案，所述硅光芯片集成有4个调制器和4个光电探测器；所述硅光芯片的侧面设置有多个输入光口、tx输出光口组、rx输入光口组和多个芯片电口；4个所述调制器分别设置在输入光口与tx输出光口组之间；4个所述光电探测器分别与rx输入光口组连接。
9.作为进一步的技术方案，所述硅光芯片为矩形，其一侧面设有4个输入光口、1个tx
输出光口组和1个rx输入光口组，另外三个侧面设有多个芯片电口；多个所述输入光口通过连接光纤与激光组件连接，用于将光信号输入硅光芯片。
10.作为进一步的技术方案，所述芯片电口通过导体与电路板组件连接，用于实现数据信号互传、通电和接地。
11.作为进一步的技术方案，所述激光组件包括激光器、透镜、隔离器和外封壳；所述激光器、透镜和隔离器气密封装在外封壳内部；所述激光器发出的激光依次通过透镜和隔离器后，经由连接光纤传输到硅光芯片的输入光口。
12.作为进一步的技术方案，所述mux组件包括第一lc接口和复用芯片，所述第一lc接口和复用芯片通过连接光纤连接；所述复用芯片与硅光芯片的tx输出光口组耦合；所述demux组件包括第二lc接口和解复用芯片，所述第二lc接口和解复用芯片通过连接光纤连接，所述解复用芯片与硅光芯片的rx输入光口组耦合。
13.作为进一步的技术方案，所述电路板组件设置有热沉，用于为硅光芯片和激光组件散热。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
15.(1)本发明所提供的一种硅光集成模块，主要包括外壳、硅光芯片、激光组件、mux组件、demux组件和电路板组件。激光组件、mux组件、demux组件和电路板组件及其相关的光电组件都可以在国产化的供应链中设计和选型，极大的降低了整个模块的成本。
16.(2)本发明的硅光集成模块结构设计采用分散化布局设计思路，使发热器件分开布局，更有利于整个模块散热。
17.(3)本发明的硅光集成模块适用于400g fr4光模块。
附图说明
18.图1为本发明实施例提供的一种硅光集成模块分解图；
19.图2为本发明实施例提供的硅光芯片的结构框图；
20.图3为本发明实施例提供的一种硅光集成模块去除外壳的结构布局图。
具体实施方式
21.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
23.在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
24.在本发明中，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。
25.如图1所示，本发明一种硅光集成模块包括外壳10、硅光芯片20、4个激光组件30、mux组件40、demux组件50、电路板组件60和4根连接光纤80。硅光芯片20、激光组件30、mux组件40、demux组件50、电路板组件60和连接光纤80安装在外壳10内部；进一步的，硅光芯片20、激光组件30、mux组件40、demux组件50、安装在电路板组件60上。硅光芯片20、4个激光组件30与电路板组件60有电路连通，实现数据信号互传、通电和接地；mux组件40与硅光芯片20连通，实现光信号传输；demux组件50也与硅光芯片20连通，实现光信号传输；硅光芯片20与4个激光组件30通过4根连接光纤80连通，进行光信号的传输。
26.图2为所述硅光芯片20，硅光芯片20是一种mach
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zehnder结构的硅光调制器，硅光芯片20集成了4个调制器，硅光芯片20还集成了4个pd(光电探测器)。本实施例硅光芯片20为矩形，当然也可以为其他形状。硅光芯片20的其中一边侧面设置有输入光口2011、输入光口2012、输入光口2013、输入光口2014、tx输出光口组202和rx输入光口组203。本实施例输入光口2011、输入光口2012、输入光口2013、输入光口2014设置在tx输出光口组202的两侧，rx输入光口组203设置在另一侧，当然也可以为其他布局设计。本实施例输tx输出光口组202设置有4路输出光口，rx输入光口组203设置有4路输入光口。4个激光组件30分别通过4根连接光纤80与输入光口2011、输入光口2012、输入光口2013和输入光口2014将光信号输入硅光芯片20；硅光芯片20的其他3个边设置有多个芯片电口204，芯片电口204通过导体与电路板组件60连通，实现数据信号互传、通电和接地。
27.如图3所示，本发明一种硅光集成模块包括4个激光组件30，4个激光组件30可以分别发出4种波长的激光(λ1、λ2、λ3和λ4)。本实施例激光组件30设置在离硅光芯片20较远的位置，本实施例激光组件30主要由激光器301、透镜302、隔离器303和外封壳304组成，当然也可以根据需要加入耦合透镜、背光探测器、半导体制冷器等器件。激光器301、透镜302和隔离器303封装在外封壳304内部，外封壳304可以是气密封装，气密封装可以提高激光组件30的可靠性。激光组件30可以采用传统to工艺封装，比如to56、to38或者to33标准封装，也可以为非标的mini to形式封装，当然也可以将几个激光组件30进一步集成封装。激光组件30与电路板组件60通过导体有电路连通。4个激光组件30分别与4个连接光纤80一端耦合，4个连接光纤80的另一端分别与硅光芯片20的输入光口2011、输入光口2012、输入光口2013和输入光口2014耦合。4个激光器301可以分别发出4种波长的激光(λ1、λ2、λ3和λ4)，激光通过透镜302汇聚，汇聚后的激光通过隔离器303，汇聚后的激光输入连接光纤80，激光通过连
接光纤80从输入光口2011、输入光口2012、输入光口2013和输入光口2014进入硅光芯片20。4种波长的激光进入硅光芯片20后进行调制变为4种调制光信号，4种调制光信号从硅光芯片20的tx输出光口组202输出。
28.本发明一种硅光集成模块还包括mux组件40和demux组件50。mux是一种合波器，可以将多个波长的信号合成一路进行传输；demux是一种分波器，可以将在一路中传输的多个波长的信号分离出来。所述mux组件40设置有lc接口401、连接光纤402和mux芯片403；所述demux组件50设置有lc接口501、连接光纤502和demux芯片503。所述lc接口401和lc接口501为本发明一种硅光集成模块对外通信的光学接口，实现与外部设备的对接进行光信号的输出和输入，lc接口401将光信号输出到外部设备，lc接口501接收外部设备的光信号输入本发明一种硅光集成模块。
29.所述mux组件40的mux芯片403与硅光芯片20的tx输出光口组202耦合。硅光芯片20的4种调制光信号从硅光芯片20的tx输出光口组202输出进入mux芯片403，mux芯片403将4种调制光信号合波为一路光信号，合波后的光信号通过连接光纤402传输到lc接口401，合波后的光信号进一步通过lc接口401输出到外部设备。
30.所述demux组件50的demux芯片503与硅光芯片20的rx输入光口组203耦合。外部设备的多个波长复用的光信号输入lc接口501，多个波长复用的光信号通过连接光纤502传输到demux芯片503，demux芯片503将多个波长复用的光信号分波为4路光信号，4路光信号通过rx输入光口组203输入硅光芯片20，4路光信号进一步传输到硅光芯片20的4个pd，4个pd将接收到的光信号转化为电信号,电信号通过芯片电口204输入到电路板组件60。
31.本发明一种硅光集成模块还包括电路板组件60。所述电路板组件60设置有driver、tia、dsp、mcu等等电芯片以及金手指。所述金手指是本发明一种硅光集成模块的模块电口，模块电口与外部设备实现电路连接，实现数据信号互传、通电和接地。电路板组件60设置有热沉，为硅光芯片20和4个激光组件30散热。电路板组件60和4个激光组件30同时通过导热材料与外壳10接触进行散热。
32.本发明所提供一种硅光集成模块，硅光芯片采用成熟工艺设计，开发周期短且易于大批量生产。激光组件、电路板及其相关的光电组件都可以在国产化的供应链中设计和选型，极大的降低了整个模块的成本。本发明的一种硅光集成模块结构设计采用分散化布局思路，使发热器件分开布局，更有利于整个模块散热。本发明的一种硅光集成模块适用于400g fr4光模块。
33.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
34.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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发明实施例技术方案。