具有发射光学子组件和接收光学子组件的模块的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年8月1日提交的标题为“optoelectronicpluggabletransceivermodulewithtransmitopticalsubassemblyandreceiveopticalsubassembly”的美国临时申请no.62/539,929的优先权和利益，所述申请的整体内容以引用方式并入本文中。

根据本发明的实施方案的一个或多个方面涉及光电子模块。

背景技术：

可以例如在切换系统中使用可插拔收发器，所述可插拔收发器包括(i)一个或多个发射器，所述一个或多个发射器用于将携载数据的电信号转换成携载相同数据的光信号以及(ii)一个或多个接收器，所述一个或多个接收器用于将光信号转换成电信号。可插拔模块的设计可能会强加各种挑战，包括遵守空间约束以及使模块内的部件保持在可接受的温度范围内。

技术实现要素：

根据本公开的一个实施方案，提供一种收发器组件，所述收发器组件包括：壳体；以及光学子组件，所述光学子组件包括：光纤；光子集成电路；模拟电子集成电路；以及基本上为平面的子载座；所述子载座具有大于10w/m/k的热导率；所述光子集成电路和所述模拟电子集成电路在所述子载座上；所述光纤联接到所述光子集成电路；所述子载座平行于所述壳体的第一壁、固定到所述第一壁并且与所述第一壁热接触；所述光子集成电路连接到所述模拟电子集成电路；并且所述光学子组件具有用于在所述模拟电子集成电路与测试设备探针之间建立电连接的多个接触衬垫，所述光学子组件被配置成能够通过经由所述接触衬垫中的一者或多者向所述光学子组件供应电力并且经由所述接触衬垫中的一者或多者向所述光学子组件发送数据以及和/或从所述光学子组件接收数据而单独地进行测试。

在一个实施方案中，所述模拟电子集成电路与所述光子集成电路相邻并且通过第一多个接合线连接到所述光子集成电路。在一个实施方案中，所述接合线从沿着所述模拟电子集成电路的边缘的线接合垫延伸到沿着所述光子集成电路的离所述模拟电子集成电路最近的边缘的线接合垫。

在一个实施方案中，所述光学子组件还包括连接到所述模拟电子集成电路的柔性印刷电路。

在一个实施方案中，所述光学子组件还包括布线板，并且所述模拟电子集成电路经由所述布线板连接到所述柔性印刷电路。

在一个实施方案中，所述布线板是包括有机绝缘材料和导电迹线的印刷电路，所述布线板通过接合线沿着所述模拟电子集成电路的边缘连接到所述模拟电子集成电路。

在一个实施方案中，所述柔性印刷电路还连接到主板。

根据本公开的一个实施方案，提供一种模块，所述模块包括：壳体；基本上为平面的子载座；光子集成电路；以及模拟电子集成电路，所述子载座具有大于10w/m/k的热导率，所述光子集成电路和所述模拟电子集成电路固定到所述子载座的第一侧，所述子载座固定到所述壳体的第一壁，其中所述子载座的与所述子载座的所述第一侧相对的第二侧平行于所述壳体的所述第一壁的内侧、固定到所述内侧并且与所述内侧热接触。

在一个实施方案中，所述光子集成电路与所述模拟电子集成电路相邻。

在一个实施方案中，所述光子集成电路通过接合线连接到所述模拟电子集成电路。

在一个实施方案中，所述接合线从沿着所述模拟电子集成电路的边缘的线接合垫延伸到沿着所述光子集成电路的离所述模拟电子集成电路最近的边缘的线接合垫。

在一个实施方案中，所述模块还包括光学子组件，所述光学子组件包括：所述子载座；所述光子集成电路；以及所述模拟电子集成电路，所述光学子组件具有用于在所述模拟电子集成电路与测试设备探针之间建立电连接的多个接触垫，所述光学子组件被配置成能够通过经由所述接触垫中的一者或多者向所述光学子组件供应电力并且经由所述接触垫中的一者或多者向所述光学子组件发送数据以及和/或从所述光学子组件接收数据而单独地进行测试。

在一个实施方案中，所述光学子组件还包括连接到所述模拟电子集成电路的柔性印刷电路。

在一个实施方案中，所述光学子组件还包括布线板，所述布线板通过接合线沿着所述模拟电子集成电路的边缘连接到所述模拟电子集成电路；所述模拟电子集成电路经由所述布线板连接到所述柔性印刷电路；并且所述布线板是包括有机绝缘材料和导电迹线的印刷电路。

在一个实施方案中，所述柔性印刷电路通过焊接连接到所述布线板。

在一个实施方案中，所述模块还包括主板，所述主板包括微控制器和/或dc-dc转换器，所述主板经由所述柔性印刷电路连接到所述布线板。

根据本公开的一个实施方案，提供制造模块的方法，所述方法包括：组装光学子组件，所述光学子组件包括：光纤、光子集成电路、模拟电子集成电路以及基本上为平面的子载座，所述光子集成电路和所述模拟电子集成电路在所述子载座上；对所述光学子组件进行测试；确定对所述光学子组件的所述测试成功；并且响应于确定对所述光学子组件的所述测试所述测试成功，将所述光学子组件安装在壳体内，其中所述子载座平行于所述壳体的第一壁、固定到所述第一壁并且与所述第一壁热接触。

在一个实施方案中，所述光学子组件具有用于在所述模拟电子集成电路与测试设备探针之间建立电连接的多个接触垫；并且对所述光学子组件的所述测试包括：经由所述光纤将调制光传输到所述光子集成电路中，以及在所述接触垫处验证与调制对应的电信号的存在；或对所述光学子组件的所述测试包括：向所述接触垫施加电信号，并且在从所述光子集成电路传输通过所述光纤的光中验证与所述电信号对应的调制的存在。

在一个实施方案中，所述方法还包括：响应于确定对所述光学子组件的所述测试所述测试成功，将包括微控制器和/或dc-dc转换器的主板连接到所述光学子组件。

在一个实施方案中，所述主板到所述光学子组件的所述连接包括将所述主板焊接到所述光学子组件。

附图说明

将参考说明书、权利要求书和附图来了解和理解本公开的这些和其他的特征和优点，在附图中：

图1a是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图1b是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图1c是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图1d是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图2是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的仰视图；

图3是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的仰视图；

图4是根据本公开的一个实施方案的组装序列图；

图5是根据本公开的一个实施方案的组装序列图；

图6是根据本公开的一个实施方案的组装序列图；

图7a是根据本公开的一个实施方案的主板的视图；

图7b是根据本公开的一个实施方案的可测试光学子组件的视图；

图7c是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的视图；

图8a是根据本公开的一个实施方案的壳体的俯视图；

图8b是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的俯视图；

图9a是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的俯视图；

图9b是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的俯视图；

图10a是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的俯视图；

图10b是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的沿着图10a的截面线10b-10b截取的截面图；

图11a是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图11b是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图11c是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图12a是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的示意性截面图；

图12b是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的一部分的示意性俯视图；以及

图12c是根据本公开的一个实施方案的光电子模块的沿着图12b的截面线12c-12c截取的截面图。

具体实施方式

在下文结合附图陈述的详细描述意欲作为根据本公开提供的具有发射光学子组件和接收光学子组件的模块的示例性实施方案的描述，并且不意欲表示可以建构或利用本公开的仅有形式。所述描述结合所示实施方案陈述了本公开的特征。然而，将理解，相同的或等效的功能和结构可以通过不同实施方案来实现，所述不同的实施方案也意欲包含在本公开的范围内。如本文中别处所指出，相似的元件符号意欲指示相似的元件或特征。

图1a至图1d示出若干实施方案的示意性截面图，所述实施方案各自包括采取四通道小型可插拔(qsfp)封装的收发器。参看图1a和图1b，在一些实施方案中，光纤105将光子集成电路(pic)110连接到多光纤推压(mpo)连接器115。pic110通过一个或多个接合线120连接到模拟电子集成电路，例如，模拟专用集成电路(aasic)125，所述模拟专用集成电路通过一个或多个接合线120连接到布线板130，所述布线板可以是有机基板(例如，聚合物或玻璃纤维增强的聚合物基板)上的印刷电路板。pic110可以是多个pic110中的一者(例如，所述模块可以包括发射器pic和接收器pic)，并且aasic125可以是多个aasic125中的一者(例如，每个pic110各一个aasic125)。aasic125和所述pic可以是裸片。举例来说，aasic125可以是硅裸片，并且pic110可以是硅裸片(在发射器pic的情况中，所述硅裸片可以包括安装在硅裸片上的激光器裸片(例如，与硅不同的另一种半导体的裸片)(如下文进一步详细地论述))。可以使用能够形成细间距特征(例如，间距为100微米的迹线和线接合垫)的工艺来制作布线板130。pic110、aasic125和布线板130可以固定到(例如，接合到)子载座135并且由所述子载座支撑，所述子载座可以是由导热材料(例如，具有超过10w/m/k的热导率的材料)，例如铜，形成的块体或如所示具有阶梯式厚度的块体。所述子载座可以是基本上平面的，即，所述子载座可以具有薄片的形状，在所述薄片的不同区中具有不同的厚度，例如，在aasic125固定到的区中比在pic110和tec140(在下文进一步详细地论述)固定到的区中具有较大的厚度。在使用qsfp封装的系统中，可以提供对顶部封装壁137的热控制(例如，所述系统可以被设计成例如具有散热片—以确保顶部封装壁的温度不会超过指定值)。因而，在图1a和图1b的实施方案中，可以经由子载座135并且经由顶部封装壁137将热从所述封装传导出。

pic110可以固定到热电冷却器(tec)140，如所示，所述热电冷却器可以固定到子载座135。在一些实施方案中，主板145(所述主板可以是有机印刷电路板)在其上已安装有微控制器150和dc-dc转换器155，并且所述主板在qsfp封装的电末端处具有卡片边缘连接器160。所述布线板可以通过柔性电路或“挠曲电路”165(图1a)或通过低构型连接器阵列170(或“插槽”)(例如，可购自samtec(samtec.com)的z-ray^tm超低构型阵列)(图1b)连接到所述主板。因为导体可能散布于布线板130上和/或挠曲电路165上，所以在一些实施方案中，使用较低成本的工艺制作的主板无法形成细间距特征。可以使用类似的配置，不管pic110和aasic125是形成发射器(通过光纤发射光)还是接收器(通过光纤接收光)。在发射器的情况中，所述pic可以包括调制器，并且激光器(例如，单独的激光器芯片)可以安装在所述pic上并且光学地耦合到所述pic，并且所述aasic可以包括用于所述调制器的驱动电路。在接收器的情况中，所述pic可以包括光检测器，并且所述aasic可以包括用于放大来自光检测器的信号的跨阻抗放大器。每个pic110可以包括调制器或光检测器的阵列，并且每个aasic125可以包括驱动电路或跨阻抗放大器的对应阵列。

每个pic110可以包括波导，所述波导在光从光纤105耦合到所述波导中或从光纤105进入所述波导中的点处具有约10微米的横向尺寸。模适配器(例如，锥形体)可以引导光并且将光模转换成在具有约3微米的横向尺寸的波导中传播的模式。可以使用3微米波导来将光引导到光检测器，或从调制器引导到光检测器。可以使用其他的模适配器(例如，在调制器处)来实现光模的大小或形状的其他变化，例如，以使光能够传播通过在具有较小横向尺寸的波导上制作的调制器(为了提高调制器性能)。在与图1a的实施方案类似的一些实施方案中，省去布线板130，并且aasic125直接连接到挠曲电路165，所述挠曲电路直接接合到子载座135。在此类实施方案中，可以使用较长的接合线来适应aasic125的表面与挠曲电路(所述挠曲电路可能远薄于aasic125)的表面之间的高度差，或者可以通过使aasic裸片变薄或通过使用具有阶梯式厚度的子载座135(即，在挠曲电路165下面比在aasic125下面具有较大厚度的子载座135)来减小高度差。挠曲电路165可以是由一个或多个导电迹线层和一个或多个柔性绝缘层构成的印刷电路。所述柔性绝缘层可以由能够耐受焊接温度的塑料膜(例如，聚酰亚胺膜)构成，并且可以通过焊接将挠曲电路165连接到布线板130和主板145。

在一些实施方案中，缺少tec140，并且pic110直接接合到所述子载座或接合到绝缘层，所述绝缘层接合到所述子载座。在一些实施方案中，加热器固定到pic110或集成到pic110中，并且基于来自在pic110上或集成到pic110中的温度传感器的信号来主动地控制pic110的温度。在此类实施方案中，所述绝缘层可以使加热器能够在不消耗过量的功率的情况下升高pic110的温度。

图1c示出缺少mpo连接器115并且光纤105从pic110直接延伸到封装外部的实施方案。此类配置可以被称作主动光缆(aoc)配置。图1d示出pic110离所述封装的前端(或“光学端”)较远从而便于包括mpo连接器115的相关实施方案。在图1c和图1d中，pic110和aasic125可以接合到基板175，所述基板可以是印刷电路板，所述印刷电路板包括含有导电迹线的一个或多个层以及一个或多个有机绝缘层(例如，聚合物或玻璃纤维增强的聚合物绝缘层)，其中热通孔180用于在以下两者之间形成热路径：(i)pic110和aasic125；以及(ii)热块185，所述热块支撑基板175并且在所述基板与封装外壳的底壁(或“下壁”)187之间提供热路径。在使用qsfp封装的一些系统中，所述封装的下壁187未直接连接到散热片；因此，在图1c和图1d的实施方案中，可以使用所述封装的侧壁来将热引导到顶部封装壁。可以使用接合线120来将pic110连接到aasic125并且将aasic125连接到基板175。可以使用能够形成细间距特征(例如，间距为100微米的迹线和线接合垫)的工艺来制作基板175。

在图1c的实施方案中使用双挠曲电路(即，两个平行的挠曲电路165)来将基板175连接到主板145，所述主板在qsfp封装的电末端处具有卡片边缘连接器160，并且所述主板上面已安装有微控制器150和dc-dc转换器155。在图1d的实施方案中，在qsfp封装的电末端处的卡片边缘连接器160是在基板175上，并且单独的主板145上面已安装有微控制器150和dc-dc转换器155并且通过挠曲电路165连接到基板175。

图2示出在一个实施方案中的图1a和图1b的实施方案的仰视图，并且图3示出在另一个实施方案中的图1a和图1b的实施方案的俯视图。所述布线板围绕aasic125和pic110延伸，使得可以沿着这些部件的侧边缘形成用于将电力或控制信号递送给这些部件(或用于将激光器驱动电流提供给发射器pic上的激光器)的接合线(未图示)。在图2和图3中未示出主板145和挠曲电路165。可以沿着aasic和pic的端边缘存在用于数据连接的接合线(在图1a和图1b中示出，以及在图2和图3中用于aasic与pic之间的数据连接)。

图4至图9示出图1a和图1b的实施方案的组装序列。参看图4，每个光纤105(光纤带405的光纤中的，所述光纤的另一端终止于mpo连接器115中(图7b；在图4至图6中未示出)在pic110上的相应v形沟槽(例如，v形沟槽阵列中的)中对准并且固定在适当位置以形成“pic尾”410。pic尾410与aasic125一起直接地固定到子载座(或“载座”)135以形成第一子组件415，或(在通过虚线箭头示出的替代序列中)pic110可以接合到tec140，所述tec可以接合到子载座135。参看图5，随后将刚性-挠曲电路505(布线板130与挠曲电路165的组合，所述布线板和所述挠曲电路可以单独地组装)接合到图4的第一子组件415以形成可测试的发射-接收光学子组件(trosa)510(包括光纤耦合pic110和aasic125)，其中具有适合于与测试设备探针接触的衬垫515，所述衬垫可以将电力提供给trosa并且通过所述衬垫发送和接收数据。可测试trosa510因此使得可以识别并丢弃有缺陷的光学子组件，而不会随之丢弃(例如)在上面已安装有微控制器和dc-dc转换器的主板。

参看图6，随后可以将罩610固定到trosa(例如，以在进一步处置期间在组装封装之前对其进行保护)。可以在安装罩610之前或之后对trosa510进行测试(通过将调制光供应到接收器并且验证在衬垫515处产生合适的对应电信号，以及通过向衬垫515供应电信号并且验证通过发射器产生合适地调制的光)。如果测试成功，那么所述模块的组装可以继续进行；如果测试不成功，那么可以丢弃或重新加工trosa510。

参看图7a至图7c，随后将trosa510的挠曲电路焊接到主板145。图7c示出焊接到主板145的trosa510，其中子载座135面朝上并且罩610面向主板145。可以使用半圆形切口710(在之前的图式中未示出)来将trosa510和主板145与模块壳体对齐。

随后可以将所得的子组件安装在qsfp封装壳体中。图8a示出具有用于将trosa510和主板145的半圆形切口710接合的对齐特征810的铸造壳体805。图8b示出安装在壳体805中的trosa510和主板145。可以将热衬垫905放置在子载座上(图9a)，并且可以将盖安装在qsfp封装壳体上，以完成组装(图9b)。图10a示出盖被移除了的组件的俯视图，并且图10b示出所述组件的沿着图10a的截面线10b-10b截取的截面图。

图11a至图11c示出pic110和aasic125直接地或间接地固定到子载座以形成可测试trosa的实施方案，所述可测试trosa包括光纤105、mpo连接器115、pic110、aasic125、tec140(如果存在)以及子载座135。在测试之后，将trosa安装到主板145中的切口中，并且将aasic125打线接合到主板145。在图11a至图11c中，所述模块被图示为采取某一定向，其中在操作中散热片直接连接到的所述模块的壁是下壁。在图11c的实施方案中，具有热通孔1110的印刷电路板支撑pic110和aasic125并且又由子载座135支撑。从pic110到具有热通孔1110的印刷电路板以及从主板145到具有热通孔1110的印刷电路板的接合线(与具有热通孔1110的印刷电路板上的迹线一起)提供低速连接，诸如电力连接和控制连接。在图11a和图11b的实施方案中，可以通过探测aasic125上的衬垫来完成测试。在图11c的实施方案中，可以改为探测具有热通孔1110的印刷电路板上的衬垫；这可能有助于测试，因为相较于图11a和图11b的实施方案中的aasicaasic上的衬垫，基板上的衬垫可能较大并且可能具有较宽的间距。在图11c的实施方案中，底座1115(例如，为模块壳体的整体部分的铸造底座)支撑热衬垫905，所述热衬垫支撑子载座135。

图12a至图12c示出收发器模块的另一个实施方案。在此实施方案中，所创造的“下落式”子载座135(其可以是铜子载座)如图所示支撑pic110和aasic125。在测试了trosa之后，将子载座135安装于(例如，“掉到”)主板145中的切口(例如，矩形切口)中，并且通过接合线将aasic125连接到主板145。电布线板1210通过接合线连接到主板145、pic110和aasic125，并且提供到pic110和aasic125的低速连接。

虽然已在本文中特定地描述和说明了具有发射光学子组件和接收光学子组件的模块的示例性实施方案，但是许多修改和变化将是本领域的技术人员显而易见的。因此，应理解，根据本公开的原理建构的具有发射光学子组件和接收光学子组件的模块可以与本文中特定描述的情况不同地体现。还在以下权利要求书以及其等效物中限定本发明。