一种光模块的制作方法

本申请涉及光纤通信技术领域，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，光模块是光通信设备中的关键器件。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。

在硅光光模块中，通常将硅光芯片贴在电路板表面；然后，将光源贴在硅光芯片的上表面，以为硅光芯片提供不携带数据的光。由于光源工作过程中会产生大量的热，所以光源产生的热量需要通过硅光芯片进行扩散。然而，在现实产品中，硅光芯片的散热效率有限，所以，通过硅光芯片扩散会加重硅光芯片的散热负担，尤其对于高速信号传输产品，并且硅光芯片这类半导体材料对热很敏感，若不及时将其热量传导出去，硅光芯片的性能会受到明显的影响，进而影响光模块的通信质量。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种光模块，以解决将光源贴在硅光芯片的上的方式，导致的硅光芯片的散热负担加重的问题。

本申请实施例提供的一种光模块，主要包括：

电路板，用于提供驱动信号，所述电路板上开设有凹槽；

光源，设置在所述凹槽中，与所述电路板电连接；

第一光纤带，一端与所述光源连接、另一端与硅光芯片的光口光连接，用于将所述光源输出的光传输至所述硅光芯片；

所述硅光芯片，设置在所述电路板上，与所述电路板电连接，用于接收来自所述光源的光；

光纤插座，与所述硅光芯片光连接，用于使所述硅光芯片至光模块外部的光纤建立连接；

所述光源包括：

壳体，设置在所述凹槽中，用于承载器件；

绝缘基板，设置在所述壳体内，其表面形成有第一金属板及第二金属板，用于向激光芯片提供电连接；

激光芯片，设置在所述绝缘基板的表面上，在所述激光芯片第一面上的正极与所述第一金属板的表面形成电连接，在所述激光芯片第二面的负极与形成在所述第二金属板表面形成电连接；

所述绝缘基板的一部分伸出所述壳体，并通过打线与所述电路板上的激光驱动焊盘电连接。

本申请实施例提供的另一种光模块，主要包括：

电路板，用于提供驱动信号，所述电路板上开设有凹槽；

光源，设置在所述凹槽中，与所述电路板电连接；

第一光纤带，一端与所述光源连接、另一端与硅光芯片的光口光连接，用于将所述光源输出的光传输至所述硅光芯片；

所述硅光芯片，设置在所述电路板上，与所述电路板电连接，用于接收来自所述光源的光；

光纤插座，与所述硅光芯片光连接，用于使所述硅光芯片至光模块外部的光纤建立连接；

所述光源包括：

壳体，用于承载器件；

绝缘基板，设置在所述壳体内，其表面形成有第一金属板及第二金属板，用于向激光芯片提供电连接；

激光芯片，设置在所述绝缘基板的表面上，在所述激光芯片第一面上的正极与所述第一金属板的表面形成电连接，在所述激光芯片第二面的负极与形成在所述第二金属板表面形成电连接；

柔性电路板，一端伸入所述壳体内、与所述绝缘基板电连接，另一端位于所述壳体外部、与所述电路板上的激光驱动焊盘电连接。

由上述实施例可见，本申请实施例提供的光模块，在电路板的表面开设凹槽，光源设置在该凹槽内、并通过打线或者柔性板与电路板电连接，光源与硅光芯片之间通过光纤带建立光连接，以为硅光芯片提供光。通过上述设置，光源工作过程中产生的热量，便可以通过电路板进行扩散，进而有效避免光源与硅光芯片直接接触，导致光源产生的热量直接传导至硅光芯片，给硅光芯片造成散热负担加重的问题；另外，本实施例将光源直接设置在电路板表面，还有利于降低光模块的厚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电路板、硅光芯片、光源和光纤插座的组装结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电路板的局部结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第一种激光源的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的图7中的激光源与电路板的组装结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第二种激光源的结构示意图一；

图10为本发明实施例提供的第二种激光源的结构示意图二；

图11为本发明实施例提供的图10中的激光源与电路板的组装结构示意图；

图12为本发明实施例提供的第三种激光源与电路板的组装结构示意图一；

图13为本发明实施例提供的第三种激光源与电路板的组装结构示意图二；

图14为本发明实施例提供的第三种激光源与电路板的组装结构示意图三。

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，都属于本发明保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、i2c信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本发明实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300、硅光芯片403、光源500、光纤插座600及电路转接板700。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的硅光芯片403；电路板300、硅光芯片403、光源500、电路转接板700等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、硅光芯片403等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、mos管)及芯片(如mcu、时钟数据恢复cdr、电源管理芯片、数据处理芯片dsp)等。

电路板通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发器件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

硅光芯片403设置在电路板300上，与电路板300实现电连接，具体可以是打线连接；硅光芯片的周边与电路板300之间通过多条导电线连接，所以硅光芯片403一般设置在电路板300的表面。

硅光芯片403接收来自光源500的光，进而对光进行调制，具体为将信号加载到光上；硅光芯片403接收来自光纤插座600的光，进而将光信号转换为电信号。

光源500设置在电路板300上，并通过第一光纤带501与硅光芯片403建立光连接。基于激光的单色性较好，光源500可以采用激光光源，其内部主要的电器件为激光芯片；激光芯片发出不携带信号的光；光源500与电路板300实现电连接，激光芯片从电路板300获得电驱动。光源500中可以设置有半导体制冷器等温度调节电器件，以实现为激光芯片提供温度控制，该温度调节电器件从电路板300获得供电驱动。

本实施例将光源500设置在电路板300上，与将其集成在硅光芯片403的上表面相比，一方面可以降低光模块的整体厚度；另一方面，光源500工作过程中同样产生大量的热，光源500产生的热量不利于通过硅光芯片403进行扩散，现实产品中，硅光芯片403的散热效率有限，常规的结构设计或材料变化都难以显著提升硅光芯片403的散热效率，通过硅光芯片403扩散会加重硅光芯片403的散热负担，根据硅光芯片403的散热能力，在进行相对低速信号传输过程中，有光模块产品将激光盒的热量通过硅光芯片403扩散，但对于高速信号传输产品，光源的热量通过硅光芯片403扩散的设计并不可取，因此，本实施例将光源500设置在电路板300表面或电路板300之外的位置，可以消除光源500对硅光芯片403的工作性能的影响。

硅光芯片403与光纤插座600之间通过第二光纤带601实现光连接，光纤插座600实现与光模块外部光纤的光连接。硅光芯片403调制的光通过第二光纤带601传输至光纤插座600，通过光纤插座600传输至外部光纤；外部光纤传来的光通过光纤插座600传输至第二光纤带601，通过第二光纤带601传输至硅光芯片403中；从而实现硅光芯片403向光模块外部光纤输出携带数据的光，或从光模块外部光纤接收携带数据的光。

当然，除了将硅光芯片403直接设置在电路板300上，还可以在两者直接设置电路转接板700。图5为本发明实施例提供的电路板、硅光芯片、光源和光纤插座的组装结构示意图。如图5所示，电路转接板700设置在电路板300上，并与电路板300电连接，然后，硅光芯片403设置在电路转接板700，并与电路转接板700电连接，进而实现硅光芯片403与电路板300的电连接。另外，还可以将驱动芯片(driver)402和跨阻放大器404设置在电路转接板700上，驱动芯片402和跨阻放大器404通过电路转接板700的信号转接，最终实现与电路板300的连接。

电路转接板700的热膨胀系数低于电路板300的热膨胀系数，例如采用可选氮化铝、氧化铝等材料制成，对应的，电路转接板700受热形变比电路板300要小，即其热稳定性要优于电路板300，所以在光模块工作过程中，电路转接板700可以为设置在其上的硅光芯片提供一个更为稳定的承载面，保证硅光芯片403与光纤带的相对位置的稳定性，进而可以保证硅光芯片403与光纤带之间的光耦合效率的稳定性。另外，本实施例中的电路转接板700设置为双层或多层设置，内部设有电路走线，以实现硅光芯片403与电路板300之间的电连接，实现硅光芯片403基于来自驱动芯片402的调制信号调制光信号，实现硅光芯片403将来自外部的光信号转化为电信号后输出至电路板300。

图6为本发明实施例提供的电路板的局部结构示意图。由于光源500内通常会设置一些光学器件，以实现对光路的准直等，这些器件需要表面洁净度较高，所以为保护激光源内部的器件，所以通常会设置一个密封壳体，将光源500中的器件设置在该壳体内。而本实施例中硅光芯片403是直接或通过电路转接板700设置在电路板300上的，所以，光源500与硅光芯片403之间会有一定的高度差，进而与硅光芯片403光连接的第一光纤带501，需要通过额外的支撑部件将第一光纤带501架高后，再与光源500连接。

因此，本实施例为了方便光源500与硅光芯片403之间的光连接，如图6所示，本实施例在电路板300上开设凹槽301，光源500设置在该凹槽301中。其中，基于光源500的出光口与硅光芯片403的光口之间的高度差值，本实施例将凹槽301的深度设置为100～150um，当然并不相限于该数值范围。本实施例设置凹槽301，还可以方便在光模块组装过程中，对光源500的设置位置进行定位。

进一步的，针对电路板的布局、以及光模块的应用环境等需求，本实施例设置了不同的激光源500与电路板300的电连接方式。

图7为本发明实施例提供的第一种激光源的结构示意图。如图7所示，本实施例中的激光源包括壳体507，需要说明的是，图7中的壳体是去除上盖后的示意图。为方便激光源500内部的器件散热，壳体507可以采用金属材料制成，例如，采用金属铜制成。壳体507内设有绝缘基板502、激光芯片503、第一透镜组5041、第二透镜组5042以及隔离器505。本实施例中，基于光功率需求，在壳体507内设有两组光路，即上述绝缘基板502、激光芯片503、第一透镜组5041、第二透镜组5042以及隔离器505均由被设置为两个，但是，在其它的实施例中，也可以设置一组光路或多组光路。

其中，绝缘基板502设置在壳体507的底部，并且，绝缘基板502的一部分伸出壳体507。为使绝缘基板502可以为设置在其上的器件提供一个更为平整的承载面，本实施例中的绝缘基板502可以采用可选氮化铝、氧化铝等适用于高精度加工的材料制成。绝缘基板502的表面形成有独立第一金属板及第二金属板。激光芯片503设置在绝缘基板502的表面上，在激光芯片503第一面上的正极与第一金属板的表面形成电连接，在激光芯片503第二面的负极与形成在第二金属板表面形成电连接，其中，激光芯片503中的第一面和第二面分别可以为激光芯片上、下表面，也可以在激光芯片503上同一个表面。第一透镜组5041和第二透镜组5042依次设置在激光芯片503的出光侧，激光芯片503发出的激光束依次经第一透镜组5041和第二透镜组5042的准直后，形成准直激光束，传输至隔离器505，然后，经隔离器505传输至第一光纤带501。

为了方便将隔离器505耦合至第一光纤带501中，本实施例在第一光纤带501上夹持有光纤带接头506，光纤带接头506的一端设置在壳体507外部、另一端设置在壳体507内部，用于实现激光芯片503与第一光纤带501的光连接。本实施例通过在第一光纤带501上夹持有光纤带接头506，光纤带接头506固定在壳体507上，与将第一光纤带501直接与激光芯片503耦合的方式相比，可以保证第一光纤带501与激光芯片503的相对位置的稳定性，进而保证第一光纤带501与激光芯片503之间光耦合效率的稳定性。

图8为本发明实施例提供的图7中的激光源与电路板的组装结构示意图。如图9所示，电路板300上设有凹槽301，光源500设置凹槽301中。在电路板300上设有激光驱动焊盘302，绝缘基板502通过打线与电路板300上的激光驱动焊盘302电连接，其中，打线可以为金丝线。这样，电路板300输出的驱动信号，便可以通过绝缘基板502传输至激光芯片503，使激光芯片503输出激光束。

另外，基于光源500的壳体507和绝缘基板502均具有一定的厚度，因此，绝缘基板502设置在壳体507上以后，其上表面与电路板300上的激光驱动焊盘302相比具有一定的高度差，而本实施例将壳体507设置在电路板300上开设的凹槽301中，所以可以减少绝缘基板502的上表面与激光驱动焊盘302之间的高度差，进而可以缩短用于连接绝缘基板502与电激光驱动焊盘302的打线的长度，可以缩短驱动信号的传播路径。

图9为本发明实施例提供的第二种激光源的结构示意图一，图10为本发明实施例提供的第二种激光源的结构示意图二。如图9和10所示，本实施例中的激光源包括壳体507由上壳体5072和下壳体5071两部分组成，上壳体5072扣合在下壳体5071上。下壳体5071上设有绝缘基板502、激光芯片503、第一透镜组5041、第二透镜组5042以及隔离器505。本实施例中，在壳体507内也设有两组光路，即上述绝缘基板502、激光芯片503、第一透镜组5041、第二透镜组5042以及隔离器505均由被设置为两个。另外，为使激光芯片503、第一透镜组5041、第二透镜组5042以及隔离器505处于同一光轴上，下壳体5071的上表面具有不同的相对高度，以承载上述器件。

其中，绝缘基板502设置在壳体507的底部。绝缘基板502的表面形成有独立第一金属板及第二金属板。激光芯片503设置在绝缘基板502的表面上，在激光芯片503第一面上的正极与第一金属板的表面形成电连接，在激光芯片503第二面的负极与形成在第二金属板表面形成电连接，其中，激光芯片503中的第一面和第二面分别可以为激光芯片上、下表面，也可以在激光芯片503上同一个表面。第一透镜组5041和第二透镜组5042依次设置在激光芯片503的出光侧，激光芯片503发出的激光束依次经第一透镜组5041和第二透镜组5042的准直后，形成准直激光束，传输至隔离器505，然后，经隔离器505传输至光纤带接头506所夹持的第一光纤带501。

柔性电路板800的一端伸入壳体507内、与绝缘基板502电连接，另一端位于壳体507的外部。其中，为便于柔性电路板800与绝缘基板502的电连接，柔性电路板800上伸入壳体507内的一端设有焊盘，该焊盘通过打线与绝缘基板502电连接。

图11为本发明实施例提供的图10中的激光源与电路板的组装结构示意图。如图11所示，光源500设置在电路板300的上表面，在电路板300的下表面设有激光驱动焊盘。柔性电路板800弯折后、绕过电路板300与该激光驱动焊盘电连接，其中，激光驱动焊盘与柔性电路板800的连接方式，可以通过焊料进行焊接。这样，电路板300输出的驱动信号，便可以通过柔性电路板800传输至激光芯片503，使激光芯片503输出激光束。

进一步的，为了方便光源500与电路板300连接，缩短柔性电路板800中的走线长度，以及，减少柔性电路板800对电路板300上其它器件的影响，本实施例将光源500设置在电路板300的长边侧且靠近拐角的位置。

图12为本发明实施例提供的第三种激光源与电路板的组装结构示意图一，图13为本发明实施例提供的第三种激光源与电路板的组装结构示意图二。如图12和13所示，本实施例中的激光源中的所设置的器件，与上述实施例中的主要区别在于，本实施例中只有一个透镜组504。

其中，绝缘基板502设置在壳体507的底部。绝缘基板502上设有激光芯片503。透镜组504设置在激光芯片503的出光侧，激光芯片503发出的激光束依次经透镜组504准直后，形成准直激光束，传输至隔离器505，然后，经隔离器505传输至光纤带接头506所夹持的第一光纤带501。

柔性电路板800的一端伸入壳体507内、与绝缘基板502电连接，另一端位于壳体507的外部。其中，为便于柔性电路板800与绝缘基板502的电连接，柔性电路板800上伸入壳体507内的一端的上表面设有焊盘，该焊盘通过打线与绝缘基板502电连接。

光源500设置在电路板300的上表面，同时，激光驱动焊盘也设置在电路板300的上表。位于壳体507的外部的柔性电路板800直接焊接在该激光驱动焊盘上。这样，电路板300输出的驱动信号，便可以通过柔性电路板800传输至激光芯片503，使激光芯片503输出激光束至第一光纤带501。

如图12和13所示，本实施例中电路板300上的激光驱动焊盘设置在端部，而在电路板300上，激光驱动焊盘的周围还布设有其它的元器件，因此，光源500设置在电路板300的长边侧且靠近拐角的位置，然后，将柔性电路板800设置为l型结构，以实现光源500与激光驱动焊盘的电连接，本实施例采用柔性电路板800连接光源500与电路板300，与采用打线方式相比，由于激光驱动焊盘设置在端部，所以需要的打线较长，而打线通常较细，进而其牢固性不好，因此，本实施例中采用柔性电路板800的方式，不仅可以更充分的利用电路板300的空间，还有利用保证器件的稳定性。

为了方便将柔性电路板800焊接在电路板上，柔性电路板800的一部分突出的于电路板300，然后，在焊接完成后可以将该突出部分剪掉，进而得到图14中所示的，第三种激光源与电路板的组装结构示意图。

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发明各实施例技术方案的精神和范围。