一种光模块的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。


背景技术：

2.光模块主要用于光电、电光转换，其发射端将电信号转换为光信号并通过光纤传输出去，其接收端将接收到的光信号转换为电信号。光模块的核心器件是激光器ld和光电二极管pd，其中，激光器的作用是将电信号转化为光信号，将光信号耦合进入光纤方可实现对信号的传输。将激光器发出的总光强的百分之几能够耦合进入光纤定义为耦合效率，光模块封装的耦合效率非常关键，直接影响光信号传输性能及生产良率。
3.由于光通信模块的集成度越来越高，模块的功率密度也不断增大，当芯片功率密度过大时，芯片处热量集中，无法扩散出去，产生局部高温区，将严重影响模块在高温下的光电性能。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光模块，以解决提高激光器散热效率。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：
6.本技术实施例公开了一种光模块，包括：上壳体；
7.下壳体，与所述上壳体盖合形成包裹腔体；
8.电路板，设置于所述包裹腔体内；
9.光发射次模块，包括：外壳；
10.盖板，与所述外壳盖合形成光发射腔体，所述电路板的一端由所述外壳一侧的开口伸入所述光发射腔体内部；
11.电芯片，设置于所述光发射腔体内，且位于所述电路板上；
12.导热体，内嵌于所述外壳内部，一端与所述电路板导热连接，另一端与所述下壳体导热连接。
13.与现有技术相比，本技术的有益效果为：
14.本技术公开了一种光模块，包括：上壳体、下壳体，与所述上壳体盖合形成包裹腔体。电路板，设置于所述包裹腔体内。光发射次模块，包括：外壳、盖板和电芯片，盖板与外壳盖合形成光发射腔体，电路板的一端由外壳一侧的开口伸入光发射腔体内部。电芯片，设置于所述光发射腔体内，且位于所述电路板上。导热体，内嵌于所述外壳内部，一端与所述电路板导热连接，另一端与所述下壳体导热连接。电芯片发出的热量经电路板、导热体传导至下壳体，再经过外部散热机制进行热量传递。由导热体代替原本外壳进行热量传递，因铜柱比外壳的热传导率高，有助于提高光发射次模块产生热量的传递效率，导热效率高，提高了电芯片的热量传导能力，提高光模块在高温下的光电性能。
15.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
17.图1为光通信终端连接关系示意图；
18.图2为光网络终端结构示意图；
19.图3为本技术实施例提供的一种光模块结构示意图；
20.图4为本技术实施例提供光模块分解结构示意图一；
21.图5为本技术实施例提供的一种光模块分解结构示意图二；
22.图6为本实施例提供的一种外壳结构示意图；
23.图7为本技术实施例提供的一种电路板结构示意图一；
24.图8为本技术实施例提供的一种电路板结构示意图二；
25.图9为本技术实施例提供的一种光模块局部示意图；
26.图10为本技术实施例提供的一种光模块局部分解示意图；
27.图11为本技术实施例提供的一种光模块局部剖面示意图；
28.图12为本技术实施例体用的一种下壳体结构示意图；
29.图13为本技术实施例提供的一种上壳体的结构示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，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他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
31.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。
32.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、数据信息以及接地等；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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.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。
40.光模块200插入光网络终端100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。
41.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。
42.图3为本技术实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本技术实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本技术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及光收发组件。
43.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202包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括主盖板，主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主盖板两侧、与主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201盖合在下壳体202上。
44.两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光收发组件；电路板300、光收发组件等光电器件位于包裹腔体中。
45.采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成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，利用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。
46.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。
47.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。
48.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、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复cdr、电源管理芯片、数据处理芯片dsp)等。
49.电路板300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。
50.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；当光收发组件位于电路板上时，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。
51.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组件之间可以采用柔性电路板连接。光收发模块包括光发射组件及光接收组件两部分，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。
52.光发射次模块及光接收次模块可以统称为光学次模块。
53.图4为本技术实施例提供的一种光模块分解结构示意图一，图5为本技术实施例提供的一种光模块分解结构示意图二。如图4和图5所示，本技术实施例提供的光模块包括光发射次模块400，光发射次模块400位于电路板300的边缘。光发射次模块400与电路板300物理分离，分别通过柔性电路板连接电路板300。电路板300位于上壳体201与下壳体202盖合形成的包裹腔体内。
54.图6为本实施例提供的一种外壳结构示意图。如图5和图6所示，光发射次模块400包括：外壳402和盖板401，用于与电路板300物理分离。外壳402为中空的长方体结构，一端设置有圆形通孔4021，用于安装光纤适配器。与圆形通孔相对的一侧分别设有第一凸起4022和第二凸起4023，第一凸起4022和第二凸起4023之间凹陷区域设置有开口4024，电路板300的一侧深入开口4024内部，与外壳402连接。第一凸起4022的一侧与盖板401连接，另一侧与开口4024相连。
55.光发射组件位于外壳402与盖板401形成的光发射腔体内。第二凸起4023位于光发射腔体外。第一凸起4022内部中空，与光发射腔体导通，用于增加电路板在发射腔体内部的面积，增加电器件设置空间。且，第一凸起4022相比第二凸起4023面积大一些，即第二凸起4023的端面相比第一凸起4022的端面距壳体对侧侧壁的距离小。下壳体202上方依次为第二凸起4023、电路板300、第一凸起4022和盖板401。
56.光发射腔体内设置有激光驱动芯片304、光探测器、准直透镜等发射组件。外壳402的一端连接第一光纤适配器，发射组件用于发射光束并汇聚耦合至第一光纤适配器，以实
现光束通过光纤发射出去。激光驱动芯片304设置于电路板300上，且位于外壳402内部，用于激光驱动激光器发射信号光线。通常情况下，为提高光发射次模块的性能，外壳402采用可伐合金制备而成。
57.本实施例中，激光驱动芯片304设置于电路板300上，且位于外壳402与盖板401形成的光发射腔体内，实现光发射组件与其他光电器件的物理隔离，提高光功率，避免外部光线对发射光信号的干扰。
58.由于光通信模块的集成度越来越高，模块的功率密度也不断增大，当芯片功率密度过大时，芯片处热量集中，无法扩散出去，产生局部高温区，将严重影响模块在高温下的光电性能。激光器芯片的尺寸较小，因此功耗密度较大，需要对其进行局部的散热处理，保证激光器温度较低，从而使模块高温下具有良好的光电性能。
59.电路板300上贴附激光驱动芯片304，激光驱动芯片304作为主要的能耗部件，产生较多的热量。而与其连接的电路板为硬质电路板，由多个铜板叠加而成，铜板之间填充有玻璃纤维/环氧树脂等介质。因此，电路板300上热量多沿同一层延伸扩散，而少量的热量沿不同板层传递，造成外壳402与盖板401形成的光发射腔体内热量集聚。
60.为了提高电路板300在垂直方向上热传导效率，即不同板层之间的热量传递效率，本实施例在激光驱动芯片304对应的电路板300内部设置盲孔。图7为本技术实施例提供的一种电路板结构示意图一。如图7所示，本实施例中以三个板层为例，电路板300包括：依次叠加的第一板层301、第二板层302和第三板层303，每两个相邻的板层的之间填充有介质层，介质层为绝缘材质，如填充有玻璃纤维或环氧树脂等介质。
61.激光驱动芯片304设置于第一板层301的上表面，其下方板层对应位置设置盲孔305，一端与第二板层302连通，另一端与第三板层303连通。盲孔305内填充导热材料，如铜、铝等。因电路板300内材质均为铜，为加工方便，可选用铜作为盲孔305的填充材料。本实施例中激光驱动芯片304散发的热量向电路板300传送过程中，通过盲孔305向外界传送，提高了热量传递的效率。
62.通常，电路板300下表面设置有阻焊层，即本技术实施例中第三板层303的外表面设有阻焊层306，盲孔305贯穿阻焊层306与外部结构连接。
63.图8为本技术实施例提供的一种电路板结构示意图二。如图8所示，本技术实施例以七个板层为例，电路板300包括：依次叠加的第一板层301、第二板层302、第三板层303、第四板层307、第五板层308、第六板层309、第七板层310和第八板层311，每两个相邻的板层的之间填充有介质层，介质层为绝缘材质，如填充有玻璃纤维或环氧树脂等介质。盲孔305无法直接贯穿全部板层，在不同的板层之间设置子盲孔。如图8中所示，在第一板层301与第二板层302之间设置第一子盲孔3051，第二板层302与第三板层303之间设置第二子盲孔3052，第三板层303、第四板层307、第五板层308、第六板层309和第七板层310之间设置第三子盲孔3053，第七板层310与第八板层311之间设置第四子盲孔3054。
64.第一子盲孔3051、第二子盲孔3052、第三子盲孔3053与第四子盲孔3054内填充铜。且第一子盲孔3051、第二子盲孔3052、第三子盲孔3053与第四子盲孔3054在电路板中可以不位于同一直线上。
65.本实施例中，热量的传递过程如下：激光驱动芯片304与第一板层301连接，激光驱动芯片304散发的热量首先沿第一板层301横向传递，再经过第一子盲孔3051由第一板层
301向第二板层302传递。热量沿第二板层302横向传递至第二子盲孔3052，再经过第二子盲孔3052由第二板层302向第三板层303传递。热量沿第三板层303横向传递至第三子盲孔3053，再经过第三子盲孔3053由第三板层303向第七板层310传递。同理，热量在第七板层310与第八板层311之间的传递介质为第四子盲孔3054。
66.由此可知，激光驱动芯片304产生的热量通过子盲孔实现在电路板中的传递，热量一直沿铜材质的设计进行传递，保证了热量在电路板中的传递效率。
67.本实施例中，第一子盲孔3051设置于激光驱动芯片304的正下方，还可以根据实际需要设置不同的位置。
68.为了提高光模块中光的传播速率，通常光发射次模块设置有多个激光驱动芯片，如本实施例中设置有四个激光驱动芯片，则其下方板层对应位置设置盲孔305同样设有四个，分别与其上方贴附的四个激光驱动芯片位置一一对应。
69.图9为本技术实施例提供的一种光模块局部示意图，图10为本技术实施例提供的一种光模块局部分解示意图。图11为本技术实施例提供的一种光模块局部剖面示意图。结合图9、图10和图11所示，为了提高激光驱动芯片的散热性能，本技术实施例提供的光模块，在外壳402内嵌铜柱4025。铜柱4025的一端与电路板连接，另一端与下壳体202连接。因外壳402为可筏合金材质，其导热系数较低，不利于激光驱动芯片304产生的热量的扩散，容易造成热量集聚。而本技术在外壳402内部嵌入铜柱4025，一端与电路板300上的盲孔305连接，使得激光驱动芯片304散发的热量经过盲孔305传导至铜柱4025。铜柱4025为导热体，在一些实施例中也可采用其他材质或形态的导热结构，在此不再一一赘述。
70.本实施例在第二凸起4023上设置铜柱通孔4026，与盲孔305位于同一条直线上。铜柱通孔4026内嵌入铜柱4025。或，铜柱4025与第四子盲孔3054位置不在同一条直线上，铜柱4025与电路板300最下方铜制板层连接。
71.进一步，为保证铜柱4025与电路板300之间热传递效率，铜柱4025与电路板300连接一侧，相对与铜柱通孔4026向电路板一侧形成凸起。
72.本实施例中设置有四个本实施例中设置有四个激光器，则其下方板层对应位置设置盲孔305同样设有四个，分别与其上方贴附的四个激光器位置一一对应。同样的，在其对应的外壳402上，对应位置同样设置四个铜柱4025与四个盲孔305一一对应。
73.盲孔305与铜柱4025均为硬质铜材料，其接触面一定存在一定的缝隙，缝隙之间会填充空气，导致热传导效率下降。在一些实施例中，为了提高盲孔305与铜柱4025之间连接的紧密性，提高盲孔305与铜柱4025之间的热传导效率，盲孔305与铜柱4025通过银胶连接。银胶为流体材料，能够充分填充盲孔305与铜柱4025之间的缝隙，有助于提高热传导效率。
74.本实施例中铜柱4025设置于第二凸起4023内部，其一端与盲孔305通过银胶连接，另一端与下壳体202连接。
75.图12为本技术实施例体用的一种下壳体结构示意图。如图12所示，本技术实施例提供的下壳体202包括主板2021、第一侧板2022和第二侧板2023，第一侧板2022位于主板2021长度方向的一侧，第二侧板2023位于主板2021长度方向的另一侧。第一侧板2022的头部和第二侧板2023的头部相向的向光模块内部凹陷，进而下壳体202头部宽度相较其他部位稍窄。
76.为实现光发射次模块400的固定，主板2021设置有导热凸台2024与光发射次模块
400连接。导热凸台2024相对主板2021向腔体内侧凸起，与光发射次模块400连接，用于支撑光发射次模块400。因此，导热凸台2024的形态与外壳402的下表面形态一致。
77.导热凸台2024与铜柱4025均为硬质铜材料，其接触面一定存在一定的缝隙，缝隙之间会填充空气，导致热传导效率下降。在一些实施例中，为了增加导热凸台2024与铜柱4025之间连接的紧密性，提高导热凸台2024与铜柱4025之间的热传导效率，导热凸台2024与铜柱4025通过导热胶207连接。
78.因此，本实施例提供的光模块包括：电路板300，设置于上壳体201与下壳体202形成的包裹腔体内。光发射次模块400与电路板300卡接。光发射次模块400的外壳402一侧设置开口4024，电路板300穿过开口4024伸入外壳内部。下壳体202设置导热凸台2024与外壳402连接。电路板300表面贴附激光驱动芯片304，电路板300内部设置盲孔305。外壳402内嵌铜柱4025，一端与盲孔305通过银胶连接，另一端与导热凸台2024通过导热胶207连接。激光驱动芯片304的热量大部分通过盲孔305透过电路板传递至铜柱4025，然后经过铜柱4025贯穿外壳402，再经过导热胶207传送至导热凸台2024。整个热传导过程中，热量均通过导热性能较好的铜或导热胶进行传导，导热效率高，提高了激光器的热量传导能力，提高光模块在高温下的光电性能。
79.另一方面，激光驱动芯片304的热量还有一部分通过盖板401向上壳体201扩散。附图13为本技术实施例提供的一种上壳体的结构示意图。如图13所示，本技术实施例提供的上壳体201包括主盖板2011、第三侧板2012和第四侧板2013。第三侧板2012位于主盖板2011长度方向的一侧，第四侧板2013位于主盖板2011长度方向的另一侧。主盖板上设置次导热凸台2014，与盖板401连接。激光驱动芯片304的热量中的少部分通过盖板401传导至次导热凸台2014，向光模块外部扩散。
80.进一步，为提高盖板401与次导热凸台2014之间的热传导效率，盖板401与次导热凸台2014之间采用导热胶连接。盖板401与次导热凸台2014均为硬质材料，其接触面存在一定的缝隙，而导热胶为流体材料，能够充分填充盖板401与次导热凸台2014之间的缝隙，有助于提高热传导效率。
81.本实施例提供的光模块包括：电路板300，设置于上壳体201与下壳体202形成的包裹腔体内。光发射次模块400与电路板300卡接。光发射次模块400的外壳402一侧设置开口4024，电路板300穿过开口4024伸入外壳内部。下壳体202设置导热凸台2024与外壳402连接。电路板300表面贴附激光驱动芯片304，电路板300内部设置盲孔305。外壳402内嵌铜柱4025，一端与盲孔305通过银胶连接，另一端与导热凸台2024通过导热胶207连接。激光驱动芯片304的热量大部分通过盲孔305透过电路板传递至铜柱4025，然后经过铜柱4025贯穿外壳402，再经过导热胶207传送至导热凸台2024。整个热传导过程中，热量均通过导热性能较好的铜或导热胶进行传导，导热效率高，提高了激光器的热量传导能力，提高光模块在高温下的光电性能。另一部分热量通过盖板401传导至次导热凸台2014，向光模块外部扩散。
82.本技术实施例提供的散热结构同样适用于电路板上设置的多种产热芯片，用于产热较多的芯片的散热，提高芯片性能。
83.由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
84.需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
85.本领域技术人员在考虑说明书及实践本技术的公开后，将容易想到本技术的其他实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
86.以上所述的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。