一种收发一体集成封装光器件的制作方法

本发明涉及光模块，特别是涉及一种收发一体集成封装光器件。

背景技术：

1、光收发一体模块(简称：光模块/光器件)是在光纤通信系统中的重要器件。随着大数据和云计算技术的快速发展，对光器件的传输速率、带宽、集成度和功耗等性能提出了更高要求。

2、如授权公告号为cn215416013u、授权公告号为2022.01.04的中国发明专利公开了一种气密性封装硅光400g光模块，光模块包括外壳和硅光模块，外壳包括安装座和上盖，安装座与上盖固定连接并对硅光模块起到保护作用；硅光模块包括pcb板、管壳和硅光芯片，pcb板上焊接固定有主芯片，pcb板的一端设置有导电触片，pcb板的另一端贯穿管壳的侧壁，并固定连接于管壳的内部；硅光芯片设置于管壳的内部，且位于pcb板的一侧，硅光芯片与pcb板键合连接，硅光芯片上设置有入光光波导、硅光调制器和光电探测器，管壳的一侧设置有至少一组激光器芯片，激光器芯片靠近硅光芯片的一侧设置有耦合透镜。

3、现有气密性封装硅光400g光模块设计有外壳、pcb板、管壳和硅光芯片，激光器芯片设置于管壳的一侧，在保证散热效率的情况，难以对激光器芯片起到可靠封装保护的作用；而且，pcb板、硅光芯片和激光器芯片相当于在外壳内并列布置，光模块的整体尺寸较大，光通信传输效率低。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种收发一体集成封装光器件，以解决激光器芯片设置于管壳的一侧，难以对激光器芯片起到可靠封装保护的作用，且pcb板、硅光芯片和激光器芯片相当于在外壳内并列布置，光模块的整体尺寸较大，光通信传输效率低的问题。

2、本发明的收发一体集成封装光器件的技术方案为：

3、收发一体集成封装光器件包括封装外壳、pic芯片、eic芯片、dfb激光器、散热元件和光纤阵列，所述pic芯片、所述eic芯片、所述dfb激光器、所述散热元件和所述光纤阵列分别安装于所述封装外壳中；

4、所述封装外壳的一侧内壁设置有陶瓷基层，所述pic芯片贴装于所述陶瓷基层上，所述eic芯片贴装于所述pic芯片背向于所述陶瓷基层的侧面，所述pic芯片的一侧还设有沉槽，所述dfb激光器内埋贴装于所述沉槽中；

5、所述pic芯片的内部还设有接收光路和发射光路，且所述接收光路位于所述pic芯片的边缘设置有接收光口；所述dfb激光器与所述发射光路对应布置，所述发射光路位于所述pic芯片的边缘设置有发射光口；

6、所述光纤阵列设置于所述封装外壳的一侧内壁，且所述光纤阵列与所述pic芯片相对设置，所述光纤阵列具有与所述接收光口对应的接收端光纤，以及与所述发射光口对应的发射端光纤。

7、进一步的，所述pic芯片与所述陶瓷基层之间电连接有球栅阵列层，所述eic芯片、所述dfb激光器分别倒装于所述pic芯片的表面和所述沉槽中，且所述eic芯片与所述pic芯片之间、所述dfb激光器与所述pic芯片之间电连接有球栅阵列层。

8、进一步的，所述球栅阵列层为铜柱凸块阵列采用热压焊或回流焊成型。

9、进一步的，所述eic芯片集成有光发射组件的驱动元件和光接收组件的跨阻放大器。

10、进一步的，所述封装外壳包括盒形壳体和盖板，所述盖板与所述盒形壳体之间采用平行缝焊方式气密封装，所述陶瓷基层设置于所述盒形壳体的内底面，且所述陶瓷基层的表面还印刷成型有焊盘。

11、进一步的，所述光纤阵列对应所述pic芯片的一侧还设有隔离器，所述光纤阵列还连接有接收端光纤、发射端光纤和插座，所述封装外壳上开设有连接孔，所述插座与所述封装外壳之间采用激光焊接固定，且所述接收端光纤和所述发射端光纤密封穿装于所述插座中。

12、进一步的，所述接收光路还设有第一偏振分光器、可调光衰减器和光电二极管，所述第一偏振分光器靠近所述接收光口布置，所述可调光衰减器和所述光电二极管沿所述接收光路的信号方向依次布置。

13、进一步的，所述发射光路还设有调制器、第二偏振分光器和第三偏振分光器，所述调制器和所述第二偏振分光器均设有多个，所述dfb激光器与多个所述调制器之间的发射光路为树型光路，且所述调制器与所述第二偏振分光器对应布置，所述第三偏振分光器靠近所述发射光口布置。

14、进一步的，所述散热元件贴装于所述pic芯片对应所述dfb激光器的背面，以在所述dfb激光器、所述pic芯片、所述散热元件和所述封装外壳之间形成导热路径。

15、进一步的，所述散热元件为半导体制冷器，所述散热元件的厚度小于所述封装外壳的一侧壁厚，所述封装外壳的一侧内壁开设有容置凹槽，所述容置凹槽与所述散热元件凹凸配合。

16、本发明的收发一体集成封装光器件，与现有技术相比，其有益效果：该收发一体集成封装光器件采用了封装外壳、以及安装于封装外壳内部的pic芯片、eic芯片、dfb激光器、散热元件和光纤阵列的设计形式，封装外壳对pic芯片、eic芯片、dfb激光器、散热元件和光纤阵列起到气密保护的作用，确保了内部激光器及其他光电元件的可靠性。eic芯片贴装于pic芯片上，dfb激光器内埋贴装于pic芯片的沉槽中，eic芯片和dfb激光器仅占用了pic芯片的表面空间，充分利用了pic芯片的表面空间，提高了芯片的集成度。

17、将pic芯片连同eic芯片和dfb激光器直接贴装于封装外壳的陶瓷基层上，通过陶瓷基层替代了单独的pcb板，简化了封装光器件的结构布局，有效地提高了封装外壳内部空间的利用率，使整个封装光器件的体积得到缩小。pic芯片的内部还设有接收光路和发射光路，光纤阵列的接收端光纤与接收光口对应，可将外界光信号准确传递至接收光路；光纤阵列的发射端光纤与发射光口对应，可将dfb激光器发出的光信号经过发射光路传递至发射端光纤，实现了光信号的收发一体功能。

18、其中，dfb激光器发出的热量可通过散热元件传导至封装外壳，兼顾了封装气密性和散热效果。另外，eic芯片、dfb激光器和pic芯片的贴装方式，相比于金线键合工艺，缩短了光/电信号的传输距离，保证了光/电信号的传输稳定性，有效提高了信号的传输效率和产品的性能。

技术特征：

1.一种收发一体集成封装光器件，其特征是，包括封装外壳(1)、pic芯片(2)、eic芯片(3)、dfb激光器(4)、散热元件(5)和光纤阵列(6)，所述pic芯片(2)、所述eic芯片(3)、所述dfb激光器(4)、所述散热元件(5)和所述光纤阵列(6)分别安装于所述封装外壳(1)中；

2.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述pic芯片(2)与所述陶瓷基层(11)之间电连接有球栅阵列层(30)，所述eic芯片(3)、所述dfb激光器(4)分别倒装于所述pic芯片(2)的表面和所述沉槽(20)中，且所述eic芯片(3)与所述pic芯片(2)之间、所述dfb激光器(4)与所述pic芯片(2)之间电连接有球栅阵列层(30)。

3.根据权利要求2所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述球栅阵列层(30)为铜柱凸块阵列采用热压焊或回流焊成型。

4.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述eic芯片(3)集成有光发射组件的驱动元件和光接收组件的跨阻放大器。

5.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述封装外壳(1)包括盒形壳体(12)和盖板(13)，所述盖板(13)与所述盒形壳体(12)之间采用平行缝焊方式气密封装，所述陶瓷基层(11)设置于所述盒形壳体(12)的内底面，且所述陶瓷基层(11)的表面还印刷成型有焊盘。

6.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述光纤阵列(6)对应所述pic芯片(2)的一侧还设有隔离器(63)，所述光纤阵列(6)还连接有接收端光纤(61)、发射端光纤(62)和插座(64)，所述封装外壳(1)上开设有连接孔，所述插座(64)与所述封装外壳(1)之间采用激光焊接固定，且所述接收端光纤(61)和所述发射端光纤(62)密封穿装于所述插座(64)中。

7.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述接收光路(21)还设有第一偏振分光器(23)、可调光衰减器(24)和光电二极管(25)，所述第一偏振分光器(23)靠近所述接收光口布置，所述可调光衰减器(24)和所述光电二极管(25)沿所述接收光路(21)的信号方向依次布置。

8.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述发射光路(22)还设有调制器(26)、第二偏振分光器(27)和第三偏振分光器(28)，所述调制器(26)和所述第二偏振分光器(27)均设有多个，所述dfb激光器(4)与多个所述调制器(26)之间的发射光路(22)为树型光路，且所述调制器(26)与所述第二偏振分光器(27)对应布置，所述第三偏振分光器(28)靠近所述发射光口布置。

9.根据权利要求1所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述散热元件(5)贴装于所述pic芯片(2)对应所述dfb激光器(4)的背面，以在所述dfb激光器(4)、所述pic芯片(2)、所述散热元件(5)和所述封装外壳(1)之间形成导热路径。

10.根据权利要求9所述的收发一体集成封装光器件，其特征是，所述散热元件(5)为半导体制冷器，所述散热元件(5)的厚度小于所述封装外壳(1)的一侧壁厚，所述封装外壳(1)的一侧内壁开设有容置凹槽，所述容置凹槽与所述散热元件(5)凹凸配合。

技术总结
本发明提供了一种收发一体集成封装光器件，涉及光模块领域。收发一体集成封装光器件包括封装外壳，以及安装于封装外壳中的PIC芯片、EIC芯片、DFB激光器、散热元件和光纤阵列；封装外壳的一侧内壁设有陶瓷基层，PIC芯片贴装于陶瓷基层上，EIC芯片贴装于PIC芯片侧面，DFB激光器内埋贴装于PIC芯片的沉槽中；PIC芯片的内部还设有接收光路和发射光路，且接收光路位于PIC芯片的边缘设有接收光口；DFB激光器与发射光路对应布置，发射光路位于PIC芯片的边缘设有发射光口；光纤阵列设于封装外壳的一侧内壁，光纤阵列与PIC芯片相对设置，光纤阵列具有与接收光口对应的接收端光纤，以及与发射光口对应的发射端光纤。

技术研发人员：黄杰
受保护的技术使用者：讯芸电子科技（中山）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8