光收发模块的制作方法

1.本案是关于一种光收发模块，尤指一种光收发模块，以提升散热效能并确保信号传输的稳定性。


背景技术：

2.光学收发器(transceiver)是一种小型且功能强大的设备，可用于数据的发送和接收。于光纤网络中，数据可以光脉冲的形式发送。其中数据可以极高的速度行进，并且跨越非常长的距离。而光学收发器是光纤网络的重要组成部分，因为它可进行电、光信号间的转换。一般而言，光学收发器可以插入或嵌入网络设备中，以进行信号的发送和接收。
3.传统光收发器的光机组件是采用多阶段式组装方式完成。例如先将光收发元件、透镜以及光纤阵列等光机组件分别形成于各自基座上，再组装至电路板上。然而，光收发器进行信息收发时，各光机组件工作会产生不同的热量，而致各光机组件及其基座发生不同程度的体积变化。在前述变化之下，各光机组件之间的位置会发生偏移，而导致光收发器内部光路偏移或中断，进而造成光收发器的稳定性和寿命降低。有鉴于此，实有必要提供一种光收发模块，以解决习知技艺所面对的问题。


技术实现要素：

4.本案的目的在于提供一种光收发模块，以提升散热效能并确保信号传输的稳定性。通过先将例如氮化铝基板的导热基板嵌入电路基板以形成一体式结构后，再承载例如光收发元件等光机组件。而一体式结构有助于提升整体的散热效能，且金属布线结构还可通过电镀或线路印刷制程而一体形成于基板及导热基板之间。设置于导热基板上的光机组件，借助导热基板高热传特性与直接焊接图形化设计，即便在高功率驱使下仍能有效散热，避免热量聚积而影响其操作性能。
5.本案的另一目的在于提供一种光收发模块，以提升散热效能并确保信号传输的稳定性。通过将例如氮化铝基板的导热基板嵌入电路基板，形成一体式结构以承载例如光收发元件等光机组件。由于导热基板与电路基板的弹性模数与热膨胀系数相近，有助于提升光机组件的组装制程的稳定性和产品品质，同时确保光机组件操作性能的稳定性，避免光收发模块中例如光收发元件等光机组件于操作时产生的热量聚积而发生信号传输异常或故障。
6.本案的再一目的在于提供一种光收发模块，以提升散热效能并确保信号传输的稳定性。通过一电镀或一线路印刷制程形成的金属布线结构，还一体地连接于导热基板与电路基板之间，以利于导热基板上的光机组件以最短距离实现至电路基板的电性连接，有效降低反射损耗(return loss)和插入损耗(insertion loss)，同时提升散热效能并确保信号传输的稳定性。
7.为达成前述目的，本案遂提供一种光收发模块，包括基板、导热基板、第一金属布线结构、光收发元件以及光纤阵列。基板具有开口，导热基板嵌设于开口。第一金属布线结
构通过电镀或线路印刷制程一体形成于基板及导热基板。光收发元件设置于导热基板上，且电连接至第一金属布线结构。光纤阵列设置于导热基板上，用以与光收发元件进行沟通。
8.于一实施例中，光收发元件、光纤阵列及第一金属布线结构均位于基板的一第一侧。
9.于一实施例中，光收发元件、光纤阵列位于基板的一第一侧，且第一金属布线结构位于基板的一第二侧，其中第一侧与第二侧彼此相背。
10.于一实施例中，部分第一金属布线结构延伸于导热基板表面，部分第一金属布线结构位于基板表面或伸入基板内。
11.于一实施例中，光收发元件为电致吸收调变激光、光电探测器或跨阻放大器。
12.于一实施例中，光收发模块还包括晶片载体，晶片载体具有一承载面以及一安装面，光收发元件设置于承载面，安装面贴合于导热基板上。
13.于一实施例中，光收发模块还包括第二金属布线结构，第一金属布线结构与第二金属布线结构分别配设于导热基板相异侧。
14.于一实施例中，光收发模块还包括导接件，电连接第一金属布线结构及第二金属布线结构。
15.于一实施例中，光收发模块还包括透镜，设置于导热基板上，且位于光收发元件以及光纤阵列之间。
16.于一实施例中，光收发模块还包括导热凸台，热耦合至导热基板。
17.于一实施例中，基板为印刷电路板。
18.为达成前述目的，本案另提供一种光收发模块，包括印刷电路板、第一金属布线结构、光收发元件以及光纤阵列。印刷电路板嵌设有导热基板，其中导热基板具有彼此相背的第一侧及第二侧，且印刷电路板露出导热基板的第一侧。第一金属布线结构一体形成于导热基板及印刷电路板上。光收发元件设置于第一侧，且电连接至第一金属布线结构。光纤阵列设置于第一侧，用以与光收发元件进行沟通。
19.于一实施例中，第一金属布线结构是位于第一侧或第二侧。
20.于一实施例中，部分第一金属布线结构延伸于导热基板表面，部分第一金属布线结构位于印刷电路板的表面或伸入印刷电路板之内。
21.于一实施例中，光收发元件为电致吸收调变激光、光电探测器或跨阻放大器。
22.于一实施例中，光收发模块还包括晶片载体，晶片载体具有承载面以及一安装面，光收发元件设置于承载面，安装面贴合于导热基板上。
23.于一实施例中，光收发模块还包括第二金属布线结构，第一金属布线结构与第二金属布线结构分别配设于第一侧及第二侧。
24.于一实施例中，光收发模块还包括导接件，电连接第一金属布线结构及第二金属布线结构。
25.于一实施例中，光收发模块还包括透镜，设置于导热基板上，且位于光收发元件以及光纤阵列之间。
26.于一实施例中，光收发模块还包括导热凸台，热耦合至导热基板。
27.为达成前述目的，本案再提供一种光收发模块的制造方法，此制造方法包括以下步骤。步骤(a)是提供基板，其中基板包括有开口。步骤(b)是将导热基板嵌设于基板的开口
内。步骤(c)在基板以及导热基板上通过电镀或线路印刷制程形成第一金属布线结构。步骤(d)是将光收发元件以及光纤阵列设置于导热基板上，其中光收发元件电连接至第一金属布线结构，光纤阵列于空间上相对于光收发元件，用以与光收发元件进行沟通。
附图说明
28.图1是揭示本案第一较佳实施例的光收发模块的立体结构图；
29.图2是揭示图1的光收发模块于aa’线段的截面图；
30.图3是揭示本案第二较佳实施例的光收发模块的立体结构图；
31.图4是揭示图3的光收发模块于bb’线段的截面图；
32.图5是揭示本案第三较佳实施例的光收发模块的截面图；
33.图6是揭示本案第四较佳实施例的光收发模块的截面图；
34.图7是揭示本案第五较佳实施例的光收发模块的截面图；
35.图8是揭示本案第六较佳实施例的光收发模块的截面图；
36.图9a至图9d是揭示本案光收发模块的制程流程的第一示范例；
37.图10是揭示本案第七较佳实施例的光收发模块的截面图；
38.图11是揭示本案第八较佳实施例的光收发模块的截面图；
39.图12是揭示本案第九较佳实施例的光收发模块的截面图；
40.图13a至图13c是揭示本案光收发模块的制程流程的第二示范例。
41.【符号说明】
42.1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h：光收发模块
43.10、10a、10b：基板
44.11、11a：第一表面
45.12、12a：第二表面
46.12b：绝缘层
47.13：开口
48.20：导热基板
49.21：第三表面
50.22：第四表面
51.31、31a：光收发元件
52.311：晶片载体
53.312：电致吸收调变激光
54.313：承载面
55.314：安装面
56.32：光纤阵列
57.33：透镜
58.34：发热组件
59.40、40a：第一金属布线结构
60.41、41a：第二金属布线结构
61.42：导接件
62.aa’：线段
63.bb’：线段
具体实施方式
64.体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本案。
65.图1是揭示本案第一较佳实施例的光收发模块的立体结构图。图2是揭示图1的光收发模块于aa’线段的截面图。于本实施例中，光收发模块1包括基板10、导热基板20、第一金属布线结构40、光收发元件31以及光纤阵列32。基板10，例如是印刷电路板，具有开口13，导热基板20嵌设于开口13。第一金属布线结构40通过电镀或线路印刷制程一体形成于基板10及导热基板20上。前述一体形成是指第一金属布线结构40同时连接基板10及导热基板20，可一次成型，也可以多次成型。
66.光收发元件31可例如是电致吸收调变激光、光电探测器或跨阻放大器，本案并不受限于此。于本实例中，光收发元件31设置于导热基板20上，且电连接至第一金属布线结构40。其中部分第一金属布线结构40延伸于导热基板20表面，部分第一金属布线结构40延伸于基板10表面。光纤阵列32设置于导热基板20上，用以与光收发元件31进行沟通。当光收发元件31为发光元件时，光纤阵列32接收来自光收发元件31的光束。当光收发元件31为收光元件时，光收发元件31接收来自光纤阵列32的光束。
67.于本实施例中，导热基板20例如但不限于是氮化铝基板。导热基板20的导热系数较佳是160w/m
·
k以上。导热基板20的弹性模数(杨氏模数)较佳是320gpa左右。导热基板20的热膨胀系数较佳是4.4ppm/℃左右。当导热基板20符合任一前述条件时，可提升光机组件的组装制程的稳定性和产品品质，同时确保光机组件操作性能的稳定性及寿命。
68.于本实施例中，基板10包括第一表面11以及第二表面12，第一表面11与第二表面12分别位于彼此相背的基板10第一侧与第二侧。开口13贯穿第一表面11与第二表面12。另外，导热基板20包括一第三表面21以及一第四表面22，其中第三表面21以及第四表面22分别位于彼此相背的导热基板20第一侧与第二侧。于本实施例中，第三表面21与第一表面11相邻设置，光收发元件31与光纤阵列32设置于第三表面21上。此外，基板10的第一侧与导热基板20的第一侧可以位于同一侧，基板10的第二侧与导热基板20的第二侧可以位于同一侧。
69.于本实施例中，光收发元件31邻设于基板10的第一表面11以及导热基板20的第三表面21的交界处。光收发元件31例如由电致吸收调变激光(electroabsorption modulated laser,eml)312以及晶片载体311(chip on carrier,coc)所构成。晶片载体311具有承载面313以及安装面314。电致吸收调变激光312设置于晶片载体311的承载面313，安装面314贴合于导热基板20的第三表面21。较佳者，基板10的第一表面11与晶片载体311的承载面313相连接，第一金属布线结构40设置于晶片载体311的承载面313以及基板10的第一表面11上。光收发元件31、光纤阵列32及第一金属布线结构40均位于导热基板20上，较佳是均位于基板10的第一表面11所在的第一侧。因光收发元件31及光纤阵列32运作时产生的热是被同一导热基板20所导离及均热，故可以有效维持光收发元件31及光纤阵列32间的相对位置，
有效降低反射损耗(return loss)和插入损耗(insertion loss)，同时确保信号传输的稳定性并提升散热效能、光收发模块1的使用稳定度及寿命。
70.于本实施例中，光收发模块1还包括透镜(lens)33，设置于导热基板20上，且位于光收发元件31以及光纤阵列32之间，用以对光收发元件31与光纤阵列32间的光传递聚焦。当然，本案并不以此为限。另外，于本实施例中，光收发模块1还包括光接收组件34，设置于导热基板20上，透过导热基板20进行散热。其中光接收组件34是电致吸收调变激光、光电探测器(photo detector，pd)或跨阻放大器(trans
‑
impedance amplifier，tia)。于另一实施例中，光接收组件34与光收发元件31还例如各别设置于不同的导热基板20，再一并组装至基板10上。当然，本案不以此为限。
71.图3是揭示本案第二较佳实施例的光收发模块的立体结构图。图4是揭示图3的光收发模块于bb’线段的截面图。于本实施例中，光收发模块1a与图1至图2所示的光收发模块1相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施中，光收发模块1a包括基板10、导热基板20、第一金属布线结构40、第二金属布线结构41、光收发元件31a、光纤阵列32以及透镜33。基板10具有第一表面11、第二表面12以及开口13，导热基板20嵌设于开口13，且导热基板20的第三表面21以及第四表面22分别连接基板10的第一表面11以及第二表面12。第一金属布线结构40通过电镀或线路印刷制程一体形成于第一表面11及第三表面21上。第二金属布线结构41通过电镀或线路印刷制程一体形成于第二表面12及第四表面22上。即第一金属布线结构40以及第二金属布线结构41分别配设于导热基板20相异侧。于本实施例中，光收发元件31a例如为电致吸收调变激光晶片，不具晶片载体结构，而以导热基板20当晶片载体，或还是以覆晶(flip chip)型式直接设置于导热基板20的第三表面21上，且电连接至第一金属布线结构40，则第一金属布线结构40可例如作为信号通道。由于光收发元件31a直接透过导热基板20进行散热，以提升光收发模块1a的散热效能。另一方面，设置于第二表面12及第四表面22上的第二金属布线结构41则可作为例如接地线或散热金属层。当然，本案并不以此为限。于其他实施例中，光收发元件31与光纤阵列32位于基板10的第一表面11所在第一侧，第一金属布线结构40位于基板10的第二表面12所在的第二侧，第一侧与第二侧彼此相背，第一金属布线结构40的一部分可作为接地线或散热金属层。本案并不以此为限，且不再赘述。
72.图5是揭示本案第三较佳实施例的光收发模块的截面图。于本实施例中，光收发模块1b与图3至图4所示的光收发模块1a相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施中，基板10a为印刷电路板，甚至是多层电路基板。导热基板20嵌设于基板10a的开口13，且导热基板20的第四表面22连接基板10的第二表面12。第一金属布线结构40a通过电镀或线路印刷制程一体形成于第三表面21上，且延伸至基板10a的第一表面11a以及第二表面12之间。部分第一金属布线结构40a延伸于导热基板20表面，部分第一金属布线结构40a伸入基板10内。于换言之，第一金属布线结构40a可为基板10a的一内部布线层，可例如透过导电过孔导接至基板10a的第一表面11a或第二表面12。借此，光收发元件31a可直接透过导热基板20进行散热，提升光收发模块1b的散热效能。此外，光收发元件31a还可透过第一金属布线结构40a实现多元变化的电路连接设计。当然，本案并不以此为限。
73.图6是揭示本案第四较佳实施例的光收发模块的截面图。于本实施例中，光收发模
块1c与图3至图4所示的光收发模块1a相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，第二金属布线结构41a通过电镀或线路印刷制程一体形成于第四表面22，且延伸至基板10b的第一表面11以及第二表面12a之间。换言之，第二金属布线结构41a可为基板10b的一内部布线层，可透过导电通道导接至基板10b的第一表面11或第二表面12a。借此，光收发元件31a可直接透过导热基板20进行散热，提升光收发模块1c的散热效能。此外，基板10b还可透过第二金属布线结构41a作为例如接地线或散热金属层，实现多元变化的电路连接设计并提升光收发模块1c的散热效能。当然，本案并不以此为限。
74.图7是揭示本案第五较佳实施例的光收发模块的截面图。于本实施例中，光收发模块1d与图6所示的光收发模块1c相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施中，光收发模块1d还包括一导热凸台50，热耦合至导热基板20的第四表面22，借以提升导热基板20的散热效能。于本实施例中，导热凸台50可例如但不限于是由锌或铜合金所构成。
75.图8是揭示本案第六较佳实施例的光收发模块的截面图。于本实施例中，光收发模块1e与图6所示的光收发模块1c相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施中，导热基板20还包括导接件42，形成于导热基板20的侧壁或深入导热基板20内，电连接于第一金属布线结构40及第二金属布线结构41a之间。于本实施例中，导接件42可例如但不限于是一侧壁镀金层。于其他实施例中，导接件42亦可例如是导电过孔或导电柱，本案并不以此为限，且不再赘述。
76.由上可知，本案通过将例如氮化铝基板的导热基板20嵌入基板10、10a、10b，形成一体式结构以承载例如光收发元件31、31a等光机组件。而一体式结构有助于提升整体的散热效能及维持各光机组件间的光路通畅。第一金属布线结构40、40a以及第二金属布线结构41、41a还可通过电镀或线路印刷制程而一体形成于基板10、10a、10b及导热基板20之间。设置于导热基板20上的光机组件，借助导热基板20高热传特性与第一金属布线结构40、40a以及第二金属布线结构41、41a直接焊接图形化设计，可提升散热效能并确保信号传输的稳定性。而针对前述实施例，本案还提供一种光收发模块的制造方法。
77.图9a至图9d是揭示本案光收发模块的制程流程的第一示范例。首先，如图9a所示，提供一基板10。其中基板10包括第一表面11、第二表面12以及一开口13，开口13贯穿第一表面11以及第二表面12。如图9b所示，将一例如氮化铝基板的导热基板20嵌设于基板10的开口13内，使基板10与导热基板20形成一体式结构。于本实施例中，基板10与导热基板20的厚度相同，基板10的第一表面11连接导热基板20的第三表面21，基板10的第二表面12连接导热基板20的第四表面22。当然，本案并不受限于此。任何将导热基板20嵌设于基板10的组装方式均适用于本案。尔后，通过电镀或线路印刷制程形成一第一金属布线结构40或/及第二金属布线结构41。于本实施例中，第一金属布线结构40分别延伸至导热基板20的第三表面21及基板10的第一表面11。如图9c所示，第二金属布线结构41例如由导热基板20的第四表面22延伸至基板10的第二表面12。最后，将光收发元件31a、光纤阵列32以及透镜33等光机组件设置于导热基板20的第三表面21，并完成耦合对位。所得的光收发模块1f即如图10所示。光纤阵列32于空间上相对于光收发元件31a，透镜33位于光收发元件31a以及光纤阵列32之间，用以中转来自光收发元件31a或光纤阵列32的光束。
78.另外，于本实施例中，光收发元件31a电连接至第一金属布线结构40上，且靠近于
导热基板20的第三表面21与基板10的第一表面11的交界处，以利于导热基板20上的光收发元件31a以最短距离实现至基板10的电性连接，有效降低反射损耗和插入损耗，同时提升散热效能并确保信号传输的稳定性。于另一实施例中，光收发元件31、光纤阵列32以及透镜33等光机组件可设置于导热基板20的第四表面21，所得的光收发模块1g即如图11所示。第一金属布线结构40以及第二金属布线结构41还可例如透过基板10的导电过孔或导电柱(未附图)实现电性连接。当然，本案并不以此为限，且不再赘述。
79.另一方面，通过电镀或线路印刷制程将第一金属布线结构40设置于导热基板20的第三表面21及基板10的第一表面11。将第二金属布线结构41设置于导热基板20的第四表面22及基板10的第二表面12，所得一体式结构如图9c所示。于一实施例中，透过例如压合(lamination)制程，使一绝缘层12b覆盖如基板10的第二表面12、导热基板20的第四表面22以及第二金属布线结构41。尔后，再透过蚀刻露出导热基板20的第四表面22以及部分的第二金属布线结构41a，则所得的结构如图9d所示。其中基板10b成为多层电路板结构，而第二金属布线结构41a还延伸至第一表面11及第二表面12a之间，成为基板10b的一内部布线层。此时，将光收发元件31a、光纤阵列32以及透镜33等光机组件设置于导热基板20的第三表面21，则所得的光收发模块1c即如图6所示。于另一实施中，将光收发元件31a、光纤阵列32以及透镜33等光机组件设置于导热基板20的第四表面21，则所得的光收发模块1h即如图12所示。
80.图13a至图13c是揭示本案光收发模块的制程流程的第二示范例。首先，如图13a所示，提供一基板10。其中基板10包括第一表面11、第二表面12以及一开口13，开口13贯穿第一表面11以及第二表面12。接着，将一例如氮化铝基板的导热基板20嵌设于基板10的开口13内，使基板10与导热基板20形成一体式结构，如图13b所示。于本实施例中，基板10的厚度还例如大于导热基板20的厚度，基板10的第二表面12连接导热基板20的第四表面22，导热基板20的第三表面21于组装后位于基板10的开口13内，低于第一表面11的高度。接着，将光收发元件31、光纤阵列32与透镜33等光机组件设置于第三表面21上，并完成彼此的耦合对位，如图13c所示。于本实施例中，光收发元件31例如包括电致吸收调变激光312以及晶片载体311。晶片载体311具有一承载面313以及一安装面314。电致吸收调变激光312设置于晶片载体311的承载面313，安装面314贴合于导热基板20的第三表面21，承载面313则连接基板10的第一表面11，使光收发元件31邻设于基板10的第一表面11以及导热基板20的第三表面21的交界处。尔后，通过电镀或线路印刷制程形成第一金属布线结构40，设置于基板10的第一表面11，且延伸至导热基板20上晶片载体311的承载面313，使导热基板20上的电致吸收调变激光312以最短距离实现至基板10的电性连接。所得光收发模块1即如图1及图2所示。借此，电致吸收调变激光312产生的热量经晶片载体311与导热基板20即可有效逸散，而通过电镀或线路印刷制程形成的第一金属布线结构40一体地连接于导热基板20与基板10之间，实现电致吸收调变激光312以最短距离电连接至基板10，同时提升散热效能并确保信号传输的稳定性。
81.综上所述，本案提供一种光收发模块，以提升散热效能并确保信号传输的稳定性。通过先将例如氮化铝基板的导热基板嵌入电路基板以形成一体式结构后，再承载例如光收发元件等光机组件。而一体式结构有助于提升整体的散热效能，且金属布线结构还可通过电镀或线路印刷制程而一体形成于基板及导热基板之间。设置于导热基板上的光机组件，
借助导热基板高热传特性与直接焊接图形化设计，即便在高功率驱使下仍能有效散热，避免热量聚积而影响其操作性能，且可以有效降低反射损耗(return loss)和插入损耗(insertion loss)，进而提升散热效能并确保信号传输的稳定性。
82.本案得由熟悉此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱所附权利要求书所欲保护的范围。