一种800G光模块的制作方法

一种800g光模块
技术领域
1.本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种800g光模块。


背景技术：

2.当前，800g光模块配套电路复杂，电子元器件种类及数量繁多，封装方式主要包括osfp和qsfp
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dd两种，其中采用osfp封装形式的光模块布板空间相对较大，布板及走线难度相对较低，可实现性更高，是大部分客户的选择。但也有部分客户提出对更小尺寸的qsfp
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dd封装形式的800g光模块的需求，其布板空间更有限，设计难度较大。800g光模块采用硅光芯片，相比于传统的光子技术，硅光技术更能满足光模块行业对于更低成本、更高集成度、更高速率、更低功耗和可靠性的迫切需求，是解决当前功耗、速率、布板空间等多方面瓶颈问题的关键技术。
3.800g光模块相对400g光模块来说，元器件数量和布线密度均增加一倍；同时qsfp
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dd封装形式相对osfp封装形式来说，模块整体尺寸更小，如公开号为cn112711108a的中国发明专利公开了一种800g光模块，其中记载了在pcb电路板的一侧设置有发射端，在所述pcb电路板的另一侧设置有接收端，通过将发射端和接收端分别设置在pcb电路板的正反两侧，避免了光芯片或电路排布过于紧凑的问题，然而这样的设计也占用了更多的pcb板上的空间，在本来已经尺寸更小的qsfp
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dd封装形式下，使得pcb板留有的区域难以合理的布局其他的元器件。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种800g光模块，其布板紧凑且合理，余留了更多的空间可以布局元器件，满足光模块的封装需求。
5.其技术方案是这样的：一种800g光模块，包括能够拼接成一体的上盖体、下壳体以及设置在所述上盖体和下壳体之间的pcb电路板，所述pcb电路板上设置有控制芯片、发射端组件、接收端组件，其特征在于：所述控制芯片、发射端组件、接收端组件分别设置在所述pcb电路板的第一表面上，所述接收端组件包括设置在所述两侧的发射端组件后方两侧的第一接收端和第二接收端，在所述pcb电路板上，由所述第一接收端和所述第二接收端以及发射端组件围成的区域构成第一元器件安装区，所述pcb电路板的第二表面上设有第二元器件安装区。
6.进一步的，所述第一接收端和所述第二接收端分别包括顺序设置的光纤阵列、硅光芯片、电芯片、陶瓷基板，所述电芯片通过金属垫块安装到所述pcb电路板，所述硅光芯片、电芯片、陶瓷基板之间通过金线键合。
7.进一步的，所述硅光芯片、电芯片、陶瓷基板等高设置。
8.进一步的，所述硅光芯片接近所述电芯片设置，所述电芯片接近所述陶瓷基板设置，用于减少金线长度。
9.进一步的，所述光纤阵列和所述金属垫块分别通过粘胶的方式固定于所述pcb电
路板上，所述电芯片以粘胶的方式固定在所述金属垫块上，所述陶瓷基板通过bga球焊的方式固定在pcb电路板上，所述硅光芯片以贴片方式固定在pcb电路板上。
10.进一步的，所述发射端组件包括激光器、光学透镜、光隔离器阵列、光纤阵列，所述激光器和所述光学透镜分别固定在tec制冷器上，所述光隔离器阵列、光纤阵列、tec制冷器分别安装在金属热沉上。
11.进一步的，所述pcb电路板上设有发射端安装槽，所述金属热沉设置在所述发射端安装槽的下端，所述发射端组件分别置于所述发射端安装槽中。
12.进一步的，所述金属热沉上设置有tec安装腔体，所述tec制冷器安装在所述tec安装腔体中，所述金属热沉上设置有定位块，所述定位块包括呈直角设置的第一定位边、第二定位边，所述光隔离器阵列的两侧边分别紧贴所述第一定位边和所述第二定位边设置，所述光纤阵列位于所述光隔离器阵列的后侧，所述光纤阵列的前端紧靠所述光隔离器阵列的后端设置，所述光纤阵列的一侧侧边紧贴所述第二定位边设置。
13.进一步的，所述金属热沉以粘胶的方式与所述pcb电路板固定连接，所述tec制冷器、光隔离器阵列和所述光纤阵列均以粘胶的方式固定在所述金属热沉上，所述激光器以贴片方式固定在所述tec制冷器上，所述光学透镜以粘胶的方式固定于所述tec制冷器上。
14.进一步的，所述控制芯片为dps芯片。
15.进一步的，所述tec制冷器与所述金属热沉之间设有导热胶。
16.本发明的800g光模块，将发射端组件和接收端组件均布置在pcb电路板一个表面上，然后通过将接收端组件分成两部分并布置在发射端组件后方的两侧，接收端组件和发射端组件围成的区域在pcb电路板的一个表面上形成了第一元器件安装区，同时pcb电路板的另一个表面由于未布置发射端组件和接收端组件，从而留下了大量的布板空间可以作为第二元器件安装区，保证光模块元器件及配套电路具有足够的布板空间，降低了布板及走线难度，在整体封装尺寸更小的情况下，也可以满足元器件的布置需求，使得本发明的800g光模块同时满足osfp和qsfp
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dd两种封装形式；
17.由于800g光模块配套电路复杂，电子元器件种类及数量繁多，在本发明的800g光模块中，接收端采用硅光芯片，其更能满足光模块行业对于更低成本、更高集成度、更高速率、更低功耗和可靠性的迫切需求，是解决当前功耗、速率、布板空间等多方面瓶颈问题的关键技术，通过陶瓷基板实现电芯片与pcb电路板间的电路转接，通过金属垫块来消除硅光芯片与电芯片间的高度差，吸收打线长度，具有较好的高速性能，并且结构简单可靠，具有较好的量产可行性。
附图说明
18.图1为本实施例中的800g光模块的爆炸图；
19.图2为本实施例中的800g光模块的隐藏壳体后的示意图；
20.图3为本实施例中的800g光模块的pcb电路板背面的示意图；
21.图4为本实施例中的发射端组件的示意图；
22.图5为金属热沉的示意图；
23.图6为本实施例中的800g光模块的示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
25.见图1
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图6，本发明的800g光模块，包括能够拼接成一体的上盖体1、下壳体2以及设置在上盖体1和下壳体2之间的pcb电路板3，pcb电路板3上设置有控制芯片4、发射端组件5、接收端组件6，控制芯片4采用dps芯片，控制芯片4、发射端组件5、接收端组件6分别设置在pcb电路板的正面3a上，接收端组件6包括设置在两侧的发射端组件5后方两侧的第一接收端6a和第二接收端6b，在pcb电路板3上，由第一接收端6a和第二接收端6b以及发射端组件5围成的区域构成第一元器件安装区7，pcb电路板的第二表面上设有第二元器件安装区8，第一元器件安装区7和第二元器件安装区8可以用来布置光模块的必要电子元器件，包括电容、电感、mcu等等，有效解决了布板空间不足、难度大的问题。
26.本实施例中，发射端组件与接收端组件均设置在pcb电路板的正面，即设置有dsp芯片的一侧，发射端居中设置在pcb电路板正面，接收端组件分成两部分，设置在pcb电路板左右两侧靠近dsp芯片的位置，合理利用了布板空间，在pcb电路板正面两侧接收端的中间区域及pcb电路板反面区域留有较大，可以用来布置元器件。
27.具体的，见图1，2，第一接收端6a和第二接收端6a分别包括顺序设置的光纤阵列61、硅光芯片62、电芯片63、陶瓷基板64，电芯片63通过金属垫块65安装到pcb电路板3，硅光芯片62、电芯片63、陶瓷基板64之间通过金线键合，在本实施例中行，通过金属垫块65的设置，使得硅光芯片62、电芯片63、陶瓷基板64等高设置，通过金属垫块65的厚度来消除电芯片63与硅光芯片62间的高度差。
28.当前光模块行业背景下的硅光技术，硅光芯片相对于电芯片来说，厚度普遍偏厚，因此电芯片与硅光芯片间存在较大的高度差，导致金线键合长度较长，高速性能无法能到有效保证。若通过在pcb电路板上挖槽，将硅光芯片设置于槽内的的方式来消除电芯片和硅光芯片间的高度差，势必会影响电路走线，同时也会造成pcb电路板强度不足等问题，方案可行性和产品可靠性无法得到有效保证。本实施例提供的800g光模块，利用金属垫块有效解决了硅光芯片与电芯片间存在的高度差问题，极大缩短了打线长度，金属垫块由导电性能良好的金属材料制成，譬如铜，具有较好的高速性能。
29.同时在本实施例中，在具体设置时，在不相接触的前提下，在工艺条件允许的情况下，将硅光芯片62尽可能的接近电芯片63设置，将电芯片63尽可能的接近陶瓷基板64设置，用于减少金线长度，使得电芯片63的键合焊盘与硅光芯片62、陶瓷基板64上相应键合焊盘贴近对齐，以确保金线长度尽可能短，进一步的确保了光模块具有较好的高速性能。
30.在本实施例中，光纤阵列61和金属垫块65分别通过粘胶的方式固定于pcb电路板3上，电芯片63以粘胶的方式固定在金属垫块65上，陶瓷基板64通过bga球焊的方式固定在pcb电路板3上，硅光芯片62以贴片方式固定在pcb电路板上。
31.见图4、5，在本发明的实施例中，发射端组件5包括激光器51、光学透镜52、光隔离器阵列53、光纤阵列54，激光器51和光学透镜52分别固定在tec制冷器55上，光隔离器阵列53、光纤阵列54、tec制冷器55分别安装在金属热沉56上。
32.具体的，pcb电路板3上设有发射端安装槽31，金属热沉56设置在发射端安装槽31的下端，发射端组件5分别置于发射端安装槽31中。
33.金属热沉56上设置有tec安装腔体561，tec制冷器55安装在tec安装腔体561中，金属热沉561上设置有定位块，定位块包括呈直角设置的第一定位边562、第二定位边563，光隔离器阵列53的两侧边分别紧贴第一定位边562和第二定位边563设置，光纤阵列54位于光隔离器阵列53的后侧，光纤阵列54的前端紧靠光隔离器阵列53的后端设置，光纤阵列54的一侧侧边紧贴第二定位边563设置。
34.本实施例中光隔离器阵列通过金属热沉上设置的定位块进行定位，光纤阵列通过紧贴光隔离器阵列端面和定位块进行定位，最大化地缩短了光隔离器阵列和光纤阵列间的间隙，提高了定位精度，缩小了光斑大小，具有更大的容差范围，可靠性较好。
35.金属热沉56以粘胶的方式与pcb电路板3固定连接，tec制冷器55、光隔离器阵列53和光纤阵54列均以粘胶的方式固定在金属热沉56上，激光器51以贴片方式固定在tec制冷器55上，光学透镜52以粘胶的方式固定于tec制冷器55上。
36.其中，金属热沉的材质为导热系数及热膨胀系数较低的金属材料，tec制冷器通过粘胶的方式固定于金属热沉上设置的tec安装腔体内，tec制冷器底部涂有导热胶，以确保tec散热面与金属热沉间具有良好的导热性。激光器通过贴片的方式固定于tec制冷面，与pcb电路板以金线键合的方式实现电信号的传输，激光器键合焊盘与pcb电路板上相应键合焊盘贴近对齐，以确保金线长度尽可能短，保证高速信号的传输性能。光隔离器阵列和光纤阵列通过粘胶的方式固定于金属热沉上，与激光器保持高精度的位置关系。光学透镜以粘胶的方式固定于tec上，设置于激光器和光隔离器阵列之间，将激光器发出的发散光透过光隔离器阵列聚焦于光纤阵列中，实现光信号的传输。
37.此外，发射端组件的光纤阵列连接到pcb电路板的光口32，发射端组件的光纤阵列连接到pcb电路板的光口32，pcb电路板的一端为电口31。
38.本发明的800g光模块具有以下优点：
39.1.将发射端和接收端均布置在pcb电路板一个表面，封装结构简单可靠，布板紧凑且合理，既满足整体尺寸更小的qsfp
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dd封装结构，又在pcb电路板正面两侧接收端的中间区域及反面区域留用较大布板空间，降低了布板及走线难度。
40.2.本发明利用陶瓷基板实现了电芯片与pcb间的电路转接，利用金属垫块有效解决了硅光芯片与电芯片间存在的高度差问题，极大缩短了打线长度，具有较好的高速性能。
41.3.本发明采用半硅光方案，在接收端采用硅光芯片，在发射端采用传统光芯片，降低成本的同时，提高了产品良率和可靠性，具有较好的量产可行性。
42.4.本发明中光隔离器阵列通过金属热沉上设置的定位块进行定位，光纤阵列通过紧贴光隔离器阵列端面和定位块进行定位，最大化地缩短了光隔离器阵列和光纤阵列间的间隙，提高了定位精度，缩小了光斑大小，具有更大的容差范围，可靠性较好。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。