一种光模块的制作方法

1.本技术涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。


背景技术：

2.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。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。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。
3.在硅光光模块中，硅光芯片设置在电路板上，通过金线连接至电路板的接地区域实现硅光芯片的地连接，但是金线会引入寄生电感，降低信号传输质量，因此需要提供另一种硅光芯片接地方式。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种光模块，以提供另一种硅光芯片接地方式。
5.电路板，具有通孔；
6.金属热沉，嵌设在所述通孔内，两端分别设有第一支撑台面和第二支撑台面，所述第一支撑台面和所述第二支撑台面用于支撑所述电路板；
7.所述电路板下表面上在与所述第一支撑台面上表面相接触区域处设有第一金属层，所述电路板下表面上在与所述第二支撑台面上表面相接触区域处设有第二金属层，所述第一支撑台面与所述第一金属层电连接，所述第二支撑台面与所述第二金属层电连接，所述第一金属层和所述第二金属层分别与电路板的接地层电连接进而实现所述金属热沉的接地；
8.激光组件，贴装在所述金属热沉上，用于发出不携带信号的光；
9.硅光芯片，贴装在所述金属热沉上，用于接收所述激光组件发出的不携带信号的光，通过所述金属热沉的接地进而实现所述硅光芯片的接地。
10.有益效果：本技术提供的光模块包括电路板，电路板上设有通孔，金属热沉嵌设在通孔内，激光组件和硅光芯片设置在金属热沉上，金属热沉的两端分别设有第一支撑台面和第二支撑台面，第一支撑台面和第二支撑台面用于支撑电路板，电路板下表面上在与第一支撑台面上表面相接触区域处设有第一金属层，电路板下表面上在与第二支撑台面上表面相接触区域处设有第二金属层，第一支撑台面与第一金属层电连接，第二支撑台面与第二金属层电连接，第一金属层和第二金属层均与电路板的接地层电连接，由于第一支撑台面和第二支撑台面均与相应金属层电连接，因此可以实现金属热沉的地连接，由于硅光芯片贴装在金属热沉上进而可以实现硅光芯片的接地连接，以保证硅光芯片的正常工作，避免现有技术中通过金线实现硅光芯片地连接所带来的寄生电感，保证信号传输的质量。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，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。
12.图1为光通信终端连接关系示意图；
13.图2为光网络单元结构示意图；
14.图3为本技术实施例提供的一种光模块结构示意图；
15.图4为本技术实施例提供光模块分解结构示意图；
16.图5为本技术实施例提供的一种电路板的正面结构示意图；
17.图6为本技术实施例提供的电路板上拆除保护罩的结构示意图；
18.图7为本技术实施例提供的电路板及其表面各结构的分解示意图；
19.图8为本技术实施例提供的金属热沉的结构示意图一；
20.图9为本技术实施例提供的金属热沉的结构示意图二；
21.图10为本技术实施例提供的金属热沉表面各结构的整体示意图；
22.图11为本技术实施例提供的金属热沉表面各结构的分解示意图；
23.图12为本技术实施例提供的金属热沉嵌设于电路板内的俯视角度下的示意图；
24.图13为本技术实施例提供的金属热沉嵌设于电路板内的侧视角度下的示意图；
25.图14为本技术实施例提供的金属热沉从电路板中分解出来的示意图；
26.图15为本技术实施例提供的金属热沉嵌设于电路板内的剖面结构示意图；
27.图16为本技术实施例提供的金属热沉的俯视结构示意图；
28.图17为本技术实施例提供的通孔外周铺设金属层的结构示意图；
29.图18为本技术实施例提供的金属热沉设置支撑面与通孔外周铺设金属层的相对位置关系示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
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。
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为本实用新型实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本实用新型实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本实用新型实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件、电路板203、保护罩300、光纤插座400和光纤带401。其中，保护罩300的下方设置有硅光芯片、激光组件等器件。
43.上壳体201和下壳体202形成具有包裹腔体的壳体。具体的，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。可选的，上壳体201上设置翅片，结合上位机辅助光模块的散热。
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硅光芯片；电路板203、保护罩300、硅光芯片、激光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203、保护罩300硅光芯片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。
46.解锁部件位于包裹腔体/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203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。
49.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。
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。
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器件之间可以采用柔性电路板连接。
52.硅光芯片的周边与电路板203之间通过多条导电线连接，所以硅光芯片一般设置在电路板203的表面。硅光芯片设置在电路板203上，与电路板203实现电连接，具体可以是打线连接，如通过半导体键合金线(gold wire bonding)连接。然而金线的线径细小脆弱，布线密集、线与线之间间距狭小，在光模块的封装或产品使用过程中，极易发生变形、损坏、坍塌等现象，从而影响光信号质量或者造成短路、断路等不良。为此，设置包保护罩300，保护罩300罩设在硅光芯片上，用于保护硅光芯片的打线。
53.具体的，保护罩300罩设在电路板203上，罩设在电路板203上的保护罩300与电路板203形成一定的空间，硅光芯片以及硅光芯片的打线布线区封装在保护罩300与电路板203形成的空间内。需要说明的是，本技术实施例中的封装是指保护罩300与电路板203形成的空间中，硅光芯片、硅光芯片的打线布线区以及其他光电器件与保护罩300实现间隙配合的一种装配形态。
54.可选的，保护罩300内表面对应布线区域的位置处，设有用于避让金线的第一凹陷，因此可以将金线的布线区域完全保护起来，有效解决已有光模块方案中金线极易发生变形、损坏及坍塌等问题，可以避免造成短路、断路等不良，从而保证光信号质量。
55.硅光芯片通过光纤带401连接光纤插座400，光纤插座400用于耦合连接光模块外部光纤。可选的光纤带401包括第一光纤带和第二光纤带，第一光纤带用于将硅光芯片调制后的信号光传输至光模块外部，第二光纤带用于接收光模块外部的信号光并传输至硅光芯片。硅光芯片接收来自激光组件的光，进而对光进行调制，具体为将信号加载到光上，然后通过第一光纤带传输至光模块的外部；硅光芯片接收来自第二光纤带的光，进而将光信号转换为电信号。
56.为便于硅光芯片接收和发射光，在本技术具体实施方式中，硅光芯片包括若干光孔，若干光孔用于硅光芯片接收激光组件传输的光、输出调制后信号光以及接收光模块外部通过光纤传输至硅光芯片的信号光。可选的，硅光芯片包括第一光孔、第二光孔及第三光孔，光孔中具有若干个光通道。第一光孔用于耦合连接第一光纤带，用于将调制后的信号光传输至第一光纤带；第二光孔用于耦合连接第二光纤带，用于接收通过第二光纤带传输的信号光；第三光孔与激光组件耦合连接，用于接收光源发出的不携带信号的光。
57.硅光芯片内部包括马赫曾德调制器，结合马赫增德调制器以及跨阻放大器和激光驱动器等器件实现光信号的调制。马赫曾德调制器调制采用了同波长光干涉原理，一个马赫曾德调制器设置有两个干涉臂，单个干涉臂上输入一束光，一共需要向一个马赫曾德调制器提供两束同波长的光，经马赫曾德调制器调制后，干涉臂上的光会融合为一束光。
58.在本技术实施例中，激光组件包括若干激光器组件。第三光孔包括多个光通道，进而通过这些光通道可以将多路相同波长的光输入硅光芯片中，为马赫曾德调制器的各个干涉臂提供相同波长的光。因为单个激光芯片的发光功率有限，叠加多个激光器芯片的光可以提升单个波长的光功率，而已有技术中，多个激光器芯片之间一般提供不同波长的光，单个波长的光功率并未叠加提升。
59.图5为本技术实施例提供的电路板203的正面结构示意图，图6为电路板203上拆除保护罩的结构示意图。如图5和6所示，保护罩300设置在电路板203上，并将激光组件和硅光芯片600等罩设在保护罩300与电路板203形成的空腔内。
60.图7为本技术实施例提供的电路板203的结构示意图，如图7所示，电路板203设有通孔800，通孔800内嵌设有金属热沉700，金属热沉700的表面设置有激光器上盖206、激光组件和硅光芯片600；这样金属热沉700通过导热材料和光模块下壳体相接触进行散热。
61.图8为本技术实施例提供的金属热沉的结构示意图一；图9为本技术实施例提供的金属热沉的结构示意图二；如图8和图9所示，金属热沉700包括金属热沉第一区701、金属热沉第二区702、金属热沉第三区703和金属热沉第四区704。其中，金属热沉第一区701、金属热沉第二区702和金属热沉第三区703并排设置，金属热沉第一区701和金属热沉第二区702之间设置有第一间隙705，金属热沉第二区702和金属热沉第三区703之间设置有第二间隙706，金属热沉第四区704设置在金属热沉第一区701、金属热沉第二区702和金属热沉第三区703的一端。
62.金属热沉700的两端分别设有第一支撑台面707和第二支撑台面708，第一支撑台面707和第二支撑台面708为金属热沉700的突出结构，当将金属热沉700嵌设在通孔800内部时，第一支撑台面707和第二支撑台面708用于支撑电路板203，即电路板203分别坐落于第一支撑台面707和第二支撑台面708上面。所述金属热沉的上表面至所述第一支撑台面或所述第二支撑台面的上表面的距离大小与所述电路板的厚度大小相等。
63.同时，为实现金属热沉700与电路板的固定连接通常使用胶水将金属热沉700与电路板的接触处进行粘结，因此第一支撑台面707和第二支撑台面708便于实现金属热沉700与电路板的粘结。
64.图10和图11分别为金属热沉表面设置的各结构的整体和分解示意图，如图10和图11所示，激光组件和硅光芯片600贴装在金属热沉700上，激光器上盖206的底部固定连接金属热沉700，用于罩设在激光组件上，将激光组件设置在激光器上盖206和金属热沉700之间。激光组件和硅光芯片600直接设置在金属热沉上，便于实现金属热沉直接为激光组件和硅光芯片600散热，进而便于实现光模块内部散热，避免光模块内部热量集中堆积。同时，设置在金属热沉700上的激光组件直接被激光器上盖包裹，节省激光组件的封装以及便于激光组件的封装。进一步，激光组件和硅光芯片600直接贴装在金属热沉700上，使激光组件和硅光芯片600位于同一金属热沉上，即激光组件和硅光芯片600共用金属热沉；当金属热沉700受热产生形变对激光组件和硅光芯片600的影响相同，使激光组件和硅光芯片600的光对齐稳定性比较好，进而简化激光组件和硅光芯片装配要求。
65.可选的，激光器上盖206的底部固定连接金属热沉700，如使用固定胶将激光器上盖206的底部固定在金属热沉700上。激光器上盖206配合电路板和金属热沉700，用于为激光组件提供相对密封的环境，进而保护激光组件的各器件。硅光芯片600的上表面设有跨阻放大器601和激光驱动器602。
66.激光组件包括第一激光器组件501和第二激光器组件502，第一激光器组件501和第二激光器组件502发出不携带信号的光。第一激光器组件501和第二激光器组件502贴装在金属热沉700上。可选的，通过第一激光器组件501和第二激光器组件502通过打线连接的方式连接电路板上的电路。
67.进一步，本技术实施例提供的光模块还包括透镜和隔离器。透镜、隔离器和激光器组件共同激光器上盖206与金属热沉700形成的腔体内。如，在激光芯片的出光方向设置一个透镜，具体为聚焦透镜，位于激光芯片及密封透光件之间，用于将激光芯片发出的光汇聚以便后续耦合；或者在激光芯片的出光方向设置两个透镜，具体分别为准直透镜和聚焦透镜，激光芯片发出的光经准直透镜变为准直光，准直光可以在较长距离的光传输过程中保持较小的光功率衰减，聚焦透镜接收准直光，以将光汇聚耦合进硅光芯片中。隔离器用于防止激光芯片发出的光经发射后回到激光芯片中，所以隔离器设置在激光芯片出光方向上。本技术实施例中隔离器设置在透镜朝向激光芯片的方向，即隔离器与激光芯片之间设置有聚焦透镜。
68.沿第一激光器组件501的出光方向依次设置有第一准直透镜、第一聚隔离器和焦透镜，沿第二激光器组件502的出光方向依次设置有第二准直透镜、隔离器、第二聚焦透镜。第一激光器组件501和第二激光器组件502可共用隔离器及密封透光件。第一准直透镜、第一聚焦透镜、第二准直透镜、第二聚焦透镜、隔离器及密封透光件固定设置在金属热沉700。
69.图12为本技术实施例提供的金属热沉嵌设于电路板内的俯视角度下的示意图；图13为本技术实施例提供的金属热沉嵌设于电路板内的侧视角度下的示意图；图14为本技术实施例提供的金属热沉从电路板中分解出来的示意图；图15为本技术实施例提供的金属热沉嵌设于电路板内的剖面结构示意图；如图12
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15所示，本技术中金属热沉700嵌设于通孔800内，具体地，电路板203挖设通孔800内的两端的端面分别坐落在金属热沉700的第一支
撑台面707和第二支撑台面708的表面，嵌设后从俯视角度可以看到金属热沉表面设置的各结构，从侧视角度可以看出，金属热沉的突出的两个支撑台面起着支撑电路板203的作用。
70.在硅光光模块中，硅光芯片设置在电路板上，通过金线连接至电路板的接地区域实现硅光芯片的地连接，但是金线会引入寄生电感，降低信号传输质量，因此需要提供另一种硅光芯片接地方式。
71.为了实现硅光芯片接地，本技术通过实现金属热沉的接地进而实现硅光芯片的接地。
72.如前述，本技术中的金属热沉700两端分别设有第一支撑台面707和第二支撑台面708，电路板203的下表面上在与第一支撑台面707上表面相接触区域处设有第一金属层801，电路板203的下表面上在与第二支撑台面708上表面相接触区域处设有第二金属层802，所述第一支撑台面707与所述第一金属层801电连接，所述第二支撑台面708与所述第二金属层802电连接，所述第一金属层801和所述第二金属层802分别与电路板203的接地层电连接进而实现所述金属热沉700的接地，具体地，电路板203的接地层设于电路板的内层，所述第一金属层801与所述电路板的接地层通过过孔连接，所述第二金属层802与所述电路板的接地层通过过孔连接。
73.图16为本技术实施例提供的金属热沉的俯视结构示意图；图17为本技术实施例提供的通孔外周铺设金属层的结构示意图；图18为本技术实施例提供的金属热沉设置支撑面与通孔外周铺设金属层的相对位置关系示意图。如图16至18所示，第一金属层801的形状与第一支撑台面上表面与所述电路板下表面相接触区域的形状一致，即第一金属层801与第一支撑台面707二者的形状一致；第二金属层802的形状与所述第二支撑台面上表面与所述电路板下表面相接触区域的形状一致，即第二金属层802与第二支撑台面708的形状一致。具体地，所述第一支撑台面707围绕所述金属热沉700的一端设置，所述第二支撑台面708围绕所述金属热沉700的另一端设置；所述第一金属层801围绕所述通孔800一端外周设置，所述第二金属层802围绕所述通孔800另一端外周设置。进一步地，第一支撑台面707围绕金属热沉700的一端及与该端相邻的两个侧边的局部设置，第二支撑台面708围绕金属热沉700的另一端及与该端相邻的两个侧边的局部设置，第一金属层801围绕通孔800外周的一端及与该端相邻的两个侧边的局部设置，第二金属层802围绕通孔800外周的另一端及与该端相邻的两个侧边的局部设置。
74.第一支撑台面707与第一金属层801通过导电银浆连接，第二支撑台面708与第二金属层802通过导电银浆连接。
75.这样，金属热沉的两端分别设有第一支撑台面和第二支撑台面，第一支撑台面和第二支撑台面用于支撑电路板，电路板下表面上在与第一支撑台面上表面相接触区域处设有第一金属层，电路板下表面上在与第二支撑台面上表面相接触区域处设有第二金属层，第一支撑台面与第一金属层电连接，第二支撑台面与第二金属层电连接，第一金属层和第二金属层均与电路板的接地层电连接，由于第一支撑台面和第二支撑台面均与相应金属层电连接，因此可以实现金属热沉的地连接，由于硅光芯片贴装在金属热沉上进而可以实现硅光芯片的接地连接，以保证硅光芯片的正常工作，避免现有技术中通过金线实现硅光芯片地连接所带来的寄生电感，保证信号传输的质量。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。