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.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。目前光模块的封装形式主要包括to(transistor
‑
outline，同轴)封装和cob(chip on board,板上芯片)封装。
3.cob封装形式的光模块中，光发射芯片和光接收芯片分别贴装在电路板上，透镜组件罩设在光发射芯片和光接收芯片上，透镜组件连接光纤，光发射芯片发射的光信号通过透镜组件改变方向后传输至光纤，通过光纤传输至透镜组件光信号，通过透镜组件改变方向后传输至光接收芯片上。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光模块，以避免点胶固定第一透镜组件使用的胶水污染到光发射芯片阵列。
5.本技术提供的一种光模块，包括：
6.电路板，表面设有光发射芯片阵列隔离部件，所述光发射芯片阵列隔离部件用于围绕光发射芯片阵列以将所述光发射芯片阵列与胶水隔离开；
7.所述光发射芯片阵列，包括多个光发射芯片，设置在所述光发射芯片阵列隔离部件内，用于发射多束不同波长的信号光；
8.第一透镜组件，底部通过胶水连接所述电路板且罩设在所述光发射芯片阵列上，用于传输并改变所述光发射芯片阵列发射信号光的传播方向。
9.本技术提供的光模块包括电路板、光发射芯片阵列、光发射阵列隔离部件和第一透镜组件，第一透镜组件通过胶水固化粘结在电路板上，在热固化过程中胶水在毛细作用下易溢流至光发射芯片阵列处，而造成光发射芯片脏污影响光耦合效率，本技术中通过设置光发射阵列隔离部件，将光发射芯片阵列贴装在光发射阵列隔离部件的区域内部，光发射阵列隔离部件可以实现第一透镜组件和光发射芯片阵列的隔离，阻断胶水从第一透镜组件溢流至光发射芯片阵列的路径，从而起到保证光发射芯片阵列表面洁净、进而保证光耦合效率的效果。
附图说明
10.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为光通信终端连接关系示意图；
12.图2为光网络单元结构示意图；
13.图3为本技术实施例中提供的一种光模块的结构示意图；
14.图4为本技术实施例中提供的一种光模块的分解结构示意图；
15.图5为本技术实施例中一种电路板与透镜组件相对位置关系的结构图；
16.图6为本技术实施例提供的一种第一透镜组件的立体图一；
17.图7为本技术实施例提供的一种第一透镜组件的立体图二；
18.图8为本技术实施例提供的一种第一透镜组件承载其他光器件的结构示意图；
19.图9为本技术实施例提供的一种电路板的结构示意图；
20.图10为本技术实施例提供的一种电路板与第二透镜组件的剖视图。
具体实施方式
21.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，而不是全部的实施例。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，都属于本技术保护的范围。
22.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。
23.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。
24.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单元100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接。
25.光纤的101一端连接远端服务器，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的光网络单元100完成。
26.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。
27.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。
28.至此，远端服务器通过光纤101、光模块200、光网络单元100及网线103，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。
29.常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络单元100是光模块200的上位机，向光模块200提供数据信号，并接收来自光模块200的数据信号，常见的光模块200上位机还有光线路终端等。
30.图2为光网络单元结构示意图。如图2所示，在光网络单元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中设置有电连接器，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结构。
31.光模块200插入光网络单元中，具体为光模块的电口插入笼子106中的电连接器，光模块200的光口与光纤101连接。
32.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；光模块200插入笼子中，由笼子固定光模块200，光模块200产生的热量通过光模块壳体传导给笼子，最终通过笼子上的散热器107进行扩散。
33.图3为本技术实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本技术实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图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及电路板300。
34.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为方形体形状。具体的，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201包括盖板，盖板盖合在上壳体201的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体201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201盖合在下壳体202上。
35.两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300的金手指从电口204伸出，插入光网络单元等上位机中，另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块200内部的光收发器件，电路板300、光收发器件等光电器件位于包裹腔体中。
36.采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202形成光模块最外层的封装保护壳体。上壳体201及下壳体202一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块200的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。
37.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。
38.解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁部件203的末端可以在使解锁部件203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203的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件203，解锁部件203的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构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。
39.电路板300上设置有光发射芯片、光发射芯片的驱动芯片、光接收芯片、跨阻放大芯片、限幅放大芯片及微处理器芯片等，其中光发射芯片与光接收芯片直接贴装在光模块
的电路板上，此种形态业内称为cob封装。
40.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；同时电路板300还有承载的各器件的功能，如电路板承载透镜组件。
41.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；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。
42.在本技术实施例中，光模块还包括透镜组件，透镜组件设置电路板300上。具体的，透镜组件与电路板300形成包裹光发射芯片阵列或光接收芯片阵列的腔体，光发射芯片阵列或光接收芯片阵列位于该腔体中。透镜组件用于传输光束并在传输过程中改变光束传输方向。在使用中：光发射芯片阵列中光芯片发出的光经透镜组件传输并反射后进入光纤中；或者，来自光纤的光经透镜组件反射后进入光接收芯片中，透镜组件不仅起到密封光芯片的作用，同时也建立了光芯片与光纤之间的光连接。透镜组件同时罩设在光发射芯片阵列或光接收芯片阵列上方，便于利用较少器件实现改变光发射芯片发射的信号光或来自光模块外部的信号光的传播方向。在本技术实施例中，光发射芯片阵列通过透镜组件罩设，或光接收芯片阵列通过透镜组件罩设，还可以光发射芯片阵列和光接收芯片阵列分别通过透镜组件罩设。进而在本技术实施例中，透镜组件的数量可以为1个，还可以为2个等。
43.在本技术实施例中，透镜组件不仅可以设置在电路板300靠近光口的一端，还可以设置在电路板300的中部，具体可根据光模块的实际需要进行选择。图5为本技术实施例提供的一种光模块的内部结构示意图，图5示出了一种透镜组件设置在电路板300靠近光口的一端的结构示意图。在本技术实施例中，透镜组件采用罩设式的方式设置在光发射芯片阵列或光接收芯片阵列的上方；其中：光发射芯片阵列中包括若干光发射芯片，通常每一光发射芯片用于发射一种波长的信号光，进而光发射芯片阵列用于发射多束不同波长的信号光；光接收芯片阵列中包括若干光接收芯片，通常每一光接收芯片用于接收一种波长的信号光，进而光接收芯片阵列用于接收不同多束不同波长的信号光。光发射芯片阵列中包括2个、3个、4个等光发射芯片，光接收芯片阵列中包括2个、3个、4个等光接收芯片。
44.且如图5所示，在本实施例中包括两个透镜组件，为便于描述将一个透镜组件称为第一透镜组件，另一个透镜组件称为第二透镜组件，进一步将罩设在光发射芯片阵列上的透镜组件称为第一透镜组件，将罩设在光接收芯片阵列上的透镜组件称为第二透镜组件。如图5所示，两个透镜组件包括第一透镜组件400和第二透镜组件500，但图5中第一透镜组件400和第二透镜组件500的相对位置仅是一个示例，但不构成对本技术透镜组件设置位置的具体限定。
45.进一步，高速率数据传输要求光发射芯片阵列或光接收组件中光芯片及其驱动/匹配芯片之间近距离设置，以缩短芯片之间的连线、减小连线造成的信号损失，而透镜组罩设在光芯片的上方时，透镜组件一般将光芯片及其驱动/匹配芯片同时罩设住。所以光发射芯片阵列中光发射芯片与光发射芯片的驱动芯片近距离设置，透镜组件罩设光发射芯片与光发射芯片的驱动芯片；光接收芯片阵列中光接收芯片与跨阻放大芯片近距离设置，透镜组件罩设光接收芯片与跨阻放大芯片。
46.为便于实现光发射芯片阵列发射出多束不同波长信号光的传输以及实现光接收
芯片阵列接收不同波长信号光，本技术实施例中包括其他光器件配合透镜组件。第一透镜组件400和第二透镜组件500结构相同或相似，二者原理相同，下面结合第一透镜组件400的具体使用进行详细描述，第二透镜组件500的具体结构可参考第一透镜组件400的相关描述。
47.图6为本技术实施例提供的一种第一透镜组件的立体图一，图7为本技术实施例提供的一种第一透镜组件的立体图二。如图6和7所示，第一透镜组件400的顶部设置第一容纳腔410，第一透镜组件400的底部设置第二容纳腔420。第一容纳腔410内包括第一反射面411，第一容纳腔410内用于设置光学器件，如透镜、光复用组件等光学器件。第一反射面411为倾斜面，用于反射入射至其上的信号光。可选的，第一容纳腔410的底部设置承载面412，承载面412便于透镜、光复用组件等光学器件设置；承载面412位于第一反射面411的一侧，承载面412较第一反射面411更靠近第一透镜组件400的出光位置。第二容纳腔420用于方便第一透镜组件400容纳罩设光发射芯片阵列，便于第一透镜组件400在电路板300上的安装固定，同时第二容纳腔420在第一容纳腔410方向的投影覆盖第一反射面411。
48.在本技术实施例中，第一透镜组件400的顶面下沉形成第一容纳腔410，第一容纳腔410的底部形成第一反射面411和承载面412；第一透镜组件400的底面上沉形成第二容纳腔420，当第一透镜组件400装配固定至电路板300上时第二容纳腔420的顶面通常平行于电路板300。第一透镜组件400通常为透明塑料件，一般采用一体注塑成型。
49.进一步，第二容纳腔420的顶面设置第一透镜组421，第一透镜组421包括若干透镜，用于准直光发射芯片阵列的信号光。第一透镜组421中透镜的数量主要取决于光发射芯片阵列中光发射芯片的数量，通常第一透镜组421中透镜的数量等于光发射芯片阵列中光发射芯片的数量。第一透镜组421中透镜可为第二容纳腔420的顶面下凸形成的一个个凸起。第一反射面411在第二容纳腔420的顶面方向上的投影覆盖第一透镜组421，进而经过第一透镜组421准直的信号光全部传输至第一反射面411。
50.图8为本技术实施例提供的一种第一透镜组件承载其他光器件的结构示意图。如图8所示，本技术实施例提供的光模块中，还包括光复用组件206，光复用组件206设置在第一容纳腔410的承载面412上。图8所示的第一透镜组件400，合束后的信号光通过其右侧传输出第一透镜组件400，进而光复用组件206设置在第一容纳腔410的较右的位置，进而第一反射面411向右倾斜以及承载面412设置在第一反射面411的右侧。
51.进一步，本技术实施例提供的光模块中，还包括第二透镜组207，第二透镜组207设置在第一容纳腔410的承载面412上。第二透镜组207包括若干透镜。第二透镜组207中透镜的数量主要取决于光发射芯片阵列中光发射芯片的数量，通常第二透镜组207中透镜的数量等于光发射芯片阵列中光发射芯片的数量。第二透镜组207中透镜可为玻璃透镜，用于准直经第一反射面411反射至其的信号光。第二透镜组207设置在第一反射面411与光复用组件206之间，进而第一反射面411发射的信号光经第二透镜组207准直后的信号光传输至光复用组件。
52.在本技术实施例中，具体将第一透镜组件400和电路板300之间、第二透镜组件500和电路板300之间均通过胶水进行粘接固化；该胶水需要热固化实现完全固化，但是在烘烤至完全固化过程中，胶水中的环氧树脂及稀释剂等小分子助剂会渗出并扩散，胶水渗出物流到光发射芯片阵列或光接收芯片阵列处处，在毛细作用下溢流到光芯片表面，造成光芯
片表面脏污，光芯片包括光发射芯片和光接收芯片。
53.图9为本技术实施例提供的一种电路板的结构示意图。如图9所示，本技术实施例中，电路板300的表面设有光发射芯片阵列隔离部件310，光发射芯片阵列设置在光发射芯片阵列隔离部件310内，光发射芯片阵列隔离部件310用以在电路板300的表面形成凸起，用于围绕光发射芯片阵列以隔离光发射芯片阵列和第一透镜组件400，进而将加工点胶固定第一透镜组件400的胶水与光发射芯片阵列隔离开，避免胶水污染到光发射芯片阵列中的光发射芯片。
54.对应地，如图9所示，电路板300的表面设有光接收芯片阵列隔离部件320，光接收芯片阵列设置在光接收芯片阵列隔离部件320内，光接收芯片阵列隔离部件320用以在电路板300的表面形成凸起，用于围绕光接收芯片阵列以隔离光接收芯片阵列和第二透镜组件500，进而将加工点胶固定第二透镜组件500的胶水与光接收芯片阵列隔离开，避免胶水污染到光接收芯片阵列中的光接收芯片。
55.图10为本技术实施例提供的一种电路板与第二透镜组件的剖视图。如图10所示，第二透镜组件500罩设在光接收芯片阵列隔离部件320上，光接收芯片阵列隔离部件320突出于第二透镜组件500与电路板300的接触面，进而光接收芯片阵列隔离部件320可以有效隔离点胶固定第二透镜组件500时胶水溢流到光接收芯片阵列中光接收芯片上。光发射芯片阵列隔离部件310的结构与光接收芯片阵列隔离部件320类似。
56.在本技术实施例中，由于在贴装光发射芯片或光接收芯片时位置上存在一定的误差，因此本技术实施例中光发射芯片阵列隔离部件310的面积大于光发射芯片阵列的面积，光接收芯片阵列隔离部件320的面积大于光接收芯片阵列的面积，这样光发射芯片阵列隔离部件310、光接收芯片阵列隔离部件320的预留空间较大，从而可较全面地保护光发射芯片阵列或光接收芯片阵列，同时，可以增加透镜组件至相应光芯片的安全距离，安全距离越大，胶水溢流至光芯片表面的难度越大，进而保护光发射芯片阵列或光接收芯片阵列。
57.在一些实施例中可以将光发射芯片阵列隔离部件设为光发射芯片阵列隔离圈，对应地，将光接收芯片阵列隔离部件设为光接收芯片阵列隔离圈，在一些实施例中，光发射芯片阵列隔离圈可以设为绿油圈，光接收芯片阵列隔离圈同样可以设为绿油圈，即通过涂布绿油形成的绿油圈，绿油是一种液态光致阻焊剂，其具体实一种丙烯酸低聚物，绿油作为一种保护层可涂覆在电路板不需焊接的线路和基材进而长期保护所形成的线路图形，本技术实施例中除了在电路板上涂覆常规的绿油外，还在电路板上专门涂覆绿油形成两个绿油圈，这两个绿油圈可分别保护光发射芯片阵列和光接收芯片阵列。
58.具体地，将电路板中放置光发射芯片阵列和光接收芯片阵列的区域用绿油围起来，绿油设计高度可以为40um，这样在胶水正常烘烤过程中阻断胶水溢胶路径，从而实现防止光芯片表面出现溢胶问题。
59.本技术提供的光模块中，包括电路板、光发射芯片阵列、光发射阵列隔离部件和第一透镜组件，其中，第一透镜组件包括第一容纳腔和第二容纳腔，第一容纳腔的底面设置第一反射面且第一容纳腔内设置第二透镜组和光复用组件，第二容纳腔下覆盖容纳的光发射芯片阵列包括多个光发射芯片。光发射芯片阵列可以发射多束不同波长的信号光，多束不同波长的信号光传输至第一反射面、经第一反射面反射改变传输方向，然后经第二透镜组传输至设置在第一容纳腔的光复用组件，经光复用组件合波成一束信号光，最后传输至光
纤，实现单光纤中多个波长的信号光同时传输。
60.第一透镜组件通过胶水固化粘结在电路板上，在热固化过程中胶水在毛细作用下溢流至光发射芯片阵列处，造成光发射芯片脏污影响光耦合效率，本技术中通过设置光发射阵列隔离部件，将光发射芯片阵列贴装在光发射阵列隔离部件的区域内部，光发射阵列隔离部件可以实现第一透镜组件和光发射芯片阵列的隔离，阻断胶水从第一透镜组件溢流至光发射芯片阵列的路径，从而起到保证光发射芯片阵列表面洁净、进而保证光耦合效率的效果。
61.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的实用新型后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本实用新型的任何变型、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实用新型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下面的权利要求指出。
62.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。