透镜结构以及光模块的制作方法

1.本技术属于光学技术领域，更具体地说，是涉及一种透镜结构以及光模块。


背景技术：

2.多模光模块常用于短距离传输，传输距离一般在300m～500m，cob(chips on board，板上芯片)封装已成为多模光模块常见的封装形式，其内部的核心元件主要包括pcb(printed circuit board，印制电路板)、芯片(光芯片、电芯片等)和透镜组件三部分。
3.多模光模块中最常用的透镜组件是pei(polyetherimide，聚醚酰亚胺)塑料透镜。pei阵列透镜同时集成了接收端和发射端透镜，可实现发端、收端的光传输(准直、汇聚)功能。为了实现较高的耦合效率，在器件封装中，pei透镜多采用有源耦合的方式来对准光路，即在光器件外加电压电流的工作状态下，需专业的有源耦合设备，且经过耦合设备的xyz轴及对应角度轴的调节来进行光路的对准。这种耦合方式，因为要均衡四路接收端rssi(received signal strength indicator，接收信号强度指示器)响应、四路发射端光功率，需要较长时间进行透镜的位置调整、固定，生产制作效率低。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种透镜结构以及光模块，以解决现有技术中存在的透镜在有源耦合时需要较长时间进行位置调整、固定，而生产制作效率低的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种透镜结构，用于对光芯片进行封装，包括本体以及设于所述本体的发射端和接收端，所述发射端包括第一透镜，所述接收端包括第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜沿第一方向分布；
6.所述透镜结构还包括沿所述第一方向分布的第一定位部和第二定位部，所述第一定位部设于所述发射端并用于在封装过程中与所述光芯片的发射模块的发光面对齐，所述第二定位部设于所述接收端并用于在封装过程中与所述光芯片的接收模块的光敏面对齐；
7.所述第一定位部的中心和所述第二定位部的中心之间的距离等于所述第一透镜的中心和所述第二透镜的中心之间的距离。
8.在一个实施例中，所述第一定位部的中心和所述第一透镜的中心之间具有预设距离，所述预设距离大于或等于零。
9.在一个实施例中，所述第一定位部的中心至所述第一透镜的中心的连线垂直于所述第一方向，且所述预设距离大于等于所述第一透镜的半径和所述第一定位部的半径之和。
10.在一个实施例中，所述第一定位部和所述第二定位部分别呈圆形，且，所述第一定位部的半径等于所述发射模块的发光面的半径，所述第二定位部的半径等于所述接收模块的光敏面的半径。
11.在一个实施例中，所述第一定位部和所述第二定位部分别包括多个同心的环状体，所述第一定位部的至少一个所述环状体的半径等于所述发光面的半径，所述第二定位
部的至少一个所述环状体的半径等于所述接收模块的光敏面的半径。
12.在一个实施例中，各所述环状体分别呈闭环状，或者，呈具有开口的环状。
13.在一个实施例中，所述第一定位部背离所述本体的端面和所述第二定位部背离所述本体的端面均呈平面型。
14.在一个实施例中，所述透镜结构为一体成型件，所述第一定位部和所述第二定位部分别为凸起。
15.在一个实施例中，所述第一透镜的数量和所述第二透镜的数量均为一个；或者，所述第一透镜的数量和所述第二透镜的数量均为多个，且多个所述第一透镜和多个所述第二透镜依次沿所述第一方向分布，所述第一定位部与其中至少一个所述第一透镜对应，所述第二定位部与其中至少一个所述第二透镜对应。
16.本技术实施例还提供一种光模块，包括电路板、光芯片以及如上述各实施例所说的透镜结构，所述光芯片设于所述电路板上，所述透镜结构封装于所述光芯片和所述电路板上，且所述第一透镜的中心与所述发射模块的发光面的发光中心对齐，所述第二透镜的中心与所述接收模块的光敏面的光敏中心对齐。
17.本技术提供的透镜结构，与现有技术相比，在发射端设置第一定位部，在接收端设置第二定位部，在光模块的封装过程中，可通过对第一定位部、第二定位部的识别，使第一定位部与光芯片的发射模块的发光面对齐以及第二定位部与光芯片的接收模块的光敏面对齐，再将透镜结构和光芯片在第二方向上相对移动预设距离，即可保证第一透镜的中心与发光面的发光中心对齐，以及第二透镜的中心与光敏面的光敏中心对齐，实现透镜结构和光芯片的无源耦合，不仅能够提升封装效率，简化封装操作步骤，还能保证较高的封装精度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例一提供的透镜结构的光学区域的示意图；
20.图2为图1的局部示意图；
21.图3为本技术实施例一中光芯片的光敏面、发光面分别与第一透镜和第二透镜同心的示意图；
22.图4为本技术实施例二提供的透镜结构的光学区域的示意图；
23.图5为图4中第一透镜与第一定位部的位置关系图一；
24.图6为图4中第一透镜与第一定位部的位置关系图二；
25.图7为本技术实施例提供的透镜结构的立体图；
26.图8为本技术实施例提供的透镜结构的仰视图；
27.图9为本技术实施例提供的贴片设备的结构示意图；
28.图10为本技术实施例提供的光模块的结构示意图。
29.其中，图中各附图标记：
30.10-透镜结构；1-本体；11-发射端；111-第一透镜；112-第一定位部；113-环状凸起；12-接收端；121-第二透镜；122-第二定位部；2-第一方向；3-第二方向；4-第三方向；5-第一图像；6-第二图像；7-光学区域；8-粘贴区域；81-边槽；9-插拔区域；20-机台；30-电路板；40-光芯片；50-第一图像传感器；60-第二图像传感器；70-夹取件；d-预设距离。
具体实施方式
31.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
33.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.请参阅图1、图7和图10，现对本技术提供的透镜结构10进行说明，该透镜结构10用于对光芯片40进行封装，其包括本体1以及设于本体1的发射端11和接收端12，发射端11包括第一透镜111，接收端12包括第二透镜121，第一透镜111和第二透镜121沿第一方向2分布。第一透镜111和第二透镜121的数量均可以为一个也可以为多个，当第一透镜111和第二透镜121的数量均为多个时，多个第一透镜111和多个第二透镜121依次沿第一方向2分布。
36.光芯片40包括发射模块与接收模块，封装时，发射模块的发射区的发光中心、接收模块的接收区的光敏中心需分别与第一透镜111的中心和第二透镜121的中心对齐。其中，发射模块和接收模块可以根据实际需要选择设置，例如，发射模块可以为发射芯片、接收模块可以为光敏芯片，还可以为其他形式，对此不做限定。
37.透镜结构10还包括沿第一方向2分布的第一定位部112和第二定位部122，即，第一定位部112的中心和第二定位部122的中心的连线平行于第一透镜111的中心和第二透镜121的中心的连线(可以理解，这是基于透镜结构10与光芯片40封装到位而言)，第一定位部112设于发射端11，第二定位部122设于接收端12，用于在该透镜结构10与光芯片40对齐、封装的过程中提供定位参考。
38.在具体应用中，在光芯片40所在的平面内定义出彼此不平行的第一方向2和第二方向3，以及垂直于该平面的方向为第三方向4，优选地，第一方向2和第二方向3相互垂直。
39.第一定位部112的中心和第二定位部122的中心之间的距离等于第一透镜111的中心和第二透镜121的中心之间的距离，在第二方向3上，所述第一定位部112的中心和所述第一透镜111的中心的连线具有预设距离，所述第二定位部122的中心和所述第二透镜121的
中心的连线也具有该预设距离，当第一定位部112的中心与发射模块的发光面的发光中心对齐、第二定位部122的中心与接收模块的光敏面的光敏中心对齐时，再将光芯片40和透镜结构10在第二方向3上相对移动预设距离，即可使得第一透镜111的中心与发射模块的发光中心对齐、第二透镜121的中心与接收模块的光敏中心对齐。在第二方向3上，当预设距离为零时，将第一定位部112的中心与发射模块的发光中心对齐、第二定位部122的中心与接收模块的光敏中心对齐即可，无需再将光芯片40和透镜结构10在第二方向3上相对移动(也即，移动距离为0)。
40.当透镜需要进行无源耦合封装时，首先对已贴装光芯片40的电路板30和/或透镜结构10进行点胶，即，可以对电路板30或透镜结构10中的一个进行点胶，也可以同时对电路板30和透镜结构10进行点胶(参见下文的粘贴区域8)，具体可根据实际需要选择设置，点胶可以采用纯uv胶或uv热固一体胶；然后，使得第一定位部112的中心与发射模块的发光中心对齐、第二定位部122的中心与接收模块的光敏中心对齐，然后再将透镜结构10或已贴装光芯片40的电路板30沿第二方向3移动，使得透镜结构10和已贴装光芯片40的电路板30在第二方向3上相对移动预设距离，以保证最终第一透镜111的中心与发射模块的发光中心对齐，第二透镜121的中心与接收模块的光敏中心对齐，如图3所示；最后，再将透镜结构10沿第三方向4移动至电路板30上，其中，第三方向4垂直于第一方向2和第二方向3，同时，uv灯照射，完成透镜结构10对光芯片40的封装。
41.本技术提供的透镜结构10，与现有技术相比，在发射端11设置第一定位部112，在接收端12设置第二定位部122，在光模块的封装过程中，可通过对第一定位部112、第二定位部122的识别，使第一定位部112与光芯片40的发射模块的发光面对齐以及第二定位部122与光芯片40的接收模块的光敏面对齐，再将透镜结构10或者已贴装光芯片40的电路板30在第二方向3上相对移动预设距离，即可保证第一透镜111的中心与发光面的发光中心对齐，以及第二透镜121的中心与光敏面的光敏中心对齐，实现透镜结构10和光芯片40的无源耦合，不仅能够提升封装效率，简化封装操作步骤，还能保证较高的封装精度。
42.当第一透镜111和第二透镜121的数量均为一个时，第一定位部112的位置与第一透镜111位置对应，第二定位部122与第二透镜121的位置对应。当第一透镜111和第二透镜121的数量均为多个时，第一定位部112的数量和第二定位部122的数量也可以为多个，第一定位部112的数量可以与第一透镜111的数量相同，也可以不相同，第二定位部122的数量可以与第二透镜121的数量相同，也可以不相同，具体可根据实际需要选择设置；例如，图1、图3和图4所示，第一透镜111为四个，沿第一方向排列，第一定位部112的数量为两个，在对应第一个和最后一个第一透镜111处分别设置一个第一定位部112；同理，第二透镜121为四个，沿第一方向排列，第二定位部122也是如此，在此不再赘述。
43.透镜结构10可以使用pei塑料材质，通过注塑工艺一体成型，成本低。如图8所示，本体1可以包括光学区域7、粘贴区域8和插拔区域9，发射端11和接收端12设于光学区域7，粘贴区域8的边缘开设有多个沿第三方向4延伸的边槽81，可有效地判断、控制溢胶情况，避免胶粘剂污染内部已封装的光芯片40及键合金丝，插拔区域9设有与外部mt-jumper(跳线)连接的定位柱。
44.在实际应用中，将第一定位部112与光芯片40的发射模块的发光中心对齐，以及将第二定位部122与光芯片40的接收模块的光敏中心对齐的方式可以有多种，例如，对于全自
动地贴片设备来说，如图9所示，可以设置第一图像传感器50和第二图像传感器60，通过第一图像传感器50获取第一定位部112和第二定位部122的第一图像5，通过第二图像传感器60获取光芯片40的光敏面和发光面的图像第二图像6，然后通过处理器分别计算第一定位部112的中心、第二定位部122的中心、发光中心以及光敏中心，对光芯片40或透镜结构10的位置进行调节，使得第一定位部112的中心与发光中心对齐、第二定位部122的中心与光敏中心对齐；对于手动/半自动的贴片设备来说，虽然也设置有图像传感器，但没有设置处理器，无法直接得到第一定位部112的中心、第二定位部122的中心、发光中心以及光敏中心，因此操作人员需要用人眼来判断，先将第一定位部112的外轮廓与发光面的外轮廓对齐以及第二定位部122的外轮廓与光敏面的外轮廓对齐，从而间接的实现第一定位部112的中心与发光面的发光中心对齐以及第二定位部122的中心与光敏面的光敏中心对齐，具体可根据实际需要选择设置。
45.第一定位部112和第二定位部122的外轮廓形状可以有多种选择，例如，也可以是圆环形或具有开口的圆环形，或者是其他规则的、相对容易确定圆心、外轮廓的形状等。
46.第一定位部112和第二定位部122可以是凸起，也可以凹槽。可选地，为了便于加工制造，第一定位部112和第二定位部122为相对于本体1的表面突出的凸起。
47.在一个实施例中，第一定位部112为一个第一圆环或第一圆片，第二定位部122为一个第二圆环或第二圆片。进一步地，第一圆环或第一圆片的半径等于光芯片40的发光面的外轮廓的半径，第二圆环或第二圆片的半径等于光敏面的外轮廓的半径。例如，当光芯片40的发光面的外轮廓半径为10微米、光芯片40的光敏面的外轮廓半径为20微米时，第一定位部112的半径为10微米，第二定位部122的半径为20微米。如此，当使用手动/半自动的贴片设备时，操作人员可以通过人眼观察，将第一定位部112的外轮廓与光芯片40的发光面的外轮廓完全重合以对齐，以及将第二定位部122的外轮廓与光芯片40的光敏面的外轮廓完全重合以对齐，间接地实现第一定位部111的中心、第二定位部112的中心与发光面中心、光敏面中心的对齐，从而可以使得该透镜结构10能够同时兼容手动、半自动以及全自动等多种类型的贴片设备使用，来实现透镜与光芯片40的无源耦合。
48.当然，在另一个实施例中，第一定位部112的半径与光芯片40的发光面的半径不等，和/或，第二定位部122的半径与光芯片40的光敏面的半径不等也是可以的，在使用全自动的贴片设备对该透镜结构10和光芯片40进行对位封装时，可以依靠全自动的贴片设备对第一定位部112和第二定位部122的中心进行抓取计算。
49.在另一个实施例中，第一定位部112和第二定位部122分别包括同心设置且径向相互间隔的多个环状子结构，在此以环状凸起113为例，环状凸起113呈完整环状(闭环状)。这样设置的目的是，多个环状凸起113分别具有不同的直径(可选是外直径作为参考)，因此，该一个第一定位部112、第二定位部122均可对应匹配不同尺寸的光芯片40，如此，透镜结构10可以适配不同尺寸的光敏面或发光面的光芯片40，可以提高透镜结构10的兼容性及适用范围。以第一定位部112为例进行说明，第一个环状凸起113的内圈半径设置为10微米、外圈半径设置为15微米，可以适配于第一个尺寸如15微米的光芯片40，第二个环状凸起113的内圈半径设置为20微米、外圈半径设置为25微米等，可以适配于第二个尺寸如25微米的光芯片40，尤其是手动、半自动封装过程。在其他实施例中，更多的第一环状凸起113的尺寸具体可根据实际光芯片40的光敏面或发光面尺寸范围进行选择设置。
50.在另一个实施例中，环状凸起113呈具有开口的环状，具体地，可以设计为四分之一或二分之一的部分圆环状，或者是其他的开环状，具体可根据实际需要选择设置，总体上，以保证人眼或者第二图像传感器能够识别到其外轮廓为宜。
51.可选地，如图5所示，第一定位部112背离本体1的端面和第二定位部122背离本体1的端面均呈平面型。由于非平面的轮廓相对于平面形轮廓会存在一定的边缘模糊，人眼在识别并判断第一定位部112的外轮廓时难度相对增大，识别的准确性降低，因此，在使用手动/半自动的贴片设备时，第一定位部112背离本体1的端面和第二定位部122背离本体1的端面均呈平面型，更易于操作人员进行第一透镜111与光敏面以及第二透镜121与发光面的对齐；在使用全自动的贴片设备时，由于是采用图像处理算法来进行对齐，第一定位部112和第二定位部122的形状轮廓的边角部分模糊或缺失对贴片设备的图像处理无影响或影响较小，只要是第一定位部112和第二定位部122的形状规则，就可以识别其轮廓并计算中心。因此，相比于第一定位部112和第二定位部122的端面类似球面、弧面时，端面设置为平面型的轮廓，人工/贴片设备识别(并拟合外轮廓时拟合计算)误差会减小，从而提高封装的准确性。
52.在一实施例中，如图2所示，在第二方向3上，第一定位部112的中心和第一透镜111的中心的连线之间具有预设距离d，预设距离d大于等于零。当预设距离d等于零时，如图4和图6所示，第一定位凸环的中心与第一透镜111的中心在第二方向3上对齐，此时，第一定位部112设于第一透镜111上，且二者同心，如图5所示，第一定位部112可以是从第一透镜111的表面凸出而形成。具体地，当需要对将第一透镜111与光芯片40的光敏面进行对齐时，对已贴装光芯片40的电路板30或透镜结构10进行点胶，将第一定位部112与光芯片40的光敏面进行对齐，由于在第二方向3上，第一定位部112的中心和第一透镜111的中心重合，因此，无需再将透镜结构10或已贴装光芯片40的电路板30沿第二方向3上移动，只需将透镜结构10沿第三方向4移动至电路板30上，uv灯照射，完成透镜结构10对光芯片40的封装。当预设距离d大于零时，还需再将透镜结构10或已贴装光芯片40的电路板30沿第二方向3上移动预设距离d。
53.进一步地，如图1和图2所示，预设距离d大于等于第一透镜111的半径和第一定位部112的半径之和。优选地，预设距离d等于第一透镜111的半径和第一定位部112的半径之和，即，第一透镜111的外轮廓与第一定位部112的外轮廓相切。在此需要说明的是，对于第一定位部112包括多个同心设置的多个环状凸起113的情况，第一透镜111的外轮廓与第一定位部112的外轮廓相切，是指第一透镜111的外轮廓与最外圈的环状凸起113的外轮廓相切。
54.由于在第二方向3上，第一定位部112的中心与第一透镜111的中心的距离等于第二定位部122的中心与第二透镜121的中心的距离，第二定位部122的中心和第二透镜121的中心的连线之间也具有预设距离d，预设距离d大于等于零。上述关于第一定位部112的描述也适用于第二定位部122，在此不再对第二定位部122详细赘述。
55.如图9所示，电路板30置于机台20，光芯片40设于电路板30背离机台20的一侧；夹取件70设于机台20且能够在第三方向4上相对机台20移动，夹取件70用于夹取透镜结构10；第一图像传感器50用于识别光敏面和发光面并输出第一图像5；第二图像传感器60用于识别第一定位部112和第二定位部122并输出第二图像6。
56.可以采用如下方法进行封装(以全自动贴片设备为例)：
57.(1)将已贴装光芯片40的电路板30置于机台20的贴装区域；
58.(2)对已贴装光芯片40的电路板30和/或透镜结构10进行点胶；
59.(3)控制夹取件70夹取透镜结构10的上表面的平坦区，优选地，夹取件70为吸嘴；
60.(4)第一图像传感器50识别到光敏面和发光面并输出第一图像5，处理器计算出光敏中心和发光中心，第二图像传感器60识别到第一定位部112和第二定位部122并输出第二图像6，处理器计算出第一定位部112的中心和第二定位部122的中心；
61.(5)根据第一图像5中的光敏中心和发光中心以及第二图像6中的第一定位部112的中心和第二定位部122的中心在第一方向2和第二方向3上的位置差，调节机台20与电路板30以及吸嘴与透镜结构10的相对位置坐标，使得第一图像5的光敏面的光敏中心和发光面的发光中心分别与第二图像6的第一定位部112的中心和第二定位部122的中心一一重合；
62.(6)将透镜结构10或已贴装光芯片40的电路板30沿第二方向3移动预设距离d，即，在第二方向3上，第一定位部112的中心和第一透镜111的中心的连线之间的距离，此时，光敏面与第一透镜111完全同心，发光面与第二透镜121完全同心。
63.(7)吸嘴下压透镜结构10至电路板30上，同时，uv灯照射，完成封装。
64.本技术实施例还提供了一种光模块，如图10所示，包括电路板30、光芯片40以及如前述的透镜结构10，光芯片40设于电路板30上，透镜结构10用于将光芯片40封装于电路板30上。本技术实施例提供的光模块，具有上述任一实施例中的透镜结构10，因此，具有前述的透镜结构10的全部有益效果，在此不再一一赘述。
65.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。