CN107861197A - 光发射组件、封装工艺及光模块 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了本申请实施例提供一种光发射组件、封装工艺及光模块，用以解决现有技术中存在的盘纤工艺难度大，不易实现的问题。所述光发射组件包括：柔性电路板，用于为激光器芯片和背光探测器供电，以及传输电信号；激光器芯片，用于接收所述电信号，将所述电信号转换为光信号；耦合透镜，用于会聚激光器芯片发出的光信号，其中，该光信号经过所述隔离器入射到所述第一适配器的单模光纤插芯中；基板，用于为所述激光器芯片和所述耦合透镜提供光路耦合媒介。由于给出了一种新的光发射组件，该光发射组件可与复用组件通过非熔接方式相连，因此，避开了上述盘纤工艺，也就避免了现有的光发射组件的盘纤工艺难度大，不易实现的问题。

Description

光发射组件、封装工艺及光模块

技术领域

本申请涉及光学通信技术领域，尤其涉及一种光发射组件、封装工艺及光模块。

背景技术

随着人们对数据传输速率的要求越来越高，100G光模块市场也正快速扩展。100GCWDM4QSFP28是由CWDM4MSA组织在2014年公布的标准，它是基于单模粗波分复用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexer)技术的100G传输模式，符合这种标准的100GCWDM4QSFP28光模块采用双工LC接口，利用1271nm、1291nm、1311nm和1331nm这4个中心波长进行光信号传输，每个波段传输25G。通过CWDM技术，100G CWDM4QSFP28光模块可以将上述4个中心波长复用到一根单模光纤上进行传输。

目前光模块行业内，100G CWDM4QSFP28光模块的波分复用组件，主要有两种：基于空间光学的薄膜滤波器(Thin-Film Filters，TFF)和基于集成平面光波导的阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating，AWG)。基于AWG方案的CWDM4QSFP28光模块内部光发射组件(Transmitter Optical Sub-Assembly，TOSA)的实现方案中的一种方案具体为：

将各个波长的分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)芯片、耦合透镜、隔离器、光纤阵列(FiberArray，FA)封装成带尾纤的四个Tx器件；将阵列波导光栅复用组件(ArrayedWaveguide Grating Multiplex，AWG MUX)芯片的输入端和输出端，分别做光纤耦合；将四只Tx器件尾纤和耦合好的AWG MUX输入端进行光纤熔接来连接光路；将熔接好的光学组件，经过盘纤工艺，盘到QsFP28的壳体里。

上述方案的缺陷在于“盘纤”工艺难度较大，不易实现，这是因为：①四只Tx器件尾纤和耦合好的AWG MUX输入端进行光纤熔接来连接光路，需要设计好精确的盘纤路径，而QSFP28内部尺寸小，光纤盘纤受到其最小弯曲半径的限制，导致盘纤困难；②即便经过精确设计，解决了上述盘纤问题，在光纤熔接过程中，一旦出现有一路光纤熔接失效，需要重新剥纤熔接而造成4路光纤不等长的情况，再次盘纤的难度，又增大了。

发明内容

本申请实施例提供一种光发射组件、封装工艺及光模块，用以解决现有技术中存在的盘纤工艺难度大，不易实现的问题。

一种光发射组件，包括：柔性电路板、激光器芯片、背光探测器、耦合透镜、隔离器、第一适配器和基板；

柔性电路板，用于为激光器芯片和背光探测器供电，以及传输电信号；

激光器芯片，用于接收所述电信号，将所述电信号转换为光信号；

耦合透镜，用于会聚激光器芯片发出的光信号，其中，该光信号经过所述隔离器入射到所述第一适配器的单模光纤插芯中；

所述基板，用于为所述激光器芯片和所述耦合透镜提供光路耦合媒介。

一种光发射组件的封装工艺，所述发光组件包括：柔性电路板、激光器芯片、背光探测器、耦合透镜、隔离器、第一适配器和基板；所述封装工艺包括：

步骤1：将柔性电路板粘接至表面平整的柔性电路板垫块上，以及使用导电胶将背光探测器贴在柔性电路板的未与柔性电路板垫块接触的一面；

步骤2：固定热沉上的激光器芯片至基板，给激光器芯片供电，使得激光器芯片发射光；

步骤3：固定耦合透镜至基板上，其中，耦合透镜固定在基板的位置为其透出所述光的功率最大时所处的位置；

步骤4：组合柔性电路板垫块和所述基板，并固定于管壳底部；

步骤5：将柔性电路板、热沉上的激光器芯片、背光探测器采用金丝键合连接；

步骤6：为柔性电路板加电，让激光器芯片发射光；固定隔离器和第一适配器，套上调节环，与装有激光器芯片和柔性电路板的管壳进行耦合，光功率最大的时候，调节环连接并固定管壳和第一适配器；

步骤7：管壳封盖。

一种光模块，包括：复用组件、光纤连接器、光发射组件、与光发射组件对应的第二适配器，其中，光发射组件的个数大于等于2个，一个光发射组件对应至少一个第二适配器，各光发射组件的波长不相同；

所述光发射组件，其与对应的第二适配器机械连接；

所述复用组件，其输入光纤与各第二适配器连接，其输出光纤与所述光纤连接器连接；

其中：所述光发射组件包括：柔性电路板、激光器芯片、背光探测器、耦合透镜、隔离器、第一适配器和基板；

柔性电路板，其连接激光器芯片和背光探测器，用于为激光器芯片和背光探测器供电，以及传输电信号；

激光器芯片，用于接收所述电信号，将所述电信号转换为光信号；

耦合透镜，用于会聚激光器芯片发出的光信号，其中，该光信号经过所述隔离器入射到所述第一适配器的单模光纤插芯中；

所述基板，用于为所述激光器芯片和所述耦合透镜提供光路耦合媒介。

由于给出了一种新的光发射组件，该光发射组件可与复用组件通过非熔接方式相连，因此，避开了上述盘纤工艺，也就避免了现有的光发射组件的盘纤工艺难度大，不易实现的问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的TOSA的部分组件结构示意图；

图2为本申请实施例提供的拿掉管壳盖板的TOSA的整体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的光发射组件的封装工艺流程图；

图4为本申请实施例提供的TOSA与AWG MUX的装配示意图。

附图标记说明：

101：柔性电路板；102：背光探测器；103：热沉上的激光器芯片；104：耦合透镜；105：隔离器；106：第一适配器；107：管壳；108：调节环；109：柔性电路板垫块；110：陶瓷基板；201：第一波长TOSA；202：第二波长TOSA；203：第三波长TOSA；204：第四波长TOSA；205：第一波长AWG适配器；206：第二波长AWG适配器；207：第三波长AWG适配器；208：第四波长AWG适配器；209：AWG MUX芯片；210：光纤连接器。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的盘纤工艺难度大，不易实现的问题，本申请实施例提供一种光发射组件、封装工艺及光模块。

以下结合说明书附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，其为本申请实施例提供的TOSA的部分组件结构示意图，包括：柔性电路板101、激光器芯片103、背光探测器102、耦合透镜104、隔离器105、第一适配器106和基板110；

柔性电路板101，用于为激光器芯片103和背光探测器102供电，以及传输电信号；

激光器芯片103，用于接收所述电信号，将所述电信号转换为光信号；

耦合透镜104，用于会聚激光器芯片发出的光信号，其中，该光信号经过所述隔离器入射到所述第一适配器106的单模光纤插芯中；

所述基板110，用于为所述激光器芯片和所述耦合透镜提供光路耦合媒介。

考虑到陶瓷基板的光路耦合效果较好，较佳的，上述基板为陶瓷基板。

下面对上述TOSA进行更为具体地说明，其包括柔性电路板101，固定在柔性电路板垫块109上，用于给热沉上的激光器芯片103，背光探测器102供电，并传输高速电信号；耦合透镜104将激光器芯片103发出的一定发散角的光进行会聚，经过隔离器105入射到第一适配器106的单模光纤插芯中；热沉上的激光器芯片103和耦合透镜104在陶瓷基板110上完成光路耦合后，放置于管壳107中；调节环108通过一定的固定方式，同时连接固定管壳107和第一适配器106。

在本申请实施例的方案中，由于给出了一种新的光发射组件，该光发射组件可与复用组件通过非熔接方式相连，因此，避开了上述盘纤工艺，也就避免了现有的光发射组件的盘纤工艺难度大，不易实现的问题。

较佳的，上述TOSA还包括：激光器驱动芯片；

所述柔性电路板，还用于为所述激光器驱动芯片供电。

图2给出了拿掉管壳盖板的TOSA的整体结构示意图。

此外，为了提高成品率，本申请实施例还针对上述TOSA提出了一种封装工艺，其流程图如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：将柔性电路板粘接至表面平整的柔性电路板垫块上，以及使用导电胶将背光探测器贴在柔性电路板的未与柔性电路板垫块接触的一面。

本步骤1中要求柔性电路板垫块109表面要求平整无起伏，柔性电路板101表面与柔性电路板垫块109表面充分接触，高强度粘接。具体的，柔性电路板上可用导电银胶贴背光探测器102。

步骤2：固定热沉上的激光器芯片至基板，给激光器芯片供电，使得激光器芯片发射光。

具体的，通过以下方式1)和方式2)中的任一方式固定热沉上的激光器芯片至基板，当然也不限于使用其他方式进行固定：

方式1)：采用导电胶将热沉上的激光芯片固定至基板上；

方式2)：采用共晶焊将热沉上的激光芯片焊接在基板上。

具体的，可以通过以下方式1和方式2中的任一方式给激光器芯片供电，当然也不限于使用其他方式进行供电：

方式1：采用电源加探针给激光器芯片供电；

方式2：采用柔性电路板板和激光器芯片之间打线，进行供电。

步骤3：固定耦合透镜至基板上，其中，耦合透镜固定在基板的位置为其透出所述光的功率最大时所处的位置。

通过以下方式确定耦合透镜透出所述光的功率最大时所处的位置：

摆放耦合透镜至基板任一位置，监控从耦合透镜透出的来自激光器芯片的光的功率，不断调整耦合透镜在基板的位置，直至功率最大时。

具体的，可以通过以下方式一和方式二中的任一方式监控光的功率，当然也不限于其他方式监控光的功率：

方式一：用单模光纤加光功率计监控耦合透镜出来的光的功率；

方式二：选择大光敏面光探测器监控耦合透镜出来的光的功率。

本步骤3中固定耦合透镜的方式，可以是胶粘工艺，也可以是激光焊接工艺。

步骤4：组合柔性电路板垫块和所述基板，并固定于管壳底部。

本步骤4即为将步骤1中粘好的柔性电路板101和柔性电路板垫块109组合，以及步骤3中粘好的陶瓷基板110、耦合透镜104、热沉上的激光器芯片103组合，同时放入地面涂好胶水的管壳107底部，之后烘烤固定。

具体的，可通过将组合后的柔性电路板垫块和所述基板放入底面涂有胶水的管壳底部，然后烘烤固定的方式将组合后的柔性电路板垫块和所述基板固定于管壳底部，其中，所述胶水导热性大于15W/m·K，膨胀系数小于20ppm/K。也即采用导热性较好且膨胀系数较小的胶水进行固定。

此外还可以采用导电银浆进行固定。

步骤5：将柔性电路板、热沉上的激光器芯片、背光探测器采用金丝键合连接；

步骤6：为柔性电路板加电，让激光器芯片发射光，固定隔离器和第一适配器，套上调节环，与装有激光器芯片和柔性电路板的管壳进行耦合，光功率最大的时候，调节环连接并固定管壳和第一适配器；

本步骤6中，调节环通过一定的固定方式固定在管壳上，具体的固定方式可以是激光焊接、焊锡焊接、胶工艺固定等方式。

步骤7：管壳封盖。

具体的，本步骤7中管壳封盖，可以是平行缝焊，也可以是胶粘、激光焊等其它工艺。

至此，完成了TOSA的封装。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种光模块，其结构示意图如图4所示，包括：复用组件209、光纤连接器210、光发射组件201、与光发射组件对应的第二适配器205，其中，光发射组件的个数大于等于2个，一个光发射组件对应至少一个第二适配器，各光发射组件的波长不相同；

所述光发射组件201，其与对应的第二适配器205机械连接；

所述复用组件209，其输入光纤与各第二适配器连接，其输出光纤与所述光纤连接器210连接；

其中，所述光发射组件可为上述实施例中的任一光发射组件。

较佳的，所述光发射组件是采用上述封装工艺进行封装的。

图4中示例性给出了四个波长的TOSA的光模块示意图，具体组装过程可为：制作CWDM 4个波长的TOSA，分别为：第一波长TOSA 201、第二波长TOSA202，第三波长TOSA 203，第四波长TOSA204；在AWG MUX 209的输入光纤上，按照设计的长度，制作第一波长AWG适配器205，第二波长AWG适配器205，第三波长AWG适配器207，第四波长AWG适配器208；AWG MUX209的输出光纤，在设计的长度位置，制作光纤连接器210；

组装的过程中，将第N波长mini-TO和第N波长AWG适配器进行机械连接(N＝1，2，3，4)；完成激光器芯片和AWG MUX 209的光路连接；AWG Mux光纤尾纤的长度，以可以方便地放入QSFP 28模块里面为宜。

本申请实施例提供的光模块中的AWG MUX的输入输出光纤，长度可以设计的很短，不用熔接，避免了复杂的盘纤问题；并且，至少两个波长的TOSA和AWG MUX的组装是通过光纤连接器机械连接，至少两个波长的TOSA和AWG MUX，一共至少3个组件，不管哪个组件坏了，直接更换该组件，不用整体报废，提高了光模块的成品率，以及提高了光模块的可生产性。并且本本申请实施例中的光器件制作简单，工艺好控制，不需要高精度激光器阵列芯片贴片机，不需要定制带有模斑变换器的AWG芯片，因此可降低开发成本和开发难度。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式实现。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中终端中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的终端中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个终端中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光发射组件，其特征在于，包括：柔性电路板、激光器芯片、背光探测器、耦合透镜、隔离器、第一适配器和基板；

柔性电路板，用于为激光器芯片和背光探测器供电，以及传输电信号；

激光器芯片，用于接收所述电信号，将所述电信号转换为光信号；

耦合透镜，用于会聚激光器芯片发出的光信号，其中，该光信号经过所述隔离器入射到所述第一适配器的单模光纤插芯中；

所述基板，用于为所述激光器芯片和所述耦合透镜提供光路耦合媒介。

2.如权利要求1所述的光发射组件，其特征在于，还包括：激光器驱动芯片；

所述柔性电路板，还用于为所述激光器驱动芯片供电。

3.一种光发射组件的封装工艺，其特征在于，所述发光组件包括：柔性电路板、激光器芯片、背光探测器、耦合透镜、隔离器、第一适配器和基板；所述封装工艺包括：

步骤1：将柔性电路板粘接至表面平整的柔性电路板垫块上，以及使用导电胶将背光探测器贴在柔性电路板的未与柔性电路板垫块接触的一面；

步骤2：固定热沉上的激光器芯片至基板，给激光器芯片供电，使得激光器芯片发射光；

步骤3：固定耦合透镜至基板上，其中，耦合透镜固定在基板的位置为其透出所述光的功率最大时所处的位置；

步骤4：组合柔性电路板垫块和所述基板，并固定于管壳底部；

步骤5：将柔性电路板、热沉上的激光器芯片、背光探测器采用金丝键合连接；

步骤6：为柔性电路板加电，让激光器芯片发射光；固定隔离器和第一适配器，套上调节环，与装有激光器芯片和柔性电路板的管壳进行耦合，光功率最大的时候，调节环连接并固定管壳和第一适配器；

步骤7：管壳封盖。

4.如权利要求3所述的封装工艺，其特征在于，通过以下方式确定耦合透镜透出所述光的功率最大时所处的位置：

摆放耦合透镜至基板任一位置，监控从耦合透镜透出的来自激光器芯片的光的功率，不断调整耦合透镜在基板的位置，直至功率最大时。

5.如权利要求4所述的封装工艺，其特征在于，通过以下任一方式监控光的功率：

方式一：用单模光纤加光功率计监控耦合透镜出来的光的功率；

方式二：选择大光敏面光探测器监控耦合透镜出来的光的功率。

6.如权利要求3所述的封装工艺，其特征在于，通过以下任一方式给激光器芯片供电：

方式一：采用电源加探针给激光器芯片供电；

方式二：采用柔性电路板板和激光器芯片之间打线，进行供电。

7.如权利要求3所述的封装工艺，其特征在于，通过以下任一方式固定热沉上的激光器芯片至基板：

方式一：采用导电胶将热沉上的激光芯片固定至基板上；

方式二：采用共晶焊将热沉上的激光芯片焊接在基板上。

8.如权利要求3所述的封装工艺，其特征在于，通过以下方式将组合后的柔性电路板垫块和所述基板固定于管壳底部：

将组合后的柔性电路板垫块和所述基板放入底面涂有胶水的管壳底部，然后烘烤固定，其中，所述胶水导热性大于15W/m·K，膨胀系数小于20ppm/K。

9.一种光模块，其特征在于，包括：复用组件、光纤连接器、光发射组件、与光发射组件对应的第二适配器，其中，光发射组件的个数大于等于2个，一个光发射组件对应至少一个第二适配器，各光发射组件的波长不相同；

所述光发射组件，其与对应的第二适配器机械连接；

所述复用组件，其输入光纤与各第二适配器连接，其输出光纤与所述光纤连接器连接；

其中：所述光发射组件包括：柔性电路板、激光器芯片、背光探测器、耦合透镜、隔离器、第一适配器和基板；

柔性电路板，其连接激光器芯片和背光探测器，用于为激光器芯片和背光探测器供电，以及传输电信号；

激光器芯片，用于接收所述电信号，将所述电信号转换为光信号；

耦合透镜，用于会聚激光器芯片发出的光信号，其中，该光信号经过所述隔离器入射到所述第一适配器的单模光纤插芯中；

所述基板，用于为所述激光器芯片和所述耦合透镜提供光路耦合媒介。

10.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述光发射组件是采用权利要求3所述的封装工艺进行封装的。