一种高速率光模块结构及其封装方法技术

本发明专利技术公开了一种高速率光模块结构及其封装方法，该方法包括以下步骤，先分别将高速率光引擎和光接收组件封装；再在PCBA表面开设凹槽，将高速率光引擎和光接收组件贴装在凹槽内；在MT适配器上插装MT，形成MPO连接器，在PCBA上设置DSP芯片。本发明专利技术将高速率光引擎、光接收组件和PCBSMT三个封装过程解耦，三个封装过程同步进行，可极大地提高生产效率；通过采取在PCBA上开通槽方式，节省PCBA空间，在降低物料成本的同时，有助于实现400G短距离传输模块小型化封装。块小型化封装。块小型化封装。

A high rate optical module structure and its packaging method

【技术实现步骤摘要】
一种高速率光模块结构及其封装方法


[0001]本专利技术涉及光通信领域，具体涉及一种高速率光模块结构及其封装方法。

技术介绍

[0002]近年来，得益于人工智能、远程医疗以及工业互联网等新兴产业的发展，云计算和数据中心产业不断发展，这一现象大大提高了对短距离宽带传输的需求。云计算从2015年的3.9ZB到2020年的14.1ZB，上升了3.7倍，极大推动了数据中心向400G发展，对400Gb/s短距离传输光收发模块产生了巨大的需求。
[0003]现阶段400G短距离传输模块主要有两类方案：EML((Electro
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Absorption Laser，电吸收调制激光器)方案和SOI modulator chip(Silicon on Insulator modulator chip，硅光调制器芯片)方案。其中，400G EML方案为4*100G或8*50G，即使用4颗100Gb/s EML激光器或8颗50Gb/s EML激光器，高速率EML激光器价格较高且产能不足，严重影响400G短距离传输模块量产。400G SOI方案使用DFB激光器和SOI调制器芯片，SOI调制器芯片片上插入损耗较高，在9dBm左右，根据硅光调制器芯片片上插入损耗情况，有两种主流方案，使用2颗高功率DFB Laser(Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光器)或1颗高功率DFB Laser，具有高功耗的缺点。同时，现阶段高功率激光器售价较高，以70mW DFB激光器为例，售价可达30美金/颗，极大提高了传输模块成本。此外，SOI调制器芯片尺寸相对较大，不易集成。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的第一目的在于提供一种能够提高400G短距离传输模块生产效率的高速率光模块结构的封装方法；本专利技术的另一目的在于提供一种尺寸较小、成本较低的高速率光模块结构。
[0005]技术方案：本专利技术的高速率光模块结构的封装方法，包括以下步骤，
[0006]S1：将激光器芯片贴装在第一基板上形成激光器载体，将激光器载体和铌酸锂薄膜调制器芯片贴装在第二基板上，对激光器载体通电并耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片；将发射端FA耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片，将发射端FA11耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片10，实现高速率光引擎的封装；
[0007]S2：将TIA芯片与PD array芯片贴装在第三基板上，对TIA芯片与PD array芯片通电，并将接收端FA耦合至PD array芯片，实现光接收组件的封装；
[0008]S3：在PCBA表面开设两个凹槽，用以贴装高速率光引擎和光接收组件；
[0009]S4：在MT适配器上插装MT，形成MPO连接器，在PCBA上设置DSP芯片。
[0010]步骤S1中，所述激光器芯片通过单透镜耦合、双透镜耦合或端面耦合三种方式耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片，能够提高激光器到薄膜铌酸锂调制器芯片的耦合效率。
[0011]步骤S2中，在所述接收端FA12光纤侧接入光源，通过读取TIA芯片RSSI电流，从而判断接收端FA12与PD array芯片各通道间的耦合情况。
[0012]本专利技术还包括一种高速率光模块结构，包括MPO连接器、PCBA、高速率光引擎、光接收组件及DSP芯片；所述MPO连接器包括MT适配器及插装在MT适配器上的MT；所述高速率光引擎、光接收组件及DSP芯片均设置在PCBA上，高速率光引擎、光接收组件分别与MT连接。
[0013]所述PCBA上开设两个不同尺寸的凹槽，用以安装高速率光引擎和光接收组件，并利用盖板将高速率光引擎和光接收组件封装，不仅可以保护高速率光引擎和光接收组件，还能有效防止水汽进入。
[0014]所述高速率光引擎包括激光器芯片、透镜、第二基板、隔离器、铌酸锂薄膜调制器芯片及发射端FA，其中，第二基板和铌酸锂薄膜调制器芯片固定在凹槽内，第二基板表面设置激光器芯片、隔离器和发射端FA；所述激光器芯片和隔离器之间设置透镜。
[0015]所述铌酸锂薄膜调制器芯片表面固定MPD，用于监测激光器芯片和铌酸锂薄膜调制器芯片之间的耦合情况。
[0016]所述PCBA3的背面与高速率光引擎对应位置处设置第四基板，第四基板表面预制金锡焊料，激光器通过共晶方式贴装在第四基板上，此基板有助于激光器散热。
[0017]所述光接收组件包括接收端FA、PD array芯片、第三基板及TIA芯片，其中，接收端FA、PD array芯片、TIA芯片均设置在第三基板上，PD array芯片通过金线连接TIA芯片。
[0018]本专利技术的高速率光模块结构作为交换机与设备之间传输的载体，用于实现光电信号相互转化，其中高速率模块发射端：DSP芯片将电信号加载到薄膜铌酸锂调制器芯片上，薄膜铌酸锂调制器芯片对耦合到芯片中的光进行调制，而后耦合到发射端FA的光纤中进行传输；高速率模块接收端：光信号通过接收端FA耦合到PD array芯片中，PD array芯片将接收到的光信号转化为电信号，电信号通过TIA芯片进行信号放大后输入DSP芯片进行信号处理。
[0019]有益效果：本专利技术的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)本专利技术的封装方法将高速率光引擎、光接收组件和PCB SMT三个封装过程解耦，三个封装过程同步进行，可极大地提高生产效率；(2)通过铌酸锂薄膜调制器芯片对信号进行调制，芯片尺寸小、功耗低且片上插损低，仅使用一颗低功率DFB激光器芯片，即激光器芯片与调制器芯片间只需进行一次耦合(EML方案与硅光方案要进行2
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4次耦合，取决于方案)，在降低光模块功耗的同时，降低耦合封装难度，进而降低物料成本和人工成本，并提高生产效率，有助于实现400G短距离传输模块量产；此外，铌酸锂调制器芯片流片周期短、成本低，有助于产品研发和更新迭代；(3)通过在PCBA上开通槽的方式安装高速率光引擎和光接收组件，可节省PCBA空间，在降低物料成本的同时，有助于实现400G短距离传输模块小型化封装。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所述高速率光模块结构的立体图；
[0021]图2为图1的俯视图；
[0022]图3为本专利技术所述高速率光模块结构装有盖板状态下的俯视图；
[0023]图4为图1的仰视图；
[0024]图5为本专利技术中激光器芯片与铌酸锂薄膜调制器芯片之间通过单透镜耦合状态下高速率光引擎的结构示意图；
[0025]图6为图5中铌酸锂薄膜调制器芯片与发射端FA通过透镜阵列耦合状态下高速率
光引擎的结构示意图；
[0026]图7为本专利技术中激光器芯片与铌酸锂薄膜调制器芯片之间通过双透镜耦合状态下高速率光引擎的结构示意图；
[0027]图8为图7中铌酸锂薄膜调制器芯片与发射端FA通过透镜阵列耦合状态下高速率光引擎的结构示意图；
[0028]图9为本专利技术中激光器芯片与铌酸锂薄膜调制器芯片之间通过端面耦合状态下高速率光引擎的结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速率光模块结构的封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：将激光器芯片贴装在第一基板(4)上形成激光器载体，将激光器载体和铌酸锂薄膜调制器芯片(10)贴装在第二基板(7)上，对激光器载体通电并耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片(10)；将发射端FA(11)耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片(10)，实现高速率光引擎的封装；S2：将TIA芯片(15)与PD array芯片(13)贴装在第三基板(14)上，对TIA芯片(15)与PD array芯片(13)通电，并将接收端FA(12)耦合至PD array芯片(13)，实现光接收组件的封装；S3：在PCBA(3)表面开设两个凹槽，用以贴装高速率光引擎和光接收组件；S4：在MT适配器(1)上插装MT(2)，形成MPO连接器，在PCBA(3)上设置DSP芯片(16)。2.根据权利要求1所述高速率光模块结构的封装方法，其特征在于：步骤S1中，所述激光器芯片(5)通过单透镜耦合、双透镜耦合或端面耦合三种方式耦合至铌酸锂薄膜调制器芯片(10)。3.根据权利要求1所述高速率光模块结构的封装方法，其特征在于：步骤S2中，在所述接收端FA(12)光纤侧接入光源，通过读取TIA芯片(15)RSSI电流，从而判断接收端FA(12)与PD array芯片(13)各通道间的耦合情况。4.一种高速率光模块结构，其特征在于：采用权利要求1所述的高速率光模块结构的封装方法，包括MPO连接器、PCBA(3)、高速率光引擎、光接收组件及DSP芯片(16)；所述MPO连接器包括MT适配器(1)及插装在MT适配器(1)上的MT...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兰颖，胡紫阳，陈力锋，
申请(专利权)人：江苏铌奥光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：