一种光接收次模块及光模块
阅读：1016发布：2020-07-03
专利汇可以提供一种光接收次模块及光模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种光接收次模 块 及光模块。本发明 实施例 提供的光接收次模块及光模块， 电路 板伸入光接收次模块的金属壳体中，使得 电路板 上的接收电芯片与金属壳体内部的 雪 崩光电 二极管 的输出端近距离连接，有利于提高 信号 传输 质量 ；电路板上的金属层分别与接收电芯片及绝缘导热 垫块 接触 ，利于接收电芯片通过金属层及绝缘导热垫块实现 散热 ；金属垫块的凹陷区，提供了设置电容的 位置 ，与电容连接的 升压电路 为雪崩 光电二极管 的正常工作提供了高 电压 ；光传输阵列末端的反射斜面将光传输至 雪崩光电二极管 中；绝缘导热垫块位于金属层及金属壳体底面之间，提供了 电隔离 ，与 现有技术 相比，本发明实施例提供的光接收次模块和光模块提供了良好的接收信号质量，解决了电隔离的问题。，下面是一种光接收次模块及光模块专利的具体信息内容。
1.一种光接收次模块，其特征在于，包括金属壳体、分别伸入所述金属壳体的电路板及光传输阵列，位于所述金属壳体内部的雪崩光电二极管；
所述光传输阵列的末端形成反射斜面，以将光传输至所述雪崩光电二极管；
所述金属壳体的底面设置有绝缘导热垫块，所述绝缘导热垫块表面设置有金属垫块，所述电路板位于所述金属垫块的表面；
所述电路板具有升压电路及金属层，所述金属层上设置有接收电芯片，所述金属层与所述金属垫块接触，所述升压电路的输出端与所述雪崩光电二极管的供电端相连，所述雪崩光电二极管的输出端与所述接收电芯片相连；
所述金属垫块的表面具有凹陷区，所述凹陷区设置有电容，所述电容接入所述升压电路中。
2.根据权利要求1所述的光接收次模块，其特征在于，所述接收电芯片的接地层与所述金属层接触。
3.根据权利要求1所述的光接收次模块，其特征在于，所述接收电芯片表面的接地焊盘通过打线与所述金属层连接。
4.根据权利要求1至3任一所述的光接收次模块，其特征在于，所述金属层包括位于所述电路板上表面的第一金属区及下表面的第二金属区，所述第一金属区与所述第二金属区之间通过过孔连接。
5.一种光模块，其特征在于，包括：上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体形成的空腔内设有权利要求1-4中任一项所述的光接收次模块。
一种光接收次模块及光模块
技术领域
[0001] 本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光接收次模块及光模块。
背景技术
[0002] 光模块是光纤通讯系统中实现光电转换的重要器件，其主要包括光发射次模块（Transmitter Optical Subassembly，TOSA）和光接收次模块（Receiver Optical Subassembly，ROSA）。通常，光发射次模块通过激光器将电信号转换为光信号，将光信号通过光纤传送；光接收次模块接收光纤传送的光信号，并将光信号转换为电信号，由此实现光模块的光电转换功能。
发明内容
[0004] 本发明提供一种光接收次模块及光模块，解决了光接收次模块中电隔离问题。
[0005] 为了解决上述发明目的，本发明实施例采用如下技术方案：第一方面，本发明实施例提供一种光接收次模块，包括金属壳体、分别伸入所述金属壳体的电路板及光传输阵列，位于所述金属壳体内部的雪崩光电二极管；所述光传输阵列的末端形成反射斜面，以将光传输至所述雪崩光电二极管；所述金属壳体的底面设置有绝缘导热垫块，所述绝缘导热垫块表面设置有金属垫块，所述电路板位于所述金属垫块的表面；
所述电路板具有升压电路及金属层，所述金属层上设置有接收电芯片，所述金属层与所述金属垫块接触，所述升压电路的输出端与所述雪崩光电二极管的供电端相连，所述雪崩光电二极管的输出端与所述接收电芯片相连；所述金属垫块的表面具有凹陷区，所述凹陷区设置有电容，所述电容接入所述升压电路中。
所述电路板具有升压电路及金属层，所述金属层上设置有接收电芯片，所述金属层与所述金属垫块接触，所述升压电路的输出端与所述雪崩光电二极管的供电端相连，所述雪崩光电二极管的输出端与所述接收电芯片相连；所述金属垫块的表面具有凹陷区，所述凹陷区设置有电容，所述电容接入所述升压电路中。
[0006] 第二方面，本发明实施例还提供一种光模块，包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体形成的空腔内设有上述光接收次模块。
[0007] 本发明实施例提供的光接收次模块，电路板伸入金属壳体中，使得电路板上的接收电芯片与金属壳体内部的雪崩光电二极管的输出端近距离连接，有利于提高信号传输质量；电路板上的金属层分别与接收电芯片及绝缘导热垫块接触，利于接收电芯片通过金属层及绝缘导热垫块实现散热；金属垫块的凹陷区，提供了设置电容的位置，与电容连接的升压电路为雪崩光电二极管的正常工作提供了高电压；光传输阵列末端的反射斜面将光传输至雪崩光电二极管中；绝缘导热垫块位于金属层及金属壳体底面之间，提供了电隔离，与现有技术相比，本发明实施例提供的光接收次模块和光模块提供了良好的接收信号质量，解决了电隔离的问题。
[0009] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，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。
[0010] 图1为现有技术提供的光模块结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；
图3为本发明实施例提供的光接收次模块立体剖面图；
图4为本发明实施例提供的光接收次模块平面截面图；
图5为图4中A区域的放大结构示意图。
图3为本发明实施例提供的光接收次模块立体剖面图；
图4为本发明实施例提供的光接收次模块平面截面图；
图5为图4中A区域的放大结构示意图。
具体实施方式
[0011] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0012] 图1为现有技术提供的光模块结构示意图。如图1所示，一般地，光模块包括上壳体21、下壳体22、光学次模块23及电路板24。光学次模块可以分为光发射次模块及光接收次模块；本发明实施例针对光接收次模块提供一种改进方案。上壳体21与下壳体22形成光模块的腔体，光学次模块23及电路板24位于该腔体中。现有技术中，光学次模块具有陶瓷连接基板26，陶瓷连接基板26通过柔性板25与电路板24连接，陶瓷连接基板为光学次模块内部的电器件提供电连接。
[0013] 图2为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图。与图1所示方案相同地，本发明实施例提供的光模块包括上壳体与下壳体形成光模块的腔体，与图1所示方案不同地，本发明实施例提供的光模块包括光发射次模块01及光接收次模块02，光接收次模块通过光纤阵列2与光口连接器03连接。为避免光模块的光发射次模块和光接收次模块之间产生电磁串扰和热串扰等，光发射次模块和光接收次模块分别单独封装。
[0014] 本发明实施例提供一种光接收次模块，包括金属壳体、分别伸入所述金属壳体的电路板及光传输阵列，位于所述金属壳体内部的雪崩光电二极管；所述光传输阵列的末端形成反射斜面，以将光传输至所述雪崩光电二极管；所述金属壳体的底面设置有绝缘导热垫块，所述绝缘导热垫块表面设置有金属垫块，所述电路板位于所述金属垫块的表面；所述电路板具有升压电路及金属层，所述金属层上设置有接收电芯片，所述金属层与所述金属垫块接触，所述升压电路与所述雪崩光电二极管的供电端相连，所述雪崩光电二极管的输出端与所述接收电芯片相连；所述金属垫块的表面具有凹陷区，所述凹陷区设置有电容，所述电容接入所述升压电路中。
[0015] 本发明实施例还提供一种光模块，包括上述光接收次模块。
[0016] 本发明实施例提供的光接收次模块，电路板伸入金属壳体中，使得电路板上的接收电芯片与金属壳体内部的雪崩光电二极管的输出端近距离连接，有利于提高信号传输质量；电路板上的金属层分别与接收电芯片及绝缘导热垫块接触，利于接收电芯片通过金属层及绝缘导热垫块实现散热；金属垫块的凹陷区，提供了设置电容的位置，与电容连接的升压电路为雪崩光电二极管的正常工作提供了高电压，光传输阵列末端的反射斜面将光传输至雪崩光电二极管中；绝缘导热垫块位于金属层及金属壳体底面之间，提供了电隔离。
[0017] 下面以具体实施例结合附图的方式对本发明实施例提供的光接收次模块及光模块进行具体描述。
[0018] 图3为本发明实施例提供的光接收次模块立体剖面图，图4为本发明实施例提供的光接收次模块平面截面图，由附图3、图4可知，在本发明实施例提供的一种光接收次模块中，光接收次模块包括金属壳体3。金属壳体3为光接收次模块进行封装的部件，且光接收次模块中的各元器件位于金属壳体3的内部。金属壳体3相对的侧壁或相邻的侧壁开口设置，由此，电路板1的端部和光传输阵列2的端部均能够伸入到金属壳体3的内部。优选的，为便于光接收次模块中其他部件的设置，电路板1和光传输阵列2均通过金属壳体3相对侧壁的中部伸入到金属壳体3的内部。
[0019] 电路板1可以是印制电路板PCB，也可以是柔性电路板FPC；光传输阵列2可以是光纤阵列，也可以是阵列波导光栅AWG。
[0020] 对于伸入到金属壳体3内部的光传输阵列2，光传输阵列2用于传输光，并将传输的光耦合进雪崩光电二极管5中。具体地，光传输阵列2末端具有反射斜面，光传输阵列2传输的光经反射斜面反射后，传输至雪崩光电二极管5中。在本发明实施例中，反射斜面的倾斜角度为45±5°。
[0021] 图5为图4中A区域的放大结构示意图，如图5所示，对于伸入到金属壳体3内部的电路板1，电路板1设有金属层6，电路板1的上表面和下表面分别设有接收电芯片4和金属垫块7，且金属层6分别与接收电芯片4和金属垫块7相接触，如附图4所示。其中，接收电芯片4可以是跨阻放大器TIA，也可以是跨阻放大器与限幅放大器的集成芯片，其用于接收来自光电雪崩二极管的信号。
[0022] 具体地，电路板1和接收电芯片4上均设置有焊盘（图中未示出），且电路板1的焊盘与接收电芯片4上的焊盘通过打线连接，进而能够实现电路板1和接收电芯片4之间的信号传输。
[0023] 具体地，接收电芯片4与金属层接触的底面为金属接地层，通过与金属层的连接，将接收电芯片4的地连接至金属层，进而连接至金属垫块7。
[0024] 具体地，接收电芯片4的接地焊盘与金属层6通过打线连接，进而实现接收电芯片4接地。
[0025] 具体地，电路板上其他器件的地引脚连接至金属层。
[0026] 具体地，电路板上表面具有第一金属区，电路板下表面具有第二金属区，第一金属区与第二金属区之间通过过孔连接，以形成了电路板的金属层。
[0027] 当接收电芯片4工作时，接收电芯片4会产生热量。由于金属层6分别与接收电芯片4和金属垫块7相接触，因而，接收电芯片4产生的热量通过金属层6传导至金属垫块7上，以实现接收电芯片4的散热。
[0028] 此外，金属层与金属垫块接触，将金属层的地电气属性扩展连接至金属垫块，增大了光接收次模块中的地的面积，有利于提高信号的传输质量。
[0029] 在本发明实施例中，电路板1上的接收电芯片4与雪崩光电二极管5通过打线连接，由于打线越短，传输速度及质量越高，因而接收电芯片4与雪崩光电二极管5之间的打线越短越好。为实现接收电芯片4与雪崩光电二极管5之间的短距离打线连接，电路板1伸入到金属壳体3的内部，进而实现光接收次模块单独封装在电路板1上。
[0030] 为便于光传输阵列2将光传输至雪崩光电二极管5，光传输阵列2的末端与雪崩光电二极管5之间的距离是固定的，且距离较短。又由于光传输阵列2通过金属壳体3的侧壁伸入金属壳体3的内部，因而光传输阵列2的位置是固定的。为实现光传输阵列2的末端与雪崩光电二极管5之间的距离固定，雪崩光电二极管5的位置也需要固定。
[0031] 具体地，雪崩光电二极管APD可以设置在印制电路板PCB的表面，也可以设置在金属垫块7的表面。
[0032] 电路板具有向雪崩光电二极管提供工作高电压的升压电路。上位机/系统端向光模块提供的电压为3.3V，而APD工作所需的电压为30V甚至60V，所以电路板中设置了升压电路；在升压电路中，电容是关键器件，由于电容较大，不适合设置在电路板上，所以在金属垫块的表面设置了凹陷区，将电容放置在凹陷区上，电容作为升压电路的一部分，接入电路板中的升压电路中，即电路板中的部分电路与电容一起构成了完整的升压电路。
[0033] 光传输阵列的末端形成反射斜面，通过光在末端发生发生，从而将光传输至雪崩光电二极管；雪崩光电二极管位于光传输阵列的下方，光传输阵列与雪崩光电二极管之间的距离较近，以满足光高效率的耦合要求，电容同样位于光传输阵列的下方，为了避让光传输阵列的位置，金属垫块的表面形成凹陷区，凹陷区的高度低金属垫块表面的高度，以降低电容的高度，而雪崩光电二极管位于金属垫块表面。
[0034] 凹陷区可以设置为任意的形状/结构，其目的为降低电容的高度，以避让光传输阵列。
[0035] 光模块中，常用的垫块材料为金属或陶瓷，陶瓷具有绝缘及导热特性，但硬度较高，难以制作凸台或凹陷，一般制作成表面平整的垫块；金属具有导电性及导热性，可塑性强，可以制作成各种形状，但其导电性往往需要设置电隔离结构。本发明实施例中，在设计光接收次模块时，为了给电路板提供垫块，根据金属及陶瓷的不同特性，设计了具体的方案。
[0036] 具体地，由于要形成凹陷区，以放置电容，所以不宜采用陶瓷材料，金属材料是较为适宜的材料，所以次模块中具有金属垫块，由金属垫块形成凹陷区，由金属垫块承载雪崩光电二极管及电容；金属垫块与电路板的地接触，次模块的壳体为金属材质，为了电隔离考虑，不能将金属垫块与壳体直接接触，结合散热要求，所以在金属垫块及外壳之间设置绝缘导热垫块，优选陶瓷垫块。
[0037] 金属壳体3底面与金属垫块7之间设有绝缘导热垫块9，且该绝缘导热垫块9能够实现金属壳体3与金属垫块7之间的隔离，如附图3、4所示。本发明实施例中，绝缘导热垫块9可以选用陶瓷材料制备。由于金属壳体3底面与金属垫块7之间设有绝缘导热垫块9，且绝缘导热垫块9能够隔离金属壳体3和金属垫块7，因而金属壳体3和金属垫块7之间不会发生电传递，进而电路板1与金属壳体7之间不会发生电传递，由此使得光接收次模块具有良好的电隔离效果。
[0038] 对于绝缘导热垫块9隔离金属垫块7和金属壳体3，本发明实施例提供一种绝缘导热垫块9隔离金属垫块7和金属壳体3的方式，但这仅为示例性方式，并不限定本申请中绝缘导热垫块9隔离金属垫块7和金属壳体3的其他方式。
[0039] 绝缘导热垫块9位于金属壳体3内部底面上，且金属垫块7位于绝缘导热垫块9上，由此，金属垫块7、绝缘导热垫块9以及金属壳体3呈现为上下堆叠的形式。由于金属垫块7、绝缘导热垫块9以及金属壳体3底面呈现为上下堆叠的形式，因而，金属垫块7和绝缘导热垫块9能够在金属壳体3的底面上分别投影形成阴影。若绝缘导热垫块9在金属壳体3的底面上投影形成阴影包含金属垫块7在金属壳体3的底面上投影所形成的阴影，则表明金属垫块7的尺寸小于绝缘导热垫块9的尺寸，且金属垫块7不能够与金属壳体3的侧壁相接触，由此也能够实现绝缘导热垫块9隔离金属垫块7和金属壳体3。
[0040] 由于电路板1和光传输阵列2通过金属壳体3侧壁上设置的开口进入金属壳体3内部，因而需要将电路板1与金属壳体3的结合处以及光传输阵列2与金属壳体3的结合处通过涂敷密封胶的方式进行粘合，进而实现金属壳体3的密封。
[0041] 在金属壳体3内部底部依次放置绝缘导热垫块9和金属垫块7。将设置有金属层6和接收电芯片4的电路板1伸入到金属壳体3的内部，同时，将光传输阵列2伸入到金属壳体3的内部，并调整光传输阵列2的末端与雪崩光电二极管5之间的距离。光传输阵列2的末端与雪崩光电二极管5之间的距离调整好后，通过烘烤的方式去除各部件上携带的水汽。水汽去除后，在电路板1与金属壳体3的结合处以及光传输阵列2与金属壳体3的结合处涂敷密封胶。密封胶固化后实现对金属壳体3的密封。若金属壳体3上还有其他部分未密封，则通过填充密封胶的方式实现金属壳体3的整体密封。在本发明实施例中，金属壳体3的密封采用具有防水性能的无影胶实现。
[0042] 进一步，为充分确保金属壳体3内部各部件无水汽的作业环境，还可以在金属壳体3的内部填充氮气，以进一步降低金属壳体3内部的水汽。
[0043] 在本发明实施例提供的光模块中，金属壳体3的外表面还设置有固定柱12。该固定柱12用于将金属壳体3固定在电路板上，进而实现将光接收次模块固定在电路板上。由于固定柱12用于将金属壳体3固定在电路板上，因此，固定柱12的位置设置以及固定柱12的大小需要根据实际情况设定。
[0044] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、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发明的一般性原理并包括本发明未公开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，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0045] 应当理解的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明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。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
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