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一种集成封装的光引擎及其 信号发射、接收方法

阅读：1010发布：2020-06-01

专利汇可以提供一种集成封装的光引擎及其信号发射、接收方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种集成封装的光引擎及其信号发射、接收方法，光引擎包括模塑互连器件、嵌接在模塑互连器件内的陶瓷基板、设置在陶瓷基板上的激光芯片、光电二极管芯片、光驱动芯片、互阻放大器芯片、阵列透镜模组、光纤接口；其信号发射方法为：S1、外部电源为光驱动芯片供电；S2、外部信号传递给光驱动芯片，从而令激光芯片发出光信号；S3、阵列透镜模组对光信号进行全反射后传输出去。其信号接收方法为：S1、光信号进入光纤接口；S2、光信号进入阵列透镜模组；S3、阵列透镜模组将光信号送入光电二极管芯片；S4、光电二极管芯片将光信号转换成电信号后送入互阻放大器芯片；S5、互阻放大器芯片将电信号传递给外部电路。，下面是一种集成封装的光引擎及其信号发射、接收方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种集成封装的光引擎，其特征在于：所述光引擎包括模塑互连器件、陶瓷基板、激光芯片、光电二极管芯片、光驱动芯片、互阻放大器芯片、阵列透镜模组、光纤接口，模塑互连器件固定连接在PCB板上，模塑互连器件内嵌接有陶瓷基板，陶瓷基板上设置有激光芯片、光电二极管芯片、光驱动芯片、互阻放大器芯片、阵列透镜模组、光纤接口；所述模塑互连器件表面设置有供电电路和信号电路，陶瓷基板表面设置有连接电路，光驱动芯片的金属引脚、互阻放大器芯片的金属引脚分别与陶瓷基板表面的连接电路连接；激光芯片与光驱动芯片电性连接，光电二极管与互阻放大器芯片电性连接，光驱动芯片的金属引脚、陶瓷基板表面的连接电路均与模塑互连器件表面的供电电路、信号电路连接。
2.如权利要求1所述的集成封装的光引擎，其特征在于：所述光纤接口采用光纤阵列形式的光纤接口，其用于连接单模光纤、多模光纤或塑料光纤。
3.如权利要求1所述的集成封装的光引擎，其特征在于：所述阵列透镜模组上集成有光纤阵列。
4.如权利要求1所述的集成封装的光引擎，其特征在于：所述阵列透镜模组和光纤接口均可以双向传输光信号。
5.如权利要求1所述的集成封装的光引擎，其特征在于：模塑互连器件上设置有两个高精度的孔洞。
6.如权利要求5所述的集成封装的光引擎，其特征在于：所述阵列透镜模组上设置有两个高精度的PIN柱。
7.如权利要求6所述的集成封装的光引擎，其特征在于：所述阵列透镜模组的两个高精度PIN柱与模塑互连器件的两个孔洞相对应。
8.如权利要求6所述的集成封装的光引擎，其特征在于：所述阵列透镜模组包括透镜本体，透镜本体上设置有一个45度的反射面，透镜本体侧面并排设置有若干个光纤接口，每个光纤接口内设置有第一透镜，透镜本体底端并排设置有第二透镜，第一透镜与第二透镜相互对应且从第一透镜进入的光信号经过反射面反射后从第二透镜射出。
9.一种光引擎的信号发射方法，所述光引擎为权利要求1所述的光引擎，其特征在于：
包括以下步骤：
S1、外部电源通过模塑互连器件表面的供电电路和陶瓷基板表面的连接电路为光驱动芯片供电；
S2、外部信号通过模塑互连器件表面的信号电路和陶瓷基板表面的连接电路将信号传递给光驱动芯片，光驱动芯片驱动激光芯片发出光信号；
S3、阵列透镜模组对激光芯片发出的光信号进行准直、全反射、再汇聚后通过光纤接口以及与光纤接口连接的光纤传输出去，完成光引擎的信号发射操作。
10.一种光引擎的信号接收方法，所述光引擎为权利要求1所述的光引擎，其特征在于：
包括以下步骤：
S1、光信号通过光纤进入与光纤连接的光纤接口；
S2、光信号从光纤接口出来后进入阵列透镜模组；
S3、阵列透镜模组对光信号进行准直、全反射、再汇聚后将光信号送入光电二极管芯片；
S4、外部电源通过模塑互连器件表面的供电电路和陶瓷基板表面的连接电路为互阻放大器芯片供电；
S5、光电二极管芯片将光信号转换成电信号后传输到互阻放大器芯片，互阻放大器芯片通过模塑互连器件表面的供电电路和陶瓷基板表面的连接电路将电信号传递给外部电路，完成光引擎的信号接收操作。

说明书全文

一种集成封装的光引擎及其信号发射、接收方法

技术领域

[0001] 本发明涉及信息传输领域，尤其涉及一种集成封装的光引擎及其信号发射、接收方法。

背景技术

[0002] 随着通讯领域传输容量的日益增长，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度的要求。目前，电子产品对带宽的要求越来越高，而且应用多样化。光引擎是光收发机模块的主要组件，现有技术中的光引擎根据应用需求先分别采购电接口、驱动控制器、激光芯片、光电二极管芯片、接收芯片、整列透镜模组和光纤阵列等器件，再将各器件安置在一个PCB板上；这种方式针对不同的应用需求，都需要全部重新设计开发PCB板、电路和光路，这就存在开发时间长，成本高等问题。

发明内容

[0003] 本发明目的是针对上述问题，提供一种装配简单、提高效率的集成封装的光引擎及其信号发射、接收方法。

[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

[0005] 一种集成封装的光引擎，所述光引擎包括模塑互连器件、陶瓷基板、激光芯片、光电二极管芯片、光驱动芯片、互阻放大器芯片、阵列透镜模组、光纤接口，模塑互连器件固定连接在PCB板上，模塑互连器件内嵌接有陶瓷基板，陶瓷基板上设置有激光芯片、光电二极管芯片、光驱动芯片、互阻放大器芯片、阵列透镜模组、光纤接口；所述模塑互连器件表面设置有供电电路和信号电路，陶瓷基板表面设置有连接电路，光驱动芯片的金属引脚、互阻放大器芯片的金属引脚分别与陶瓷基板表面的连接电路连接；激光芯片与光驱动芯片电性连接，光电二极管与互阻放大器芯片电性连接，光驱动芯片的金属引脚、陶瓷基板表面的连接电路均与模塑互连器件表面的供电电路、信号电路连接。

[0006] 进一步的，所述光纤接口采用光纤阵列形式的光纤接口，其用于连接单模光纤、多模光纤或塑料光纤。

[0007] 进一步的，所述阵列透镜模组上集成有光纤阵列。

[0008] 进一步的，所述阵列透镜模组和光纤接口均可以双向传输光信号。

[0009] 进一步的，模塑互连器件上设置有两个高精度的孔洞(高精度包括洞间距和洞直径，最好公差最好小于5um，15um也可以接受)；

[0010] 进一步的，所述阵列透镜模组上设置有两个高精度的PIN柱(高精度包括PIN柱间距和PIN柱直径，最好公差最好小于5um，15um可以接受)；

[0011] 进一步的，所述阵列透镜模组的两个高精度PIN柱与模塑互连器件的两个孔洞，进行对准，实现被动耦合。

[0012] 进一步的，所述阵列透镜模组包括透镜本体(至少有一个，可以有多个)，透镜本体上设置有一个45度的反射面，透镜本体侧面并排设置有若干个光纤接口(至少有一个)，每个光纤接口内设置有第一透镜，透镜本体底端并排设置有第二透镜，第一透镜与第二透镜相互对应且从第一透镜进入的光信号经过反射面反射后从第二透镜射出。

[0013] 进行安装时，先把陶瓷基板放入模塑互连器件内，使用胶水固定好。使用模塑互连器件边缘的两个洞，建立坐标系，之后在该坐标系下，通过diebond的方式，把激光芯片、光电二极管芯片、光驱动芯片、互阻放大器芯片放置在指定的位置上，通过银胶固定在陶瓷基板上。通过wire bond的方式，连接各部分。

[0014] 光纤使用刀片或者激光切割机，把光纤切断。对应插入阵列透镜模组内，使用胶水固定在阵列透镜模组里面。

[0015] 一种光引擎的信号发射方法，包括以下步骤：

[0016] S1、外部电源通过模塑互连器件表面的供电电路和陶瓷基板表面的连接电路为光驱动芯片供电；

[0017] S2、外部信号通过模塑互连器件表面的信号电路和陶瓷基板表面的连接电路将信号传递给光驱动芯片，光驱动芯片驱动激光芯片发出光信号；

[0018] S3、阵列透镜模组对激光芯片发出的光信号进行准直、全反射、再汇聚后通过光纤接口以及与光纤接口连接的光纤传输出去，完成光引擎的信号发射操作。

[0019] 一种光引擎的信号接收方法，包括以下步骤：

[0020] S1、光信号通过光纤进入与光纤连接的光纤接口；

[0021] S2、光信号从光纤接口出来后进入阵列透镜模组；

[0022] S3、阵列透镜模组对光信号进行准直、全反射、再汇聚后将光信号送入光电二极管芯片；

[0023] S4、外部电源通过模塑互连器件表面的供电电路和陶瓷基板表面的连接电路为互阻放大器芯片供电；

[0024] S5、光电二极管芯片将光信号转换成电信号后传输到互阻放大器芯片，互阻放大器芯片通过模塑互连器件表面的供电电路和陶瓷基板表面的连接电路将电信号传递给外部电路，完成光引擎的信号接收操作。

[0025] 与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

[0026] 本发明中光引擎将用于光信号发送和接收的器件集成在一起，能够实现光引擎的标准化，简化设计，满足不同的应用需求；使用时，直接将本申请光引擎与外部电路连接即可实现光信号的发射、接收工作，有效缩短了光引擎的开发时间，降低了研发成本。另一方面，本发明中的光纤接口采用光纤阵列形式的光纤接口，能够提高电互联和光互联的密度，从而能够整体提升带宽能力和通信能力，有效提高了光引擎的工作效率。附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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。

[0028] 图1为光引擎的装配结构图；

[0029] 图2为模塑互连器件与陶瓷基板的连接结构图；

[0030] 图3为阵列透镜模组的结构示意图；

[0031] 图4为阵列透镜模组的反射原理图。

具体实施方式

[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0033] 如图1至图4所示，本发明中的光引擎包括模塑互连器件(MID)2、内嵌在模塑互连器件2里面的陶瓷基板3、以及设置在陶瓷基板3上的激光芯片(LD)9、光电二极管芯片(PD)8、光驱动芯片(Driver)4、互阻放大器芯片(TIA)7、阵列透镜模组(ArrayLens)5和光纤接口
506。模塑互连器件2表面有利用激光直接成型(LDS)技术制造出来的电路；陶瓷基板3上有印刷好的电路；激光芯片9和光电二极管8通过diebond技术固定在陶瓷基板3上；利用wirebond技术把激光芯片9与光驱动芯片4(Driver)通过金线连接；利用wirebond技术把光电二极管芯片8与互阻放大器芯片(TIA)7通过金线连接；利用wirebond技术把光驱动芯片(Driver)4和互阻放大器芯片(TIA)7的金属引脚与陶瓷基板3表面的电路连接；利用wirebond技术把陶瓷基板3表面的电路与模塑互连器件2表面的电路通过金线连接，陶瓷基板3表面的电路、模塑互连器件2表面的电路均为市面上的常用电路。

[0034] 模塑互连器件2上设置有两个高精度的孔洞201(高精度包括洞间距和洞直径，公差最好小于5um，15um可以接受)；所述阵列透镜模组5上设置有两个高精度的PIN柱501(高精度包括PIN柱间距和PIN柱直径，公差最好小于5um，15um也可以接受)；所述阵列透镜模组5的两个高精度PIN柱501与模塑互连器件2的两个孔洞201进行对准，实现被动耦合。

[0035] 所述模塑互连器件(MID)2安装在PCB板1上，模塑互连器件(MID)2由激光直接成型(LDS)，能够将高频、机械和电气功能集成到一个3D组件中。

[0036] 所述光纤接口506采用光纤阵列形式，其用于连接单模光纤或多模光纤；光纤阵列的光纤用于传输光信号。

[0037] 所述阵列透镜模组5和光纤阵列能够双向传输信号。

[0038] 所述阵列透镜模组包括透镜本体504(至少有一个，可以有多个)，透镜本体504上设置有一个45度的反射面502，透镜本体504侧面并排设置有若干个光纤接口506(至少有一个)，光纤接口内插接有光纤6，每个光纤接口506内设置有第一透镜505，透镜本体504底端并排设置有第二透镜503，第一透镜505与第二透镜503相互对应且从第一透镜505进入的光信号经过反射面反射后从第二透镜503射出。

[0039] 所述阵列透镜模组5为阵列透镜光纤模组，即在阵列透镜模组5上集成光纤阵列；阵列透镜光纤模组，集成了透镜和光纤整列，光纤直接插入透镜对应的孔内，减少了光纤阵列；根据不同的光纤类型，比如125um外径的玻璃光纤，250um带外涂敷的玻璃光纤，250um的塑料光纤等等不同类型的光纤，制作孔径不一样的阵列透镜光纤模组，以适应不同的光纤类型。

[0040] 光引擎进行信号发射操作时，包括以下步骤：

[0041] S1、外部电源通过模塑互连器件2表面的供电电路和陶瓷基板3表面的连接电路为光驱动芯片4供电；

[0042] S2、外部信号通过模塑互连器件2表面的信号电路和陶瓷基板3表面的连接电路将信号传递给光驱动芯片4，光驱动芯片4驱动激光芯片9发出光信号；

[0043] S3、阵列透镜模组5对激光芯片9发出的光信号进行准直、全反射、再汇聚后通过光纤接口以及与光纤接口连接的光纤6传输出去，完成光引擎的信号发射操作。

[0044] 光引擎进行信号接收操作时，包括以下步骤：

[0045] S1、光信号通过光纤6进入与光纤连接的光纤接口；

[0046] S2、光信号从光纤接口出来后进入阵列透镜模组5；

[0047] S3、阵列透镜模组5对光信号进行准直、全反射、再汇聚后将光信号送入光电二极管芯片8；

[0048] S4、外部电源通过模塑互连器件2表面的供电电路和陶瓷基板3表面的连接电路为互阻放大器芯片7供电；

[0049] S5、光电二极管芯片8将光信号转换成电信号后传输到互阻放大器芯片7，互阻放大器芯片7通过模塑互连器件2表面的供电电路和陶瓷基板3表面的连接电路将电信号传递给外部电路，完成光引擎的信号接收操作。

[0050] 本发明中光引擎将用于光信号发送和接收的器件集成在一起，能够实现光引擎的标准化，简化设计，满足不同的应用需求；使用时，直接将本申请光引擎与外部电路连接即可实现光信号的发射、接收工作，有效缩短了光引擎的开发时间，降低了研发成本。另一方面，本发明中的光纤接口采用光纤阵列形式的光纤接口，能够提高电互联和光互联的密度，从而能够整体提升带宽能力和通信能力，有效提高了光引擎的工作效率。

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