硅光模块封装结构

1.本实用新型涉及电子封装技术领域，尤其涉及一种硅光模块封装结构。


背景技术：

2.随着硅基光电子技术的不断发展，其在大数据传输及人工智能领域有了更广泛地应用。为了缩小整个模块的尺寸，现有硅光模块的封装结构多采用一体化设计，但这也导致模块出现故障后只能整体报废，无法进行拆解检修，硅光模块的使用寿命有限；模块内尚未损坏的器件也无法得到二次利用，造成不必要的浪费，增加了使用成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种硅光模块封装结构，能够解决现有硅光模块封装后无法再进行拆解，出现故障后只能整体报废，模块内部器件也无法得到二次利用的问题。
4.为实现上述目的，提供以下技术方案：
5.一种硅光模块封装结构，包括壳体和设于所述壳体内的：
6.基板，包括沿第一方向依次设置的第一安装部和第二安装部；
7.电路板，设于所述第一安装部上；
8.tec芯片，设于所述第二安装部上，并与所述电路板相连；
9.硅光芯片，设于所述tec芯片上，并与所述电路板相连；
10.光纤阵列，设于所述第二安装部上，所述光纤阵列用于与所述硅光芯片耦合。
11.进一步地，所述电路板在所述第一安装部的投影面积小于所述第一安装部的面积；所述第一安装部的上表面较所述第二安装部的低，以在所述第一安装部与所述第二安装部连接处形成台阶。
12.进一步地，所述第二安装部的上表面开设有第一凹槽，所述tec芯片贴设于所述第一凹槽的槽底，所述tec芯片与所述第一凹槽的槽壁之间具有间隙。
13.进一步地，所述电路板的上表面开设第二凹槽，所述第二凹槽沿所述第一方向延伸至所述电路板的端部，并与所述第一凹槽相连通，所述tec芯片同时位于所述第一凹槽和所述第二凹槽内。
14.进一步地，所述tec芯片与所述第二凹槽的槽壁之间也具有间隙。
15.进一步地，所述第二凹槽沿所述电路板的厚度方向贯穿所述电路板。
16.进一步地，所述第二凹槽在所述电路板上形成沿第二方向相对设置的两个第一槽壁和设于两个所述第一槽壁之间的第二槽壁，所述电路板上还开设缓冲槽，所述缓冲槽设于所述第一槽壁与所述第二槽壁的连接处，并与所述第二凹槽相连通。
17.进一步地，所述光纤阵列沿第二方向相对设置有两个，两个所述光纤阵列分布分别位于所述硅光芯片沿所述第二方向的两侧。
18.进一步地，所述硅光模块封装结构还包括保护套，所述壳体沿所述第二方向的两侧各设置一个所述保护套；所述保护套与所述壳体内部相连通，并由所述壳体向外侧延伸，
所述光纤阵列的尾纤经由所述保护套伸出至所述壳体外。
19.进一步地，所述壳体包括顶部设置敞口的壳体本体和盖设所述敞口的盖板，所述基板与所述壳体本体可拆卸连接。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
21.本实用新型的硅光模块封装结构，将集成有相关电学部件及光学部件的基板设于壳体内，进而形成一个封装整体；基板沿第一方向进行了依次分区，电路板设于基板的第一安装部上，而tec芯片、硅光芯片及光纤阵列则设于基板的第二安装部上，进而在实施拆解时，可以分别将相应的部件独立地从不同的安装部上进行拆卸下来，损坏的部件可以进行更换或者维修，未损坏的部件则可以保留在基板上，进行二次利用，无需整体报废，提高了模块的使用寿命，也避免了不必要的浪费，降低了使用成本；具体实施时，可以在损坏的部件进行更换或者维修后，按照原来的封装方式进行重新封装。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例中硅光模块封装结构的示意图；
23.图2为本实用新型实施例中硅光模块封装结构(去除盖板)的示意图；
24.图3为图2的俯视图；
25.图4为本实用新型实施例中硅光模块封装结构(去除壳体)的结构示意图；
26.图5为图4的侧视图。
27.附图标记：
28.10、壳体；20、基板；30、电路板；40、tec芯片；50、硅光芯片；60、光纤阵列；70、排针；80、保护套；
29.11、壳体本体；12、盖板；21、第一安装部；22、第二安装部；23、台阶； 31、第二凹槽；32、缓冲槽；61、尾纤；
30.111、安装凸沿；112、通孔；221、第一凹槽。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描
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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
38.本实施例在于提供一种硅光模块封装结构，用于实现硅光模块的封装。具体地，参考图1至图4，硅光模块封装结构包括壳体10和设于壳体10内的基板20、电路板30、tec(thermo electric cooler，半导体制冷器)芯片40、硅光芯片50以及光纤阵列60；基板20为金属基板，包括沿第一方向(即附图中x向)依次设置的第一安装部21和第二安装部22；电路板30设于第一安装部21上；tec芯片40设于第二安装部22上，并与电路板30相连；硅光芯片 50设于tec芯片40上，也与电路板30相连；光纤阵列60设于第二安装部22 上，用于与硅光芯片50耦合。
39.本实施例所提供的硅光模块封装结构，将集成有相关电学部件及光学部件的基板20设于壳体10内，进而形成一个封装整体；基板20沿第一方向进行了依次分区，电路板30设于基板20的第一安装部21上，而tec芯片40、硅光芯片50及光纤阵列60则设于基板20的第二安装部22上，进而在实施拆解时，可以分别将相应的部件独立地从不同的安装部上进行拆卸下来，损坏的部件可以进行更换或者维修，未损坏的部件则可以保留在基板20上，进行二次利用，无需整体报废，提高了模块的使用寿命，也避免了不必要的浪费，降低了使用成本；具体实施时，可以在损坏的部件进行更换或者维修后，按照原来的封装方式进行重新封装。
40.本实施例中，电路板30和tec芯片40均通过导电银胶贴设于基板20上；硅光芯片50也通过导电银胶贴设于tec芯片上表面。硅光芯片50及tec芯片 40均在基板20上固定后，各自通过金线与电路板30相连形成电连接。
41.进一步地，参考图3和图4，电路板30在第一安装部21上的投影面积小于第一安装部21的面积；这样设置的目的是使电路板30安装到第一安装部21 上后，电路板30不会完全覆盖第一安装部21，第一安装部21上未覆盖有第一电路板30的区域形成了电路板30解胶拆解时的溢胶空间，方便实施拆卸工序。进一步地，参考图4和图5，第一安装部21的上表面较
第二安装部22的低，以在第一安装部21与第二安装部22连接处形成台阶23，该台阶23可以对电路板30拆卸时熔化的胶水进行阻隔，避免溢出至第二安装部22处对其它部件产生影响。
42.进一步地，参考图3和图4，第二安装部22的上表面开设第一凹槽221， tec芯片40贴设于第一凹槽221的槽底，且tec芯片40与第一凹槽221的槽壁之间具有间隙。上述设置可以在进行tec芯片40的胶解时为熔化的胶水提供容置空间，避免胶水外溢，进而方便实施拆解。具体地，tec芯片40的外周与第一凹槽221的槽壁之间均均有间隙。示例地，第二安装部22具有沿第一方向的第一端和第二端，且第一端相对于第二端更靠近第一安装部21，第一凹槽221 设于第一端，并延伸至第一端的端面处，即第一凹槽221沿第一方向贯穿第二安装部22的第一端，以方便实施tec芯片40与电路板30之间的打线操作。
43.更进一步地，电路板30的上表面开设第二凹槽31，第二凹槽31沿第一方向延伸至电路板30的端部，并与第一凹槽221相连通，tec芯片40同时位于第一凹槽221和第二凹槽31内。具体地，电路板30具有沿第一方向的第三端和第四端，且第三端相对于第四端更靠近第二安装部22，第二凹槽31便设于电路板30的第三端，且第一凹槽221沿第一方向贯穿电路板30的第三端，进而得以与第一凹槽221相连通，而tec芯片40可以由第二安装部22延伸至第二凹槽31内。上述设置可以压缩整个模块封装结构在第一方向上的尺寸，同时方便实施tec芯片40和硅光芯片50与电路板30之间的打线连接。具体地，第二凹槽31为贯穿槽，其沿电路板30的厚度方向贯穿电路板30；进一步地，tec 芯片40位于第一凹槽221内的部分贴设于第二安装部22上，位于第二凹槽31 内的部分贴设于第一安装部21上，进而tec芯片40得以全部贴设于基板20上，确保了tec芯片40的安装稳固性。
44.可选地，tec芯片40与第二凹槽31的槽壁之间也具有间隙。与第一凹槽 221和tec芯片40之间的间隙的作用相同，该间隙也用于容置胶解时的胶水，避免胶水外溢。
45.具体地，第二凹槽31在电路板30上形成沿第二方向(即附图中y向)相对设置的两个第一槽壁和设于两个第一槽壁之间的第二槽壁，电路板30上还开设缓冲槽32，缓冲槽32设于第一槽壁与第二槽壁的连接处，并与第二凹槽31 相连通。本实施例中，第二方向与第一方向相垂直。一般地，tec芯片40为规则的矩形结构，而第二凹槽31适应性地也设置为矩形结构，且具有上述的第一槽壁和第二槽壁；缓冲槽32的设置不仅能够避免在矩形结构的夹角处产生较大的应力集中，还能够与第二凹槽31相连通，扩大胶水的溢流空间。可选地，缓冲槽32为弧形结构，以避免新应力集中的产生。
46.参考图2至图4，光纤阵列60沿第二方向相对设置有两个，两个光纤阵列 60分布分别位于硅光芯片50沿第二方向的两侧。具体实施时，一个光纤阵列 60用于与硅光芯片50进行光输入的耦合，另一个光纤阵列60用于与硅光芯片 50进行光输出的耦合。
47.更进一步地，参考图1和图2，硅光模块封装结构还包括保护套80，壳体 10沿第二方向的两侧各设置一个保护套80；保护套80与壳体10内部相连通，并由壳体10向外侧延伸，光纤阵列60的尾纤61经由保护套80伸出至壳体10 外。具体地，其中一个保护套80用于与位于同侧的光纤阵列60配合，实现硅光芯片50上光的耦入，另一个保护套80则用于与位于同侧的另一光纤阵列60 配合，实现硅光芯片50上光的耦出。可选地，在壳体10沿第二方向的两侧开设插孔，保护套80沿第二方向插设于插孔内。
48.示例地，仍然参考图1和图2，电路板30上还设置排针70，排针70能够伸出壳体10设
置，以用于与外部供电设备连接，为整个硅光模块进行供电。
49.一实施例中，壳体10包括顶部设置敞口的壳体本体11和盖设敞口的盖板 12，基板20与壳体本体11可拆卸连接。将壳体10分设为壳体本体11和盖板12，使得内部零件可以由敞口取出；同时基板20与壳体本体11之间为可拆卸连接，也方便将基板20及其上集成的多个部件整体取出，方便在外部实施基板 20上零部件的拆卸工作。可选地，盖板12与壳体本体11之间通过螺丝可拆卸连接。更进一步地，壳体10为矩形结构；壳体本体11的外周设置安装凸沿111，安装凸沿111上设置安装孔，整个壳体10还可以采用螺丝和安装凸沿111上的安装孔的配合进行整个硅光模块封装结构的固定。进一步地，壳体本体11的侧壁开设通孔112，排针70由通孔112伸出壳体10设置。
50.可选地，参考图2，基板20通过螺丝结构可拆卸地固定于壳体本体11内。具体地，参考图4和图5，可以在第一安装部21和第二安装部22上设置两个螺丝，第二安装部22的两个螺丝穿过第二安装部22后紧固于壳体本体11上，第一安装部21的两个螺丝依次穿过电路板30和第一安装部21后紧固于壳体本体11上，完成基板20连接的同时还提高了电路板30放置的稳固性。
51.本实施例的硅光模块封装结构具体的封装过程如下：
52.1)使用导电银胶将电路板30和tec芯片40贴设于基板20上的相应位置；
53.2)在tec芯片40上表面涂导电银胶；
54.3)使用贴片机的吸嘴吸取硅光芯片50，并将其贴附于tec芯片40上表面；
55.4)使用金线进行打线，将硅光芯片50、tec芯片40与电路板30相连；
56.5)电路板30上连接排针70，并进行模块电学测试，确保模块电封装部分的性能；
57.6)使用光纤阵列60对硅光芯片50进行对光，确保光的高效率耦入和耦出；
58.7)通过uv胶将光纤阵列60固定于第二安装部22上；
59.8)对整个模块进行整体测试后，将基板20放于壳体本体11内固定；
60.9)盖板12与壳体本体11进行装配，封装完成。
61.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。