一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件，包括透镜基体，透镜基体固定在PCB板上，发射光路通道的准直透镜的入射面镀有衰减膜，VCSEL芯片发射的光束一部分经衰减膜后通过准直透镜被准直为平行光，再经过45°斜面全反射到达聚焦透镜被汇聚至光纤；VCSEL芯片发射的光束另一部分被衰减膜反射至LDD芯片的driver区域，其中一部分光被LDD芯片的driver区域吸收和折射，另一部分光被LDD芯片的driver区域反射到透镜基体底面设有的入射斜面上，并从该入射斜面入射到透镜基体中；接收光路通道的准直透镜用于将光纤中的光变为平行光，再经过45°斜面全反射到达聚焦透镜被汇聚至PD芯片中，完成光电转换。本发明专利技术解决了界面反射的杂散光对发射光路、接收光路、CDR芯片的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件
本专利技术涉及光纤通信高速光模块
，特别涉及一种基于COB(ChipOnBoard)封装的多模光纤与光芯片多通道耦合且收发一体的耦合光组件，主要可用于100G、400G等高速传输的发射、接收的光电模块中光纤与光发射芯片、光接收芯片间的多通道并行耦合。
技术介绍
光通信技术的迅猛发展，要求数据传输速率和数据传输容量不断增加，传输速率的同时，又要求制作工艺尽量简单、物料成本尽量降低，集成度尽量高。VCSEL/PD阵列芯片和COB的封装工艺提供了低成本的高速光模块提供解决方案，多家电芯片公司也推出将VCSEL/PDdriver、CDR和equalizer集于一体的LDD电芯片，方便COB封装和集成。同时，这种封装方式对器件的环境可靠性带来一定挑战：光纤与有源芯片的90°转折并行耦合、COB贴片金线物理保护、芯片表面的洁净度和环境适应性等，目前行业中已找到了对应的解决方案——用PEI材料的多通道耦合lens实行并行转折耦合，并可同时对VCSEL和PD芯片表面进行罩盖保护，防止脏污和物理损伤，而lens的内腔也被设计的较大，从而兼容更多类型的芯片和元件，使散热空间更大。但是在实际应用过程中，由于COB封装为非气密性，水气仍会渗到芯片附近；一方面，VCSEL(850nm)典型的发光功率一般大于协议要求光功率，为满足协议需求，需要对发射光功率做一定的衰减(根据激光器的发光功率，1～6dB衰减量不等)，对发射和接收一体的lens，目前无法控制材料为发射光路衰减而接收光路不衰减，只能采取在发射端镀膜的方式或在光纤端加装衰减膜的方式进行衰减，调节发光功率，衰减膜又以反射型的衰减膜为主，反射型的衰减膜工艺成熟稳定，吸收型的衰减膜膜层较厚，工艺复杂，膜层应力较大，且在膜层不可能做到特别厚，故而吸收型的衰减膜仍会有一部分的光被反射；而加装衰减膜片会增加工艺成本和材料成本，不如加镀衰减膜方便。另一方面，CDR芯片区为硅锗工艺，会吸收特定波长(400～1100nm)的光，产生相应的电流噪声，一般常温常压条件下，它的抗噪强度在～-20dBm，在特殊环境(潮气等)下引起CDR阈值下降，使其更加敏感，进而导致引起CDR失锁，模块丢包；且为了电信号能很好传递，LDD芯片与VCSEL或PD芯片不能离太远。再者，在lens底部加涂吸收材料的方法可能会引入新的可靠性风险，CDR和Driver区域工作时温度高，导致吸收材料性变脱落、妨碍芯片散热等，在lens结构设计上，避免该风险，既能降低成本，又能简化工艺。加镀衰减膜的方式在制作成本上比加装膜片的方式低，但会引入CDR芯片失效风险。如下图1所示，当lens通光面型处加镀反射型衰减膜时，一部分光会被反射到LDD芯片上，由于芯片折射率大，光线入射角度较大(光线在芯片表面和lens底部的反射率和角度关系如图2和图3所示)，故一部分光被芯片吸收和折射损耗后，仍有一部分光被芯片反射到lens底部，然后被芯片发射的光线2-3经过lens底部返回到LDDCHIP的光敏区域——CDR区域，该区域的光敏阈值在-22dBm，当芯片表面处于高温高湿环境时，阈值会下降，导致芯片对杂散光更敏感，最终可能因杂散光的影响导致模块丢包、失效等后果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件，其可以解决界面反射的杂散光对发射光路、接收光路、CDR芯片的影响。本专利技术的目的是采用下述方案实现的：本专利技术公开了一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件，包括透镜基体和PCB板，所述PCB板上贴装有LDD芯片、VCSEL芯片和PD芯片，所述透镜基体固定安装在PCB板上，所述透镜基体的底部设有用于为LDD芯片、VCSEL芯片和PD芯片安装让位的凹腔，所述透镜基体上设有发射光路通道和接收光路通道，所述发射光路通道上设有准直透镜、聚焦透镜和反射面，发射光路通道的准直透镜的入射表面镀有衰减膜，所述VCSEL芯片发射的光束一部分经衰减膜后通过发射光路通道的准直透镜，被发射光路通道的准直透镜准直为平行光，发射光路通道的反射面用于将经发射光路通道的准直透镜准直后的平行光转折到发射光路通道的聚焦透镜，发射光路通道的聚焦透镜用于将入射光束汇聚至光纤；所述VCSEL芯片发射的光束另一部分被衰减膜反射至LDD芯片的driver区域，其中一部分光2-5被LDD芯片的driver区域吸收和折射，另一部分光2-3被LDD芯片的driver区域反射到透镜基体底面设有的入射斜面上，并从该入射斜面入射到透镜基体中，由透镜基体传播并吸收；所述接收光路通道上设有准直透镜、聚焦透镜和反射面，接收光路通道的准直透镜用于将光纤中的光变为平行光，接收光路通道的反射面用于将经接收光路通道的准直透镜准直后的平行光转折至接收光路通道的聚焦透镜，接收光路通道的聚焦透镜用于将入射光汇聚至PD芯片中，完成光电转换。被LDD芯片的driver区域反射的光以较小的入射角从透镜基体底面的入射斜面入射到透镜基体中，使绝大部分光都进入透镜基体中。进一步地，所述透镜基体的底部设有三角柱结构，位于LDD芯片上方，该三角柱结构靠近发射光路通道的准直透镜一侧的斜面为入射斜面，用于供LDD芯片的driver区域反射的光入射到透镜基体内；三角柱结构与透镜基体一体成型。该三角柱的结构可以减小二次反射光在lens底部处的入射角度，将此处的杂散光隔挡、然后折射到lens顶部和外部和被吸收。进一步地，透镜基体底面设有的入射斜面与PCB板的夹角为α，角度α等于30～45°。角度α的设置根据实际需要可以进行调整，目的是使被LDD芯片的driver区域反射的杂散光以较小的入射角从透镜基体的入射斜面入射到透镜基体中。进一步地，所述的三角柱结构离VCSELlens的距离s根据VCSEL与lens的工作距离l1、VCSEL的远场发散角θ、以及VCSEL厚度h1、LDDCHIP厚度h2等数据共同决定，一般地，对于θ＝35°、h1＝150μm，h2＝200μm，l1＝0.2～0.25mm，时三角柱离VCSELlens的距离s＝0.4～0.5mm，高度h＝0.15～0.12mm，角度α＝30～45°。进一步地，所述透镜基体的底部设有凹槽，位于LDD芯片上方，该凹槽的一侧面设有入射斜面，用于供LDD芯片的driver区域反射的光入射到透镜基体内。进一步地，所述透镜基体上固定有黑胶，用于吸收被LDD芯片的driver区域反射并入射到透镜基体内的光。进一步地，所述透镜基体设有散热通气孔，与底部凹腔连通；所述散热通气孔的上端贯穿透镜基体的上端面，所述散热通气孔的下端与透镜基体的底部凹腔连通；所述散热通气孔为上大下小的阶梯孔；所述散热通气孔的上部大径段内固定有黑胶，用于吸收被LDD芯片的driver区域反射并入射到透镜基体内的光；散热通气孔的上部大径段的孔径为下部小径段的孔径的至少2倍。透镜基体与光纤对接的部位为头部，另一端为尾部，透镜基体尾部设计散热通气孔，保持芯片与lens散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件，其特征在于：包括透镜基体和PCB板，所述PCB板上贴装有LDD芯片、VCSEL芯片和PD芯片，所述透镜基体固定安装在PCB板上，所述透镜基体的底部设有用于为LDD芯片、VCSEL芯片和PD芯片安装让位的凹腔，所述透镜基体上设有发射光路通道和接收光路通道，所述发射光路通道上设有准直透镜、聚焦透镜和反射面，发射光路通道的准直透镜的入射表面镀有衰减膜，所述VCSEL芯片发射的光束一部分经衰减膜后通过发射光路通道的准直透镜，被发射光路通道的准直透镜准直为平行光，发射光路通道的反射面用于将经发射光路通道的准直透镜准直后的平行光转折到发射光路通道的聚焦透镜，发射光路通道的聚焦透镜用于将入射光束汇聚至光纤；所述VCSEL芯片发射的光束另一部分被衰减膜反射至LDD芯片的driver区域，其中一部分光被LDD芯片的driver区域吸收和折射，另一部分光被LDD芯片的driver区域反射到透镜基体底面设有的入射斜面上，并从该入射斜面入射到透镜基体中，由透镜基体传播并吸收；/n所述接收光路通道上设有准直透镜、聚焦透镜和反射面，接收光路通道的准直透镜用于将光纤中的光变为平行光，接收光路通道的反射面用于将经接收光路通道的准直透镜准直后的平行光转折至接收光路通道的聚焦透镜，接收光路通道的聚焦透镜用于将入射光汇聚至PD芯片中，完成光电转换。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于COB耦合工艺的收发一体光组件，其特征在于：包括透镜基体和PCB板，所述PCB板上贴装有LDD芯片、VCSEL芯片和PD芯片，所述透镜基体固定安装在PCB板上，所述透镜基体的底部设有用于为LDD芯片、VCSEL芯片和PD芯片安装让位的凹腔，所述透镜基体上设有发射光路通道和接收光路通道，所述发射光路通道上设有准直透镜、聚焦透镜和反射面，发射光路通道的准直透镜的入射表面镀有衰减膜，所述VCSEL芯片发射的光束一部分经衰减膜后通过发射光路通道的准直透镜，被发射光路通道的准直透镜准直为平行光，发射光路通道的反射面用于将经发射光路通道的准直透镜准直后的平行光转折到发射光路通道的聚焦透镜，发射光路通道的聚焦透镜用于将入射光束汇聚至光纤；所述VCSEL芯片发射的光束另一部分被衰减膜反射至LDD芯片的driver区域，其中一部分光被LDD芯片的driver区域吸收和折射，另一部分光被LDD芯片的driver区域反射到透镜基体底面设有的入射斜面上，并从该入射斜面入射到透镜基体中，由透镜基体传播并吸收；
所述接收光路通道上设有准直透镜、聚焦透镜和反射面，接收光路通道的准直透镜用于将光纤中的光变为平行光，接收光路通道的反射面用于将经接收光路通道的准直透镜准直后的平行光转折至接收光路通道的聚焦透镜，接收光路通道的聚焦透镜用于将入射光汇聚至PD芯片中，完成光电转换。


2.根据权利要求1所述的基于COB耦合工艺的收发一体光组件，其特征在于：透镜基体底面设有的入射斜面与PCB板的夹角为α，角度α等于30～45°。


3.根据权利要求1所述的基于COB耦合工艺的收发一体光组件，其特征在于：所述透镜基体的底部设有三角柱结构，位于LDD芯片上方，该三角柱结构靠近发射光路通道的准直透镜一侧的斜面为入射斜面，用于供LDD芯片的driver区域反射的光入射到透镜基体内；三角柱结构与透镜基体一体成型。


4.根据权利要求1所述的基于COB耦合工艺的收发一体光组件，其特征在于：所述透镜基体的底部设有凹槽，位于LDD芯片上方，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：田波，钟幸，许其建，周纪承，
申请(专利权)人：武汉华工正源光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42