[发明专利]具有高效散热能力与高集成度的多通道光模块集成结构

说明书

本发明公开了一种具有高效散热能力与高集成度的多通道光模块集成结构，该光模块集成结构包括第一光模块外壳、第一PCB板、表面局部带焊盘的绝缘高导热块、功率器件及用于实现光模块内部光芯片与光纤光路互连的多通道集成光学元件，功率器件及多通道集成光学元件均设置在绝缘高导热块上，功率器件通过金丝键合方式与第一PCB板进行电路连接，第一PCB板设置有建立光模块电路网络与光模块外部电联通关系的第一点阵式焊盘阵列。本发明具备高效的内部热量导出能力，同时不会侵占PCB内部与表面的布线空间，能够提供更多的电信号引脚，从而适应更多通道数的光模块集成。

技术领域

本发明属于光模块集成设计技术领域，具体涉及一种具有高效散热能力与高集成度的多通道光模块集成结构。

背景技术

随着通信技术的进步以及大数据应用的发展，通信基站与数据中心对高速光模块的需求越来越迫切。对于40G及以上速率的光模块，单一激光器芯片的速率已无法满足光模块整体通信速率的要求，业界为了解决这一矛盾将多颗激光器芯片集成到一个光模块内部，依靠多通道并行传输来满足总的传输速率要求。由于多通道光模块内部集成了更多的光芯片，模块内部的散热压力较低速模块大得多。如果无法保证良好的散热，热量将在模块内部大量积聚，高温会导致激光器芯片阈值电流上升、效率下降、探测器芯片响应度漂移等一系列性能恶化，严重时会导致芯片失效，使得模块的性能与可靠性大打折扣。

相较于TO(Transistor Outline，晶体管外形)封装，COB(Chip on Board，板上芯片)封装中光芯片的数量与贴装位置可以灵活配置，从而被广泛应用于多通道并行传输的光模块集成。受行业标准的限制，光模块通常有两个散热面，与设备散热面接触的为主散热面。需要将光模块内部产生的热量传导到主散热面上。传统的COB结构方案，参见图1和图2，第一PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)2内部采用密集铜过孔7作为热量传导的媒介，将第一PCB板2正面功率器件3产生的热量传导到第一PCB板2背面，通过接触的方式再将热量传导到第一光模块壳体1上。通过集成多通道光路的光学透镜组6或多通道光纤阵列FA(Fiber Array)9实现外部与光模块内部光芯片的光路互连。光模块对外的电路连接接口则依靠第一PCB板2一端延伸出第一光模块壳体1内腔部分上所设置的条形金手指焊盘4来实现。

现有方案的缺陷在于：①散热铜过孔的密度受PCB板打孔密度的限制，其导热系数有限，通常为10W/m·K左右；②密集的散热铜过孔会侵占PCB板内部的走线空间，影响PCB板走线密度，降低PCB板的集成度；③PCB板背面为了与壳体良好接触传热，需要设置大面积铜皮，同样会侵占PCB板背面的走线空间，降低PCB板的集成度；④光模块对外的电信号接口布置在PCB板一端，引脚总数量有限，不利于更大规模通道数的集成。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种具有高效散热能力与高集成度的多通道光模块集成结构，该结构具备高效的内部热量导出能力，同时不会侵占PCB内部与表面的布线空间，能够提供更多的电信号引脚，从而适应更多通道数的光模块集成。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有高效散热能力与高集成度的多通道光模块集成结构，包括第一光模块外壳、第一PCB板、表面局部带焊盘的绝缘高导热块、功率器件及用于实现光模块内部光芯片与光纤光路互连的多通道集成光学元件，所述第一光模块外壳的内腔设置为阶梯状，所述第一PCB板安装在第一光模块外壳内腔较深的腔面上，所述绝缘高导热块的一部分设置在第一PCB板上，绝缘高导热块的另一部分设置在第一光模块外壳内腔较浅的腔面上，且绝缘高导热块与第一光模块外壳内腔接触面设置有可焊接的金属化焊盘，所述功率器件及多通道集成光学元件均设置在绝缘高导热块上，功率器件通过金丝键合方式与第一PCB板进行电路连接。