[發明專利]一種基于COB耦合工藝的收發一體光組件

有效

• 申請號: 202010197057.0
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111443436B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 田波;鐘幸;許其建;周紀承
• 申請（專利權）人: 武漢華工正源光子技術有限公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 代嬋

本發明公開了一種基于COB耦合工藝的收發一體光組件，包括透鏡基體，透鏡基體固定在PCB板上，發射光路通道的準直透鏡的入射面鍍有衰減膜，VCSEL芯片發射的光束一部分經衰減膜后通過準直透鏡被準直為平行光，再經過45°斜面全反射到達聚焦透鏡被匯聚至光纖；VCSEL芯片發射的光束另一部分被衰減膜反射至LDD芯片的driver區域，其中一部分光被LDD芯片的driver區域吸收和折射，另一部分光被LDD芯片的driver區域反射到透鏡基體底面設有的入射斜面上，并從該入射斜面入射到透鏡基體中；接收光路通道的準直透鏡用于將光纖中的光變為平行光，再經過45°斜面全反射到達聚焦透鏡被匯聚至PD芯片中，完成光電轉換。本發明解決了界面反射的雜散光對發射光路、接收光路、CDR芯片的影響。

技術領域

本發明涉及光纖通信高速光模塊技術領域，特別涉及一種基于COB(ChipOnBoard)封裝的多模光纖與光芯片多通道耦合且收發一體的耦合光組件，主要可用于100G、400G等高速傳輸的發射、接收的光電模塊中光纖與光發射芯片、光接收芯片間的多通道并行耦合。

背景技術

光通信技術的迅猛發展，要求數據傳輸速率和數據傳輸容量不斷增加，傳輸速率的同時，又要求制作工藝盡量簡單、物料成本盡量降低，集成度盡量高。VCSEL/PD陣列芯片和COB的封裝工藝提供了低成本的高速光模塊提供解決方案，多家電芯片公司也推出將VCSEL/PDdriver、CDR和equalizer集于一體的LDD電芯片，方便COB封裝和集成。同時，這種封裝方式對器件的環境可靠性帶來一定挑戰：光纖與有源芯片的90°轉折并行耦合、COB貼片金線物理保護、芯片表面的潔凈度和環境適應性等，目前行業中已找到了對應的解決方案——用PEI材料的多通道耦合lens實行并行轉折耦合，并可同時對VCSEL和PD芯片表面進行罩蓋保護，防止臟污和物理損傷，而lens的內腔也被設計的較大，從而兼容更多類型的芯片和元件，使散熱空間更大。

但是在實際應用過程中，由于COB封裝為非氣密性，水氣仍會滲到芯片附近；一方面，VCSEL(850nm)典型的發光功率一般大于協議要求光功率，為滿足協議需求，需要對發射光功率做一定的衰減(根據激光器的發光功率，1～6dB衰減量不等)，對發射和接收一體的lens，目前無法控制材料為發射光路衰減而接收光路不衰減，只能采取在發射端鍍膜的方式或在光纖端加裝衰減膜的方式進行衰減，調節發光功率，衰減膜又以反射型的衰減膜為主，反射型的衰減膜工藝成熟穩定，吸收型的衰減膜膜層較厚，工藝復雜，膜層應力較大，且在膜層不可能做到特別厚，故而吸收型的衰減膜仍會有一部分的光被反射；而加裝衰減膜片會增加工藝成本和材料成本，不如加鍍衰減膜方便。

另一方面，CDR芯片區為硅鍺工藝，會吸收特定波長(400～1100nm)的光，產生相應的電流噪聲，一般常溫常壓條件下，它的抗噪強度在～-20dBm，在特殊環境(潮氣等)下引起CDR閾值下降，使其更加敏感，進而導致引起CDR失鎖，模塊丟包；且為了電信號能很好傳遞，LDD芯片與VCSEL或PD芯片不能離太遠。

再者，在lens底部加涂吸收材料的方法可能會引入新的可靠性風險，CDR和Driver區域工作時溫度高，導致吸收材料性變脫落、妨礙芯片散熱等，在lens結構設計上，避免該風險，既能降低成本，又能簡化工藝。

加鍍衰減膜的方式在制作成本上比加裝膜片的方式低，但會引入CDR芯片失效風險。

如下圖1所示，當lens通光面型處加鍍反射型衰減膜時，一部分光會被反射到LDD芯片上，由于芯片折射率大，光線入射角度較大(光線在芯片表面和lens底部的反射率和角度關系如圖2和圖3所示)，故一部分光被芯片吸收和折射損耗后，仍有一部分光被芯片反射到lens底部，然后被芯片發射的光線2-3經過lens底部返回到LDDCHIP的光敏區域——CDR區域，該區域的光敏閾值在-22dBm，當芯片表面處于高溫高濕環境時，閾值會下降，導致芯片對雜散光更敏感，最終可能因雜散光的影響導致模塊丟包、失效等后果。

發明內容