CN106646778A - 光模块 - Google Patents

Abstract

一种光模块，包括电路板，其上布设有其一端与驱动芯片相连的高速传输线；其中，该电路板布设有上下相对的两个地平面，该高速传输线夹设在这两个地平面之间；该电路板还在该高速传输线的周围布设有多个金属过孔，这些金属过孔将这两个地平面连通，与这两个地平面共同构成一屏蔽笼，把该高速传输线屏蔽住。本发明可以大大减少由高速传输线向电路板外泄漏出的电磁辐射，从而能够有效地改善光模块的EMC性能。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光模块，尤其涉及适用于光模块的电路板。

背景技术

参见图1，光模块10a包括硬质电路板1a、柔性电路板2a和光学次模块3a。其中，柔性电路板2a负责连接硬质电路板1a和光学次模块3a。光学次模块3a可以是ROSA(ReceivingOptical Sub-Assembly,光接收组件)、TOSA(Transmitting Optical Sub-Assembly，光发射组件)或BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly，光发射接收组件)。光学次模块3a内部包括光芯片和与光芯片相配合的驱动芯片，例如：光芯片为激光器，其驱动芯片为用以提供发射信号处理的器件；又例如：光芯片为探测器，其驱动芯片为用以提供接收信号处理的器件。

随着半导体技术和数据量需求的提高，电路板上的高速传输线的工作频率已达到几十GHz。光模块10a的硬质电路板1a和柔性电路板2a上的高速传输线工作频率也已达几十GHz。远距离，例如：40公里、80公里的光纤通讯的需求，要求光学次模块3a的功率更大，这样驱动光学次模块3a的电压摆幅和交变电流都要相应加大，从而使得柔性电路板2a需要通过的高电压摆幅和大的交变电流。

参见图2和图3，现有的一种柔性电路板2a为双面板，其包括介质层21a和分别位于该介质层21a两侧表面的两个金属层22a、23a。其中，高速传输线223a、225a设置在金属层22a上。金属层23a上则铺地231a构成地参考平面。这两个金属层22a、23a上还设置其他走线，诸如：电源线227a。

参见图4，由于高速传输线223a、225a是微带线形式的，这种微带线在传载高频、大电压摆幅、大电流摆幅时会产生较大向外的电磁辐射，此电磁辐射会通过光模块10a的端口辐射出去，致使光模块10a的EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)性能存在一定的缺陷，这进而会导致装设有该光模块10a的设备的EMC性能不能满足规定要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种光模块，可以大大减少由高速传输线向电路板外泄漏出的电磁辐射，从而能够有效地改善光模块的EMC性能。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种光模块，包括电路板，其上布设有其一端与驱动芯片相连的高速传输线；其中，该电路板布设有上下相对的两个地平面，该高速传输线夹设在这两个地平面之间；该电路板还在该高速传输线的周围布设有多个金属过孔，这些金属过孔将这两个地平面连通，与这两个地平面共同构成一屏蔽笼，把该高速传输线屏蔽住。

与现有技术相比，本发明通过巧妙地在电路板上用两个地平面和若干金属过孔构成一屏蔽笼，把高速传输线屏蔽住，可以大大减少由高速传输线向电路板外泄漏出的电磁辐射，从而能够有效地改善光模块的EMC性能。

附图说明

图1是现有的光模块的结构示意。

图2是现有的光模块中柔性电路板的立体示意。

图3是现有的光模块中柔性电路板的分解立体示意。

图4是现有的光模块中柔性电路板上高速传输线的电磁辐射示意。

图5是本发明的光模块一实施例的结构示意。

图6是图5所示光模块中电路板的屏蔽笼工作原理示意。

图7是图5所示光模块中电路板的屏蔽笼的金属过孔的俯视示意。

图8是图5所示光模块中电路板的屏蔽笼的金属过孔的立面剖视示意。

图9是本发明的光模块另一实施例的结构示意。

图10是图9所示光模块中柔性电路板的立体结构示意。

图11是图9所示光模块中柔性电路板的分解立体结构示意。

图12是图9所示光模块中柔性电路板的顶层金属布线示意。

图13是图9所示光模块中柔性电路板的中间层金属布线示意。

图14是图9所示光模块中柔性电路板的底层金属布线示意。

其中，附图标记说明如下：现有技术：10a光模块，1a硬质电路板，2a柔性电路板，3a光学次模块，21a介质层，22a、23a金属层，223a、225a高速传输线，227a电源线，231a铺地；本发明：10、10c光模块，2电路板，3光学次模块，4金手指，5光芯片，6封装结构，7光接头，20屏蔽笼，21顶侧金属层，23、27介质层，25中间金属层，22、24、26、28金属过孔，29底侧金属层，2101、2103、2106、2108高速端口，2105、2107、2109接地端口，211地平面，213边界走线，215、217跟随线，219低速走线，2501、2503、2506、2508高速端口，2505、2507、2509接地端口，253边界过孔，255、257高速传输线，2901、2903、2906、2908高速端口，2905、2907、2909接地端口，291地平面，293边界走线，295、297跟随线，299低速走线。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

参见图5，图5是本发明的光模块一实施例的结构示意。本发明提出一种光模块10，其包括：电路板2，设置在该电路板2一端的金手指4，以COB(Chip On Board，板上芯片)方式设置在该电路板2上的光芯片5，封装结构6以及光接头7。这种的光模块10结构，通过将光芯片5与电路板2结合成一体，有利于光模块10的小型化和紧凑化，可以增加光模块10的应用范围。

参见图6，图6是图5所示光模块中电路板的屏蔽笼工作原理示意。该电路板2为多层板。该电路板2上布设有高速传输线255、257。该高速传输线255、257的一端与金手指4相连、另一端通过金属过孔与光芯片5相连。该电路板2布设有上下相对的两个地平面211、291。高速传输线255、257夹设在这两个地平面211、291之间。高速传输线255、257与地平面211、291之间相间隔。在高速传输线255、257的周围布设有多个金属过孔28，这些金属过孔28将这两个地平面211、291连通，与这两个地平面211、291共同构成一屏蔽笼20，把高速传输线255、257屏蔽住。这种屏蔽笼20的结构，可以大大减少由高速传输线255、257向电路板2外泄漏出的电磁辐射，从而能够有效地改善光模块10的EMC性能。

值得一提的是，高速传输线255、257是成对地布设在该电路板2上的。这些金属过孔28是布设在成对的高速传输线255、257的周围。鉴于高速传输线255、257上传输的常常是差分信号，这种成对布设的结构，有利于差分信号的传输，也可以提升光模块10的EMC性能。

参见图7和图8，图7是图5所示光模块中电路板的屏蔽笼的金属过孔的俯视示意。图8是图5所示光模块中电路板的屏蔽笼的金属过孔的立面剖视示意。为了避免高速传输线255、257产生的电磁辐射信号从金属过孔28之间的空隙泄漏出去，这些金属过孔28相互之间的间距d是有设定要求的。基本地，间距d不超出于高速传输线255、257的工作波长的1/2。可以理解的是，若间距d超出高速传输线255、257的工作波长的1/2，参见图6，高速传输线255、257的电磁辐射将可以从电路板2的旁侧，籍由金属过孔28之间的过宽的间隙泄漏出去，对光模块10的EMC性能造成不良影响。较佳地，间距d小于高速传输线255、257的工作波长的1/20。如此，可以有效地将高速传输线255、257的对应于工作波长的基频的电磁辐射以及相应于基频的若干级高次谐波一并，牢靠地遮蔽于该屏蔽笼20内。

在本实施例中，这两个地平面211、291分别设置在该电路板2的顶、底两侧，既有利于电路板2的工艺实现，也有利于在后续电路板2的应用过程中，对地平面211、291进行观察、检测和必要的修复。

参见图9，图9是本发明的光模块另一实施例的结构示意。本发明提出一种光模块10c，其包括：硬质电路板1，柔性电路板2，光学次模块3，设置在该印制电路板1一端的金手指4，以及与该光学次模块3相连的光接头7。

在本实施例中，高速传输线255、257的一端通过焊盘与该硬质电路板1相连，再经由该硬质电路板1上的金手指4与系统侧的电子器件相连。高速传输线255、257的另一端与设置在该光学次模块3中的驱动芯片相连。值得一提的是，采用柔性电路板2来连接硬质电路板1与光学次模块3，籍由柔性电路板2能够柔性变形，有利于在光模块10c内，灵活布置硬质电路板1和光学次模块3的装设位置。

参见图10至图14，图10是图9所示光模块中柔性电路板的立体结构示意。图11是图9所示光模块中柔性电路板的分解立体结构示意。图12是图9所示光模块中柔性电路板的顶层金属布线示意。图13是图9所示光模块中柔性电路板的中间层金属布线示意。图14是图9所示光模块中柔性电路板的底层金属布线示意。该柔性电路板2为多层板。在本实施例中，该柔性电路板2包括两个介质层23、27和三个金属层21、25、29。从上往下，依次为：顶侧金属层21、介质层23、中间金属层25、介质层27和底侧金属层29的叠置排布。可以理解的是，在顶侧金属层21和底侧金属层29的表面覆盖有绝缘膜，以保护顶侧金属层21和底侧金属层29。

高速传输线255、257布置在中间金属层25上。顶层金属层21布置有地平面211，底层金属层29布置有地平面291，这两个地平面211、291的周围通过金属过孔28连通。可以理解的是，这两个地平面211、291和这些金属过孔28构成一个屏蔽笼，把高速传输线255、257屏蔽其中。这种结构，能够将高速传输线255、257产生的电磁辐射屏蔽在屏蔽笼中，从而能够有效地改善光模块10c的EMC性能。值得一提的是，该屏蔽笼完全适用前个实施例中的屏蔽笼20的有关内容，在此不再赘述。

参见图11和图12，在顶侧金属层21上除了设置有地平面211之外，还设置有四个高速端口2101、2103、2106、2108和三个接地端口2105、2107、2109。其中，两个高速端口2101、2106分别连接高速传输线255的两端。另两个高速端口2103、2108分别连接高速传输线257的两端。接地端口2105、2107均与该地平面211相连，并位于地平面211的右侧；接地端口2109与该地平面211相连，并位于地平面211的左侧。在本实施例中，该地平面211呈鱼形，左侧对应鱼的头部、右侧对应鱼的尾部。

具体而言，地平面211为网状结构，以利于增加柔性电路板2的柔性。地平面211的边缘设置有边界走线213。在边界走线213位置，设置若干金属过孔28，与底侧的地平面291连通。这种结构，有利于屏蔽笼的设计和工艺实现。

另外，地平面211在对应于两条高速传输线255、257的位置形成有两条跟随线215、217。这两条跟随线215、217的形状、线宽和正投影位置与这两条高速传输线255、257基本一致。这种结构，可以为两条高速传输线255、257的电磁辐射信号提供必要的回路，避免辐射泄漏。低速走线219设置在地平面211的外面，也就是说，两条高速传输线255、257之外的其他走线(包括低速信号线和电源线)是位于屏蔽笼的空间之外的。

在本实施例中，地平面211的网格的线宽以工艺的最小宽度为优选，以利于增加柔性电路板2的柔性。金属过孔28的宽度以工艺的最小宽度为优选，以利于增加柔性电路板2的柔性。边界走线213处的金属过孔28的间距，以高速传输线255、257工作波长的1/20以下为优选。地平面211的网格与高速传输线255、257的大部分走向形成45度角。这种结构，能够有效地避免高速传输线255、257产生的电磁辐射借由地平面211上的网孔向外泄漏。为了进一步增加该柔性电路板2的柔性，顶侧金属层21应优选薄的金属材料。

类似的，参见图11和图14，在底侧金属层29上除了设置有地平面291之外，还设置有四个高速端口2901、2903、2906、2908和三个接地端口2905、2907。其中，两个高速端口2901、2906分别连接高速传输线255的两端。另两个高速端口2903、2908分别连接高速传输线257的两端。两个接地端口2905、2907均与该地平面291相连，并位于地平面291的右侧；接地端口2909与该地平面291相连，并位于地平面291的左侧。在本实施例中，该地平面291呈鱼形，左侧对应鱼的头部、右侧对应鱼的尾部。

具体而言，地平面291为网状结构，以利于增加柔性电路板2的柔性。地平面291的边缘设置有边界走线293。在边界走线293位置，设置若干金属过孔28，与顶侧的地平面211连通。这种结构，有利于屏蔽笼的设计和工艺实现。

另外，地平面291在对应于两条高速传输线255、257的位置形成有两条跟随线295、297。这两条跟随线295、297的形状、线宽和正投影位置与这两条高速传输线255、257基本一致。这种结构，可以为两条高速传输线255、257的电磁辐射信号提供必要的回路，避免辐射泄漏。低速走线299设置在地平面291的外面，也就是说，两条高速传输线255、257之外的其他走线(包括低速信号线和电源线)是位于屏蔽笼的空间之外的。

在本实施例中，地平面291的网格的线宽以工艺的最小宽度为优选，以利于增加柔性电路板2的柔性。地平面291的网格与高速传输线255、257的大部分走向形成45度角。这种结构，能够有效地避免高速传输线255、257产生的电磁辐射借由地平面291上的网孔向外泄漏。为了进一步增加该柔性电路板2的柔性，底侧金属层29应优选薄的金属材料。

参见图11和图13，在中间金属层25上除了设置有两条高速传输线255、257之外，还设置有四个高速端口2501、2503、2506、2508和三个接地端口2505、2507、2509。其中，两个高速端口2501、2506分别连接高速传输线255的两端。另两个高速端口2503、2508分别连接高速传输线257的两端。两个接地端口2505、2507均与两个地平面211、291连通，并位于两个地平面211、291的右侧；接地端口2509与该两个地平面211、291相连，并位于两个地平面211、291的左侧。

顶侧金属层21上的接地端口2109，与中间金属层25上的接地端口2509，以及底侧金属层29上的接地端口2909三个部分通过金属过孔22相互连通。顶侧金属层21上的高速端口2106、2108和接地端口2105、2107，与中间金属层25上的高速端口2506、2508及接地端口2505、2507，以及底侧金属层29上的高速端口2906、2908和接地端口2905、2907三个部分通过金属过孔24相互连通，从而共同形成该柔性电路板2的四个焊盘，能够与硬质电路板1焊接。

顶侧金属层21上的高速端口2101、2103，与中间金属层25上的高速端口2501、2503，以及底侧金属层29上的高速端口2901、2903三个部分通过金属过孔26相互连通，从而共同形成该柔性电路板2的两个孔状焊盘，能够与光学次模块3上的插针式的引脚对应焊接。

在本实施例中，屏蔽笼大致由两个地平面211、291，用于在左侧连通两个地平面211、291的金属过孔22，用于在由侧连通两个地平面211、291的金属过孔24以及用于连通两个地平面211、291的上下两侧(即边界走线213、293)的金属过孔28构成。也就是说，两个地平面211、291分别构成该屏蔽笼的顶底两面。设置在这两个地平面211、291的周遭的金属过孔22、24、28构成该屏蔽笼的连通顶底两面的栅栏。

综上，该光模块10c通过巧妙地在柔性电路板2上用两个地平面211、291和若干金属过孔22、24、28构成出一屏蔽笼，把高速传输线255、257屏蔽住，可以大大减少由高速传输线255、257向柔性电路板2外泄漏出的电磁辐射，从而能够有效地改善光模块10c的EMC性能。

值得一提的是，在上述两个实施例中，电路板2/柔性电路板2具有三个金属层21、25、29，在其他实施例中，电路板2/柔性电路板2可以具有更多的金属层，例如:4、5、6、7、8等等；在上述两个实施例中，位于高速传输线255、257上方的地平面211设置在顶侧金属层21上，在其他实施例，位于高速传输线255、257上方的地平面可以设置在位于高速传输线255、257上方的某个中间金属层上；类似地，在上述实施例中，位于高速传输线255、257下方的地平面291设置在底侧金属层29上，在其他实施例，位于高速传输线255、257下方的地平面可以设置在位于高速传输线255、257下方的某个中间金属层上。在上述实施例中，是以一对高速传输线255、257为例进行说明；在其他实施例中，高速传输线可以是单根，或者，可以有更多的根数。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光模块，包括电路板，其上布设有其一端与驱动芯片相连的高速传输线；其特征在于，该电路板布设有上下相对的两个地平面，该高速传输线夹设在这两个地平面之间；该电路板还在该高速传输线的周围布设有多个金属过孔，这些金属过孔将这两个地平面连通，与这两个地平面共同构成一屏蔽笼，把该高速传输线屏蔽住。

2.依据权利要求1所述的光模块，其特征在于，两个所述金属过孔之间的间距不超出于该高速传输线的工作波长的1/2。

3.依据权利要求2所述的光模块，其特征在于，两个所述金属过孔之间的间距小于该高速传输线的工作波长的1/20。

4.依据权利要求1所述的光模块，其特征在于，该高速传输线是成对地布设在该电路板上，这些金属过孔是布设在成对的高速传输线的周围。

5.依据权利要求1所述的光模块，其特征在于，这两个地平面分别设置在该电路板的顶、底两侧。

6.依据权利要求1至5任一项所述的光模块，其特征在于，该光模块还包括以COB方式设置在该电路板上的光芯片，该光芯片通过金属过孔与该高速传输线的另一端相连。

7.依据权利要求1至5任一项所述的光模块，其特征在于，该电路板为柔性电路板，该地平面为网状，该地平面在对应于该高速传输线的位置形成有跟随线。

8.依据权利要求7所述的光模块，其特征在于，该跟随线的形状、线宽和正投影位置与该高速传输线基本一致。

9.依据权利要求7所述的光模块，其特征在于，该地平面的网格与该高速传输线的大部分走向形成45度角；该地平面的边缘设置有边界走线，这些金属过孔对应设置在该边界走线处。

10.依据权利要求7所述的光模块，其特征在于，该光模块还包括：硬质电路板和光学次模块；其中，该柔性电路板连接在该硬质电路板和该光学次模块之间，所述驱动芯片设置在该光学次模块中。