CN106793455A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光模块，光芯片与光芯片驱动芯片之间传输高速信号；第一焊盘与光芯片相连，第二焊盘与光芯片驱动芯片相连，第一焊盘与第二焊盘通过耦合电容连接，实现了光芯片与光芯片驱动芯片之间的电连接；金属层提供了信号回流路径，高速信号通过第一焊盘、耦合电容、第二焊盘在光芯片与光芯片驱动芯片之间传输，在金属层中实现回流，金属层在第一焊盘及所述第二焊盘下方的区域设置有绝缘区域，金属层中绝缘区域的存在改变了焊盘与金属层之间的电容比，改善了高速信号传输路径中的阻抗匹配。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

目前，随着光通讯技术的发展，单通道光纤速率由之前的1G或10G，提高到了现在的25G或28G，与之对应，为了适应高速发展的需求，光模块中电路板中的电路也随之设计为高速电路。

通常，光模块的电路板包括多层，分别为金属层和设置于相邻的金属层中的介质层，顶层金属层上通常布置有元器件，例如驱动芯片，以及与所述驱动芯片相连接的金手指。在光模块的电路板的电路设计中，由于电路为高速电路，通常在布置有元器件的顶层金属层的下方设置一层参考回流层，以适应信号的高速传输需求。在具体设置时，通常将顶层金属层的相邻下一层金属层作为顶层金属层的参考回流层。

光模块的电路板的高速电路在正常工作时，驱动芯片与金手指的直流偏置电压通常不同，导致光模块无法正常工作，基于此，在顶层金属层上布置元件器时，通常在驱动芯片和金手指的传输路径上设置一个耦合电容，用于耦合两端的传输信号，从而保证光模块的正常工作。具体设置时，通常采用两个焊盘将耦合电容焊接于连接驱动芯片和金手指的高速信号线的传输路径上，但是高速信号线上连接耦合电容后，高速信号传输路径上的阻抗会在耦合电容处发生变化，造成阻抗不匹配，影响高速信号的传输。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光模块，以改善现有的光模块的电路板中，高速信号线上连接耦合电容后，高速信号传输路径上阻抗不匹配的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明实施例提供一种光模块，包括电路板、第一焊盘、第二焊盘、耦合电容、光芯片及光芯片驱动芯片，电路板包括第一层板及第二层板，第二层板包括金属层，金属层提供信号回流路径，第一焊盘、第二焊盘分别置于第一层板上，第一焊盘与光芯片相连，第二焊盘与光芯片驱动芯片相连，第一焊盘与第二焊盘通过耦合电容连接，光芯片与光芯片驱动芯片之间传输高速信号，金属层在第一焊盘及第二焊盘下方的区域设置有绝缘区域。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明提供了一种光模块，光芯片与光芯片驱动芯片之间传输高速信号；第一焊盘与光芯片相连，第二焊盘与光芯片驱动芯片相连，第一焊盘与第二焊盘通过耦合电容连接，实现了光芯片与光芯片驱动芯片之间的电连接；金属层提供了信号回流路径，高速信号通过第一焊盘、耦合电容、第二焊盘在光芯片与光芯片驱动芯片之间传输，在金属层中实现回流，金属层在第一焊盘及所述第二焊盘下方的区域设置有绝缘区域，金属层中绝缘区域的存在改变了焊盘与金属层之间的电容比，改善了高速信号传输路径中的阻抗匹配。

本发明实施例应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出的是本发明实施例提供的一种光模块示意图；

图2示出的是本发明实施例光模块中电路板的结构示意图；

图3示出的是本发明实施例光模块电路板的剖面图；

图4示出的是本发明实施例提供的电路板局部示意图；

图5示出的是本发明实施例的一种高速信号回流示意图；

图6示出的是本发明实施例的另一种高速信号回流示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种光模块，包括电路板，该电路板的参考回流层中，在与其上方耦合电容对应的区域，设置有绝缘区域，保证了高速信号的传输路径上，阻抗的连续性，耦合电容处的阻抗不会发生突变；此外，该电路板的绝缘区域中设置有保证信号回流路径与其上方信号路径相对应的导线，极大地减小了焊盘处的电磁辐射。

下面结合附图，详细介绍本发明的具体实施例。

图1示出的是本发明实施例提供的一种光模块示意图，如图1所示，光模块包括上壳体01、下壳体02及电路板03，上壳体01与下壳体02形成包裹电路板1的腔体。光模块插入外部系统设备中，电路板与外部系统进行电连接，实现了外部系统设备与电路板之间的数据传输。

图2示出的是本发明实施例光模块中电路板的结构示意图，如图2所示，光模块包括电路板、第一焊盘、第二焊盘、耦合电容7、光芯片（10、11）、光芯片驱动芯片9及金手指4，电路板包括第一层板及第二层板，第二层板包括金属层，金属层提供信号回流路径，第一焊盘、第二焊盘分别置于第一层板上，第一焊盘与光芯片相连，第二焊盘与光芯片驱动芯片相连，第一焊盘与光芯片通过信号线5连接，第一焊盘与第二焊盘通过耦合电容连接，光芯片与光芯片驱动芯片之间传输高速信号，耦合电容在金属层的投影区域设置有绝缘区域。

光芯片可以是光发射芯片，也可以是光接收芯片；常见的光发射芯片为激光芯片，常见的光接收芯片为光电二极管（PIN）、光电雪崩二极管（APD）。

高速信号通常以差分形式传输，所以高速信号线通常以一对信号线的相态出现，为了便于论述，本申请以其中一根信号线的角度进行描述，另一根信号线采用相同的方式设置。

图3示出的是本发明实施例光模块电路板的剖面图，如图3所示，在第一层板1的下方设置有第二层板0。第一层板上设置有光芯片、光芯片驱动芯片及耦合电容7，耦合电容的两端分别与光芯片及光芯片驱动芯片相连，在光芯片与光芯片驱动芯片之间实现高速信号传输时，第二层板的金属层为高速信号提供信号回流路径。

在具体设计时，光模块的电路板通常包括多层板，且通常设置为金属层与介质层相间的模式，即通常在顶层金属层的下方布置一层介质层，在该介质层的下方再布置一层金属层，依次布置，从而得到所需的电路板。本文中，将光模块的电路板的顶层金属层定义为第一层板，将第一层板下方与该第一层板相邻的金属层作为第一层板的参考回流层。

第一层板通常用于布置元器件，且在实际设置时，第一层板上的元器件可以设置为多种结构，例如：第一种结构，参考图2，第一层板上布置一个用于实现滤波、驱动和整形等功能的光芯片驱动芯片9，一个用于从光网络中接收光信号，并将接收到的光信号转换为电信号的光接收芯片10（11），一个用于将其它设备（例如计算机主机）发送至光模块的电信号转换为光信号，并将转换后获得的光信号发送至光网络的光发射芯片11（10），光接收芯片10（11）、光发射芯片11（10）分别通过高速信号线5与光芯片驱动芯片连接；第二种结构，顶板上布置一个光芯片驱动芯片9和一个金手指4，且光芯片驱动芯片9和金手指4通过高速信号线相连接，其中，光芯片驱动芯片9具有如下功能：从光网络中接收光信号，将接收到的光信号转换为电信号；将其它设备发送至光模块的电信号转换为光信号，将转换后获得的光信号发送至光网络中；以及实现滤波、驱动和整形等功能。当然，也可以将第一层板上的元器件设置为其它相应结构，此处不再一一列举。

具体实施时，第一层板上的元器件之间通常采用差分线进行高速信号传输，而差分线均为成对布置，因此，第一层板上的元器件之间采用差分线进行高速信号传输时，高速信号线5包括多根。第一层板上的元器件设置为上述第一种结构时，光接收芯片10（11）、光发射芯片11（10）各自通过一对差分线与光芯片驱动芯片9相连接，金手指4通过两对差分线与光芯片驱动芯片9相连接，即光接收芯片10（11）和光发射芯片11（10）与光芯片驱动芯片9之间各自布置两根高速信号线5，金手指4和光芯片驱动芯片9之间布置四根高速信号线5。第一层板上的元器件设置为上述第二种结构时，光芯片驱动芯片9和金手指4之间通过两对差分线相连接，即光芯片驱动芯片9和金手指4之间布置四根高速信号线5。

光模块在正常工作时，第一层板上的各个元器件工作的直流偏置电压通常不同，为了避免烧毁元器件，通常不可以直接连通两个元器件，亦即不可以直接采用高速信号线5连通两个元器件，需要在高速信号线5上连接耦合电容7，通过耦合电容7耦合该耦合电容7两端的信号，以实现两个元器件之间的信号传输。当第一层板上用于连接元器件的高速信号线5包括多根时，需要在每一根高速信号线5上连接一个耦合电容7，具体设置时，耦合电容7无法直接布置于第一层板上，需要通过焊盘6将其焊接于第一层板上，因此，需要在每一根高速信号线5的传输路径上布置两个焊盘6，为了避免将相应的两个元器件直接连通，导致元器件烧毁，两个焊盘6之间需要设置绝缘间隙，之后将耦合电容7焊接于这两个焊盘6的顶部即可。

通常，高速信号由一个元器件传输至另一个元器件的过程中，该高速信号的传输路径上存在一定的阻抗，阻抗的大小与该传输路径中单位长度上的电容有关，在其它条件不变的情况下，该传输路径中单位长度上的电容越大，阻抗就越小。而传输路径中单位长度上的电容的大小与该电容的极板的正对面积有关，即与第一层板中用于传输该高速信号的导体和参考回流层中的导体的正对面积有关，在其它条件不变的情况下，第一层板中用于传输该高速信号的导体与参考回流层中的导体的正对面积越大，传输路径中单位长度上的电容就越大。由此可知，在其它条件不变的情况下，第一层板中用于传输高速信号的导体与参考回流层中的导体的正对面积越大，高速信号的传输路径上的阻抗就越小。

结合上述论述可知，采用焊盘在任意一根高速信号线5上连接耦合电容7后，由于焊盘6的宽度大于高速信号线5的宽度，导致焊盘6和耦合电容7与金属层2（参考回流层）的正对面积比高速信号线5与金属层2的正对面积大，在其它条件没有发生变化的情况下，高速信号传输路径上焊盘6和耦合电容7处的电容比高速信号线5处的电容大，导致焊盘6和耦合电容7处的阻抗也比高速信号线5处的阻抗大，亦即在高速信号的传输路径上，阻抗在焊盘和耦合电容7的位置发生突变，高速信号在焊盘6处发生反射，造成阻抗不匹配。

如图4所示，为了解决上述阻抗不匹配问题，本发明实施例提供的光模块进行了如下设置：在金属层2中，与每根高速信号线上设置的耦合电容相对应的区域，确定一个区域，挖掉该区域内部包围的金属层，将该区域设置为一个绝缘区域8，这样，耦合电容与金属层2的正对面积即可减小，当该绝缘区域8的面积满足下述条件时：焊盘和耦合电容的面积之和减去焊盘6和耦合电容7重合部位的面积，得到的差值再减去目标长度的高速信号线5的面积，最后生成的差值为绝缘区域8的面积的值，其中，目标长度为沿着高速信号的传输方向，从其中一个焊盘6的起始至另一个焊盘6的结尾处的长度，此种情况下，焊盘6和耦合电容7与金属层2的正对面积可调整至与高速信号线5与金属层2的正对面积相同的状态，使得高速信号的传输路径上焊盘6和耦合电容7处的电容与高速信号线5处的电容相等，从而使得高速信号的传输路径上焊盘6和耦合电容7处的阻抗与高速信号线5处的阻抗也相同，阻抗不会在耦合电容处发生突变，也就不会出现阻抗不匹配的情况。在具体实施过程中，绝缘区域8可以设置为任意形状，例如：正方形、矩形、多边形等，为了使高速信号的传输路径上耦合电容7处的阻抗与高速信号线5处的阻抗达到完全相同的状态，通常将绝缘区域8的形状设置为矩形。

由前述可知，第一层板上的元器件之间通常采用差分线进行高速信号的传输，即两个元器件之间的高速信号线5通常成对布置，例如，第一层板上的元器件设置为上述中的第二种结构时，光芯片驱动芯片9和金手指4之间通过两对差分线相连接，即光芯片驱动芯片9和金手指4之间布置两对高速信号线5，每对中包括两根高速信号线5。此种结构下，在光芯片驱动芯片9和金手指4之间设置耦合电容7时，针对每对高速信号线5设置两个耦合电容7，每根高速信号线5上设置一个，具体设置时，每对高速信号线5上的耦合电容7可以设置于距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）相同的位置，即这对高速信号线5中的一根高速信号线5上设置的耦合电容7距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）的距离与另一根高速信号线5上设置的耦合电容7距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）的距离相同；此外，还可以将每对高速信号线5上的耦合电容7设置于距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）不同的位置，即这对高速信号线5中的一根高速信号线5上设置的耦合电容7距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）的距离与另一根高速信号线5上设置的耦合电容7距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）的距离不同。

与上述耦合电容7的设置相应，在金属层2中设置绝缘区域8时，针对每对高速信号线5，在金属层2中，与其中每根高速信号线5上布置的两个焊盘6相对应的区域中均设置一个绝缘区域8。如果这对高速信号线5上的耦合电容7设置于距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）不同的位置，则在金属层2中，与其中每根高速信号线5上布置的两个焊盘6相对应的区域各自设置一个绝缘区域8；如果这对高速信号线5上的耦合电容7设置于距离光芯片驱动芯片9（或金手指4）相同的位置，则可以在金属层2中，与其中每根高速信号线5上布置的两个焊盘6的位置相对应的区域各自设置一个绝缘区域8，也可以在与这对高速信号线5上布置的四个焊盘6相对应的区域设置两个相互连通的绝缘区域8，即在金属层2中，与这四个焊盘6相对应的区域中只设置一个绝缘区域8，并将该绝缘区域8的面积设置为能够使这对高速信号线5对应的高速信号的传输路径上的阻抗不会发生突变的状态，具体设置可参考前述内容，此处不再详述。

参考图5，由图5可知，在金属层2（参考回流层）中设置绝缘区域后，在该绝缘区域的位置，高速信号的回流路径发生变化，未在金属层中设置绝缘区域时，高速信号的回流路径位于其上方信号路径A→B在金属层中的正投影位置，在金属层中设置绝缘区域后，高速信号的回流路径变为路径C→D，在电容下方的参考平面被挖掉，电流的回流路径发生变化，回流要从被挖空的矩形的外侧的参考平面的金属层绕过来。这样流经电容的电流路径和回流路径所围面积增大了，从近场看，所发射出的交变磁场对周围电路加大干扰；从远场看，所发出的电磁辐射增大了。高速信号的回流路径发生变化后，第一层板上高速信号的信号路径（电流路径）与金属层中高速信号的回流路径所形成的交变磁场的电磁辐射范围增大，增大了对周围其它电路的电磁干扰。

为了减小上述电磁干扰，如图6所示，本发明实施例提供的用于光模块的电路板的结构进行了如下设置：在每个绝缘区域8中，设置一根穿过该绝缘区域8的导线12，导线12连通该绝缘区域8外围的金属层2，其延伸方向与其上方高速信号的传输方向相同。

图6中，导线12由绝缘区域8的C端穿过该绝缘区域8，至该绝缘区域8的D端，其延伸方向与其上方第一层板中高速信号的传输方向相同，由图6可知，该导线12连通该绝缘区域8的C端紧邻的金属层2和绝缘区域8的D端紧邻的金属层2，使得信号的回流路径变为沿着该导线12从C端流向D端,而非图5所示的绕行绝缘区域的外围，这种设计减小了经电容的电流路径和回流路径所围的面积，减小了对周围其他电路的电磁干扰

具体设置时，为了最大程度的减小上述电磁干扰，通常将导线12设置于其上方相应高速信号线5的延长线在金属层2中的正投影位置，即导线12与其上方相应高速信号线5的延长线在金属层2中的正投影相重合。如果某一对高速信号线5的下方只设置一个绝缘区域8，则需要在这个绝缘区域8中设置两根导线12，即在每根高速信号线5的延长线在金属层2中的正投影位置设置一根导线12。

在每个绝缘区域8中设置导线12，可以采用如下方式实现：在金属层2中设置绝缘区域8时，预留导线12所在位置的金属层2，只挖掉导线12周围的金属层2即可。具体设置导线12时，在工艺允许范围内，将导线12的宽度设置为工艺可实现的最小值，例如：将导线12的宽度设置为4～8mil（密耳），优选为4 mil。

本发明实施例提供的用于光模块的电路板，通过在其参考回流层中，与其上方高速信号线相对应的区域设置绝缘区域，保证了高速信号的传输路径上阻抗的连续性，焊盘处的阻抗不再发生突变；另外，该电路板中，在每个绝缘区域中设置了一根导线，连通了绝缘区域外围的金属层，保证了信号回流路径与其上方信号路径的对应，极大地减小了该电路板中焊盘处的电磁辐射，进而减小了对周围其它电路的电磁干扰。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。需要说明的是，在本文中，诸如 “包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光模块，其特征在于，包括：电路板、第一焊盘、第二焊盘、耦合电容、光芯片及光芯片驱动芯片，所述电路板包括第一层板及第二层板，所述第二层板包括金属层，所述金属层提供信号回流路径；

所述第一焊盘、所述第二焊盘分别置于所述第一层板上；

所述第一焊盘与所述光芯片相连，所述第二焊盘与所述光芯片驱动芯片相连，所述第一焊盘与所述第二焊盘通过所述耦合电容连接；

所述光芯片与所述光芯片驱动芯片之间传输高速信号；

所述金属层在所述第一焊盘及所述第二焊盘下方的区域设置有绝缘区域。

2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，还包括：穿过所述绝缘区域的导线；所述导线连通所述绝缘区域外围的金属层，所述导线的延伸方向与所述高速信号的传输方向相同。

3.根据权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述导线与所述高速信号的传输方向在所述金属层中的正投影相重合。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述绝缘区域的面积为：所述焊盘和所述耦合电容的面积之和，减去所述焊盘和所述耦合电容重合部位的面积，再减去目标长度的高速信号线的面积；其中，所述目标长度为沿着所述高速信号的传输方向，从其中一个焊盘的起始至另一个焊盘的结尾。

5.根据权利要求4所述的电路板，其特征在于，所述导线的宽度的取值范围为：4～8密耳。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的电路板，其特征在于，所述绝缘区域的形状为矩形。