CN108732690A - 同轴封装结构及光传输组件 - Google Patents
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Abstract
本申请揭示了一种同轴封装结构及光传输组件，所述同轴封装结构包括软板及与软板电气连接的管座，所述软板包括介质材料层、位于介质材料层上方的信号传输层、及位于介质材料层下方的接地层，所述软板上的接地层与管座直接电气连接。本申请去除了软板下方的覆盖膜及覆盖膜下方的加强板，软板信号传输层直接与管座电气连接，能够减少回路路径的感性，改善信号链路的阻抗，提高了产品的高速性能，能够用于超高速率传输。
Description
技术领域
本申请属于光通信技术领域，具体涉及一种同轴封装结构及光传输组件。
背景技术
同轴(TO)激光器可实现10Gbps的高速调制，由于体积小、成本低、连接方便等优点，同轴激光器可广泛应用于接入网、城域网和机架交换设备的光收发模块中，如小尺寸封装模块(SFF)、小尺寸可插拔封装模块(SFP)等。
如现有技术中公告号为CN103278891B的专利揭示了一种集成限幅放大器的高速光接收组件，包括管座、管帽和适配器，管帽密封安装于管座上，适配器安装于管帽上，适配器上的通孔轴线与管帽上的透镜轴线重合，还包括相互连接的光电接收器、单片集成高速限幅放大器芯片及柔性电路板，光电接收器和单片集成高速限幅放大器芯片均贴装于管座一侧上且被封装于管帽内，管座另一侧固定连接柔性电路板。其通过将单片集成高速限幅放大器芯片与光电接收器连接在一起，且密封封装于光接收组件的管座与管帽封闭的内腔中，使光接收组件整体体积小巧、重量轻，有效节省了后端模块设计的空间，可以使后端模块灵活实现小封装设计
目前同轴(TO)封装是一种成本低的气密封装方式，同轴(TO)电气连接通常是软板与管座连接。如图1~图4所示，以DFB激光器为例进行说明，软板10’与管座20’通过PIN针30’电气连接，软管10’上设有若干与PIN针30’电性连接的传输线40’，其中，软板10’包括介质材料层11’、位于介质材料层上方的信号传输层12’、位于介质材料层下方的接地层13’、位于第一传输层上方的第一覆盖膜14’、位于第二传输层下方的第二覆盖膜15’、以及位于第二覆盖膜下方的加强板16’。
由于DFB低阻抗特性，高速链路中需要采用差分为50OHM的传输线，对于50OHM传输线，在设计整个链路的阻抗相对于差分位100OHM的传输线更难控制。
为了控制整个链路的阻抗一致，在TO封装中PIN针的直径一定，PIN针到管座之间的距离由于不同的介电常数会有所不同，对于25OHM的传输线，PIN针到管座的距离相对比较近。另外由于传统过孔需要正反两面焊盘，过孔的直径受PIN针影响，而焊盘的直径受加工工艺的限制，因而会存在第二覆盖膜15’， 第二覆盖膜15’可以保护传输线不受外界影响，以及避免短路等。另外，软板焊接完后加强板16’能够提高焊接位置的刚性，避免焊接点弯折而导致信号开路。
针对现有技术中25Gbps以下的低速信号，由于信号的上升沿时间会比较慢，对阻抗要求不高。但是对于25Gbps或25Gbps以上的高速信号，这种连接方式无法满足当前的带宽要求。现有技术中软板与管座的封装结构中，高速信号的回路相对于高速信号更长，感性成分大。特别的对于发射端的同轴封装结构，由于链路的阻抗为单端25欧姆，因而在软板和管座位置阻抗比较大，会直接影响整个光发射组件的光电性能。
发明内容
本申请一实施例提供一种同轴封装结构，所述同轴封装结构包括软板及与软板电气连接的管座，所述软板包括介质材料层、位于介质材料层上方的信号传输层、及位于介质材料层下方的接地层，所述软板上的接地层与管座直接电气连接。
一实施例中，所述软板上的接地层与管座通过导电材料焊接固定或粘接固定。
一实施例中，所述软板上的接地层与管座通过金属或金属合金焊接固定或通过金属胶粘接固定。
一实施例中，所述管座上设有PIN针，所述信号传输层包括若干用于传输信号的传输线，所述传输线与软板、及软板与管座通过PIN针固定安装。
一实施例中，所述软板上设有与传输线相连的过孔，所述PIN针固定安装于所述过孔内。
一实施例中，所述过孔为电镀孔，电镀孔的上方和/或下方设有用于焊接的焊盘，PIN针通过焊接固定方式固定于传输线的电镀孔中。
一实施例中，所述过孔为非电镀孔，传输线与软板上表面直接贴合固定。
一实施例中，所述软板上相邻的两个过孔之间设有椭圆形的用以规整信号回流路径的地通孔。
一实施例中，所述信号传输层上方形成有覆盖膜。
一实施例中，所述传输线中的信号传输速率大于或等于10Gbps。
本申请另一实施例提供一种光传输组件，所述光传输组件为光发射组件或光接收组件，所述光发射组件和光接收组件包括上述的同轴封装结构。
与现有技术相比，本申请的技术方案中：
本申请去除了软板下方的覆盖膜及覆盖膜下方的加强板，软板信号传输层直接与管座电气连接，能够减少回路路径的感性，改善信号链路的阻抗，提高了产品的高速性能，能够用于超高速率传输。
附图说明
图1是现有技术中同轴封装结构的俯视结构示意图；
图2a~2c分别是现有技术中软板及传输线安装结构的俯视结构示意图、仰视结构示意图及侧视结构示意图；
图3是现有技术中同轴封装结构的侧视结构示意图；
图4是现有技术中软板及管座的安装结构示意图；
图5是本申请第一实施方式中同轴封装结构的侧视结构示意图；
图6是本申请第一实施方式中软板及管座的安装结构示意图；
图7是本申请第一实施方式中高速信号的路径和高速信号的回路路径的示意图；
图8a~8c是本申请第一实施方式中软板及传输线安装结构的俯视结构示意图、仰视结构示意图及侧视结构示意图；
图9a~9c是本申请第二实施方式中软板及传输线安装结构的俯视结构示意图、仰视结构示意图及侧视结构示意图；
图10是本申请一具体实施例与传统同轴封装结构的插入损耗仿真曲线图；
图11是本申请一具体实施例与传统同轴封装结构的回波损耗仿真曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当部件被称为“直接在另一部件或层上”、“直接连接在另一部件或层上”时，不能存在中间部件或层。
参图5所示，介绍本申请同轴封装结构的第一实施方式。该同轴封装结构可以用于光接收组件也可以用于光发射组件。该实施方式中的同轴封装结构包括软板10及与软板10电气连接的管座20，结合图6所示，本实施方式中的软板10包括介质材料层11、位于介质材料层11上方的信号传输层12、位于介质材料层11下方的接地层13、及位于信号传输层12上方的覆盖膜14，软板10上的接地层13与管座20直接电气连接。
具体地，介电材料层11为电阻率较高的电绝缘层。信号传输层12和接地层13分别位于介电材料层11的上方和下方，信号传输层12和接地层13用于传输电信号，其材料通常为金属材料，如铜。
另外，信号传输层12上方的覆盖膜14可以保护信号传输层12和接地层13中的电信号不受外界影响，并可避免短路。
参图5、图8a~8c所示，本实施方式中的软板10上设有若干安装孔（未标号），通过在安装孔中固定安装PIN针30即可实现软板10与管座20的固定，同时，PIN针30采用导电材料还可进行信号传输层12与接地层13之间电信号的传输。
与现有技术相同，本实施方式中的传输线40上设有电镀孔41，电镀孔41贯穿传输线设置，电镀孔41的孔壁采用电镀形成一层导电层，以实现传输线40与软板10之间的电气连接。为了方便电镀孔41的焊接工艺，电镀孔41的至少一侧设有用于焊接的焊盘42。
优选地，本实施方式中的传输线为高速传输线，如采用差分为50OHM的传输线，当然，在其他实施方式中，传输线也可以采用其他差分数值的传输线，此处不再一一举例说明。
具体地，本实施方式中将PIN针30插入电镀孔41中后，通过导电材料及对应的焊盘42即可将PIN针30固定焊接于软板10和管座20中，导电材料可以选用金属（如金属锡）或合金（如金锡合金），通过金锡焊接工艺或锡焊工艺将PIN针30焊接于电镀孔41中及焊盘42上，以将软板10与管座20完全固定。
应当理解的是，本实施方式中以2根传输线和2根PIN针进行软板10与管座20的固定，其中2个PIN针上均电性连接传输线，每根传输线上均对应设有电镀孔及对应的焊盘。在其他实施方式中，电镀孔及PIN针的数量、传输线的数量也可以设置为其他数量，传输线的分布也可以采用其他形式，只需满足高速信号及其回路能够进行传输即可，此处不再一一举例进行说明。
与现有技术相比，本实施方式中去除了软板下方的第二覆盖膜及覆盖膜下方的加强板，将软板10下方的接地层13直接与管座20的上表面电气连接。
更进一步地，本实施方式中软板10上在位于两个传输线40上的电镀孔41之间设有接地的地通孔101，地通孔101为椭圆形设置，以规整信号回流路径。参图7所示为本实施方式中高速信号的路径和高速信号的回路路径的示意图，其中，实线部分为高速信号路径，虚线部分为高速信号的回路路径，可见，本实施方式中高速信号的回路路径与高速信号的路径长度一致，这样能够减少回路路径的感性，改善信号链路的阻抗，同时，椭圆形的地通孔能够规整高速信号的回路路径，形成完整的信号-地回路。
其中，本实施方式中的高速信号为信号传输速率大于或等于10Gbps的高频信号，尤其是大于或等于25Gbps的高频信号，对于高频信号，传输速率越高，回路信号的能量越是分布在传输线的下方。传统的连接方式中，在管座的焊接处，回流的感性就相对增大，本实施方式能够控制链路中的阻抗一致性，最终改善信号完整性问题，提高了产品的高速性能，能够用于超高速率传输。
由上述实施方式变形得到的实施方式还包括，软板10包括介质材料层11、位于介质材料层11上方的信号传输层12、及位于介质材料层11下方的接地层13，去除信号传输层12上方的覆盖膜14，同样可以达到减少回路路径的感性、改善信号链路的阻抗的目的。
本实施方式中的软板10与管座20通过金锡焊接工艺或锡焊工艺进行固定，当然，在其他实施方式中，软板10与管座20也可以通过粘接的方式进行固定，如通过金属银胶将PIN针30固定焊接于电镀孔中及焊盘上，同样可实现软板10与管座20的电气连接。
参图9a~9c所示，介绍在本申请同轴封装结构的第二实施方式中，同轴封装结构与图5及图6类似，其包括软板10及与软板10电气连接的管座20，软板10包括介质材料层11、位于介质材料层11上方的信号传输层12、位于介质材料层11下方的接地层13、及位于信号传输层12上方的覆盖膜14，软板10上的接地层13与管座20直接电气连接。
与第一实施方式不同的是，第一实施方式中传输线40上设置有电镀孔41，传输线40的上表面及下表面在电镀孔41处均设有用于焊接的焊盘42，由于电镀孔和上下焊盘的存在，且由于底座与PIN针之间的介电材料的间隙，软板下表面焊盘与底座很容易短路。此次是通过增大PIN针与底座之间的距离防止背面焊盘和底座短路。
本实施方式中传输线40上也可以设置为非电镀孔43，且传输线40的下方无焊接用的焊盘，如此，传输线40的下表面能够与软板10的上表面直接接触，能够使软板背面与管座的距离最近，从而解决了软板下表面焊盘与底座的短路现象。
上述同轴封装结构可以用于光接收组件或者光发射组件。用于光接收组件时，同轴封装结构内设置的为PD；用于光发射组件时，同轴封装结构内设置的为激光器。
参图10、图11所示为本申请一具体实施例与传统同轴封装结构的插入损耗和回波损耗仿真曲线图。可以看出，去除加强板后信号传输质量大幅提高，插入损耗在12.5GHz处上述结构（0.63dB）较传统结构（1.17dB）优势明显，回波损耗在12.5GHz处上述结构（-22.35dB）可满足<-20dB的要求，而传统结构（-16.33dB）性能较差。由仿真结果可知，上述结构在信号带宽和减小通路反射方面较传统结构有较大提升。
由上述技术方案可以看出，与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本申请去除了软板下方的覆盖膜及覆盖膜下方的加强板，软板信号传输层直接与管座电气连接，能够减少回路路径的感性，改善信号链路的阻抗，提高了产品的高速性能，能够用于超高速率传输，在信号带宽和减小通路反射方面较传统结构有较大提升；
软板上采用非电镀孔，去除软板下表面的焊盘，解决了软板下表面焊盘与底座的短路现象。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种同轴封装结构，所述同轴封装结构包括软板及与软板电气连接的管座，其特征在于，所述软板包括介质材料层、位于介质材料层上方的信号传输层、及位于介质材料层下方的接地层，所述软板上的接地层与管座直接电气连接。
2.根据权利要求1所述的同轴封装结构，其特征在于，所述软板上的接地层与管座通过导电材料焊接固定或粘接固定。
3.根据权利要求2所述的同轴封装结构，其特征在于，所述软板上的接地层与管座通过金属或金属合金焊接固定或通过金属胶粘接固定。
4.根据权利要求1所述的同轴封装结构，其特征在于，所述管座上设有PIN针，所述信号传输层包括若干用于传输信号的传输线，所述传输线与软板、及软板与管座通过PIN针固定安装。
5.根据权利要求4所述的同轴封装结构，其特征在于，所述软板上设有与传输线相连的过孔，所述PIN针固定安装于所述过孔内。
6.根据权利要求5所述的同轴封装结构，其特征在于，所述过孔为电镀孔，电镀孔的上方和/或下方设有用于焊接的焊盘，PIN针通过焊接固定方式固定于传输线的电镀孔中。
7.根据权利要求5所述的同轴封装结构，其特征在于，所述软板上相邻的两个过孔之间设有椭圆形的用以规整信号回流路径的地通孔。
8.根据权利要求1所述的同轴封装结构，其特征在于，所述信号传输层上方形成有覆盖膜。
9.根据权利要求4所述的同轴封装结构，其特征在于，所述传输线中的信号传输速率大于或等于10Gbps。
10.一种光传输组件，其特征在于，所述光传输组件为光发射组件或光接收组件，所述光发射组件和光接收组件包括权利要求1~9中任一项所述的同轴封装结构。
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