CN109819584A - 一种多层fpc - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层FPC，所述多层FPC分别设置有RF高速信号层、GND参考层和DC控制信号层，RF高速信号层用于传输RF高速信号，DC控制信号层用于传输DC控制信号，GND参考层用作RF高速信号层的参考地，并隔离DC控制信号对RF高速信号的干扰。本发明提供的多层FPC能够同时满足RF高速信号和DC控制信号的传输需求，能够有效缩减模块PCB和光器件的连接工艺环节，有利于减小光模块尺寸。进一步的，本发明提供的多层FPC通过对RF高速信号金属化过孔进行阻抗匹配设计，实现RF高速信号在焊盘连接处阻抗匹配，提高了RF高速信号传输质量。

Description

一种多层FPC

【技术领域】

本发明涉及光通信高速信号传输技术领域，特别是涉及一种多层FPC。

【背景技术】

柔性印刷电路板FPC(Flexible Printed Circuit，简写为FPC)自问世以来，由于具有轻薄、灵活、占用空间小和弯折自由度高等优点而广泛应用于电子、电器、汽车和医疗等产品领域。特别是在光通信领域，在光电器件和光电模块的小型化、高集成和高速率的要求下，FPC的应用越来越多，也对FPC的高密度性和高可靠性提出了更高的要求。

目前常规采用BOX气密封装的集成光器件，都采用两款FPC分别传输射频(RadioFrequency,简写为RF)高速信号和直流DC控制(Direct Current,简写为DC)信号，在模块印刷电路板PCB(Printed Circuit Board,简写为PCB)和光器件两端，都需要设计两路焊盘分别与RF_FPC和DC_FPC连接，分别用于传输RF高速信号和DC控制信号，使模块PCB和光器件连接不紧凑，工艺环节较长，不利于提高工效。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：解决现有技术中BOX气密封装的集成光器件采用两款FPC传输RF高速信号和DC控制信号并分别与模块PCB和光器件连接，导致模块PCB和光器件连接不紧凑，工艺环节较长，不利于提高工效。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多层FPC，包括RF高速信号层1、GND参考层2和DC控制信号层3；

所述RF高速信号层1用于传输RF高速信号；

所述DC控制信号层3用于传输DC控制信号；

所述GND参考层2用作所述RF高速信号的参考地，以及隔离所述DC控制信号对所述RF高速信号的干扰，其中，所述GND参考层2设置在所述RF高速信号层1和所述DC控制信号层3之间。

优选的，所述多层FPC还包括：PCB基板4；

所述PCB基板4的第一层41上设置有所述RF高速信号层1，所述RF高速信号层1包括至少一组RF高速信号传输线11；

所述PCB基板4的第二层43上设置有所述DC控制信号层3，所述DC控制信号层3包括至少一组DC控制信号传输线31；

所述PCB基板4的中间层42设置有所述GND参考层2；

其中，所述中间层42设置在所述第一层41和所述第二层43中间。

优选的，所述第二层43还设置有与所述至少一组RF高速信号传输线11对应的至少一组RF高速信号引线12；

所述至少一组RF高速信号传输线11与所述至少一组RF高速信号引线12的连接位置设置有RF高速信号金属化过孔13；

所述至少一组RF高速信号传输线11的一端设置在所述多层FPC的第一焊盘5上，另一端设置所述多层FPC的第二焊盘6上。

优选的，所述RF高速信号金属化过孔13直径按照预设规则设置，以实现RF高速信号在焊盘连接处阻抗匹配。

优选的，所述RF高速信号金属化过孔13直径按照预设规则设置，具体包括：

依据公式一，确定所述RF高速信号金属化过孔13的直径，公式一具体如下：

其中，h为所述PCB基板4的厚度，h取值范围为0.01mm≤h≤0.4mm；D为所述RF高速信号引线12的焊盘宽度；ε为所述PCB基板4的介电常数；d为所述RF高速信号金属化过孔13的直径。

优选的，所述第一焊盘5用于连接模块PCB，所述第二焊盘6用于连接光器件。

优选的，位于所述第一层41的所述第一焊盘5与所述模块PCB的焊盘连接；

位于所述第二层43的所述第二焊盘6与光器件的焊盘以搭焊连接或与金属插针7插焊连接。

优选的，所述第一层41还设置有与所述至少一组DC控制信号传输线31对应的至少一组DC控制信号引线32；

所述至少一组DC控制信号引线32与所述至少一组DC控制信号传输线31的连接位置设置DC控制信号金属化过孔33。

优选的，所述GND参考层2在所述第一层41或所述第二层43的投影与所述第一层41或所述第二层43重合。

优选的，所述至少一组RF高速信号传输线11为单端形式传输线或差分形式传输线。

本发明提供的多层FPC分别设置有RF高速信号层、GND参考层和DC控制信号层，RF高速信号层用于传输RF高速信号，DC控制信号层用于传输DC控制信号，GND参考层用作RF高速信号层的参考地，并隔离DC控制信号对RF高速信号的干扰。本发明提供的多层FPC能够同时满足RF高速信号和DC控制信号的传输需求，能够有效缩减模块PCB和光器件的连接工艺环节，有利于减小光模块尺寸。

进一步的，本发明提供的多层FPC通过对RF高速信号金属化过孔进行阻抗匹配设计，实现RF高速信号在焊盘连接处阻抗匹配，提高了RF高速信号传输质量。

更进一步的，本发明中RF高速信号层的至少一个RF高速信号传输线的两端分别连接模块PCB和光器件，RF高速信号在模块PCB到光器件之间的传输过程中，RF高速信号没有换层传输，避免了RF高速信号经过RF高速信号金属化过孔换层传输产生的寄生容抗和寄生感抗影响，提高了RF高速信号的完整性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的多层FPC的信号层叠层示意图；

图2是本发明实施例一提供的多层FPC的底视图；

图3是图2提供的多层FPC的A-A剖视图；

图4是图2提供的多层FPC的B-B剖视图；

图5是本发明实施例一提供的多层FPC的俯视图；

图6是本发明实施例一提供的多层FPC的第一焊盘和第二焊盘的位置示意图；

图7是本发明实施例一提供的多层FPC与光器件以金属插针插焊连接的示意图；

图8是本发明实施例一提供的多层FPC的RF高速信号金属化过孔的示意图；

图9是本发明实施例一提供的多层FPC的GND参考层的结构示意图；

图10是本发明实施例一提供的多层FPC的又一俯视图；

图11是图10提供的多层FPC的C-C剖视图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一:

本发明实施例一提供了一种多层FPC，参阅图1，包括RF高速信号层1、GND参考层2和DC控制信号层3；

所述RF高速信号层1用于传输RF高速信号；

所述DC控制信号层3用于传输DC控制信号；

所述GND参考层2用作所述RF高速信号层1的参考地，以及隔离所述DC控制信号对所述RF高速信号的干扰，其中，所述GND参考层2设置在所述RF高速信号层1和所述DC控制信号层3之间。

本发明实施例一提供的多层FPC分别设置有RF高速信号层、GND参考层和DC控制信号层，RF高速信号层用于传输RF高速信号，DC控制信号层用于传输DC控制信号，GND参考层用作RF高速信号层的参考地，并隔离DC控制信号对RF高速信号的干扰。本发明提供的多层FPC能够同时满足RF高速信号和DC控制信号的传输需求，能够有效缩减模块PCB和光器件的连接工艺环节，有利于减小光模块尺寸。

结合本发明实施例一，参阅图2至图5，为了便于充分公开本发明实施例一提供的多层FPC，现对多层FPC的结构进行说明。多层FPC还包括PCB基板4，PCB基板4的板材具有第一层41和第二层43，在第一层41和第二层43之间具有中间层42，其中，RF高速信号层1设置在第一层41上，DC控制信号层3设置在第二层43上，GND参考层2设置在中间层42上。

在多层FPC平行于水平面放置时，PCB基板4从下到上可以依次是第一层41、中间层42和第二层43，或者，PCB基板4从下到上可以依次是第二层43、中间层42和第一层41，本领域技术人员可以知道，第一层41和第二层43只是用于相互区分，并不用于限定第一层41和第二层43处于特定位置。

在PCB基板4的第一层41上设置RF高速信号层1，RF高速信号层1包括至少一组RF高速信号传输线11，在第二层43上还设置有与至少一组RF高速信号传输线11对应的至少一组RF高速信号引线12，至少一组RF高速信号传输线11和至少一组RF高速信号引线12的连接位置设置有RF高速信号金属化过孔13。在可选的技术方案中，在一组RF高速信号传输线11的一端，RF高速信号传输线11和RF高速信号引线12之间的连接位置设置有两个RF高速信号金属化过孔13，其中RF高速信号金属化过孔13贯穿PCB基板4。

在PCB基板4的第二层43上设置有DC控制信号层3，DC控制信号层3包括至少一组DC控制信号传输线31，在第一层41上还设置有与至少一组DC控制信号传输线31对应的至少一组DC控制信号引线32，至少一组DC控制信号引线32与至少一组DC控制信号传输线31之间的连接位置设置有DC控制信号金属过孔33。在可选的技术方案中，在一组DC控制信号传输线31的一端，DC控制信号传输线31和DC控制信号引线32之间连接位置设置有两个DC控制信号金属化过孔33，其中DC控制信号金属化过孔33贯穿PCB基板4。

结合本发明实施例一，参阅图2和图5，RF高速信号层1和DC控制信号层3分别设置在PCB基板4上的第一层41上和第二层43上，同时RF高速信号传输线11和DC控制信号引线32依次间隔设置在第一层41上，RF高速信号引线12和DC控制信号传输线31依次间隔设置在第二层43上。

结合本发明实施例一，在可选的技术方案中，RF高速信号层1包括n组RF高速信号传输线11，n取值1≤n≤16,其中n为正整数，在本发明实施例一中，是以4组RF高速信号传输线11为例进行说明的。在可选的技术方案中，RF高速信号传输线11为单端形式传输线或者差分形式传输线。

结合本发明实施例一，参阅图6至图7，为了说明本发明实施例一提供的多层FPC能够缩减模块PCB和光器件的连接工艺环节，有利于减小光模块尺寸，现对多层FPC与模块PCB以及多层FPC与光器件的连接方式进行说明。由于本发明实施例一提供的多层FPC能够同时传输RF高速信号和DC控制信号，因此能够缩减多层FPC与模块PCB和光器件的连接工艺环节，减小光模块尺寸。仍以设置在第一层41上的4组RF高速信号传输线11为例，4组高速信号传输线11的一端设置在多层FPC的第一焊盘5上，另一端设置在多层FPC的第二焊盘6上，第一焊盘5用于连接模块PCB，第二焊盘6用于连接光器件。

结合本发明实施例一，在可选的技术方案中，第一焊盘5为模块PCB连接焊盘，第二焊盘6为发射/接收焊盘。多层FPC通过模块PCB连接焊盘和模块PCB搭焊连接，通过发射/接收焊盘与光器件的陶瓷管壳电接口焊盘搭焊连接或者与金属插针7插焊连接。4组RF高速信号传输线11通过发射/接收焊盘与光器件的RF高速信号引脚连接，DC控制信号引线32通过发射/接收焊盘与光器件的DC控制信号引脚连接。

结合本发明实施例一，在优选的技术方案中，位于第一层41的第一焊盘5和模块PCB的焊盘连接，位于第一层41的第二焊盘6和光器件连接，此时，RF高速信号层1通过第一层41进行传输RF高速信号，RF高速信号在模块PCB和光器件之间的传输链路中没有经过RF高速信号金属化过孔13换层传输，避免了RF高速信号过孔换层传输产生的寄生容抗和寄生感抗的影响，提高了RF高速信号的完整性。在一个具体的实施方式中，当模块PCB和光器件位于多层FPC上方时，多层FPC由上到下依次是RF高速信号层1、GND参考层2和DC控制信号层3，RF高速信号层1直接与模块PCB和光器件接触连接，避免了RF高速信号过孔换层传输产生的寄生容抗和寄生感抗的影响；在另一个具体的实施方式中，当模块PCB和光器件位于多层FPC下方是，多层FPC由上到下依次是DC控制信号层3、GND参考层2和RF高速信号层1，RF高速信号层1直接与模块PCB和光器件接触连接，避免了RF高速信号过孔换层传输产生的寄生容抗和寄生感抗的影响。

结合本发明实施例一，可以知道，位于第一层41的RF高速信号层1通过第一焊盘5和第二焊盘6分别与模块PCB和光器件连接，直接传输RF高速信号，而没有经过RF高速信号金属化过孔换层传输RF高速信号。同样可以知道的是，位于第二层43的DC控制信号层3的DC控制信号，从第一层41换层到第二层43进行传输。

结合本发明实施例一，参阅图3和图8，为了实现RF高速信号在焊盘连接处阻抗匹配，现对多层FPC的RF高速信号金属化过孔13的直径尺寸的阻抗匹配设计进行说明。仍以设置在第一层41上的4组RF高速信号传输线11为例，在PCB基板4的第二层43上对应设置有4组RF高速信号引线12，RF高速信号传输线11和RF高速信号引线12之间连接位置设置有RF高速信号金属化过孔13，通过按照预设规则设置RF高速信号金属化过孔13的直径尺寸，使得RF高速信号金属化过孔13自身的容抗和感抗在RF高速信号传输频段产生一个谐振，等效于RF高速信号在此频段内带通传输，RF高速信号近乎无损传输，能够有效的提升RF高速信号的传输质量。

结合本发明实施例一，在一个具体的实施方式中，RF高速信号传输频段为，输入回波损耗S11＜-40dB，增益S21＜-0.1dB，4组RF高速信号传输线11的传输RF高速信号速率为25Gbit/s；PCB基板4板材使用Dupont Pyralux AP8525R板材，PCB基板4的介电常数ε为3.4，PCB基板4的损耗角正切为0.002，第一层41到中间层42的板材厚度为0.05mm，中间层42到第二层43的板材厚度为0.05mm，因此PCB基板4的厚度h为0.10mm，RF高速信号引线12的焊盘宽度D为0.25mm。

依据公式一确定RF高速信号金属化过孔13的直径，公式一具体如下：

其中，h为所述PCB基板4的厚度，h取值范围为0.01mm≤h≤0.4mm；D为所述RF高速信号引线12的焊盘宽度；ε为所述PCB基板4的介电常数；d为所述RF高速信号金属化过孔4的直径。

根据以上提供的PCB基板4的介电常数ε、PCB基板4的厚度h和述RF高速信号引线12的焊盘宽度D，经过计算得出RF高速信号金属化过孔13直径d为0.125mm，RF高速信号金属化过孔13的直径尺寸和精度均在FPC制版厂家的生产工艺范围内。

结合本发明实施例一，参阅图9，对GND参考层的实现方式进行说明。GND参考层2用于RF高速信号的参考地，同时起到了隔离DC控制信号对RF高速信号干扰的作用，其中，所述GND参考层2设置在所述RF高速信号层1和所述DC控制信号层3之间。

图9所示的所述GND参考层2在所述第一层41或所述第二层43的投影与所述第一层41或所述第二层43重合，其中，GND参考层2为片状结构。图9所示的GND参考层2能够很好的起到隔离DC控制信号对RF高速信号的干扰，片状结构的GND参考层2制作起来工艺难度较低。

结合本发明实施例一，GND参考层2与RF高速信号层1和DC控制信号层3之间没有电气连接，为了使GND参考层2与外部电路进行电气连接，参阅图10和图11，在可选的技术方案中，将DC控制信号层3的DC控制信号传输线31的部分焊盘定义为GND参考层2的连接焊盘21，GND参考层2通过部分DC控制信号传输线31所在线路的焊盘与外部电路连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层FPC，其特征在于，包括：RF高速信号层(1)、GND参考层(2)和DC控制信号层(3)；

所述RF高速信号层(1)用于传输RF高速信号；

所述DC控制信号层(3)用于传输DC控制信号；

所述GND参考层(2)用作所述RF高速信号的参考地，以及隔离所述DC控制信号对所述RF高速信号的干扰，其中，所述GND参考层(2)设置在所述RF高速信号层(1)和所述DC控制信号层(3)之间。

2.根据权利要求1所述的多层FPC，其特征在于，所述多层FPC还包括：PCB基板(4)；

所述PCB基板(4)的第一层(41)上设置有所述RF高速信号层(1)，所述RF高速信号层(1)包括至少一组RF高速信号传输线(11)；

所述PCB基板(4)的第二层(43)上设置有所述DC控制信号层(3)，所述DC控制信号层(3)包括至少一组DC控制信号传输线(31)；

所述PCB基板(4)的中间层(42)设置有所述GND参考层(2)；

其中，所述中间层(42)设置在所述第一层(41)和所述第二层(43)中间。

3.根据权利要求2所述的多层FPC，其特征在于，所述第二层(43)还设置有与所述至少一组RF高速信号传输线(11)对应的至少一组RF高速信号引线(12)；

所述至少一组RF高速信号传输线(11)与所述至少一组RF高速信号引线(12)的连接位置设置有RF高速信号金属化过孔(13)；

所述至少一组RF高速信号传输线(11)的一端设置在所述多层FPC的第一焊盘(5)上，另一端设置所述多层FPC的第二焊盘(6)上。

4.根据权利要求3所述的多层FPC，其特征在于，所述RF高速信号金属化过孔(13)直径按照预设规则设置，以实现RF高速信号在焊盘连接处阻抗匹配。

5.根据权利要求4所述的多层FPC，其特征在于，所述RF高速信号金属化过孔(13)直径按照预设规则设置，具体包括：

依据公式一，确定所述RF高速信号金属化过孔(13)的直径，公式一具体如下：

其中，h为所述PCB基板(4)的厚度，h取值范围为0.01mm≤h≤0.4mm；D为所述RF高速信号引线12的焊盘宽度；ε为所述PCB基板(4)的介电常数；d为所述RF高速信号金属化过孔(13)的直径。

6.根据权利要求3所述的多层FPC，其特征在于，所述第一焊盘(5)用于连接模块PCB，所述第二焊盘(6)用于连接光器件。

7.根据权利要求6所述的多层FPC，其特征在于，位于所述第一层(41)的所述第一焊盘(5)与所述模块PCB的焊盘连接；

位于所述第二层(43)的所述第二焊盘(6)与光器件的焊盘以搭焊连接或与金属插针(7)插焊连接。

8.根据权利要求7所述的多层FPC，其特征在于，所述第一层(41)还设置有与所述至少一组DC控制信号传输线(31)对应的至少一组DC控制信号引线(32)；

所述至少一组DC控制信号引线(32)与所述至少一组DC控制信号传输线(31)的连接位置设置有DC控制信号金属化过孔(33)。

9.根据权利要求3所述的多层FPC，其特征在于，所述GND参考层(2)在所述第一层(41)或所述第二层(43)的投影与所述第一层(41)或所述第二层(43)重合。

10.根据权利要求2所述的多层FPC，其特征在于，所述至少一组RF高速信号传输线(11)为单端形式传输线或差分形式传输线。