CN114615797A

CN114615797A - 一种多通道高速柔板

Info

Publication number: CN114615797A
Application number: CN202210505979.2A
Authority: CN
Inventors: 维卡斯·马南; 王刚; 蔡佳林
Original assignee: Chengdu Yingsijia Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Yingsijia Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2042-05-11
Also published as: CN114615797B

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种多通道高速柔板，所述多通道高速柔板为多层结构，包括至少一层绝缘层，并且不同层上的高速线在所述绝缘层上的投影不相交。本发明中将柔板多通道差分高速走线采用错层设计，此种设计可以在保证柔板宽度不变的情况，可使不同通道间的间距增大二倍，分层布设通道和间距的增大提高了通道间抗串扰的能力。

Description

一种多通道高速柔板

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种多通道高速柔板。

背景技术

光器件（包括发射端、接收端）作为光模块重要组成部分，其可实现电光信号之间的相互转化。其根据气密性特性可分为：气密封装和非气密封装；气密性光器件封装形式主要包含TO、BOX，其多用于电信侧；非气密性光器件通常采用COB形式，其多用于数据中心；随着光模块通道数和信号速率的增长，使得光器件与光模块-PCBA（印刷电路板）之间的电气连接器的性能要求越来越高，其会严重影响光模块收发端的性能。目前两者之间电气连接方式主要分为两种方式，一种通过金丝键合方式，通过金丝之间将光芯片与PCBA相连（主要应用于COB封装光器件）。另一种通过焊接柔板方式将TO、BOX与PCBA相连。相比与前一种连接方式，柔板焊接的方式具有生产工艺简单（烙铁直接焊接）、成本低、可靠性高、柔性连接（易整形）等特点，因此在接入网、无线等光通信领域得到了广泛应用。

随着网络带宽日益快速增长，光模块的速率和光通道数都有增长，例如光模块的速率从10Gbps、25Gbps、50Gbps增加到100Gbps、400Gbps，光通道数从单通道增加到4通道、8通道或者10通道，同时由于光模块封装小型化发展趋势，使得光模块对柔板尺寸和抗干扰能力提出了更高的要求；而目前行业普遍采用传统的设计，将所有高速走线放在柔板同一层（传统四通道柔板设计如图1所示），该种设计存在简化柔板设计的优点，但随着光模块通道数和信号速率的增加，其存在严重的不足：1.如果柔板尺寸保持不变，将会引起柔板高速线通道间间距严重不足，高速线通道间串扰将会增大，从而严重影响模块发端眼图质量和收端灵敏度，如图2所示，图2是传统四通道柔板近/远端串扰仿真结果，S21是指以第一通道为信号输入，测试相邻第二通道的S参数，得到的曲线为S21；S31是指以第一通道为信号输入，测试第三通道的S参数，得到的曲线为S31，从两个曲线可以看到，在第二通道和第三通道没有信号的情况下，第一通道的输入信号就会给第二、第三通道造成较大的串扰，传统四通道柔板串扰较大；2.为了保证高速线通道间间距，柔板尺寸会成倍增长，也会增加柔板成本，光模块的小型化封装也会受限；因此该种柔板设计方案模块已无法满足光模块发展趋势要求。

发明内容

本发明为了克服上述问题，对柔板中的通道布设进行了改进，提供了一种多通道高速柔板，以满足多通道的需求，并且保证柔板外形尺寸小型化的同时也能降低高速线间的相互串扰，从而提升光模块收发端的性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种多通道高速柔板，所述多通道高速柔板为多层结构，包括至少一层绝缘层，并且不同层上的高速线在所述绝缘层上的投影不相交。

作为优选方案，同一层上的高速线之间的间距大于或等于67mil。

作为优选方案，不同层上的高速线在所述绝缘层上的投影线的间距大于或等于34mil。

作为优选方案，同一层上的高速线之间的间距相等。

作为优选方案，所述高速线在所述绝缘层上的投影线的间距相等。

作为优选方案，多通道高速柔板包括TOP层、BOTTOM层和绝缘层，所述绝缘层位于TOP层和BOTTOM层之间，所述高速线两侧采用铜片包地处理，同时第一通孔将TOP层和BOTTOM层包地铜片直接相连。

本发明由于采用通道分层处理，因此在每层中为铜层包地预留了更大的面积，为高速线两侧的大面积包地处理提供了可能性，同时第一通孔将TOP层和BOTTOM层包地铜片直接相连，有利于减小高速线通道间的串扰。

作为优选方案，相邻高速线之间的第二通孔采用双排等间距交错分布。

高速线两侧的大面积包地处理的基础上，使用过孔将TOP和BOTTOM包地直接相连，过孔采用双排交错的形式，可以获得更好的抗串扰能力，在保证柔板小型化的同时明显减小高速线通道间的串扰，从而提升光模块收发端的性能。

作为优选方案，高速线地焊盘设置在包地铜片上，所述高速线地焊盘位于TOP层上高速线输入端和输出端两侧。

作为优选方案，高速线的焊接焊盘设置在BOTTOM层上，高速线的焊接焊盘设置在高速线输入端和输出端。

基于相同的构思，本发明还保护多通道高速柔板在10Gbps、25Gbps、50Gbps、100Gbps以及400Gbps的光通信模块中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明中将柔板多通道差分高速走线采用错层设计，此种设计可以在保证柔板宽度不变的情况下，不同通道间的间距增大二倍，分层布设通道和间距增大提高了通道间抗串扰的能力。

附图说明

图1为现有技术中传统四通道柔板示意图；

图2为实施例1中传统四通道柔板近/远端串扰仿真结果图；

图3为实施例1中本发明多通道高速柔板的结构整体示意图；

图4a为实施例1中多通道高速柔板顶层的设计示意图；

图4b为实施例1中多通道高速柔板底层的设计示意图；

图5为实施例1中BOTTOM层的设计示意图一；

图6为实施例1中BOTTOM层的设计示意图二；

图7为实施例1中传统柔板设计和本发明柔板结构对比图；

图8为实施例1中传统设计柔板串扰测试曲线和本发明柔板串扰测试曲线对比图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本发明中将柔板多通道差分高速走线采用错层设计，以四通道高速柔板为例，提供一种多通道高速柔板设计方案，柔板结构如图3所示，柔板由TOP层、BOTTOM层和绝缘层构成，在柔板的TOP层和BOTTOM层部署通道，并且在通道附近设置了多个焊盘，柔板TOP层上有焊盘1、2、3、4、5、6、9、10、11、12、13、14，其中，包括固定焊盘1、7、8、14，固定焊盘1、7设置在柔板的两侧，焊盘尺寸较大，呈半圆形，起固定柔板和光器件作用；固定焊盘8、14设置在柔板的两个角上，焊盘尺寸比固定焊盘1、7小，呈圆形，且分别为多个，起固定柔板和光模块PCBA作用。柔板TOP层上还设置了多个高速线地焊盘，如图4a所示，高速线地焊盘包括焊盘2、3、4、5、6、9、10、11、12、13，上述高速线地焊盘可以保证模块PCBA 到柔板到光器件之间的共地，提供信号的回流路径。

差分高速线C1、C2、C3、C4即为光模块4个通道，其在光模块电芯片和光器件间起高速信号连接传输作用，与传统柔板设计不同点：a.柔板基偶通道差分高速走线采用错层设计，模块奇数通道与偶数通道高速差分线分别位于柔板TOP层（顶层）和BOTTOM层（底层）；C2、C4高速差分线位于柔板TOP层，如图4a所示，C1、C3高速差分线位于柔板BOTTOM层，如图5和图6所示；C2与C4、C1与C3同层最小间距为67mil，同时C1、C2、C3、C4投影到绝缘板上的投影线之间的间距为34mil。此种设计可以在保证柔板宽度不变的情况下，增大相邻通道间的间距，如图7中的黑色箭头所示，图7左边（a）中是传统柔板设计，图7右边（b）中是本专利柔板设计，两图相比，本专利中相邻通道间的间距较大）；b. 高速线两则采用大面积包地铜层处理（如图4a中的S1、S2、S3部分和图4b的S4、S5、S6部分），同时TOP层和BOTTOM层地采用通孔连接（如图4a中的H1和H2，H1和H2通孔内外径分别为6 mil和8mil，通孔与通孔之间的边缘距离为12mil-14mil））, 同时通道与通道间相邻侧的通孔H2采用双排等间距交错分布形式，加强电磁辐射回流（如图4a中箭头所示，箭头给出了高速信号线电磁辐射示意）；该种设计方案可以在保证柔板小型化的同时明显减小高速线通道间的串扰，从而提升光模块收发端的性能。

进一步的，柔板BOTTOM层上差分高速线上一侧的焊接焊盘包括焊盘15、16、17和18，相对应的另一侧焊接焊盘包括焊盘19、20、21、22，两侧的焊盘用于柔板上高速线与光器件的焊接。

传统柔板（高速线分布与同一层）与本发明设计柔板（高速线错层分布）通道间串扰测试结果如图8所示，图8中列出了第一通道和第二通道间的串扰测试结果，是使用网络分析仪进行串扰测试的，测试方法为：将信号输入第一通道，然后检测相邻的第二通道的S参数，得到串扰曲线S21，其中上部分的曲线为传统设计柔板串扰测试曲线S21，下部分的曲线为本发现设计柔板串扰测试曲线S21，测试结果表明，高速走线错层设计可以有效的减小通道间串扰。

柔板多通道差分高速走线采用错层设计，同时高速线两侧采用大面积包地处理，使用过孔将TOP和BOTTOM包地直接相连；通过上述设计后可以明显减小各通道高速线间的串扰，明显提升模块收发性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非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，实施例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。

Claims

1.一种多通道高速柔板，其特征在于，所述多通道高速柔板为多层结构，包括至少一层绝缘层，并且不同层上的高速线在所述绝缘层上的投影不相交。

2.如权利要求1所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，同一层上的高速线之间的间距大于或等于67mil。

3.如权利要求2所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，不同层上的高速线在所述绝缘层上的投影线的间距大于或等于34mil。

4.如权利要求3所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，同一层上的高速线之间的间距相等。

5.如权利要求4所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，所述高速线在所述绝缘层上的投影线的间距相等。

6.如权利要求1-5任一所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，多通道高速柔板包括TOP层、BOTTOM层和绝缘层，所述绝缘层位于TOP层和BOTTOM层之间，所述高速线两侧采用铜片包地处理，同时第一通孔将TOP层和BOTTOM层包地铜片直接相连。

7.如权利要求6所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，相邻高速线之间的第二通孔采用双排等间距交错分布。

8.如权利要求7所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，高速线地焊盘设置在包地铜片上，所述高速线地焊盘位于TOP层上高速线输入端和输出端两侧。

9.如权利要求8所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，高速线的焊接焊盘设置在BOTTOM层上，高速线的焊接焊盘设置在高速线输入端和输出端。

10.一种如权利要求1-9任一所述的一种多通道高速柔板，其特征在于，所述柔板用于10Gbps、25Gbps、50Gbps、100Gbps以及400Gbps的光通信模块中。