CN115343812A - 输入输出构件和制备方法及封装基座和光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输入输出构件和制备方法及封装基座和光器件，输入输出构件包括绝缘体、射频布线和接地布线，射频布线与绝缘体连接；接地布线与绝缘体连接，接地布线包括接地条状布线和接地面布线，接地条状布线与接地面布线之间通过通孔导体电连接，通孔导体包括圆形通孔导体和腰形通孔导体。输入输出构件中，根据接地条状布线的宽度变化设计圆形通孔导体和半腰形通孔导体的排布，从而有效抑制寄生电容的产生，避免射频布线受到电磁干扰，减少光器件的插入损耗，确保输出的电信号完整性。本发明可广泛应用于光通信技术领域。

Description

输入输出构件和制备方法及封装基座和光器件
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种输入输出构件和制备方法及封装基座和光器件。
背景技术
在光通信领域的光模块中，光信号与电信号的转换需要通过光模块内的光器件实现，光器件包括光半导体元件和用于密封光半导体元件的封装基座。光信号通过封装基座的光耦合部件传入封装基座内，经由光半导体元件转换成电信号，电信号通过封装基座的输入输出构件上的布线实现输出。
其中，输入输出构件上的布线包括射频布线和接地布线，由于接地布线设置在输入输出构件的绝缘体的不同厚度位置层上，导致产生一定的寄生电容，使得射频布线受到的电磁干扰增大，最后造成光器件的插入损耗增加，导致输出的电信号完整性降低。
发明内容
为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供一种输入输出构件、封装基座和光器件，以及制备输入输出构件的制备方法，所采用的技术方案如下。
本发明所提供的封装基座包括框体、基板、输入输出构件和光耦合部件，所述框体的一侧壁设置有贯通区；所述基板设置在所述框体的底部；所述输入输出构件设置在所述贯通区；所述光耦合部件与所述框体的侧壁连接。
本发明所提供的光器件包括封装基座、光半导体元件和光纤部件，所述光半导体元件设置在所述框体中；所述光纤部件与所述光耦合部件连接。
本发明所提供的输入输出构件包括绝缘体、射频布线和接地布线，所述射频布线与所述绝缘体连接；所述接地布线与所述绝缘体连接，所述接地布线包括接地条状布线和接地面布线，所述接地条状布线与所述接地面布线之间通过通孔导体电连接，所述通孔导体包括圆形通孔导体和腰形通孔导体；
其中，所述圆形通孔导体断面的直径为D，所述接地条状布线的宽度为K，至少一个所述接地条状布线与所述接地面布线之间的所述通孔导体分布满足：
若2≤K/D＜2.5，则所述接地条状布线的这一部分为第一区域，所述第一区域中沿所述接地条状布线的长度延伸方向设置有至少一个所述圆形通孔导体，所述圆形通孔导体排成一列；
若5≤K/D为≤7.5，则所述接地条状布线的这一部分为第二区域，所述第二区域中沿所述接地条状布线的长度延伸方向设置有至少两个所述圆形通孔导体，所述圆形通孔导体排成至少两列；
若2.5≤K/D为＜5，则所述接地条状布线的这一部分为第三区域，所述第三区域中沿所述接地条状布线的长度延伸方向设置有至少一个所述腰形通孔导体。
本发明的某些实施例中，所述腰形通孔导体排成一列，所述腰形通孔导体的长度方向与所述接地条状布线的宽度方向夹角M为0≤M≤60°。
本发明的某些实施例中，所述接地条状布线上，所述第三区域位于所述第一区域和所述第二区域之间。
本发明的某些实施例中，相邻两个所述圆形通孔导体之间的圆心距S1≥3D，所述圆形通孔导体边缘与所述接地条状布线边缘的最小距离S2≥0.05mm。
本发明的某些实施例中，所述腰形通孔导体的宽度为W，相邻两个所述腰形通孔导体的中心距S3≥3W，所述腰形通孔导体的宽度为W，所述腰形通孔导体与相邻的所述圆形通孔导体的中心距S4≥3W，所述腰形通孔导体边缘与所述接地条状布线边缘的最小距离S5≥0.05mm。
本发明的某些实施例中，所述接地面布线包括第一接地面布线和第二接地面布线，所述输入输出构件具有外端子和内端子，在所述输入输出构件的外端子处，所述第一接地面布线与所述射频布线、所述接地条状布线平齐，所述第二接地面布线缩短于所述射频布线和所述接地条状布线；在所述输入输出构件的内端子处，所述第二接地面布线与所述射频布线、所述接地条状布线平齐，所述第一接地面布线缩短于所述射频布线和所述接地条状布线。
本发明的某些实施例中，所述通孔导体包括半腰形通孔导体，在所述输入输出构件的内端子处，所述第一接地面布线端部位置上的所述半腰形通孔导体与所述接地条状布线的宽度骤变区连接；在所述输入输出构件的外端子处，所述第二接地面布线端部位置上的所述半腰形通孔导体与所述接地条状布线的宽度骤变区连接。
本发明所提供的所述制备方法用于制备如前所述的输入输出构件，所述制备方法包括
电介质材料制成陶瓷浆料；
陶瓷浆料通过流延成型获得陶瓷生坯；
陶瓷生坯进行冲腔和/或冲孔加工；
陶瓷生坯进行填孔和/或印孔加工，形成通孔导体；
通过丝网印刷，在陶瓷生坯上印刷导电布线图案；
将多个具有导电布线图案的陶瓷生坯进行叠层，获得叠层生坯；
切割叠层生坯，获得输入输出构件生坯；
印刷输入输出构件生坯的左右侧面；
输入输出构件生坯进行烧结成瓷，获得输入输出构件；
输入输出构件的导电布线进行镀镍处理。
本发明的实施例至少具有以下有益效果：输入输出构件中，根据接地条状布线的宽度变化设计圆形通孔导体和半腰形通孔导体的排布，从而有效抑制寄生电容的产生，避免射频布线受到电磁干扰，减少光器件的插入损耗，确保输出的电信号完整性。本发明可广泛应用于光通信技术领域。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
图1为封装基座的结构图。
图2为输入输出构件的结构图。
图3为输入输出构件的结构图。
图4为射频布线、接地条状布线、第一接地面布线和第二接地面布线的结构图。
图5为射频布线、接地条状布线以及通孔导体的结构图。
图6为接地条状布线的平面视图。
图7为图6中接地条状布线的底部视图。
图8为接地条状布线的平面视图。
图9为图8中接地条状布线的底部视图。
具体实施方式
下面结合图1至图9详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明涉及一种封装基座，封装基座包括框体102、基板103和输入输出构件，基板103设置在框体102的底部，输入输出构件与框体102的侧壁连接。
结合附图，基板103具有上表面和下表面，框体102的底部与基板103的上表面接合，基板103的上表面与框体102的内腔构成用于载置光半导体元件的载置部。
结合附图，框体102的一侧壁设置有贯通区，贯通区贯穿框体102的侧壁，输入输出构件设置在贯通区。具体地，输入输出构件采用嵌设的方式安装在贯通区。
进一步地，封装基座包括光耦合部件104，光耦合部件104与框体102的侧壁连接。具体地，框体102的侧壁设置有贯穿孔，光耦合部件104插设在贯穿孔处，光耦合部件104用于连接光纤光缆。结合附图，光耦合部件104设置有光窗，光窗固定在光耦合部件104的腔体中，光窗用于折射光路，以使光路能够准确进入封装基座中，增强透光率。
本发明涉及一种光器件，光器件包括封装基座和光半导体元件，光半导体元件设置在框体102中，具体地，光半导体元件设置在载置部中。进一步地，光器件包括光纤部件，光纤部件与光耦合部件104连接。
可以理解的是，光器件包括盖体，盖体设置为盖板，盖体与框体102连接，盖体设置在框体102的顶部敞口处。为增强密封性，框体102的顶部设置有密封圈。另一方面，密封圈用于焊接框体102和盖体，还能够起到缓冲热应力的作用。
封装基座和光器件的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言在相关技术中已有记载，这里不再详细描述，以下将对输入输出构件的结构展开介绍。
本发明涉及一种输入输出构件，输入输出构件包括绝缘体101、射频布线110和接地布线，射频布线110与绝缘体101连接，接地布线与绝缘体101连接，结合附图，绝缘体101上设置有直流布线124。可以理解的是，输入输出构件具有外端子105和内端子106，射频布线110和接地条状布线121的端部在绝缘体101的表面露出的部分作为外端子105和内端子106，外端子105设置在输入输出构件上远离载置部的一侧，内端子106设置在输入输出构件上靠近载置部的一侧。
接地布线包括接地条状布线121和接地面布线，接地条状布线121与射频布线110在同一水平面上间隔排列，接地条状布线121与接地面布线之间通过通孔导体电连接。具体地，通孔导体包括圆形通孔导体131和腰形通孔导体132，采用圆形通孔导体131和腰形通孔导体132实现电连接可以有效地抑制不同接地布线层之间的寄生电容的产生，从而减少光器件的插入损耗，保证输出的电信号完整性。
设定圆形通孔导体131断面的直径为D，接地条状布线121的宽度为K，在同一个接地条状布线121的不同位置处宽度K是有变化的。其中，至少一个接地条状布线121与接地面布线之间的通孔导体分布应满足以下三种条件。
若2≤K/D＜2.5，则接地条状布线121的这一部分为第一区域141，第一区域141中沿接地条状布线121的长度延伸方向设置有至少一个圆形通孔导体131，圆形通孔导体131排成一列。具体地，圆形通孔导体131沿接地条状布线121的长度延伸方向设置成一列。
若5≤K/D≤7.5，则接地条状布线121的这一部分为第二区域142，第二区域142中沿接地条状布线121的长度延伸方向设置有至少两个圆形通孔导体131，圆形通孔导体131排成至少两列。具体地，圆形通孔导体131沿接地条状布线121的长度延伸方向设置成至少两列。
若2.5≤K/D＜5，则接地条状布线121的这一部分为第三区域143，第三区域143中沿接地条状布线121的长度延伸方向设置有至少一个腰形通孔导体132，腰形通孔导体132排成一列，具体地，腰形通孔导体132沿接地条状布线121的长度延伸方向设置成一列。
进一步地，腰形通孔导体132的长度方向与接地条状布线121的宽度方向夹角M为0≤M≤60°。
可以理解的是，通过合理的通孔导体排布，能够确保在接地条状布线121的不同区域对应的位置处设置有不同形状的通孔导体，从而更好地降低光器件的插入损耗，保证输出的电信号完整性。
结合附图，接地条状布线121上，第三区域143位于第一区域141和第二区域142之间。
进一步地，相邻两个圆形通孔导体131之间的圆心距S1≥3D。
进一步地，圆形通孔导体131边缘与接地条状布线121边缘的最小距离S2≥0.05mm。
设定腰形通孔导体132的宽度为W，长度为L，以相邻两个腰形通孔导体132上相近的腰形孔圆弧部分的圆心为基准，相邻两个腰形通孔导体132的中心距S3≥3W。可以理解的是，S3为相邻两个腰形通孔导体132的最小中心距。
进一步地，以腰形孔圆弧部分的圆心为基准，腰形通孔导体132与相邻的圆形通孔导体131的最小中心距S4≥3W。
进一步地，腰形通孔导体132边缘与接地条状布线121边缘的最小距离S5≥0.05mm。
可以理解的是，对通孔导体的相对位置关系进行设定，可确保光器件输出的电信号完整性，可维持绝缘体101的机械强度。
一些示例中，接地条状布线121的宽度K为0.1mm至0.6mm；圆形通孔导体131的直径D为0.1mm至0.125mm；腰形通孔导体132的长度L为0.2mm至0.25mm，宽度W为0.1mm至0.125mm。
结合附图，接地面布线包括第一接地面布线122和第二接地面布线123，接地条状布线121和射频布线110所在的水平面位于第一接地面布线122的所在水平面和第二接地面布线123所在的水平面之间。具体地，第一接地面布线122和第二接地面布线123分别设置在接地条状布线121和射频布线110所在平面的上侧、下侧的水平面，位于不同层。
在输入输出构件的外端子105处，第一接地面布线122与射频布线110、接地条状布线121平齐，第二接地面布线123缩短于射频布线110和接地条状布线121，以使部分射频布线110和接地条状布线121在绝缘体101表面露出，形成外端子105。
在输入输出构件的内端子106处，第二接地面布线123与射频布线110、接地条状布线121平齐，第一接地面布线122缩短于射频布线110和接地条状布线121，以使部分射频布线110和接地条状布线121在绝缘体101表面露出，形成内端子106。
进一步地，通孔导体包括半腰形通孔导体133，在接地面布线两端的位置分别设置半腰形通孔导体133，结合附图，半腰形通孔导体133的平面侧壁露出于绝缘体101表面。一些示例中，半腰形通孔导体133设置为实心结构，具体地，在绝缘体上的半腰形通孔中填充导体材料。一些示例中，半腰形通孔导体133设置为中空结构，半腰形通孔的侧壁形成导体层。
在输入输出构件的内端子106处，第一接地面布线122端部位置上的半腰形通孔导体133与接地条状布线121的宽度骤变区144连接。在输入输出构件的外端子105处，第二接地面布线123端部位置上的半腰形通孔导体133与接地条状布线121的宽度骤变区144连接。
可以理解的是，在接地条状布线121的宽度骤变区144极易受到外界电磁场的干扰而产生谐振峰，造成电信号失真，因此通过在接地面布线的端部位置设置半腰形通孔导体133，半腰形通孔导体133的位置对应宽度骤变区144，可以有效保证电信号的完整性。另一方面，半腰形通孔导体133的结构能够增加冲腔、切割和磨削的余量，保证布线的上下层搭接。
本发明涉及一种制备方法，制备方法用于制备输入输出构件，制备方法包括以下流程。
电介质材料制成陶瓷浆料。
陶瓷浆料通过流延成型获得陶瓷生坯。
陶瓷生坯进行冲腔和/或冲孔加工。
陶瓷生坯进行填孔和/或印孔加工，形成通孔导体。
通过丝网印刷，在陶瓷生坯上印刷导电布线图案。
将多个具有导电布线图案的陶瓷生坯进行叠层，获得叠层生坯。
切割叠层生坯，获得输入输出构件生坯。
印刷输入输出构件生坯的左右侧面。
输入输出构件生坯进行烧结成瓷，获得输入输出构件。
输入输出构件的导电布线进行镀镍处理。
对本发明所设计的封装基座进行插损测试，采用网络分析仪进行测试，测试方法的具体过程如下。
以转接板替代实际应用中的光半导体元件，转接板的一端通过打金线连接内端子106，转接板的另一端通过探针台连接网络分析仪。将柔性电路板焊接在外端子105，柔性电路板的非焊接区域通过探针台连接网络分析仪。通过网络分析仪测试产品的插损性能。
以两个封装基座的实施例和一个对比例分析封装基座的插损性能。
实施例一
接地条状布线121的宽度K取0.2mm至0.5mm，圆形通孔导体131的直径D取0.11mm，腰形通孔导体132的长度L取0.22mm，宽度W取0.11mm。
在内端子106处，第一接地面布线122的端部位置不设置半腰形通孔导体133，第二接地面布线123的端部位置设置半腰形通孔导体133。在外端子105处，第一接地面布线122的端部位置和第二接地面布线123的端部位置分别设置半腰形通孔导体133。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：在内端子106处，第一接地面布线122的端部位置设置半腰形通孔导体133，且半腰形通孔导体133的位置与接地条状布线121的宽度骤变区144对应。
对比例
对比例与实施例二的区别在于：第一区域141、第二区域142和第三区域143均设置圆形通孔导体131，不设置腰形通孔导体132。
检测获得的插损性能(40GHz处)对比如下：实施例一的插损性能为-2.7dB，实施例二的插损性能为-1.9dB，对比例的插损性能为-3.2dB。根据对比可知，实施例二的性能较实施例一更佳，且实施例一和二的性能均优于对比例。
在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
本发明的描述中，专利名称若出现“、”，表示“和”的关系，而不是“或”的关系。例如专利名称为“一种A、B”，说明本发明所要求保护的内容为：主题名称为A的技术方案和主题名称为B的技术方案。

Claims (10)

1.一种输入输出构件，其特征在于：包括
绝缘体(101)；
射频布线(110)，所述射频布线(110)与所述绝缘体(101)连接；
接地布线，所述接地布线与所述绝缘体(101)连接，所述接地布线包括接地条状布线(121)和接地面布线，所述接地条状布线(121)与所述接地面布线之间通过通孔导体电连接，所述通孔导体包括圆形通孔导体(131)和腰形通孔导体(132)；
其中，所述圆形通孔导体(131)断面的直径为D，所述接地条状布线(121)的宽度为K，至少一个所述接地条状布线(121)与所述接地面布线之间的所述通孔导体分布满足：
若2≤K/D＜2.5，则所述接地条状布线(121)的这一部分为第一区域(141)，所述第一区域(141)中沿所述接地条状布线(121)的长度延伸方向设置有至少一个所述圆形通孔导体(131)，所述圆形通孔导体(131)排成一列；
若5≤K/D≤7.5，则所述接地条状布线(121)的这一部分为第二区域(142)，所述第二区域(142)中沿所述接地条状布线(121)的长度延伸方向设置有至少两个所述圆形通孔导体(131)，所述圆形通孔导体(131)排成至少两列；
若2.5≤K/D＜5，则所述接地条状布线(121)的这一部分为第三区域(143)，所述第三区域(143)中沿所述接地条状布线(121)的长度延伸方向设置有至少一个所述腰形通孔导体(132)，所述腰形通孔导体(132)排成一列。
2.根据权利要求1所述的输入输出构件，其特征在于：所述腰形通孔导体(132)的长度方向与所述接地条状布线(121)的宽度方向夹角M为0≤M≤60°。
3.根据权利要求1或2所述的输入输出构件，其特征在于：所述接地条状布线(121)上，所述第三区域(143)位于所述第一区域(141)和所述第二区域(142)之间。
4.根据权利要求1所述的输入输出构件，其特征在于：相邻两个所述圆形通孔导体(131)之间的圆心距S1≥3D，所述圆形通孔导体(131)边缘与所述接地条状布线(121)边缘的最小距离S2≥0.05mm。
5.根据权利要求1所述的输入输出构件，其特征在于：所述腰形通孔导体(132)的宽度为W，相邻两个所述腰形通孔导体(132)的中心距S3≥3W，所述腰形通孔导体(132)与相邻的所述圆形通孔导体(131)的中心距S4≥3W，所述腰形通孔导体(132)边缘与所述接地条状布线(121)边缘的最小距离S5≥0.05mm。
6.根据权利要求1所述的输入输出构件，其特征在于：所述接地面布线包括第一接地面布线(122)和第二接地面布线(123)，所述输入输出构件具有外端子(105)和内端子(106)，在所述输入输出构件的外端子(105)处，所述第一接地面布线(122)与所述射频布线(110)、所述接地条状布线(121)平齐，所述第二接地面布线(123)缩短于所述射频布线(110)和所述接地条状布线(121)；在所述输入输出构件的内端子(106)处，所述第二接地面布线(123)与所述射频布线(110)、所述接地条状布线(121)平齐，所述第一接地面布线(122)缩短于所述射频布线(110)和所述接地条状布线(121)。
7.根据权利要求6所述的输入输出构件，其特征在于：所述通孔导体包括半腰形通孔导体(133)，在所述输入输出构件的内端子(106)处，所述第一接地面布线(122)端部位置上的所述半腰形通孔导体(133)与所述接地条状布线(121)的宽度骤变区(144)连接；在所述输入输出构件的外端子(105)处，所述第二接地面布线(123)端部位置上的所述半腰形通孔导体(133)与所述接地条状布线(121)的宽度骤变区(144)连接。
8.一种制备方法，其特征在于：所述制备方法用于制备如权利要求1至7任一项所述的输入输出构件，所述制备方法包括
电介质材料制成陶瓷浆料；
陶瓷浆料通过流延成型获得陶瓷生坯；
陶瓷生坯进行冲腔和/或冲孔加工；
陶瓷生坯进行填孔和/或印孔加工，形成通孔导体；
通过丝网印刷，在陶瓷生坯上印刷导电布线图案；
将多个具有导电布线图案的陶瓷生坯进行叠层，获得叠层生坯；
切割叠层生坯，获得输入输出构件生坯；
印刷输入输出构件生坯的左右侧面；
输入输出构件生坯进行烧结成瓷，获得输入输出构件；
输入输出构件的导电布线进行镀镍处理。
9.一种封装基座，其特征在于：包括
框体(102)，所述框体(102)的一侧壁设置有贯通区；
基板(103)，所述基板(103)设置在所述框体(102)的底部；
如权利要求1至7任一项所述的输入输出构件，所述输入输出构件设置在所述贯通区；
光耦合部件(104)，所述光耦合部件(104)与所述框体(102)的侧壁连接。
10.一种光器件，其特征在于：包括
如权利要求9所述的封装基座；
光半导体元件，所述光半导体元件设置在所述框体(102)中；
光纤部件，所述光纤部件与所述光耦合部件(104)连接。
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