CN115515027A - 光电混合封装结构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光电混合封装结构和电子设备。其中光电混合封装结构包括印制电路板、设置于印制电路板上封装主基板、设置于封装主基板上的主芯片、以及设置于封装主基板上的光引擎组件，其中光引擎组件包括分隔设置的第一信号管脚与第二信号管脚，第一信号管脚位于光引擎组件的下表面中靠近主芯片的部分，第二信号管脚设置于光引擎组件的下表面中远离主芯片的部分。通过本申请提供的光电混合封装结构，能够提升光电混合封装结构中光引擎组件与印制电路板间的信号传输效率，同时能够显著缩小光电混合封装结构中封装主基板的尺寸面积。

Description

光电混合封装结构和电子设备

技术领域

本申请涉及封装技术领域，特别涉及一种光电混合封装结构和电子设备。

背景技术

目前，光纤交换机普遍采用可拔插光模块实现光电转换。通常，采用可拔插光模块实现光电转换的封装结构中包括光模块和交换芯片。其中，光模块用于实现光信号和电信号之间的转换，可以将接收到的来自外部的光信号转换为电信号并传输至交换芯片进行处理，也可以将接收到的来自交换芯片的电信号转换为光信号并向外部传输。交换芯片用于实现多路电信号之间的交互、缓存、分配和转发。在上述光电转换封装结构中，光模块与交换芯片之间需要进行高速电信号的双向传输。

参见图1，它示出了一种应用可插拔光模块的封装结构的局部剖面示意图。该种封装结构包括印制电路板100，设置于印制电路板100上的封装基板200和光模块400，设置于封装基板200上的交换芯片300。其中，光模块400具有支持热插拔的接口，该接口朝向交换机面板500的一端具有预留孔位510，且该接口以图中箭头所示的方向伸出。如图 1所示，封装基板200通过连接器210支撑于印制电路板100上，交换芯片300通过焊接端子310支撑于封装基板200上，此时交换芯片300和光模块400之间的传输链路700为“交换模块300—焊接端子310—封装基板200—连接器210—印制电路板100—光模块 400”。可以看到，由于光模块400距离交换芯片300距离远，两者之间的传输链路700中有很长一部分属于印制电路板内的印制线，这部分印制线存在电链路损耗大的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光电混合封装结构和电子设备。该种封装结构将光引擎基板上的信号管脚拆分为两组独立分隔的信号管脚，其中一组信号管脚设置于光引擎基板中靠近主交换芯片的部分，通过连接器与封装主基板相连接；另一组信号管脚设置于光引擎基板中远离主交换芯片的部分，通过连接器与印制电路板相连接。通过该种封装结构，能够提升光电混合封装结构中光引擎组件与印制电路板间的信号传输效率，同时能够显著缩小光电混合封装结构中封装主基板的尺寸面积。

本申请的第一方面提供了一种光电混合封装结构，包括印制电路板、设置于印制电路板上封装主基板、设置于封装主基板上的主芯片、以及设置于封装主基板上的光引擎组件。其中，光引擎组件包括分隔设置的第一信号管脚与第二信号管脚，第一信号管脚位于光引擎组件的下表面中靠近主芯片的部分，第二信号管脚设置于光引擎组件的下表面中远离主芯片的部分。

可以理解，在俯视视角下，第一信号管脚所在的区域，与封装主基板的上表面在垂直方向上重叠；而第二信号管脚所在的区域则与印制电路板的上表面在垂直方向上重叠。通过对光引擎组件的信号管脚进行间隔设置，使得光引擎组件不必完全设置于封装主基板上，第二信号管脚所在区域能够超出封装主基板进行设置，从而在光引擎组件和主芯片保持不变的情况下，缩小了封装主基板所需要的尺寸面积。同时，超出封装主基板部分的第二信号管脚可以直接与印制电路板进行连接，光引擎组件和印制电路板之间的信号传输路径无需再度经过封装主基板，还能够提升光引擎组件与印制电路板间的信号传输效率。

在上述第一方面的一种可能的实现中，第一信号管脚通过第一连接器被支撑于封装主基板上；光引擎组件通过第一信号管脚和第一连接器，与设置于封装主基板上的主芯片进行信号传输。

在上述第一方面的一种可能的实现中，第二信号管脚通过第二连接器被支撑于印制电路板上；光引擎组件通过第二信号管脚和第二连接器，与设置于印制电路板上的第一电子元器件进行电连接。

可以理解，光引擎组件需要同时与封装主基板和印制电路板保持电连接，其中光引擎组件与主芯片之间需要进行高速电信号的传输。将靠近主芯片部分的第一信号管脚用于执行与主芯片之间的电连接和信号传输，能够尽可能地缩短光引擎组件和主芯片之间的传输链路的距离，从而实现链路损耗的降低。

而在光引擎组件与印制电路板之间，主要需要由印制电路板上设置的电子元器件为光引擎组件提供电源或是传输其他信号，例如控制信号等。将远离主芯片部分的第二信号管脚，通过第二连接器直接与印制电路板实现电连接和信号传输，同样能够实现链路损耗的降低，提升光引擎组件与印制电路板间的信号传输效率。

在上述第一方面的一种可能的实现中，该种光电混合封装结构还包括第三连接器，该种第三连接器包括连接座、多个第一弹片、以及多个第二弹片。其中，连接座包括第一部分和第二部分，其中第一部分位于封装主基板和印制电路板之间，第二部分位于第二信号管脚和印制电路板之间。多个第一弹片位于第一部分，用于分别连接封装主基板和印制电路板；多个第二弹片位于第二部分，用于分别连接第二信号管脚和印制电路板。

可以理解，在前述可能的实现中，为了实现光引擎组件与封装主基板以及印制电路板之间的电连接，需要用到多个不同规格的连接器，从而导致部件准备工序和装配工序变得较为复杂。为了简化装配过程中所需连接器的数量，采用第三连接器实现一体化连接：封装主基板通过第三连接器的第一弹片支撑于印制电路板上并与印制电路板实现电连接，同时第二信号管脚通过第三连接器的第二弹片支撑于印制电路板上并与印制电路板实现电连接。也就是说，光引擎组件和封装主基板通过同一个第三连接器完成了与印制电路板的电连接。采用该种实现方式，能够进一步减少光电混合封装过程中使用的连接器数量，进一步简化了光电混合封装的装配工序。

在上述第一方面的一种可能的实现中，多个第一弹片两两之间的距离小于多个第二弹片两两之间的距离。

在上述第一方面的一种可能的实现中，第一弹片在封装主基板和连接座之间的部分的长度，小于第二弹片在第二信号管脚和连接座之间的部分的长度。

可以理解，第三连接器包括两种不同规格的支撑弹片，其中第一支撑弹片用于支撑封装主基板并实现封装主基板和印制电路板之间的电连接。由于封装主基板和印制电路板之间存在高速信号传输的需求，第一弹片可以被设计得间距较为密集且配高较低。而第二支撑弹片用于支撑光引擎组件并实现第二信号管脚和印制电路板之间的电连接。由于需要满足光引擎组件的支撑需要、电源传输需要和低速信号传输，第二弹片可以被设计得间距较为稀疏且配高较高。通过在不同区域中设计具有不同高度和/或不同密集程度的支撑弹片，可以使得单个第三连接器能够适配具有不同配高需求和不同信号传输需求的封装器件。

在上述第一方面的一种可能的实现中，光引擎组件的下表面设置有第二电子元器件，第二电子元器件位于所述第一信号管脚和所述第二信号管脚之间。

可以理解，由于第一信号管脚和第二信号管脚是间隔设置的，在第一信号管脚和第二信号管脚之间具有一定的空白空间。这些空白空间能够利用于进行第二电子元器件的布置，从而提升该种光电混合封装结构的整体工作性能。

例如，第二电子元器件可以是滤波电容，用于改善光引擎组件的电源滤波效果。又例如，第二电子元器件可以是吸波材料，用于改善光引擎组件在电磁场方面干扰能力，提升光引擎组件的电磁兼容性。可以理解，第二电子元器件也可以是其他能够对光引擎组件的工作性能进行优化的各类组件或是多个组件的集合，在此不做限定。

在上述第一方面的一种可能的实现中，光引擎组件位于主芯片的四边的至少一边上。

可以理解，为了保障每个光引擎组件能够尽可能地靠近主芯片，光引擎组件能够环绕于主芯片的四边进行设置。而在光引擎组件的数量较少的情况下，为了在保障每个光引擎组件尽可能地靠近主芯片的同时，尽可能地缩小封装主基板的尺寸面积，光引擎组件也可以设置于主芯片的四边中的至少一边上，例如相对的两边上或是任意三边上。采用上述设置方式能够在主芯片四边中不设置光引擎组件的一边，减小封装主基板相对于主芯片的外延面积，从而减小封装主基板的尺寸面积。

本申请的第二方面提供了一种封装连接器，该种封装连接器应用于前述第一方面的光电混合封装结构，包括连接座、多个第一弹片、以及多个第二弹片。其中，连接座包括第一部分和第二部分，其中第一部分位于封装主基板和印制电路板之间，第二部分位于第二信号管脚和印制电路板之间。多个第一弹片位于第一部分，用于分别连接封装主基板和印制电路板；多个第二弹片位于第二部分，用于分别连接第二信号管脚和印制电路板。

本申请的第三方面提供了一种电子设备，该种电子设备通过前述第一方面提供的封装结构搭载了至少一个芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式描述中所使用的附图作简单介绍。

图1根据现有技术示出了一种应用可插拔光模块的封装结构的示意图；

图2示出了一种光纤交换机的结构示意图；

图3示出了一种应用光电混合封装技术的封装结构的示意图；

图4示出了另一种应用光电混合封装技术的封装结构的示意图；

图5根据本申请实施例示出了一种光电混合封装结构的结构示意图；

图6a根据本申请实施例示出了一种双面均为弹片的Socket连接器的剖视图和剖视视角下的连接示意图；

图6b根据本申请实施例示出了一种一面为弹片且另一面为焊接端子的Socket连接器的剖视图和剖视视角下的连接示意图；

图7根据本申请实施例示出了如图5所示的光电混合封装结构的一种俯视示意图；

图8根据本申请实施例示出了如图5所示的光电混合封装结构的一种主视示意图；

图9根据本申请实施例示出了如图7所示的光电混合封装结构与现有技术中一种光电混合封装结构在俯视视角下的对照示意图；

图10根据本申请实施例示出了另一种光电混合封装结构的结构示意图；

图11根据本申请实施例示出了如图10所示的光电混合封装结构的一种可能的光电混合封装方法；

图12a至图12d根据本申请实施例示出了如图11所示的光电混合封装方法的装配示意图；

图13根据本申请实施例示出了如图10所示的光电混合封装结构的另一种可能的光电混合封装方法；

图14a至图14f根据本申请实施例示出了如图13所示的光电混合封装方法的装配示意图；

图15根据本申请实施例示出了另一种光电混合封装结构的结构示意图；

图16根据本申请实施例示出了一种如图15所示的连接器的俯视结构图；

图17a根据本申请实施例示出了一种光电混合封装的布局设置方案；

图17b根据本申请实施例示出了另一种光电混合封装的布局设置方案。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所致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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，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，也可以提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，可以根据具体情况理解上述属于在本申请中的具体含义。

可以理解的是，本申请的光电混合封装结构可以用于多种电子设备，例如光纤交换机、光纤收发器、图形处理器等需要将光信号与电信号进行相互转换并实现芯片出光的电子设备，在此不做限定。为了便于说明，下文以光纤交换机为例对本申请的技术方案的应用场景进行描述。

例如，图2示出了一种光纤交换机10的结构示意图。如图2所示，其中，端口13用于提供接入通道，使得外部的网络节点能够接入光纤交换机10。光电转换器12与端口13 相连接，能够与接入光纤交换机10的网络节点进行双向光信号传输，并将光信号转换为相应的电信号。处理器11与光电转换器12相连接，用于与光电转换器12之间进行双向电信号传输，从而实现多路电信号之间的交互、缓存、分配和转发。电源14用于为处理器 11和光电转换器12的工作提供能源。

可以理解的是，光电转换器12可以是如图1所示的光模块400等能够实现光信号与电信号转换的电子元器件，处理器11可以是如图1所示的交换芯片300等能够实现多路电信号之间的交互的电子元器件，也可以是图形处理器芯片等涉及芯片出光场景的主芯片，在此不做限定。通常，光模块400与交换芯片300通过集成于同一封装结构的方式置于光纤交换机10中。

为了克服现有技术中存在的光模块400和交换芯片300之间电链路损耗大的问题，可以采用光电混合封装(Co-packaged Optics，CPO)技术加以解决，即将光模块和交换芯片集成于同一封装主基板上。例如，图3示出了一种应用光电混合封装技术的封装结构的局部剖面示意图。如图3所示，该种封装结构包括印制电路板100，设置于印制电路板100 上的封装主基板200，设置于封装主基板200上的交换芯片300以及设置于封装主基板200 上的光引擎组件410，光引擎组件410通过连接器600a被支撑在封装主基板200上。其中，光引擎组件410与光模块400的功能相接近，均用于实现光信号与电信号之间的转换，有关光引擎组件410的具体组成将于后文中进行具体描述。

可以理解的是，于上述封装结构中，如图3所示，为了实现光引擎组件410与外部其他电子设备之间的信号传输，光引擎组件410通过光纤521与设置在交换机面板500上的光纤接口520连接。外部的其他电子设备可以依次通过光纤接口520、光纤521与光引擎组件410实现光信号的传输。

可以理解的是，于上述封装结构中，交换芯片300可以是裸芯片(Die)，或是堆栈裸芯片(Stack Dies)，或是堆栈裸芯片构成的功能性模组，在此不做限定。其中，裸芯片指的是半导体元器件制造完成、封装之前的产品形式，通常是大圆片形式(wafer form)或单颗芯片(die form)的形式存在，裸芯片经封装操作后可以成为半导体元件、集成电路、或是复杂混合电路的组成部分；堆栈裸芯片指的是由多个裸芯片堆叠在一起形成的芯片。

可以理解的是，于上述封装结构中，如图3所示，封装主基板200可以通过连接器210 支撑于印制电路板100上：封装主基板200的下表面可以设有信号管脚(图3中未示出)，信号管脚通过连接器210与印制电路板100实现电连接。可以理解的是，连接器210可以是插座(Socket)连接器，为了便于说明，下文将统一以Socket连接器进行描述。Socket 连接器可以是一种带弹片的板端插座连接器，通常应用于芯片组件与印制电路板之间的垂直连接。采用Socket连接器进行芯片封装有助于在使用过程中对于芯片的拆卸维护或是拆卸替换。有关Socket连接器的具体结构及设置方式将于后文进行具体说明。于上述封装结构中，封装主基板200还可以通过球珊阵列(BGA，Ball Grid Array)焊接的方式(图3 中未示出)支撑于印制电路板100上并与印制电路板100实现电连接，在此不做限定。

可以理解的是，于上述封装结构中，如图3所示，交换芯片300可以通过球珊阵列焊接的方式被支撑于封装主基板200上，交换芯片300的下表面可以设有信号管脚(图3中未示出)，信号管脚通过球珊阵列焊接形成的焊接端子310与封装主基板200实现电连接。于上述封装结构中，交换芯片300还可以采用其他封装方式支撑于封装主基板200上并与封装主基板200实现电连接，在此不做限定。

可以理解的是，如图3所示，通过该种封装结构，将光引擎组件410和交换芯片300同时集成于封装主基板200上，此时光引擎组件410和交换芯片300之间的传输链路700 为“交换芯片300—封装主基板200—连接器205—光引擎组件410”。对照图1中的传输链路700可以发现，采用上述光电混合封装技术能够大大缩短交换芯片与光引擎组件410 之间的链路长度，实现链路损耗的降低，进而能够支持更高的传输信号速率。

但是采用如图3所示的封装结构同样存在如下问题：

如图3所示，将光引擎组件410和交换芯片300同时集成在封装主基板200上时，会导致封装主基板200的尺寸增大。对照图1和图3可以看出，为了预留足够容纳光引擎组件410的空间，图3中封装主基板200的横向尺寸面积明显大于图1中封装主基板200的横向尺寸面积。可以理解的是，现有的基板行业尺寸边界约为110mm，若超出该尺寸边界将导致封装基板的良率急剧下降，加工交期显著增加，进而导致封装成本难以承受。此外，伴随着封装主基板200尺寸的增加，将直接导致传输过程中的链路损耗升高(通常链路损耗的增加为0.14～0.18db/mm)，进而导致芯片封装结构的电链路功耗升高。

为了解决上述技术问题，可以对如图3所示的光电混合封装技术进行改进，将光引擎组件410的一部分进行外移。例如，图4示出了另一种应用光电混合封装技术的封装结构的示意图。于该种封装结构中，光引擎组件410的一部分外移至封装主基板202的外部，如图4所示，光引擎组件410在垂直方向上与封装主基板200重叠的部分通过连接器600a 支撑于封装主基板200上，其余在垂直方向上未与封装主基板200重叠的部分则通过刚性支撑件600b支撑于印制电路板100上。对照上述图3和图4可以看出，在交换芯片300 和光引擎组件410之间的间距保持不变的情况下，采用如图4所示的封装结构能够在一定程度上减小封装主基板200的尺寸面积，但尺寸面积的减小幅度较为有限，这是因为光引擎组件410的全部信号管脚仍需要通过连接器600a与封装主基板200相连接，光引擎组件 410在垂直方向上与封装主基板200重叠的部分较大。

此外，可以理解的是，在图3和/或图4所提供的封装结构中，除了光引擎组件410和交换芯片300之间的传输链路600外，光引擎组件410还需要通过传输链路800与印制电路板100上的电子元器件110相连接，用于实现电源传输和信号传输。考虑到光引擎组件 410和电子元器件110之间的传输链路800为“光引擎组件410—连接器600a—封装主基板200—印制电路板100—电子元器件110”，存在多个版型结构和连接器之间的转接，从而还将导致出现光引擎组件410和印制电路板100之间传输链路长度长，传输损耗大的问题。

为了克服上述技术问题，本申请提供了一种封装结构，该种封装结构将光引擎基板上的信号管脚拆分为两组独立分隔的信号管脚，其中一组信号管脚设置于光引擎基板中靠近主交换芯片的部分，通过连接器与封装主基板相连接；另一组信号管脚设置于光引擎基板中远离主交换芯片的部分，通过连接器与印制电路板相连接。通过该种封装结构，能够提升光电混合封装结构中光引擎组件与印制电路板间的信号传输效率，同时能够显著缩小光电混合封装结构中封装主基板的尺寸面积。

在本申请的一些实施例中，该种光电混合封装结构可以应用于光纤收发器、光纤交换机等需要将光信号与电信号进行相互转换的电子通信设备中，在此不做限定。

图5根据本申请的一些实施例示出了上述光电混合封装结构的局部剖面结构示意图。如图5所示，光电混合封装结构可以包括印制电路板100、封装主基板200、交换芯片300和光引擎组件410。其中，封装主基板200设置于印制电路板100上，交换芯片300设置于封装主基板200上，光引擎组件410设置于封装主基板200上。封装主基板200与印制电路板100，交换芯片300与封装主基板200之间的连接实现可以参照前文描述，在此不做赘述。

如图5所示，在本申请的一些实施例中，光引擎组件410包括位于光引擎组件410下表面间隔的信号管脚411和信号管脚412。可以理解的是，于上述封装结构中，光引擎组件410用于实现光信号和电信号的相互转换。在本申请的一些实施例中，光引擎组件410 可以包括光引擎基板，设置于光引擎基板上的带有电芯片的电子集成电路(ElectronicIntegrated Circuit，EIC)、设置于光引擎基板上的光子集成电路(Photonic IntegratedCircuit， PIC)、以及设置在光引擎基板上的光纤阵列单元(Fiber Array Unit)。其中：光纤阵列单元包括多根出光光纤，能够接受由外部输入的光信号或是向外部传输光信号；带有硅光芯片的光子集成电路与电子集成电路相配合用于执行光信号和电信号之间的互相转换，可以将由外部输入的光信号转换为电信号，也可以将来自交换芯片300的电信号转换为待传输的光信号；光引擎基板通过连接器或是焊接端子支撑于封装主基板200上，并通过封装主基板200与交换芯片300实现电连接，从而实现光引擎组件410和交换芯片300之间的电信号交互。为了便于说明，下文将统一以光引擎组件410为整体进行说明。可以理解的是，由于集成电路、集成光路和光纤阵列单元均通过设置于光引擎基板上的形式集成于光引擎组件410中，光引擎基板位于整个光引擎组件410的底部，高速信号管脚411和低速信号管脚412均位于光引擎基板的下表面，即可以说明信号管脚411和信号管脚412均位于光引擎组件410的下表面。

如图5所示，信号管脚411和信号管脚412间隔设置，且信号管脚411位于光引擎组件410的下表面中靠近交换芯片300的部分，信号管脚412位于光引擎组件410的下表面中远离交换芯片300的部分。可以理解的是，由于光引擎组件410和交换芯片300之间传输的电信号属于高速信号，需要通过满足高速信号传输标准的高速信号管脚进行传输，因此信号管脚411可以是高速信号管脚。为了便于说明，下文以高速信号管脚411为例对本申请的技术方案进行描述。将高速信号管脚411设置于光引擎组件410的下表面中靠近交换芯片300的部分，能够尽可能地缩短光引擎组件410和交换芯片300之间的传输链路的距离，从而实现链路损耗的降低。

同样可以理解的是，光引擎组件410在执行光信号和电信号的转换过程中，还需要接收来自外部的电源供能以及其他信号，例如控制信号等。在本申请的一些实施例中，可以通过设置于印制电路板100上的电子元器件110来为光引擎组件410提供电源或是传输其他信号，电子元器件110可以是电源，也可以是控制信号发生器，在此不做限定。由于光引擎组件410和设置于印制电路板100上的电子元器件110之间的电源连接或是其他信号的传输由低速信号管脚即可满足，因此可以在光引擎组件410的下表面中远离交换芯片300 的部分设置相应的信号管脚412用于实现光引擎组件410和电子元器件110之间的电连接，并与前述高速信号管脚411进行区分。为了便于说明，下文以低速信号管脚412为例对本申请的技术方案进行描述。有关低速信号管脚412如何与印制电路板100进行电连接的具体设置结构将于后文中进行说明。

如图5所示，光引擎组件410中高速信号管脚411所在区域通过高速连接器610支撑于封装主基板200的上表面，光引擎组件410中低速信号管脚412所在区域通过低速连接器620支撑于印制电路板100的上表面。在本申请的一些实施例中，高速连接器610可以是Socket连接器，也可以是其他能够实现芯片组件与印制电路板或基板之间的电连接的连接器，在此不做限定。

具体地，图6a根据本申请实施例，示出了一种双面均为弹片的Socket连接器的剖视图和剖视视角下的连接示意图。在本申请的一些实施例中，高速连接器610可以是如图6a所示的双面均为弹片的Socket连接器，包括壳体611和在竖直方向上穿过壳体611的弹片612。弹片612可以包括上弹片612a，固定部612b和下弹片612c，其中：固定部612b的一端与上弹片612a相连接，另一端与下弹片612c相连接，且固定部612b与壳体611固定连接；上弹片612a与高速信号管脚411中的凸起端子部分相抵进行电连接；下弹片612c 与封装主基板200上表面的焊盘部分相抵进行电连接。上弹片612a和下弹片612c均具有一定的弹性，能够在压力作用下发生弹性形变。采用如图6a所示的Socket连接器作为高速连接器610，能够保证光引擎组件410的高速信号管脚411所在区域与封装主基板200 之间的电连接，同时上弹片612a和下弹片612c构成的弹片结构能够在一定程度上吸收该种光电混合封装结构在合封过程中产生的装配公差，并减小因应力导致该种光电混合封装结构产生变形的风险。

具体地，图6b根据本申请实施例，示出了一种一面为弹片另一面为焊接端子的Socket 连接器的剖视图和剖视视角下的连接示意图。在本申请的一些实施例中，高速连接器610 也可以是如图6b所示的一面为弹片另一面为焊接端子的Socket连接器，包括壳体613，在竖直方向上穿过壳体的613的弹片614和焊接端子615。弹片614可以包括上弹片614a和固定部614b，其中固定部614b的一端与上弹片614a相连接，另一端与焊接端子615相连接，且固定部614b与壳体613固定连接；上弹片614a与高速信号管脚411中的凸起端子部分相抵进行电连接；焊接端子615与封装主基板200上表面的焊盘部分相焊接进行电连接。上弹片614a具有一定的弹性，能够在压力作用下发生弹性形变。相较于如图6a所示的Socket连接器，图6b所示的一面为弹片一面为焊接端子的Socket连接器，其中一面采用焊接连接的方式与基板进行连接，使得装配稳定性得到了提升。

在本申请的一些实施例中，低速连接器620同样可以是Socket连接器，也可以是其他能够实现芯片组件与印制电路板或基板之间的电连接的连接器，例如弹簧针连接器等，在此不做限定。具体地，低速连接器620的结构可以是与图6a或图6b中示出的结构相一致的，在此不做赘述。

如图5所示，将低速连接器620与前述高速连接器610进行比较可以看出，高速连接器610中各个弹片之间的间距较为密集，且高速连接器610整体的配高较低，这是因为高速信号管脚411需要通过高速连接器610与交换芯片300进行高速信号的传输。高速信号传输要求的高速信号管脚411中每个信号管脚的尺寸小(即信号管脚在水平截面上的面积小)，能够在高速信号管脚411所在区域中密集排列；在此情况下高速连接器610中各个弹片为了与信号管脚能够对应连接，各个弹片之间的间距也适应性地需要密集排列。同时，高速信号对传输链路上的连接器有低串扰的要求，串扰指的是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容所引起线上的噪声，高速连接器610的整体配高越低，高速电信号在经过高速连接器610时可能出现的串扰就更小。

同样地，如图5所示，低速连接器620中各个弹片之间的间距相较于高速连接器610较为稀疏，且低速连接器620整体的配高较高，这是因为低速信号管脚412通过低速连接器620与设置于印制电路板100上的电子元器件110之间所需要传输的是电源和低速信号。这类信号要求低速信号管脚412中每个信号管脚的尺寸大(即信号管脚在水平截面上的面积大)，能够提供较佳的流通能力和支撑能力；在此情况下低速连接器620的弹片之间的间距可以适应性扩大。同时可以看到，光引擎组件410的下表面和印制电路板100的上表面之间的距离较大，为了起到支撑作用低速连接器620的配高也需要与光引擎组件410的下表面和印制电路板100的上表面之间的距离相匹配。

进一步地，图7根据本申请实施例，示出了如图5所示的光电混合封装结构的一种俯视示意图；图8则根据本申请实施例，示出了如图5所示的光电混合封装结构的一种主视示意图。如图7至图8所示，多个光引擎组件410环绕于交换芯片300的四周进行设置。可以看出，光引擎组件410的一部分在俯视角度和主视视角下超出了封装主基板200的尺寸范围。其中，高速信号管脚411对应的光引擎组件410的下表面区域与封装主基板200 的上表面在垂直方向上重叠，低速信号管脚412对应的光引擎组件410的下表面区域与印制电路板100的上表面在垂直方向上重叠。可以理解的是，采用如图6所示的光电混合封装结构能够显著缩小封装主基板200的尺寸面积。图9示出了如图7所示的光电混合封装结构与现有技术中一种光电混合封装结构在俯视视角下的对照示意图，其中虚线矩形框部分示出了现有技术中一种光电混合封装结构在俯视视角下封装主基板200a的覆盖范围。可以看到由于在现有技术中光引擎组件需要全部支撑于封装主基板200a上，导致封装主基板 200a在俯视角度下对应的虚线矩形框的面积显然大于本申请技术方案中封装主基板200在俯视角度下的面积。

例如，在本申请的一些实施例中，交换芯片300可以选择传输速率为51.2Tbps的规格， 16个光引擎组件可以适应性地选择传输速率为3.2Tbps的规格，并位于交换芯片300的四周均匀分布。如图9所示，当采用将光引擎组件410完全置于封装主基板200a上的光电混合封装结构时，封装主基板200a的尺寸面积可以为126mm*126mm；而采用本技术方案中的光电混合封装结构，由于光引擎组件410中低速信号管脚412所在的区域可以位于封装主基板200的外部，封装主基板200的尺寸面积可以缩小为102mm*102mm，缩小程度显著。

综上所述，可以理解的是，采用如图5所示的光电混合封装结构，将光引擎组件410中的高速信号管脚411和低速信号管脚412进行拆分，能够减少光引擎组件410与封装主基板200直接相连的信号管脚数量，从而显著减少封装主基板200所需的尺寸面积。

可以理解的是，采用如图5所示的光电混合封装结构，由于将光引擎组件410中的高速信号管脚411和低速信号管脚412进行拆分，此时光引擎组件410和交换芯片300之间的传输链路700为“光引擎组件410—高速连接器610—封装主基板走线510—交换芯片 300”，由于高速信号管脚411设置于靠近交换芯片300的部分，传输链路短，链路损耗低，能够支持更高的传输信号速率，符合光电混合封装的设计思想。

可以理解的是，采用如图5所示的光电混合封装结构，将光引擎组件410中的高速信号管脚411和低速信号管脚412进行拆分还能够实现光引擎组件410与印制电路板100之间直接的电源连接和信号传输，光引擎组件410和传输链路800为“光引擎组件410—低速连接器620—印制电路板走线520—电子元器件110”，无需经过封装主基板200，从而减少光引擎组件410和印制电路板100上电子元器件110之间的传输损耗。同时，由于光引擎组件410和电子元器件110之间的传输链路无需经过封装主基板200，还能够节省封装主基板200自身的内部走线空间和转换层层数，从而降低封装主基板200自身的层数。

可以理解的是，采用如图5所示的光电混合封装结构，相较于如图4所示的采用刚性支撑件600b对光引擎组件的外延部分进行支撑的技术方案，采用如图6a至图6b所示的Socket连接器来实现光引擎组件410和封装主基板200以及印制电路板100之间的支撑关系与电连接，还能够吸收光电混合封装过程中出现的装配公差，减小应力导致的光电混合封装结构产生形变的风险。

于前述如图5所示的封装结构中，高速信号管脚411和低速信号管脚412之间存在一定的空白区域可以进行其他组件的集成布置。为了充分利用这些空白区域来提升光引擎组件410的工作性能，图10根据本申请实施例，示出了另一种光电混合封装结构的局部剖面结构示意图。如图10所示，可以看出，于光引擎组件410的下表面额外设置有组件900，组件900位于高速信号管脚411和低速信号管脚412之间。可以理解的是，于光引擎组件 410中，光引擎基板的上表面设置有集成光路、集成电路、光纤阵列单元等电子元器件，随着集成化程度的提升，存在没有多余的空间去放置滤波电容、吸波材料等改善光引擎组件410工作性能的组件的情况产生。而在本申请如图8所示的一些实施例中，由于对光引擎组件410进行了信号管脚的拆分，光引擎组件410的一部分置于封装主基板200之外，导致于光引擎组件的下表面(即光引擎基板的下表面)中，高速信号管脚411所在区域和低速型号管脚412所在区域之间存在空白空间，这些空白空间可以用于布局滤波电容等器件和/或吸波材料。在本申请的一些实施例中，组件900可以是滤波电容，用于改善光引擎组件410的电源滤波效果；可以是吸波材料，用于改善光引擎组件410在电磁场方面干扰能力，提升光引擎组件410的电磁兼容性；可以是滤波电容与吸波材料的配合设置(在空白空间足够的情况下)；也可以是其他优化光引擎组件410工作性能的各类组件或是组件的集合，在此不做限定。采用如图8所示的光电混合封装结构，在高速信号管脚411所在区域和低速型号管脚412所在区域之间设置组件900，能够在充分利用光引擎组件410的布局空间情况下提升光引擎组件410的工作性能。

图11示出了如图10所示的光电混合封装结构的一种可能的光电混合封装方法，具体包括。

步骤1001：将交换芯片300焊接于封装主基板200的上表面以形成预封装组件。如图 12a所示，交换芯片300可以通过球珊阵列焊接的方式焊接于封装主基板200的上表面以形成预封装组件。可以理解的是，于步骤1001中，可以在封装主基板200的边缘区域预留有焊盘，用于在后续步骤中与高速连接器610进行连接。

步骤1002：将预封装组件置于印制电路板100的上表面并与印制电路板100相连接。如图12b所示，预封装组件的下表面(即封装主基板200的下表面)和印制电路板100的上表面之间设置有一连接层210，连接层210可以是焊接连接层，也可以是连接器，在此不做限定。

步骤1003：于光引擎组件410的下表面设置组件900。光引擎组件410可以是由光引擎基板、集成光路、集成电路、光纤阵列单元等电子元器件预先合封完成的封装体，且光引擎基板的下表面已存在间隔设置的高速信号管脚411和低速信号管脚412。如图12c所示，可以在高速信号管脚411和低速信号管脚412之间的区域进行组件900的设置。有关组件900的具体设置对象可以参照前文的相关描述，在此不做赘述。于实际应用过程中，步骤1003可以与步骤1001或是步骤1002并行执行。

步骤1004：将设置有组件900的光引擎组件410分别通过高速连接器610和低速连接器620，与封装主基板200和印制电路板100进行连接以获得光电混合封装结构。如图12d所示，光引擎组件410中高速信号管脚411所在区域通过高速连接器610支撑于封装主基板200上并与封装主基板200上的交换芯片300实现高速信号交互，光引擎组件410中低速信号管脚412所在区域通过低速连接器620支撑于印制电路板100上并与印制电路板100 上的电子元器件110实现电连接。可以理解的是，于步骤1004中采用的高速连接器610 和低速连接器620均为双面均为弹片的Socket连接器，该种Socket连接器与光引擎组件410，封装主基板302和印制电路板100之间的连接示意可以参照前文的相关描述，在此不做赘述。此外，于步骤1004之后，还可以包括采用封装外壳对获得的光电混合封装结构进行固定合封的步骤，本领域技术人员可以根据实际需要选择恰当的封装形式，在此不做限定。

图13示出了如图10所示的光电混合封装结构的另一种可能的光电混合封装方法，具体包括。

步骤1201：将交换芯片300焊接于封装主基板200的上表面以形成预封装组件。如图 14a所示，步骤1201的实现与前述步骤1201的实现相同，在此不做赘述。

步骤1202：将高速连接器610焊接于封装主基板200的上表面，同时将低速连接器620焊接于印制电路板100的上表面。如图14b所示，于步骤1202中采用的高速连接器 610和低速连接器620均为一面为弹片另一面为焊接端子的Socket连接器，其中具有焊接端子的一端分别与封装主基板200上表面和印制电路板100上表面预留的焊盘相焊接。该种Socket连接器与光引擎组件410，封装主基板302和印制电路板100之间的连接示意可以参照前文的相关描述，在此不做赘述。

步骤1203：将预封装组件置于印制电路板100的上表面并与印制电路板100相连接。如图14c所示，步骤1203的实现与前述步骤1202的实现相同，在此不做赘述。

步骤1204：于光引擎组件410的下表面设置组件900。如图14d所示，步骤1204的实现与前述步骤1203的实现相同，在此不做赘述。

步骤1205：将设置有组件900的光引擎组件410分别通过高速连接器610和低速连接器620，与封装主基板200和印制电路板100进行连接以获得光电混合封装结构。如图14e所示，由于高速连接器610和低速连接器620均已通过焊接的方式支撑于封装主基板200 和印制电路板100的上表面，于步骤1205中仅需将光引擎组件410中的高速信号管脚411 和低速信号管脚412分别与高速连接器610的弹片和低速连接器620的弹片相连接即可实现封装过程。可以理解的是，于步骤1205之后，还可以包括采用封装外壳对获得的光电混合封装结构进行固定合封的步骤，本领域技术人员可以根据实际需要选择恰当的封装形式，在此不做限定。

于前述如图6所示和/或如图10所示的封装结构中，为了实现光引擎组件410与封装主基板200以及印制电路板100之间的电连接，需要用到多个不同规格的连接器，从而导致部件准备工序和装配工序变得较为复杂。为了简化装配过程中所需连接器的数量，图15根据本申请实施例，示出了另一种光电混合封装结构的局部剖面结构示意图。如图15所示，光引擎组件410中的高速信号管脚411仍通过高速连接器610支撑于封装主基板200 上并通过高速连接器610和封装主基板200与交换芯片300进行电信号交互，在此不做赘述。但与前述实施例均不同的是，封装主基板200通过连接器630支撑于印制电路板100 上并与印制电路板100实现电连接，同时光引擎组件410中的低速信号管脚412也通过连接器630支撑于印制电路板100上并与印制电路板100实现电连接。也就是说，光引擎组件410和封装主基板200通过同一个连接器630完成了与印制电路板100的电连接。

可以理解的是，如图15所示，连接器630可以是Socket连接器。具体地，连接器630既可以是前述的两面均为弹片的Socket连接器，也可以是前述的一面为弹片另一面为焊接端子的Socket连接器，连接器630与印制电路板100，封装主基板200和光引擎组件410 之间的连接关系可以参见前文中的相关描述，在此不做赘述。

可以理解的是，如图15所示，连接器630的上表面中可以包括两种不同规格的支撑弹片631和632，其中支撑弹片631用于支撑封装主基板200并实现封装主基板200和印制电路板100之间的电连接，支撑弹片632用于支撑光引擎组件410并实现光引擎组件410 中低速信号管脚412和印制电路板100之间的电连接。将支撑弹片631与支撑弹片632进行比较可以看出，支撑弹片631的间距较为密集且配高较低，这是因为封装主基板200和印制电路板100之间存在高速信号传输的需求。同样地，支撑弹片632的间距较为稀疏且配高较高，这是因为需要满足光引擎组件410的支撑需要和低速信号传输(包括电源传输) 的需要。图16示出了连接器630在俯视视角下的结构示意图，可以看出支撑弹片631所在区域位于整个连接器630的中间位置，与封装主基板200的设置位置在垂直方向上相重叠；支撑弹片632所在区域位于支撑弹片631所在区域的四周，于光引擎组件410中低速信号管脚412的所在区域在垂直方向上相重叠。

可以理解的是，采用如图15所示的光电混合封装结构，相较于前述实施例能够进一步减少光电混合封装过程中使用的连接器数量，进一步简化了光电混合封装的装配工序；对于连接器630而言，通过在连接器630上的不同区域中设计具有不同高度和/或不同密集程度的支撑弹片，可以使得单个连接器630能够适配具有不同配高需求的封装器件。

于前述如图6所示和/或如图10所示和/或图15所示的封装结构中，光引擎组件410均采用如图8所示的设置方式，均匀环绕于交换芯片300的四边的对应区域。例如，如图 8所示，对于一个规格为51.2Tbps传输速率的交换芯片300，可以使用16个规格为3.2Tbps 传输速率的光引擎组件410进行光电混合封装。在执行封装的过程中可以在与图8相同的俯视视角下，于交换芯片300的上、下、左、右四个方位各设置四个光引擎组件410，能够最大限度地利用封装主基板200的可装配区域面积，且保障每一个光引擎组件410能够尽可能地靠近交换芯片303。而在本申请的另一些实施例中，在设置的光引擎组件410数量较少的情况下，为了保障每一个光引擎组件410能够尽可能地靠近交换芯片303且尽可能地缩小封装主基板200的尺寸面积，光引擎组件410在设置时也可以位于交换芯片300 的四周中的至少一周进行分布，在此不做限定。例如，如图17a至图17b所示，同样对于一个规格为51.2Tbps传输速率的交换芯片300，也可以使用8个规格为6.4Tbps传输速率的光引擎组件420进行光电混合封装，若采用如图17a所示的布局设置方案进行光电混合封装，即在交换芯片300的上、下、左、右四个方位各设置两个光引擎组件420，将导致封装主基板200存在大量的预留空间，不利于封装主基板200在尺寸面积上的减少；此时可以采取如图17b所示的布局设置方案，在交换芯片300的上和下或左和右两个相对方位上各设置四个光引擎组件420，能够相应地减小封装主基板200剩余两个相对方位上的尺寸面积，有利于充分利用封装主基板200的空间。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

虽然通过参照本申请的某些优选实施方式，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光电混合封装结构，其特征在于：包括印制电路板、设置于所述印制电路板上封装主基板、设置于所述封装主基板上的主芯片、以及设置于所述封装主基板上的光引擎组件；

所述光引擎组件包括分隔设置的第一信号管脚与第二信号管脚，所述第一信号管脚位于所述光引擎组件的下表面中靠近所述主芯片的部分，所述第二信号管脚设置于所述光引擎组件的下表面中远离所述主芯片的部分。

2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一信号管脚通过第一连接器被支撑于所述封装主基板上；

所述光引擎组件通过所述第一信号管脚和所述第一连接器，与设置于所述封装主基板上的所述主芯片进行信号传输。

3.如权利要求1或2所述的封装结构，其特征在于，所述第二信号管脚通过第二连接器被支撑于所述印制电路板上；

所述光引擎组件通过所述第二信号管脚和所述第二连接器，与设置于所述印制电路板上的第一电子元器件进行电连接。

4.如权利要求1或2所述的封装结构，其特征在于，还包括第三连接器，所述第三连接器包括连接座、多个第一弹片、以及多个第二弹片；

所述连接座包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分位于所述封装主基板和所述印制电路板之间，所述第二部分位于所述第二信号管脚和所述印制电路板之间；

所述多个第一弹片位于所述第一部分，用于分别连接所述封装主基板和所述印制电路板；

所述多个第二弹片位于所述第二部分，用于分别连接所述第二信号管脚和所述印制电路板。

5.如权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述多个第一弹片两两之间的距离小于所述多个第二弹片两两之间的距离。

6.如权利要求4或5所述的封装结构，其特征在于，所述第一弹片在所述封装主基板和所述连接座之间的部分的长度，小于所述第二弹片在所述第二信号管脚和所述连接座之间的部分的长度。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的封装结构，其特征在于，所述光引擎组件的下表面设置有第二电子元器件，所述第二电子元器件位于所述第一信号管脚和所述第二信号管脚之间。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的封装结构，其特征在于，所述光引擎组件位于所述主芯片的四边的至少一边上。

9.一种封装连接器，其特征根在于，应用于如权利要求1所述的光电混合封装结构，包括连接座、多个第一弹片、以及多个第二弹片；

所述连接座包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分位于所述封装主基板和所述印制电路板之间，所述第二部分位于所述第二信号管脚和所述印制电路板之间；

所述多个第一弹片位于所述第一部分，用于分别连接所述封装主基板和所述印制电路板；

所述多个第二弹片位于所述第二部分，用于分别连接所述第二信号管脚和所述印制电路板。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备通过权利要求1至8中任意一项所述的封装结构搭载了至少一个芯片。

Images