CN205883197U - 光‑电通信系统和印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种光‑电通信系统，其包括光‑电发射器模块，所述光‑电发射器模块包括：两个芯片；设置在每一个芯片上的至少一对触头；以及第一和第二键合线，其配置用于将设置在芯片的第一个上的那对触头中的触头与设置在芯片的第二个上的那对触头中的触头连接。其中，所述第一键合线与所述第二键合线交叉。本实用新型还涉及一种印刷电路板。

Description

光-电通信系统和印刷电路板
技术领域
本实用新型涉及数字数据通信系统，并且具体地涉及设置在光电通信系统中的不同模块上的电路的互连。
背景技术
现代的多通道数字通信系统包括多个彼此通信的单独微芯片，或者集成电路(IC)。因此，该系统包括典型地允许在IC之间基于光纤通信的发射器和接收器模块。在发射器侧，电信号必须被转换为光信号，而在接收器侧，接收的光信号必须被转换为电信号以便于后续处理。
附图1示意性地示出了现有技术的IC 11和对应的光转换器(OC)10的配置，其中该OC 10可以起到光-电接收器装置或者作为光-电发射器装置的作用。因此，示出的配置可能被用于通信系统的发射器模块和/或接收器模块。
附图1的IC 11和OC 10的每一个分别具有一对电触头20a、20b和21a、21b，借此该IC 11和OC 10通过键合线30a、30b彼此电耦合。键合线30a将设置在OC 10上的触头20a与设置在IC 11上的触头21a耦合，而键合线30b将设置在IC 11上的触头21b与设置在OC 10上的触头20b耦合。典型地，键合线通常被认为是一种节约成本并且灵活的互连技术。通常，需要两根键合线来将设置在IC上的一对触头连接到设置在OC上的一对触头。在下文中，这样的一组被连接的两对触头被表示为通道。附图1中示出的示例性的现有技术配置包括两个通道12、13。
为了防止在键合线30a、30b之间的会导致电短路的接触，通常会选择一种键合线彼此在物理上不互相交叉的设计。因此，如在附图1中能够看到的，键合线典型地被彼此平行地排列。
现有技术的平行键合设计有很多缺点。首先，由于键合线必须保持一定的距离以防止电短路，平行键合技术不允许最佳尺寸，也就是最小尺寸。其次，当使用平行键合技术时会增加串扰问题。如在本领域中已知的，串 扰是在物理上靠近彼此设置的键合线之间发生的信号干扰。串扰通常是由一个电路或者电线与另一个电路或者电线之间不期望的电容、电感，或者电导耦合引起的。因此，来自一个通道，例如附图1的通道12，的信号可能耦合到另外的独立通道中，例如附图1的通道13。此外，串扰还会发生在一个通道中，例如附图1的通道12中。附图1的现有技术的配置中示出的虚线示意性地表示引起串扰的对应电感耦合40，由于采用平行键合设计而正在不期望地发生。
串扰在频繁改变的相对高电压被用于建立清晰并且限定的光信号的传输模块中可能尤其是一个问题。此外，串扰还限制接收侧的光-电通信系统的性能，其中微弱的光信号将被检测，被转换为电信号，并且被通过键合线传输到IC以便于后续放大和处理。不期望的串扰以及由此引起的相应噪声限制了接收器模块的信号接收精确度。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有最小化串扰的数据通信系统。具体的，本实用新型的目的是提供一种用于克服上述缺点的改进的引线键合技术。本实用新型的又一目的是提供一种数据通信系统，其包括允许展示更好串扰性能的高速多通道数字数据通信的机载收发器。
通过阅读下面的说明书，这些以及其他目的将变得明显。
根据本实用新型，提供了一种包括光-电发射器模块的光-电通信系统。所述光-电发射器模块还包括两个芯片，设置在每一个芯片上的至少一对触头，以及相应的配置用于连接所述触头也就是互连两个芯片的第一和第二键合线。优选地，每一对触头中的一个触头是N-触头，而另一个是P-触头。利用键合线实现触头的连接使得第一键合线与第二键合线交叉，也就是第一和第二键合线彼此之间不平行，但是替代地彼此交叉。优选地，第一键合线与第二键合线交叉仅仅一次。这种交叉型键合方案限制和降低了在通道之间的互感以及在每一个通道中的电感耦合。因此，公开的交叉型键合互连概念允许最小化多通道系统的串扰。
设置在发射器模块上的两个芯片没有将公开的内容限制在任意特定类型的芯片，而可以是适合于应用在光-电通信系统中任何芯片或者基片，从而适合于包括触头。优选地，一个芯片是可以用作信号处理芯片的集成电 路(IC)。本领域技术人员因此理解IC可适合于准备要被传输到另一个IC的电信号。此外，该IC还能够适合于可能放大从另一个IC接收的信号，并且处理所述信号。在又一个优选实施例中，该IC是倒装IC。设置在发射器模块上的其他芯片优选是光-电传唤器(OC)，其优选是光-电发射器芯片，适合于将电信号转换为光信号并且传输所述光信号。
在优选实施例中，第一和第二键合线彼此交叉使得第一键合线的中间部分与第二键合线的中间部分交叉。优选地，该键合线具有相同的长度。在另一个优选实施例中，限定在第一和第二键合线之间的内角在30到90度之间，优选地在45到90度之间，更优选地在60到90度之间，并且最优选地在75到90度之间。由此，串扰被进一步最小化。
在另一个优选实施例中，光-电通信系统进一步包括光-电接收器模块。这一接收器模块还包括两个芯片，设置在所述接收器模块的每一个芯片上的至少一对触头，以及配置用于连接设置在接收器模块的芯片上的那对触头的触头的对应的第一和第二键合线。对于发射器模块，第一键合线因此与第二键合线交叉从而互连接收器模块的两个芯片，因而降低了串扰。本领域技术人员理解光-电发射器模块和光-电接收器模块还可以出现在收发器模块中。因此，光-电通信系统能够包括多个允许在它们之间基于光纤通信的收发器模块，其中收发器具有如在所附权利要求中定义的改进的互连设计。
优选地，应用于发射器模块的交叉型键合设计还应用于互连接收器模块的芯片。因此，改善了整个光-电通信系统的串扰性能。
发射器模块的芯片优选地被设置在相同的印刷电路板上。类似的，接收器模块的相应芯片也优选地设置在相同的印刷电路板上。更优选地，发射器模块和接收器模块也设置在相同的印刷电路板上，但是也可以被设置在不同的印刷电路板上。
附图说明
下面通过参考附图来示例性地描述本实用新型。
附图1是示出了根据现有技术的互连方案的示意图。
附图2是示出了根据本实用新型的互连方案的示意图。
附图3示意性地示出了根据现有技术的互连方案的仿真设置。
附图4示意性地示出了根据本实用新型的互连方案的仿真设置。
附图5和附图6示出了从仿真中提取的参数的坐标图。
具体实施方式
附图2示出了根据本实用新型的互连配置。这一配置用于互联两个芯片，其中一个是集成电路(IC)11，而另一个是光转换器(OC)10。芯片被设置在印刷电路板(PCB)50上，其在附图中仅仅被示意性地描绘。示出的配置可以被用于互连光-电发射器模块和/或光-电接收器模块的相应芯片，其中两个模块都可以包括在光-电通信系统中。
当使用在光-电发射器模块中时，OC 10优选地包括与设置在OC上的每一对触头耦合(也就是连接到每一个通道)的至少一个激光二极管。在一个优选实施例中，该激光二极管是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
优选地，当用在光-电接收器模块中时，接收器模块的OC包括与设置在OC上的每一对触头耦合(也就是连接到每一个通道)的至少一个光传感器。优选地，该光传感器是PIN二极管。
类似于附图1中所示的配置，附图2的IC 11和OC 10每一个都包括两对触头。因此，附图2示出了具有两个通道12、13的配置。可以理解发射器和/或接收器模块能够具有任意数量的通道。
如在附图2中所示并且通常优选地，IC 11和OC 10被排列成彼此平行并且芯片优选地定位成使得在它们之间的距离，具体地在设置在IC和OC上的相应各对触头(也就是在20a和21b之间的距离或者在20b和21a之间的距离)之间的距离，小于30mm，更有选地，小于20mm并且最优选地小于10mm。
如从附图2可以看到的，OC 10的触头20a、20b通过键合线31a、31b连接到IC 11的触头21a、21b。键合线31a因此连接设置在OC 10上的触头20a与设置在IC 11上的触头21a，而键合线31b连接设置在IC 11上的触头21b与设置在OC 10上的触头20b。因此，两个键合线31a、31b彼此交叉一次。尽管在附图2中不能清楚看出，但是键合线没有彼此直接接触，从而防止了任意不期望的短路。键合线31a、31b具有近似相同的长度，并且键合线31a的中间部分与键合线31b的中间部分交叉而没有接触键合线31b的中间部分。因此，优选地，键合线31a、31b彼此交叉使得角度α和 β相同，α和β是限定在第一和第二键合线之间的内角，每一个分别面对设置在IC或者OC上的一对触头。附图2中所示的键合线彼此交叉使得所述内角α和β分别为近似60度。本领域技术人员理解内角都并非必须相同。优选地，内角接近于90度。
附图2中示出的触头以沿着每一个芯片相同的距离被设置。优选地，设置在OC 10上的通道12的触头20a、20b以及同样设置在IC 11上的通道12的触头21a、21b彼此隔开小于5mm。可以理解，其他通道也可以采用通道12的配置，例如附图2的通道13。
根据本实用新型的互连方案允许在相邻通道间的降低的互感以及在每一个通道内的降低的电感耦合。附图2中示出的虚线示意性地表示对应的电感耦合41，与采用如附图1所示的现有技术的平行键合设计而产生的串扰相比较引起更少的串扰。为了突出有益效果，下面将会概述一个电磁仿真研究。
附图3示出了为电磁仿真研究建立的概念性的设置，具有分别将设置在芯片10’上的触头20a’、20b’与设置在芯片11’上的触头21a’、21b’连接的键合线30a’、30b’。键合线30a’、30b’没有彼此交叉，而是排列成彼此平行。这一设置对应于现有技术的引线键合技术，如也在附图1中示出的。
附图4示出了类似的用于电磁仿真研究的概念性的设置。与附图3的设置相比，根据本实用新型，键合线31a’、31b’彼此交叉。本领域技术人员理解，由于交叉，设置在芯片10’或者芯片11’上的各对触头的极性与附图3的设置相比必须是不同的。本领域技术人员因此理解例如接收器模块以及发射器模块的光部件(PIN或者VCSEL)的极性与相应的倒装IC的极性不匹配。
根据这些仿真设置，用于近端串扰(NEXT)和插入损耗的参数被提取，其在附图5和6中被分别示出。附图5示出了用于分别发生在附图3和4的设置的管脚5和6之间的NEXT的S-参数P5，6和X5，6。相应地，P5，6是用于现有技术的平行互连设计的NEXT的特征，而X5，6是用于根据本实用新型的设计的NEXT的特征。此外，附图5还示出了分别发生在附图3和4的设置的管脚8和6之间的NEXT的S-参数P8，6和X8，6。如可以清楚看到的，根据本实用新型的附图4的交叉型键合配置展示出了与附图3的现有技术的平行键合配置相比较更好的串扰性能。在25GHz的频率下，相应的 值如下：
P5，6＝-30.2dB，
X5，6＝-34.3dB，
P8，6＝-44.8dB，以及
X8，6＝-57.3dB。
与P5，6、P8，6相比，X5，6、X8，6的值突出了在此公开的要优选地应用于光-电发射器模块和光-电接收器模块两者的键合技术的有益效果，更优选地应用于光-电通信系统的机载收发器中。
附图6示出了提取的值P18，6和X18，6，其用于分别对应于附图3和附图4的设置的管脚18和6的插入损耗的特征。在25GHz的频率下，提取的值如下：
P18，6＝-0.15dB，
X18，6＝-0.13dB。
如可以看到的，与平行键合配置相比较，根据本实用新型的对应配置不但展示了更好的串扰性能，而且还展示了类似的插入损耗。
尽管呈现出来的值和数据是从仿真研究中提取的，本领域技术人员理解呈现的数据不必对应于真实数据，而是允许将本实用新型的键合方案与现有技术的键合方案进行比较。
本实用新型提供了更好的性能，具体地光-电发射器模块的串扰被降低。由于应用在所述模块的电压相当高，所以串扰影响可能相当严重。由于本实用新型的设计，光-电通信系统的总体性能被改善。
通常优选地，给光-电通信系统的发射器模块和接收器模块都提供本实用新型的键合方案。这些系统具有最小的串扰，从而允许以最小噪声高速通信。
附图标记：
10 光转换器，OC
11 集成电路，IC
12、13 通道
20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’ 触头
30a、30b、31a、31b、30a’、30b’、31a’、31b’ 键合线
40、41 电感耦合
50 PCB

Claims (33)

1.光-电通信系统，包括：
光-电发射器模块，所述光-电发射器模块包括：
两个芯片；
设置在每一个芯片上的至少一对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)；以及
第一和第二键合线，其配置用于将设置在芯片的第一个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)与设置在芯片的第二个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)连接；
其特征在于，所述第一键合线与所述第二键合线交叉。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，两个芯片中的一个是集成电路，IC(11)，并且两个芯片中的另一个是光-电转换器，OC(10)。
3.根据权利要求2的系统，其特征在于，OC(10)包括与设置在OC(10)上的那对触头(20a、20b、20a’、20b’)耦合的至少一个激光二极管，特别地其中激光二极管是垂直腔面发射激光器，VCSEL。
4.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，第一键合线的中间部分与第二键合线的中间部分交叉。
5.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，两个芯片定位成以小于30mm的距离彼此相邻。
6.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，设置在芯片的第一个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)与彼此间隔小于5mm和/或其中设置在芯片的第二个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)与彼此间隔小于5mm。
7.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，第一键合线与第二键合线交叉并且其中限定在所述第一和第二键合线之间面对一对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)的内角在30到90度之 间。
8.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，键合线不与彼此直接接触，和/或其中键合线具有相同的长度。
9.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，两个芯片设置在相同的印刷电路板上。
10.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，第一键合线与第二键合线交叉仅仅一次。
11.根据权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，所述一对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)包括N-触头和P-触头。
12.根据权利要求1的系统，其特征在于，还包括：
光-电接收器模块，所述光-电接收器模块包括：
两个芯片；
设置在所述接收器模块的每一个芯片上的至少一对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)；以及
第一和第二键合线，其配置用于将设置在所述接收器模块的芯片的第一个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)与设置在所述接收器模块的芯片的第二个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)连接，
其中所述接收器模块的第一键合线与所述接收器模块的第二键合线交叉。
13.根据权利要求12的系统，其特征在于，所述接收器模块的两个芯片中的一个是集成电路，IC(11)，并且所述接收器模块的两个芯片中的另一个是光-电转换器，OC(10)。
14.根据权利要求13的系统，其特征在于，所述接收器模块的OC(10)包括与设置在OC(10)上的那对触头(20a、20b、20a’、20b’)耦合的至少一个光传感器，特别地其中光传感器是PIN二极管。
15.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的第一键合线的中间部分与所述接收器模块的第二键合线的中间部分交叉。
16.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的两个芯片定位成以小于30mm的距离彼此相邻。
17.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，设置在所述接收器模块的芯片的第一个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)与彼此间隔小于5mm和/或其中设置在所述接收器模块的芯片的第二个上的那对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)中的触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)与彼此间隔小于5mm。
18.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的第一键合线与所述接收器模块的第二键合线交叉并且其中限定在所述第一和第二键合线之间面对一对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)的内角在30到90度之间。
19.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的键合线不与彼此直接接触，和/或其中所述接收器模块的键合线具有相同的长度。
20.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的两个芯片设置在相同的印刷电路板上。
21.根据权利要求12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的第一键合线与所述接收器模块的第二键合线交叉仅仅一次。
22.根据权利要求1-3和12-14中任一项的系统，其特征在于，所述接收器模块的所述一对触头(20a、20b、21a、21b、20a’、20b’、21a’、21b’)包括N-触头和P-触头。
23.根据权利要求5的系统，其特征在于，两个芯片定位成以小于20mm的距离彼此相邻。
24.根据权利要求23的系统，其特征在于，两个芯片定位成以小于10mm的距离彼此相邻。
25.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述内角在45到90度之间。
26.根据权利要求25的系统，其特征在于，所述内角在60到90度之间。
27.根据权利要求26的系统，其特征在于，所述内角在75到90度之 间。
28.根据权利要求16的系统，其特征在于，所述接收器模块的两个芯片定位成以小于20mm的距离彼此相邻。
29.根据权利要求28的系统，其特征在于，所述接收器模块的两个芯片定位成以小于10mm的距离彼此相邻。
30.根据权利要求18的系统，其特征在于，所述内角在45到90度之间。
31.根据权利要求30的系统，其特征在于，所述内角在60到90度之间。
32.根据权利要求31的系统，其特征在于，所述内角在75到90度之间。
33.印刷电路板(50)，其包括根据权利要求1-3和12-14中任一项的系统。
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