CN214708173U - 一种高速柔板结构及光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通信技术领域，公开了一种高速柔板结构及光模块。高速柔板结构，包括依次层叠设置的第一金属层、柔性基板和第二金属层；所述第一金属层被配置为接地平面；所述第二金属层包括相邻设置的高速差分信号线和金属平面图形，所述高速差分信号线包括相邻布置的第一信号线和第二信号线，所述金属平面图形通过高速柔板结构上开设的多个金属化通孔与所述第一金属层电连接。本实用新型实施例中，由于在高速差分信号线的相邻位置布置了金属平面图形，同时金属平面图形通过金属化通孔与作为接地平面的第一金属层电连接，因此有效增加了接地平面，可降低发射对接收的空间串扰，提高信号的接收灵敏度，从而提升信号传输性能。

Description

一种高速柔板结构及光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种高速柔板结构及光模块。

背景技术

随着通信技术的发展，出现了5G(5th Generation Mobile Networks，第五代移动通信技术)通信技术。为满足5G无线前传和超大宽带数据中心的需求，光收发模块的速率越来越高。25Gbps光模块被广泛应用在5G无线前传中。

光模块常采用的封装形式为TO封装和BOX封装。以TO封装的半导体激光器为例，通过将管帽、激光器芯片、载体和管座进行组合以形成TO激光器。TO封装成本低，工艺简单，是低速光模块的主流封装形式。然而TO封装目前无法将其应用于高速及超高速光模块中。BOX封装可通过采用陶瓷管座将光芯片、电芯片和光学器件等进行组装，从而可实现高速封装，并应用于高速及超高速光模块中，实现5G信号的传递。然而，BOX封装的封装工艺要求高，进而使得光模块成本增加。

目前，25Gbps光模块采用25Gbps TO封装技术成熟，眼图性能较好，良率较高。但是日系25Gbps TO管座成本较高，国内厂商出于成本压力考虑，通常采用国产10Gbps管座超频25Gbps应用替代，10Gpbs管座超频使用导致带宽余量不足，再采用传统的柔板结构设计方式连接，高速信号阻抗匹配较差，眼图性能余量较小，高温良率低。

因此，针对作为PCBA和光器件之间重要连接材料的软板结构，如何对其进行设计，以确保其在传输25Gbps速率以上的高速信号时的信号完整性，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高速柔板结构及光模块，以改善柔板结构对高速信号的传输性能。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高速柔板结构，包括依次层叠设置的第一金属层、柔性基板和第二金属层；所述第一金属层被配置为接地平面；所述第二金属层包括相邻设置的高速差分信号线和金属平面图形，所述高速差分信号线包括相邻布置的第一信号线和第二信号线，所述金属平面图形通过高速柔板结构上开设的多个金属化通孔与所述第一金属层电连接。

可选的，所述金属平面图形包括第一平面图形单元和第二平面图形单元，所述第一平面图形单元布置于所述第一信号线的背离所述第二信号线的一侧，所述第二平面图形单元布置于所述第二信号线的背离所述第一信号线的一侧。

可选的，所述第一平面图形单元和所述第二平面图形单元，均由所述高速差分信号线的一端的相邻位置延伸至另一端的相邻位置形成。

可选的，所述金属化通孔的数量为多个，沿所述第一平面图形单元或所述第二平面图形单元的长度方向按λ/10～λ/20距离均匀间隔布置，所述λ为信号在介质中传输的波长。

可选的，所述第一平面图形单元和所述第二平面图形单元为条形结构或者块状结构。

可选的，所述高速柔板结构上还开设有外周分别设有焊盘的第一信号通孔、第二信号通孔、接地通孔以及直流信号通孔；

所述第一信号通孔，布置于所述第一信号线的一端的端部，并通过其外周的焊盘与所述第一信号线电连接；

所述第二信号通孔布置于所述第二信号线的同一端的端部，并通过其外周的焊盘与所述第二信号线电连接；

所述直流通孔和所述接地通孔之间的第一连线，与所述第一信号通孔和所述第二信号通孔之间的第二连线，垂直相交；且所述直流信号通孔布置于靠近所述高速差分信号线的一侧，所述接地通孔布置于远离所述高速差分信号线的一侧。

可选的，所述接地通孔的直径大于所述第一信号通孔、第二信号通孔以及直流通孔的直径。

可选的，还包括第一覆盖层，所述第一覆盖层覆盖于所述第一金属层的与TO封装光器件不产生接触的表层区域，且所述第一覆盖层为第一PI覆盖层。

可选的，还包括第二覆盖层，所述第二覆盖层包括第二PI覆盖层和绿油覆盖层；

所述第二金属层的表层区域，包括：与所述第一覆盖层重合的第一区域，以及除第一区域外的第二区域；

所述第二PI覆盖层覆盖于所述第一区域，所述绿油覆盖层覆盖于所述第二区域内的非焊盘区域。

一种光模块，包括TO封装光器件和如上任一所述的高速柔板结构，所述TO封装光器件与所述高速柔板结构电连接。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：

本实用新型实施例中，由于在高速差分信号线的相邻位置布置了金属平面图形，同时金属平面图形通过金属化通孔与作为接地平面的第一金属层电连接，因此有效增加了接地平面，可降低发射对接收的空间串扰，提高信号的接收灵敏度，从而提升信号传输性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的高速柔板结构的爆炸图。

图2为本实用新型实施例提供的高速柔板结构与TO封装光器件的组装示意图。

图示说明：第一金属层1、柔性基板2、第二金属层3、金属化通孔4、焊盘孔5、第一覆盖层6、第二覆盖层7、TO封装光器件8、第一信号线31、第二信号线32、第一平面图形单元33、第二平面图形单元34、第一信号通孔51、第二信号通孔52、接地通孔53、直流信号通孔54、PI覆盖层71、绿油覆盖层72。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型实施例一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例提供了一种高速柔板结构，该结构适用于与TO封装光器件8电连接，用于传输高速信号，具有良好的高速信号传输性能。

请参阅图1所示，本实用新型实施例的高速柔板结构，包括依次层叠设置的第一金属层1、柔性基板2和第二金属层3；

第一金属层1被配置为接地平面；第二金属层3包括相邻设置的高速差分信号线和金属平面图形，高速差分信号线包括相邻布置的第一信号线31和第二信号线32，金属平面图形通过高速柔板结构上开设的多个金属化通孔4与第一金属层1电连接。

本实用新型实施例中，由于在高速差分信号线的相邻位置布置了金属平面图形，同时金属平面图形通过金属化通孔4与作为接地平面的第一金属层1电连接，因此有效增加了接地平面，可降低发射对接收的空间串扰，提高信号的接收灵敏度，从而提升信号传输性能。

金属平面图形为由金属材质(例如铜)的平面结构，覆盖于柔性基板2的局部表层。该金属平面图形具体可以为一整体结构，也可以为相互分离布置的多个单元。

在一种可能的实施方式中，金属平面图形包括第一平面图形单元33和第二平面图形单元34，第一平面图形单元33布置于第一信号线31的背离第二信号线32的一侧，第二平面图形单元34布置于所述第二信号线32的背离第一信号线31的一侧。这样，采用在两根信号线的外侧分别设置一平面图形单元的方式，可以确保两根信号线能够获得一致的良好的信号传输性能。

第一平面图形单元33和第二平面图形单元34的具体形状和大小，本实用新型实施例不作限制。在一种可能的实施方式中，第一平面图形单元33和第二平面图形单元34，均由高速差分信号线的一端的相邻位置延伸至另一端的相邻位置形成，使得第一平面图形单元33/第二平面图形单元34能够匹配高速差分信号线的长度和布置位置，以有效的降低空间串扰。

金属化通孔4的数量为多个，沿第一平面图形单元33或第二平面图形单元34的长度方向按λ/10～λ/20距离(λ为信号在介质中传输的波长)均匀间隔布置，以确保第一平面图形单元33或第二平面图形单元34能够可靠的实现接地功能。

第一平面图形单元33和第二平面图形单元34的形状不限，可以为条形或者块状结构等各种形状，可以呈规则结构设计，也可呈不规则结构设计，具体根据柔性基板2的布线区域以外的空闲区域的大小和位置来设计，图1中以矩形平面结构为例示出。

此外，本实用新型实施例的高速柔板结构上还开设有多个焊盘孔5，具体包括外周分别设有焊盘的第一信号通孔51、第二信号通孔52、接地通孔53以及直流信号通孔54。

第一信号通孔51，布置于第一信号线31的一端的端部，并通过其外周的焊盘与第一信号线31电连接；第二信号通孔52布置于第二信号线32的同一端的端部，并通过其外周的焊盘与第二信号线32电连接。

直流信号通孔54和接地通孔53之间的第一连线，与第一信号通孔51和第二信号通孔52之间的第二连线，垂直相交；且直流信号通孔54布置于靠近高速差分信号线的一侧，接地通孔53布置于远离高速差分信号线的一侧。

在应用时，高速柔板结构的上述焊盘孔5与TO封装光器件8连接。具体的，第一信号通孔51用于连接激光器正极LD+，第二信号通孔52用于连接激光器负极LD-，接地通孔53用于连接管座地GND，直流信号通孔54用于连接背光二极管负极PD-。

本实施例的焊盘孔5与传统设计相比旋转了180度，可以有效改善参考平面的完整性。

优选的，接地通孔53的直径大于第一信号通孔51、第二信号通孔52以及直流信号通孔54的直径。同时，该接地通孔53的形状可以为圆形、泪滴形或者椭圆形等。

高速柔板结构还包括第一覆盖层6，该第一覆盖层6覆盖于第一金属层1的与TO封装光器件8不产生接触的表层区域，且第一覆盖层6为第一PI覆盖层。高速柔板结构还包括第二覆盖层7，该第二覆盖层7包括第二PI覆盖层71和绿油覆盖层72；第二金属层3的表层区域包括：与第一覆盖层6重合的第一区域以及除第一区域外的第二区域；第二PI覆盖层71覆盖于第一区域，绿油覆盖层72覆盖于第二区域内的非焊盘区域。相比于传统的第二覆盖层7全部采用PI覆盖层的方式，本实施例在第二金属层3表层的于焊盘孔5周围的区域采用绿油覆盖层替代PI覆盖层，可以降低加工难度，提高加工效率。

在其他的实施方式中，第二PI覆盖层71的覆盖区域与第一PI覆盖层的覆盖区域，两者的形状及大小等可以采用不同的设计，本实用新型对此不作限定。

由于第二覆盖层7在焊盘孔5区域开窗，结合接地通孔53的采用直径更大的椭圆形或圆形结构设计，可以使得高速软板结构与TO封装光器件8连接更加紧密，从而更有利于形成共地参考平面。另外，可以减小无参考地的PIN针脚长度，减少信号回流路径；PIN脚与软板的焊点长度可选尽量短，以降低残桩的不良影响。

基于相同的构思，本实用新型实施例还提供了一种光模块，如图2所示，包括TO封装光器件8和如上所述的高速柔板结构，TO封装光器件8与高速柔板结构电连接。

综上，本实用新型实施例增加了包地防护布线处理方式，使发射对接收灵敏度的影响降低在0.5dB以内，提高了接收灵敏度。同时，通过优化高速信号差分线传输阻抗连续性，降低插损，相比传统设计方式，可以使低成本的10Gbps 4PIN管座超频使用到25Gbps速率应用，模板容量提高10％以上，极大提高了产品高温发射良率。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高速柔板结构，其特征在于，包括依次层叠设置的第一金属层(1)、柔性基板(2)和第二金属层(3)；所述第一金属层(1)被配置为接地平面；所述第二金属层(3)包括相邻设置的高速差分信号线和金属平面图形，所述高速差分信号线包括相邻布置的第一信号线(31)和第二信号线(32)，所述金属平面图形通过高速柔板结构上多个金属化通孔(4)与所述第一金属层(1)电连接。

2.根据权利要求1所述的高速柔板结构，其特征在于，所述金属平面图形包括第一平面图形单元(33)和第二平面图形单元(34)，所述第一平面图形单元(33)布置于所述第一信号线(31)的背离所述第二信号线(32)的一侧，所述第二平面图形单元(34)布置于所述第二信号线(32)的背离所述第一信号线(31)的一侧。

3.根据权利要求2所述的高速柔板结构，其特征在于，所述第一平面图形单元(33)和所述第二平面图形单元(34)，均由所述高速差分信号线的一端的相邻位置延伸至另一端的相邻位置形成。

4.根据权利要求3所述的高速柔板结构，其特征在于，所述金属化通孔(4)的数量为多个，沿所述第一平面图形单元(33)或所述第二平面图形单元(34)的长度方向按λ/10～λ/20距离均匀间隔布置，所述λ为信号在介质中传输的波长。

5.根据权利要求2所述的高速柔板结构，其特征在于，所述第一平面图形单元(33)和所述第二平面图形单元(34)为条形结构或者块状结构。

6.根据权利要求1所述的高速柔板结构，其特征在于，所述高速柔板结构上还开设有外周分别设有焊盘的第一信号通孔(51)、第二信号通孔(52)、接地通孔(53)以及直流信号通孔(54)；

所述第一信号通孔(51)，布置于所述第一信号线(31)的一端的端部，并通过其外周的焊盘与所述第一信号线(31)电连接；

所述第二信号通孔(52)布置于所述第二信号线(32)的同一端的端部，并通过其外周的焊盘与所述第二信号线(32)电连接；

所述直流信号通孔(54)和所述接地通孔(53)之间的第一连线，与所述第一信号通孔(51)和所述第二信号通孔(52)之间的第二连线，垂直相交；且所述直流信号通孔(54)布置于靠近所述高速差分信号线的一侧，所述接地通孔(53)布置于远离所述高速差分信号线的一侧。

7.根据权利要求6所述的高速柔板结构，其特征在于，所述接地通孔(53)的直径大于所述第一信号通孔(51)、第二信号通孔(52)以及直流信号通孔(54)的直径。

8.根据权利要求1所述的高速柔板结构，其特征在于，还包括第一覆盖层(6)，所述第一覆盖层(6)覆盖于所述第一金属层(1)的与TO封装光器件(8)不产生接触的表层区域，且所述第一覆盖层(6)为第一PI覆盖层。

9.根据权利要求8所述的高速柔板结构，其特征在于，还包括第二覆盖层(7)，所述第二覆盖层(7)包括第二PI覆盖层(71)和绿油覆盖层(72)；

所述第二金属层(3)的表层区域，包括：与所述第一覆盖层(6)重合的第一区域，以及除第一区域外的第二区域；

所述第二PI覆盖层(71)覆盖于所述第一区域，所述绿油覆盖层(72)覆盖于所述第二区域内的非焊盘区域。

10.一种光模块，其特征在于，包括TO封装光器件(8)和如权利要求1至9任一所述的高速柔板结构，所述TO封装光器件(8)与所述高速柔板结构电连接。

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