一种高速mini光电转换模块设计及工艺方法与流程

本发明涉及航天测控传输系统应用及工业自动化控制系统技术领域，具体为一种高速mini光电转换模块设计及工艺方法。

背景技术：

近年来，云计算、物联网、移动互联网等网络和业务应用的兴起，对底层的传送网提出了很高的带宽和承载需求，特别是对网络的带宽、业务快速提供、网络灵活性等方面都提出了更高的需求。一种高速mini光电转换模块，该光电转换模块包含12路发射、12路接收，单路速率10gbps，12路发射、接收可同时工作，最高传输速率120gbps,是通信行业一款主流的光模块产品。

传统的高速mini光电转换模块，pcb上板采用10层硬板，下板采用6层软板的设计，上板、下板之间电气连接直接由6层软板实现，在外壳装配时，需对6层软板进行弯折处理，为满足外壳装配空间的要求，6层软板厚度需控制在0.4mm以内，制版难度大，一般pcb板厂无能力加工，但有能力加工板厂，报价昂贵，并且成品率不高，因此供应链受到很大限制，另外一点，为达到光学耦合需要的机械强度和散热需求，还必须要在6层软板局部增加金属补墙工艺，所谓金属补墙工艺就是将预先设计的金属补墙板通过粘胶热压方式与pcb软板进行精准粘连，以此增加pcb软板的机械强度，同时辅助发热器件的均热和散热作用，此工艺属精密工艺，一般pcb板厂无能力完成，金属补墙板由基板、大凸台、小凸台组成，基板厚度0.35mm，大凸台厚度0.35mm，小凸台厚度0.15mm.其中要求基板表面平整度不小于0.1mm，大凸台表面平整度不小于0.05mm，小凸台表面平整度不小于0.01mm，基板表面平行度不低于0.05mm，基板、大凸台、小凸台连接处四周清根，倒角小于0.1mm，制作工艺难度高，超出一般机械加工精度，受制于pcb制版工艺复杂，及金属补墙板加工难度大、粘连精度要求高等问题，该型号光电转换模块很难大批量生产且成品率很低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高速mini光电转换模块设计及工艺方法，以解决上述背景技术中提出的传统的高速mini光电转换模块，pcb上板采用10层硬板，下板采用6层软板的设计，上板、下板之间电气连接直接由6层软板实现，在外壳装配时，需对6层软板进行弯折处理，为满足外壳装配空间的要求，6层软板厚度需控制在0.4mm以内，制版难度大，一般pcb板厂无能力加工，但有能力加工板厂，报价昂贵，并且成品率不高，因此供应链受到很大限制，另外一点，为达到光学耦合需要的机械强度和散热需求，还必须要在6层软板局部增加金属补墙工艺，所谓金属补墙工艺就是将预先设计的金属补墙板通过粘胶热压方式与pcb软板进行精准粘连，以此增加pcb软板的机械强度，同时辅助发热器件的均热和散热作用，此工艺属精密工艺，一般pcb板厂无能力完成，金属补墙板由基板、大凸台、小凸台组成，基板厚度0.35mm，大凸台厚度0.35mm，小凸台厚度0.15mm.其中要求基板表面平整度不小于0.1mm，大凸台表面平整度不小于0.05mm，小凸台表面平整度不小于0.01mm，基板表面平行度不低于0.05mm，基板、大凸台、小凸台连接处四周清根，倒角小于0.1mm，制作工艺难度高，超出一般机械加工精度，受制于pcb制版工艺复杂，及金属补墙板加工难度大、粘连精度要求高等问题，该型号光电转换模块很难大批量生产且成品率很低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速mini光电转换模块设计及工艺方法，其工艺方法包括以下步骤：

s1、首先将pcb部分采用8层硬板加4层软板加6层硬板的一体化设计方案，通过减少软板层数成功将软板厚度控制在0.35mm以内，降低了pcb制版工艺难度，提高了pcb制版成品率，增加了软板部分长期弯折的可靠性，将金属补墙板替换成了钨铜热沉加陶瓷垫片的设计，工艺简单，成本低。

s2、然后在发射端12路差分电信号通过光模块的12路数据口输入到12通道vcsel驱动器，通过12通道vcsel驱动器同时调制驱动12路vcsel发光，12通道透镜阵列将12路光信号耦合到最佳状态，并通过光纤传输到远端的信号处理机，从而实现电光转换。

s3、最后在接收端12路光信号通过12通道透镜阵列将光信号汇聚入射到pd阵列光敏面上，通过pd阵列将12路光信号转换成12路电流信号，12路电流信号通过12通道限幅放大器转换成12路电压信号，从而进行实现光电转换。

优选的，所述电路方案设计集成电路芯片采用gigoptix公司的hxt6112、hxr6112，其中hxt6112芯片包含12通道激光驱动器，并带有预加重功能，单通道最高速率可达16gbps；hxr6112包含12通道限幅放大器，并带有预加重功能，单通道最高速率可达16gbps。

优选的，所述光组件设计采用cob结构，直接将电芯片用银胶粘贴在钨铜热沉上，光芯片用银胶粘贴在陶瓷垫片上，钨铜热沉四周与pcb采用黑胶固定，钨铜热沉与陶瓷垫片采用银胶固定。

优选的，所述外壳设计严格按照snap12标准的外形尺寸、装配方式、螺丝牙螺距设计外壳，保证兼容性设计。

优选的，所述光组件设计通过打线工艺对激光器芯片与pcbbonding焊盘进行电气连接，在进行光路耦合时采用12通道阵列透镜对发射、接收部分同时耦合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用一种新的pcb版设计方法，来完成高速mini光电转换模块上板、下板之间所有电信号的连接。具体方法：上板采用8层硬板，下板采用6层硬板，上板、下板之间的电气连接用4层软板及一块独立软板来完成，其中关键的高速差分电信号及部分控制信号通过4层软板来连接，其他低速电信号用一块独立软板来连接。由于减少了软板部分承载的信号线数量，软板层数由原先的6层减少到现在的4层，4层软板可轻松将厚度控制在0.35mm以内，降低了制版工艺难度，提高了成品率，一般pcb板厂都可以加工，扩展了供应链。

本发明采用新的pcb版设计方法后，下板采用的是6层硬板的设计，原先的金属补墙工艺不能在硬板上实施，为保证光路部分的机械强度及散热需求，创新性的采用钨铜热沉来替代金属补墙板基板和大凸台，在满足机械强度及散热的同时，也避免了软板与金属补墙板粘连时胶的使用对高频信号的影响，最关键点，钨铜热沉是光模块行业一款通用配件，设计工艺成熟，不像金属补墙板需要专门厂家进行高精度定制化加工。

本发明采用陶瓷垫片用银胶粘贴在钨铜热沉上的方式替代金属补墙板的小凸台，工艺简单，设计灵活，材料兼容性好，价格便宜，在光路耦合时，可根据光学耦合精度及透镜规格需求现场替换不同规格的陶瓷垫片，工艺简单快速，降低了物料成本。

附图说明

图1为本发明的传统高速mini光电转换模块设计方案图；

图2为本发明的金属补墙版加工精度要求示意图；

图3为本发明的改进的高速mini光电转换模块设计方案图；

图4为本发明的高速mini光电转换模块原理图。

图中：1、10层硬板；2、上板；3、金属补墙板小凸台；4、金属补墙板大凸台；5、金属补墙板基板；6、下板；7、金属补墙板；8、6层软板；9、8层硬板；10、钨铜热沉；11、4层软板；12、陶瓷垫片；13、6层硬板

具体实施方式

下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例的工艺方法包括以下步骤：

s1、首先将pcb部分采用8层硬板加4层软板加6层硬板的一体化设计方案，通过减少软板层数成功将软板厚度控制在0.35mm以内，降低了pcb制版工艺难度，提高了pcb制版成品率，增加了软板部分长期弯折的可靠性，将金属补墙板替换成了钨铜热沉加陶瓷垫片的设计，工艺简单，成本低。

s2、然后在发射端12路差分电信号通过光模块的12路数据口输入到12通道vcsel驱动器，通过12通道vcsel驱动器同时调制驱动12路vcsel发光，12通道透镜阵列将12路光信号耦合到最佳状态，并通过光纤传输到远端的信号处理机，从而实现电光转换。

s3、最后在接收端12路光信号通过12通道透镜阵列将光信号汇聚入射到pd阵列光敏面上，通过pd阵列将12路光信号转换成12路电流信号，12路电流信号通过12通道限幅放大器转换成12路电压信号，从而进行实现光电转换。

本实施例中，电路方案设计集成电路芯片采用gigoptix公司的hxt6112、hxr6112，其中hxt6112芯片包含12通道激光驱动器，并带有预加重功能，单通道最高速率可达16gbps；hxr6112包含12通道限幅放大器，并带有预加重功能，单通道最高速率可达16gbps。

本实施例中，光组件设计采用cob结构，直接将电芯片用银胶粘贴在钨铜热沉上，光芯片用银胶粘贴在陶瓷垫片上，钨铜热沉四周与pcb采用黑胶固定，钨铜热沉与陶瓷垫片采用银胶固定。

本实施例中，外壳设计严格按照snap12标准的外形尺寸、装配方式、螺丝牙螺距设计外壳，保证兼容性设计。

本实施例中，光组件设计通过打线工艺对激光器芯片与pcbbonding焊盘进行电气连接，在进行光路耦合时采用12通道阵列透镜对发射、接收部分同时耦合。

实施例二：

与实施例一的区别特征在于：

本实施例的工艺方法包括以下步骤：

s1、首先将pcb部分采用10层硬板加6层软板设计，6层软板将厚度控制在0.4mm制作工艺难度很大，成品率不高，将金属补墙板粘贴在6层软板上工艺复杂、难度大，成品率不高。

s2、然后金属补墙板设计图纸，要求金属补墙板基板表面平整度不小于0.1mm，大凸台表面平整度不小于0.05mm，小凸台表面平整度不小于0.01mm，基板、大凸台、小凸台连接处四周清根，倒角小于0.1mm，制作工艺难度高，超出一般机械加工精度。

综上：本发明实施例一中的本发明结果表明，相比于实施例二中原工艺结果，本发明降低了制版工艺难度，提高了成品率，一般pcb板厂都可以加工，扩展了供应链，在满足机械强度及散热的同时，也避免了软板与金属补墙板粘连时胶的使用对高频信号的影响，工艺简单，设计灵活，材料兼容性好，价格便宜，在光路耦合时，可根据光学耦合精度及透镜规格需求现场替换不同规格的陶瓷垫片，工艺简单快速，降低了物料成本，因此本发明的效果更加优于传统工艺的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。