超高速基板封装结构及光模块的制作方法

文档序号:15686568发布日期:2018-10-16 21:07阅读:342来源:国知局

本申请属于光通信技术领域,具体涉及一种超高速基板封装结构及光模块。



背景技术:

目前光通信中高速链路传输速度从传统的1.25gbps到10gbps,再到单通道25gbps,传输速率的增加要求传输链路的带宽不断增加,10gbps信号要求有7ghz带宽,25gbps信号要求带宽在21ghz。光模块在高速链路中存在多种载体,通常包括:

硬质电路板(pcb),用于smd元件的载体,与系统对接,成本低;

柔性电路板(fpc),与pcb相类似,主要优点可用于两个硬载体之间互连,可以吸收空间公差;

气密封装管壳(ceramicbox),用于需要气密性要求高的器件封装,如激光器、tec、pd等;

陶瓷基板,用于光电器件,散热性好,加工精度高。

一般pcb和fpc,fpc与管壳可以通过锡焊工艺,光电器件到陶瓷基板一般采用金锡焊接工艺。整个链路中陶瓷基板如何与传输线(pcb,fpc或者ceramicbox)连接,通常这两种载体是使用金线邦定工艺,由于金线邦定工艺,操作比较简单,容易自动化控制,可靠性高等特性,易于在封装工艺中使用。金线的等效模型是电感,直接电感在高频下,带宽衰减很严重。因而整个链路的带宽直接受陶瓷基板与传输线的互连带宽影响。

市场上单模传输中,dfb激光器成本低,而大量应用在长距离传输中。一般dfb激光器采用电流调制,但是dfb激光器固有内阻比较小,一般在10欧姆。而传输线设计通常为差分50ohm,因而会产生反射,影响信号质量。另外dfb激光器驱动电流比较大,而且温度升高,为了达到传输需要,相应的驱动电流需要增加。因而激光器的功耗密度很好,需要很好的散热方式来达到满足激光器的最佳工作状态。

参图1所示,现有技术中的基板封装结构包括电性连接的第一基板10’和第二基板20’,第一基板10’上电性连接有电极11’,第二基板20’上设有用于传输信号的传输线21’及金属层22’,第一基板10’与第二基板20’上的传输线21’通过第一连接线31’电性连接以实现激光器信号的传输。

现有技术中的封装方式,由于氮化铝陶瓷的第一基板10’导热系数高,将电极11’通过金锡焊接的方式,焊接在第一基板10’上,再将整个组件焊接在热沉上,最后与模块的外壳连接,进行散热。激光器的电气性能,一般通过金锡焊接工艺将激光器的阴极焊接到镀金的第一基板10’的走线上和通过金线邦定工艺将激光器的阳极焊接到第一基板10’的另外一个镀金面上,再通过金线将第一基板10’与第二基板20’(pcb或fpc)电性连接。由图2中tdr(timedomainreflectometry,时域反射计)仿真结果可以看出,现有技术中封装结构的阻抗为59.5ohm。



技术实现要素:

本申请提供一种超高速基板封装结构,包括电性连接的第一基板及第二基板,所述第一基板和第二基板上均设有若干导电块,所述第一基板上的导电块与所述第二基板上的导电块电性连接,所述第一基板的上表面和侧面形成有第一导电区和第二导电区,所述第一基板的上表面下方形成有第一参考导电区,第二基板的上表面及侧面形成有第三导电区及第四导电区,所述第二基板的上表面下方形成有第二参考导电区,第一基板上的第一导电区、第二导电区和第一参考导电区相电性连接,第二基板上的第三导电区、第四导电区和第二参考导电区相电性连接,所述第一基板上的第一导电区与第二基板上的第三导电区相电性连接。

一实施例中,所述第一参考导电区设于第一基板中间层或下表面上,第二参考导电区设于第二基板的中间层或下表面上。

一实施例中,所述第一基板上的导电块和第二基板上的导电块通过信号线电性连接,第一基板上的第一导电区与第二基板上的第三导电区通过参考回路线电性连接,参考回路线为信号线提供参考回路。

一实施例中,所述信号线与参考回路线为通过金线邦定工艺形成的金线。

一实施例中,所述信号线与参考回路线全部或部分为交错方式排布。

一实施例中,所述信号线与参考回路线全部或部分为上下层叠方式排布。

一实施例中,所述第二导电区覆盖第一基板的全部或部分侧面,第四导电区覆盖第二基板的全部或部分侧面。

一实施例中,所述第一基板和第二基板为陶瓷基板、硬质电路板、柔性电路板中的一种。

本申请还提供一种光模块,所述光模块包括上述的超高速基板封装结构。

一实施例中,所述第一基板上设有激光器,所述激光器为dfb激光器或eml激光器。

与现有技术相比,本申请的技术方案中:

在基板侧壁进行电镀,并在两个基板之间形成提供立体参考的参考回路线,能够提供低电感的回流路径,改善封装结构的阻抗特性,提高封装带宽,能够达到低成本的超高速互连。

附图说明

图1是现有技术中基板封装结构的俯视结构示意图;

图2是现有技术中基板封装结构的tdr仿真曲线图;

图3是本申请第一实施方式中超高速基板封装结构的俯视结构示意图;

图4是本申请第一实施方式中超高速基板封装结构的侧视结构示意图;

图5是本申请第一实施方式中第一基板的立体结构示意图;

图6是本申请第一实施方式中第二基板的立体结构示意图;

图7是本申请第一实施方式中超高速基板封装结构的tdr仿真曲线图;

图8是本申请第二实施方式中第一基板的立体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中,为了便于图示,结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大,因此,仅用于图示本申请的主题的基本结构。

本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如,如果将图中的设备翻转,则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此,示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向),并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时,其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层,或者可以存在中间元件或层。相反,当部件被称为“直接在另一部件或层上”、“直接连接在另一部件或层上”时,不能存在中间部件或层。

参图3、图4所示,介绍本申请超高速基板封装结构的第一实施方式。本申请的超高速是指传输速率在1gbps以上的传输速度。该实施方式中的超高速基板封装结构包括电性连接的第一基板10及第二基板20。第一基板10和第二基板20均设有若干导电块。其中,第一基板上设有的若干导电块包括电极导电块11,第二基板20上设有的若干导电块包括传输线导电块21。电极导电块11与传输线导电块21相互电性连接,此处是通过信号线31电性连接以进行电信号的传输。

参图5所示,本实施方式中的第一基板10以陶瓷基板为例进行说明,第一基板10上形成的电极导电块11包括第一电极111和第二电极112,可以分别作为高速信号的负极和正极。

第一基板10的表面可以通过电镀或者沉积等方式形成有若干导电区,以为信号提供参考回路。具体地,第一基板10的上表面在电极外部分区域电镀形成有第一导电区101,第一导电区101作为第一基板10的正面参考回路;第一基板10的下表面电镀形成有第五导电区102,第五导电区102作为基板10的底面参考回路;第一基板10的侧面全部电镀形成有第二导电区103,第二导电区103导通了第一导电区101和第五导电区102,作为第一基板10的侧面参考回路。通过若干导电区的设置,可以将第一基板10的底面参考回路转移到正面参考回路。

参图6所示,本实施方式中的第二基板20为硬质电路板、柔性电路板或多层陶瓷基板,第二基板20上形成的传输线导电块21包括第一传输线211和第二传输线212,其分别与第一基板10上的第一电极111和第二电极112电性连接,以进行高速信号的传输。另外,第二基板20中间设有传输线参考层22,以为传输线提供传输线参考回路。

第二基板20的外侧全部区域通过电镀形成有若干导电区,以为信号提供参考回路。具体地,第二基板20的上表面在传输线外区域电镀形成有第三导电区201,第三导电区201作为第二基板20的正面参考回路;第二基板20的侧面全部电镀形成有第四导电区202,第四导电区202作为第二基板20的侧面参考回路。通过若干导电区的设置,可以将第二基板20的传输线参考回路转移到正面参考回路。

参图3、图4所示,本实施方式中第一基板10上的电极导电块11与第二基板上的传输线导电块21通过信号线31电性连接,第一基板10上的第一导电区101与第二基板20上的第三导电区201通过若干参考回路线32电性连接,通过参考回路线32为信号线提供参考回路。

优选地,本实施方式中的信号线31和参考回路线32为通过金线邦定工艺形成的金线,信号线31与部分参考回路线32为交错方式排布,其余的参考回路线32位于信号线31的两侧。

应当理解的是,信号线31与参考回路线32的打线也可以呈其他方式排布,如上下层叠方式排布等。另外,第一基板10上的第一导电区101与第二基板20上的第三导电区201也可以通过在它们之间填充导电材料(如焊锡)实现电性连接,当然其它合适的电性连接方式也可以,此处不再举例进行详细说明。

进一步地,本实施方式中第一基板10上的第一导电区101与第二基板20上的第三导电区201通过若干参考回路线32直接电性连接,在其他实施方式中也可以将第一基板10上的第二导电区103、或第五导电区102与第二基板20上的第四导电区202相电性连接,以此实现第一导电区101与第三导电区201的间接电性连接,此处不再一一举例进行说明。

在传输线理论中,高速信号线的回流信号在高速线的下方,而且频率越高,传输线下方的能量密度越高,因而高速信号的回流路径在高速打线焊盘的下方能量密度很高。

因此,本实施方式中在第一基板和第二基板的侧壁分别进行电镀形成若干导电区,将第一基板底面的底面参考回路转移到正面参考回路,以及将第二基板的传输线参考回路转移到正面参考回路,并通过金线打线方式进行连接,以提供低电感的回流路径,并通过参考回路给每一根信号线提供立体参考,从而改善封装结构的阻抗特性,提高封装带宽。

应当理解的是,本实施方式中通过在第一基板和第二基板上形成参考回路线,通过交叉打线的方式电性连接第一基板10和第二基板20上的导电区,从而为信号线提供立体参考。在其他实施方式中,第五导电区102和第四导电区202也可以采用其他方式电性连接,如焊接或导电胶等方式,同样可以为信号线提供立体参考,以达到改善阻抗特性和提高封装带宽目的。

由图7中tdr(timedomainreflectometry,时域反射计)仿真结果可以看出,本实施方式中封装结构的阻抗为51ohm左右,封装带宽可以达到50ghz以上。

本实施方式中设有两个电极及两根用于传输信号的传输线,在其他实施方式中,电极及传输线数量和位置也可以根据需要进行不同的设计,凡是侧壁电镀改善封装结构阻抗的实施方式均属于本申请所保护的范围。

虽然本实施方式以第一基板为陶瓷基板、第二基板为硬质电路板、柔性电路板或多层陶瓷基板为例进行说明,在本申请的其他实施方式中,第一基板和第二基板可以为任何两种高速基板,此处不再详细进行说明。

参图3、图8所示,介绍本申请超高速基板封装结构的第二实施方式,该实施方式中的超高速基板封装结构包括电性连接的第一基板10及第二基板20,第一基板上设有若干电极导电块11,第二基板20上设有若干传输线导电块21,电极导电块11与传输线导电块21通过信号线31电性连接以进行电信号的传输,同时,第一基板10和第二基板20之间还设有若干参考回路线32,以为信号线提供立体参考。电极导电块11、传输线21、信号线导电块31及参考回路线32的设置均与第一实施方式相同,此处不再进行赘述。

参图8所示,本实施方式中的第一基板10同样以陶瓷基板为例进行说明,电极导电块11包括形成于第一基板10上的第一电极111和第二电极112,分别作为高速信号的负极和正极。

第一基板10的外侧通过电镀形成有若干导电区,以为信号提供参考回路。具体地,第一基板10的上表面在电极外区域电镀形成有第一导电区101,第一导电区101作为第一基板10的正面参考回路;第一基板10的下表面电镀形成有第五导电区102,第五导电区102作为基板10的底面参考回路;第一基板10的侧面部分电镀形成有第二导电区103,第二导电区103导通了第一导电区101和第五导电区102,作为第一基板10的侧面参考回路。通过若干导电区的设置,可以将第一基板10的底面参考回路转移到正面参考回路。

本实施方式中在第一基板10的侧面部分电镀形成第二导电区103,该导电区同样可以导通第一导电区101和第五导电区102,将第一基板10的底面参考回路转移到正面参考回路。

应当理解的是,在本申请的其他实施方式中,第二基板20的侧面也可以部分电镀形成第四导电区202,同样可以将第二基板的传输线参考回路转移到正面参考回路,第二基板侧面部分电镀的具体结构此处不再进行详细说明。

上述各实施方式超高速基板封装结构,均以基于dfb激光器的超高速基板封装结构为例进行说明,在本申请的其他实施方式中,激光器也可以为eml激光器等高速激光器,此处不再一一举例进行说明。

由上述技术方案可以看出,与现有技术相比本发明具有以下有益效果:

在基板侧壁进行电镀,并在两个基板之间形成提供立体参考的参考回路线,能够提供低电感的回流路径,改善封装结构的阻抗特性,提高封装带宽,能够达到低成本的超高速互连。

应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本申请的保护范围,凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

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