CN112558247A - 一种软板结构、光模块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软板结构、光模块及其制作方法，软板结构用于与同轴光器件的底座连接，软板结构的B端背面用于与底座的平面贴合，背面中与底座平面贴合的区域为裸露的接地金属层；软板结构中用于穿透底座的接地针脚的过孔的直径大于接地针脚根部的凸台直径。光模块包括：TO底座和软板结构，TO底座的信号针脚对应套设在软板结构B端的信号通孔，TO底座的接地针脚及根部凸台穿透过软板结构B端的过孔，使得软板结构的B端背面的接地金属层与底座平面贴合。本发明的光模块，能够提升同轴光器件的带宽、消除同轴光器件S21曲线上的谐振点、削弱光器件处对外的电磁辐射，获取更佳的EMC性能，且能够应用于中高端的光器件中。

Description

一种软板结构、光模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种软板结构、光模块及其制作方法。

背景技术

光模块作为光通信领域一种重要的有源器件，在发送端和接收端分别实现信号的电-光转换和光-电转换，光模块内部最为核心的部件之一为光学次组件。

随着技术的发展，光学次组件有着不同的实现方式，其中基于采用TO封装的形态，光模块产业内一般称之为同轴光器件，主要包括为TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly，光发射次模块)，ROSA（Receiver Optical Sub-Assembly，光接收次模块），BOSA（Bi-Directional Optical Sub-Assembly，单纤双向光学次组件），同轴光器件因为极其成熟的制造工艺和巨大的成本优势及被广泛认可的高度可靠性，基本霸占了主流的中低端光模块内部的光学次组件市场，也正是因为这三个优点，产业链设法预将同轴光器件运用到部分中高档光模块中去，但面临的最为严峻的挑战之一是如何提升同轴光器件的信号完整性，以满足此部分中高端光模块对带宽的渴求，因为同轴光器件带宽的不足和S21(插入损耗)曲线谐振点的存在而导致光模块发射端和接收端光电指标性能及EMC（电磁兼容）不满足标准要求的案例，比比皆是。

鉴于此，如何提高中高端光模块中同轴光器件的带宽并消除插入损耗曲线的谐振点以提高光电性能成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种软板结构、光模块及其制作方法。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种软板结构，所述软板结构用于与同轴光器件的底座连接，所述软板结构的B端背面用于与底座的平面贴合，所述背面中与底座平面贴合的区域为裸露的接地金属层；

所述软板结构中用于穿透底座的接地针脚的过孔的直径大于所述接地针脚根部的凸台直径。

可选地，所述软板结构的B端中设置有用于与底座平面焊接的至少一个接地孔；

所有的接地孔位于B端且对应底座平面的区域并与信号通孔、信号线路不重合。

可选地，所述接地孔为圆形、椭圆、三角形或矩形。

第二方面，本发明实施例还提供一种光模块，包括：TO底座和软板结构，所述TO底座包括：信号针脚和接地针脚，所述软板结构为上述第一方面任一所述的软板结构；

所述TO底座的信号针脚对应套设在所述软板结构B端的信号通孔，TO底座的接地针脚及根部凸台穿透过所述软板结构B端的过孔，使得所述软板结构的B端背面的接地金属层与TO底座的底座平面贴合。

可选地，借助于焊接方式在所有接地孔中填充连接所述底座平面和所述接地金属层的导电材料。

可选地，所述光模块中软板结构B端正面的信号针脚无残桩。

第三方面，本发明实施例还提供一种光模块的制作方法，所述光模块包括：TO底座和上述第一方面任一所述的软板结构，所述制作方法包括：

S1、将TO底座的信号针脚对应套设在所述软板结构B端的信号通孔，且TO底座的接地针脚及根部凸台穿过所述软板结构B端的过孔；

S2、去除所述软板结构B端正面信号针脚的残桩，并采用焊接方式实现所述接地针脚和过孔的连接，信号通孔与信号针脚的连接，且所述软板结构B端背面与TO底座的底座平面贴合。

可选地，所述软板结构包括至少一个接地孔时，所述制作方法还包括：

基于接地孔采用焊接方式将软板结构B端背面焊接到所述底座平面。

可选地，所述焊接方式为焊锡焊接方式；

或者，

所述步骤S1之前，所述方法还包括：

获取TO底座和权利要求1至3任一所述的软板结构。

第四方面，本发明实施例还提供一种光传输装置，包括上述第二方面任一所述的光模块。

（三）有益效果

本发明中的软板结构的B端背面形成有裸露的接地金属层的区域，且B端中用于穿透接地针脚的过孔的直径大于TO底座中接地针脚的凸台的直径，由此，上述软板结构和TO底座对应针脚套设之后，可以实现软板结构B端背面的接地金属层与底座平面紧密贴合，使得信号针脚无残桩，进而较好提升同轴光器件的带宽、消除同轴光器件SDD21曲线上的谐振点、削弱光器件处对外的电磁辐射，获取更佳的EMC性能。

本发明的光模块提升了应用中发射和接收端的性能，使得低成本、易加工、较好的应用于中高端的器件中。

附图说明

图1为现有技术中同轴光器件的TO-CAN底座的结构示意图；

图2和图3分别为现有技术中的TO-CAN底座与软板B端连接的结构示意图；

图4为仿真图3结构的SDD11曲线和SDD21曲线的结果示意图；

图5A和图5B均为本发明一实施例示出的采用本发明的软板结构组装光模块的示意图；

图6为采用仿真软件仿真图5B中组装的光模块的仿真结果示意图；

图7为本发明一实施例提供的软板结构组装工序的示意图；

图8为采用仿真软件仿真图7中组装的光模块的仿真结果示意图；

图9为本发明另一实施例提供的软板结构的示意图；

图10为采用图8的软板结构组装光模块的仿真结果示意图。

附图标记说明：

10：接地孔；

9：信号通孔；

8：过孔直径大于凸台直径的过孔；

7：漏出接地金属层的软板结构B端背面；

6：底座平面；6-1：底座的GND针脚/接地针脚；6-2：高速信号针脚/信号针脚；6-3：凸台；

5：现有技术的过孔，过孔直径小于凸台直径；

4：同轴光器件/TO底座；

3：软板正面；

2：软板B端，即软板与TO底座焊接；

1、软板A端，即软板与PCB主板焊接。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了更好的理解本发明实施例的方案，结合图1至图4对传统的光模块结构及连接关系进行说明。

如图1所示，图1示出了现有中低端光模块中光器件的底座结构，该底座结构为TO-CAN底座4，在TO-CAN底座的GND针脚6-1的根部位置处有一个凸台6-3。针对不同的需求，凸台6-3的厚度不同。图1中示出的凸台厚度为0.1mm。图1中还示出了高速信号针脚/信号针脚6-2。

图2示出了图1中的TO-CAN底座与软板B端2的连接结构示意图。

当前光模块中的链路走线为PCB主板（即PCB硬板）、软板（如FPC软板）和TO-CAN底座依次电气连接。

现有的软板A端1与PCB主板电气连接，软板B端2与TO-CAN底座电气连接。软板B端的各个通孔套入TO-CAN底座对应的针脚，TO-CAN底座4的接地针脚穿透软板B端的过孔5。然而，由于GND针脚凸台6-3的存在，软板B端背面和TO-CAN底座4的底座平面6之间存在0.1mm的缝隙。图2中还示出了软板正面3。

针对上述缝隙，现有的解决方案之一是在软板B端的背面增加一个厚度为0.1mm的补强板，实现软板B端紧密贴合TO-CAN底座的针脚平面。然而，由于补强板没有任何的电气属性，那么信号传输链路中高速信号针脚依旧存在0.1mm的长度区间（如图3中的P区域），类似残桩一样，其会极大损害同轴光器件的信号完整性，如图3所示。

现有中采用三维电磁仿真软件，建立仿真模型并进行仿真处理，从图4（a）和图4（b）所示的仿真结果可以直接看出，由于残桩的存在，SDD21曲线（插损曲线）在19.29GHz和43.81GHz产生了谐振，同时SDD11曲线（回损曲线）也出现了谐振，其在应用中严重降低同轴光器件的性能，如果此种组合设计运用到TOSA上，则大大降低发射后光眼图的质量，如果此种组合设计运用到ROSA上,则会严重影响灵敏度，同时也会导致更大量的电磁对外辐射，会造成光模块EMC问题。

实施例一

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种软板结构，本实施例的软板结构用于与同轴光器件的底座连接，在本实施例中，所述软板结构的B端背面用于与底座（例如TO-CAN底座）的平面贴合，所述背面中与底座平面贴合的区域为裸露的接地金属层；

所述软板结构中用于穿透底座的接地针脚的过孔8直径大于所述接地针脚根部的凸台直径，如图5B所示

可理解的是，针对现有技术的软板结构，其去掉软板结构B端背面的补强板，进而减薄了软板结构的厚度，同时去掉软板结构B端背面的覆盖膜，露出GND铜层（即大面积地层），可以较好的实现与底座平面的紧密贴合。

本实施例中将软板结构B端对应到GND针脚的过孔加大，使得GND针脚的凸台完全透过此过孔，由此，在电气连接时，可以实现B端背面与底座平面的紧密贴合，如图5A和图5B所示。

在具体实现过程中，上述所述软板结构的B端中设置有用于与底座平面焊接的至少一个接地孔；所有的接地孔位于B端且对应底座平面的区域并与信号通孔、信号线路不重合。本实施例的接地孔可为圆形、椭圆、三角形或矩形等，本实施例不限定过孔和接地孔的形状，根据实际需要调整。

本实施例中设置接地孔的目的主要是在软板B端和TO底座组装好后，基于接地孔通过焊锡焊接到TO底座平面上，可以极大程度上消除缝隙存在的可能性，并减小缝隙，万一还有极小的缝隙存在，由于有多个接地过孔的存在，增强接地后，也会极大削弱小概率存在的缝隙带来的负面影响。

实施例二

根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供一种光模块，包括：TO底座和软板结构，所述TO底座包括：信号针脚和接地针脚，其特征在于，所述软板结构为实施例一中所述的软板结构；

所述TO底座的信号针脚对应套设在所述软板结构B端的信号通孔，TO底座的接地针脚及根部凸台穿透过所述软板结构B端的过孔，使得所述软板结构的B端背面的接地金属层与底座平面贴合，如图5B所示。

在实际应用中，光模块还包括PCB主板，本实施例对PCB主板和软板A端连接跟现有技术是一致的，本实施例不再详述。

在实际应用中，还可以借助于焊接方式在软板结构的所有接地孔中填充连接所述底座平面和所述接地金属层的导电材料。

在本发明实施例中，本发明实施例还提供一种光模块的制作方法，具体地，在实现制作方法之前，可先获取TO底座（例如TO-CAN底座）和上述实施例一的软板结构。此时，本实施例的制作方法包括：

步骤S1、将TO底座的信号针脚对应套设在所述软板结构B端的信号通孔，且TO底座的接地针脚及根部凸台穿过所述软板结构B端的过孔；

步骤S2、去除所述软板结构B端正面信号针脚的残桩，并采用焊接方式实现所述接地针脚和过孔的连接，信号通孔与信号针脚的连接，且所述软板结构B端背面与底座平面贴合。

在实际应用中，该步骤S2还可以是，采用焊锡焊接的方式将接地针脚和过孔焊接，信号通孔与信号针脚焊接，再采用剪脚夹具剪除软板结构B端正面信号针脚的残桩，进而实现提高EMC性能的目的。

需要说明的是，所述软板结构包括至少一个接地孔时，所述制作方法还包括：

通过接地孔将软板结构B端背面焊接到底座平面。

在本实施例中，软板结构B端对应GND针脚的过孔可以使得GND针脚的凸台完全透过此过孔，进而使得软板B端背面的接地金属层可以实“完全地无缝隙地“紧紧贴合TO-CAN底座的平面，使得现有设计方案中的0.1mm的类似残桩消失，针对从软板B端正面漏出来残桩或部分残桩可通过剪脚夹具剪除。

基于上述方式获取的光模块，运行三维电磁仿真软件，其结果如图6（a）和图6（b）所示，从图6（b）的SDD21（插损）曲线可以看出，谐振点消除，带宽增加，极大提升基于TO-CAN设计的光模块光电性能及EMC性能。

在实际应用中，在光模块实际组装生产过程中，若软板结构和TO-CAN底座组装焊接工序造成软板结构B端背面7不可能完全地无缝隙地紧贴TO-CAN底座平面6，假如此时存在一个0.05mm宽度的缝隙Q（如图7所示），则属于不合格的光模块。

基于图7所示的光模块，进行仿真测试，其容易出现图8所示的谐振点，同样会劣化同轴光器件的性能，缝隙越大，性能下降的约严重。在图8（a）中的SDD11曲线在29GHz的地方出现了较强的跳跃，图8（b）中SDD21曲线在29GHz的地方出现了谐振点，其可以推断由于焊接工序导致的5um的缝隙也会导致小幅度的谐振，即组装焊接工序引起的缝隙会劣化同轴光器件的性能。

为此，为减少组装焊接工序中降低同轴光器件性能的问题，本实施例中在软板结构B端连接底板平面的区域，非信号通孔9、非过孔8和非信号线区域打上接地孔（如图9所示），进而在软板结构B端和TO-CAN底座组装好后，借助于接地孔通过焊锡焊接将B端接地金属层紧密贴合到TO-CAN底座平面上。在图9中示出了多个用于增强接地效果的接地孔10，本实施例中并不限定接地孔10的数量，根据实际需要调整，同时，本实施例的接地孔10具体为可焊漏锡孔，即可以通过漏锡焊接的方式实现B端接地金属层紧密贴合到TO-CAN底座平面上，进而可以极大程度上消除缝隙存在的可能性，并减小缝隙，万一还有极小的缝隙存在，由于有多个接地过孔的存在，增强接地后，也会极大削弱小概率存在的缝隙带来的负面影响，其仿真结果如图10所示。图10（a）示出的是SDD11的曲线，其优于前述图8（a）和图6（a）的SDD11的曲线，图10（b）示出的是增强接地之后，无谐振的SDD21曲线，相对比于前述图8（a）和图6（a）的SDD21的曲线，其仿真结果无任何谐振。

实施例三

根据本发明实施例的再一方面，本发明实施例还提供一种光传输装置，该光传输装置包括上述任一实施例所述的光模块。光传输装置可为光发射或光接收的高端器件，其具有较好的EMC性能，能有效削弱其他光器件的电磁辐射。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种软板结构，所述软板结构用于与同轴光器件的底座连接，其特征在于，所述软板结构的B端背面用于与底座的平面贴合，所述背面中与底座平面贴合的区域为裸露的接地金属层；

所述软板结构中用于穿透底座的接地针脚的过孔的直径大于所述接地针脚根部的凸台直径。

2.根据权利要求1所述的软板结构，其特征在于，所述软板结构的B端中设置有用于与底座平面焊接的至少一个接地孔；

所有的接地孔位于B端且对应底座平面的区域并与信号通孔、信号线路不重合。

3.根据权利要求1所述的软板结构，其特征在于，所述接地孔为圆形、椭圆、三角形或矩形。

4.一种光模块，包括：TO底座和软板结构，所述TO底座包括：信号针脚和接地针脚，其特征在于，所述软板结构为权利要求1至3任一所述的软板结构；

所述TO底座的信号针脚对应套设在所述软板结构B端的信号通孔，TO底座的接地针脚及根部凸台穿透过所述软板结构B端的过孔，使得所述软板结构的B端背面的接地金属层与底座平面贴合。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，借助于焊接方式在所有接地孔中填充连接所述底座平面和所述接地金属层的导电材料。

6.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述光模块中软板结构B端正面的信号针脚无残桩。

7.一种光模块的制作方法，其特征在于，所述光模块包括：TO底座和权利要求1至3任一所述的软板结构，所述制作方法包括：

S1、将TO底座的信号针脚对应套设在所述软板结构B端的信号通孔，且TO底座的接地针脚及根部凸台穿过所述软板结构B端的过孔；

S2、去除所述软板结构B端正面信号针脚的残桩，并采用焊接方式实现所述接地针脚和过孔的连接，信号通孔与信号针脚的连接，且所述软板结构B端背面与TO底座的底座平面贴合。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述软板结构包括至少一个接地孔时，所述制作方法还包括：

基于接地孔采用焊接方式将软板结构B端背面焊接到所述底座平面。

9.根据权利要求7或8所述的制作方法，其特征在于，所述焊接方式为焊锡焊接方式；

或者，

所述步骤S1之前，所述方法还包括：

获取TO底座和权利要求1至3任一所述的软板结构。

10.一种光传输装置，其特征在于，包括权利要求4至6任一所述的光模块。

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