用于具有在靠近電路連接區(qū)域處的阻抗補(bǔ)償?shù)膃/o引擎的互連結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種互連結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)用于將用于輸出和/或接收電信號(hào)的至少 一個(gè)電子單元和用于將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)和/或反之的至少一個(gè)光學(xué)單元聯(lián)接到另 外的電子部件。本發(fā)明還設(shè)及包括運(yùn)樣的互連結(jié)構(gòu)的光電模塊和包括至少一個(gè)該光電模塊 的有源(active)光纜組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了支持例如25、40或者IOOGbps的高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的通信要求，當(dāng)經(jīng)由電線的 鏈路（link)具有過低帶寬時(shí)，使用光鏈路。當(dāng)使用該光鏈路用于從第一電子部件傳輸信號(hào) 至第二電子部件時(shí)，要傳輸?shù)碾娦盘?hào)首先轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后光信號(hào)經(jīng)由光發(fā)送器聯(lián)接到 光纖并且經(jīng)由光纖傳輸?shù)降诙娮硬考?。在第二電子部件處，光信?hào)借助于光接收器而被 接收并且轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。該轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)在第二電子部件中進(jìn)一步處理。
[0003] 執(zhí)行光信號(hào)和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換的光電部件通常稱為收發(fā)器、E/0引擎或者EOE引 擎。
[0004] 如圖1所示，用于轉(zhuǎn)換電信號(hào)成為光信號(hào)W及反之的該收發(fā)器100包括電絕緣襯底 102,例如印刷電路板(PCB)或者柔性印刷電路(FPC)。收發(fā)器100進(jìn)一步包括多個(gè)信號(hào)輸入 線104,該多個(gè)信號(hào)輸入線104布置為差分信號(hào)對(duì)、并且終止在用于例如經(jīng)由另一印刷電路 板電接觸另外電子部件的前端接觸區(qū)中。
[0005] 信號(hào)輸入線的與前端接觸區(qū)106相反的另一外端連接到電路連接區(qū)域110中的電 子傳輸單元108。電子傳輸單元108包括用于驅(qū)動(dòng)光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)器電路，例如垂直腔面發(fā) 射激光器(VCS化)112的陣列。由激光二極管陣列112發(fā)出的光信號(hào)在內(nèi)部聯(lián)接到光導(dǎo)體，例 如光纖。
[0006] 此外，收發(fā)器單元100包括光電探測(cè)器陣列114,其包括例如光電二極管，諸如所謂 PIN二極管(正-本征-負(fù)光電二極管）。運(yùn)些PIN二極管聯(lián)接到光纖用于接收光信號(hào)并且將光 信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)。PIN二極管114的輸出聯(lián)接到放大器單元116,該放大器單元116可W 包括與光電二極管114陣列的相應(yīng)輸出相連的互阻抗放大器（transimpedance amplifier TIA)陣列。
[0007] 設(shè)有多個(gè)電信號(hào)輸出線120,用W將前端接觸區(qū)連接到放大器電路116的輸出端 子。類似于信號(hào)輸入線104,信號(hào)輸出線120形成為差分線。
[000引接地平面層118設(shè)置在襯底102內(nèi)，朝向輸入信號(hào)線104和輸出信號(hào)線120分別具有 明確限定的距離。
[0009]激光二極管112和驅(qū)動(dòng)電路108W及PIN二極管114和所屬放大器單元116均置于襯 底102上，使得它們由接地平面層118包圍。如在國際申請(qǐng)PCT/EP2013/063694中提出的，接 地平面層118在前端接觸區(qū)106的區(qū)域中設(shè)有開口 124, W提高從E/0引擎100到例如其它印 刷電路板(圖中未示出）的過渡點(diǎn)處的信號(hào)品質(zhì)。
[0010] 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圖I所示的構(gòu)造，由于忍片上的ESD保護(hù)裝置和粘結(jié)焊 盤的寄生效應(yīng)，傳輸單元108前端W及互阻抗放大器單元116的阻抗顯出電容性特性。因此， 在電子傳輸單元108和放大器單元116的電路連接區(qū)域110中觀察到明顯阻抗下降。運(yùn)削弱 了光電單元的性能，使其難滿足回程損耗的要求。
[0011] 另一方面，理想地，互連系統(tǒng)必須無失真地載運(yùn)信號(hào)。一種類型的失真被稱作串 擾。當(dāng)一個(gè)信號(hào)在另一信號(hào)線上產(chǎn)生不想要的信號(hào)時(shí)發(fā)生串?dāng)_。一般地，串?dāng)_因信號(hào)線之間 的電磁禪合引起，因此對(duì)于高速、高密度的互連系統(tǒng)特別成問題。當(dāng)信號(hào)線更靠近一起、或 者當(dāng)它們載運(yùn)的信號(hào)具有更高頻率時(shí)，電磁禪合增大。在高速、高密度的互連系統(tǒng)中運(yùn)兩種 情況均存在。
[0012] 圖2示出了在電路連接區(qū)域110 W20ps(20到80%)脈沖獲得的時(shí)域反射測(cè)量法 (TDR)測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果，無任何阻抗匹配測(cè)量。從圖2能夠看出，明顯的脈沖被反射回，指示 出在該區(qū)域中的不希望的干擾。
[0013] 因此，需要提供如下互連結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的光電模塊:其具有改進(jìn)的信號(hào)完整性和減 小的串?dāng)_，同時(shí)保持小的形狀因子和成本有效結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 運(yùn)一目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決。本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)和光學(xué)模塊的有利發(fā) 展是從屬權(quán)利要求的主題。
[001引本發(fā)明基于運(yùn)一發(fā)現(xiàn):通過將間隙（clearance)引入到E/0引擎襯底的接地平面層 中，在電路連接端子區(qū)域中阻抗能夠被增大到可接受的水平。有利地，運(yùn)能夠在電子傳輸單 元的端子W下W及在放大器單元的端子W下完成。通過提供該接地間隙構(gòu)造，串?dāng)_(XT)、模 式變換W及共?；爻虛p耗(CMRL)未明顯受損，而阻抗可匹配W滿足關(guān)于回程損耗的要求。
[0016] 特別地，該間隙每個(gè)分配給一對(duì)差分信號(hào)引線，且通過具有準(zhǔn)確限定尺寸的接地 面網(wǎng)而與一個(gè)或兩個(gè)相鄰間隙分離開。為避免串?dāng)_，每一間隙與下一間隙W具有至少30WH 寬度的網(wǎng)分離開。
[0017] 為確保針對(duì)每個(gè)信號(hào)引線對(duì)建立一致的阻抗匹配，間隙具有與分別屬于信號(hào)引線 的輪廓相匹配的輪廓。
[0018] 當(dāng)分析用于信號(hào)引線的特定尺寸和布局的不同可選方案時(shí)，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，一 對(duì)引線中的每個(gè)引線朝向間隙的鄰近外邊界的距離與兩根引線之間的距離的比率應(yīng)近似 為1/2, W實(shí)現(xiàn)足夠高的阻抗。例如，各引線能夠與間隙的相應(yīng)鄰近外邊界隔離50皿，且與一 對(duì)引線中另一引線相距100皿。
[0019] 另外，可W表明至少700WI1的間隙長度對(duì)于實(shí)現(xiàn)足夠高的阻抗是有利的。
[0020] 本發(fā)明能夠最有效地用于運(yùn)樣一種光電模塊，該光電模塊包括用于輸出和/或接 收電信號(hào)的至少一個(gè)電子單元和用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)和/或反之的至少一個(gè)光學(xué) 單元。
[0021] 在本發(fā)明的背景下，光電模塊通常指包括連接到驅(qū)動(dòng)器和/或接收器電子設(shè)備、用 于傳輸或者接收光信號(hào)的光電部件的系統(tǒng)。在該背景下的光電部件是布置成將電能轉(zhuǎn)換成 為光能或者將光能轉(zhuǎn)換成為電能的裝置，即光源和光電探測(cè)器，諸如激光二極管和光電二 極管，如上所述。通常，激光二極管是垂直腔面發(fā)射激光器(VCS化），并且作為光電二極管， 可W使用PIN光電二極管。
[0022] 典型地，該模塊還將包括允許模塊連接到一根或多根光纖的接口 W及用W調(diào)節(jié)光 電部件的工作參數(shù)的控制電子設(shè)備。例如，激光二極管的操作典型地要求可調(diào)節(jié)的偏置電 流、調(diào)制電流W及可選地預(yù)加強(qiáng)。通常，運(yùn)些模塊將支持多于一個(gè)的通道，諸如兩個(gè)、四個(gè)、 八個(gè)、十二個(gè)或者十六個(gè)通道，但取決于應(yīng)用可設(shè)想任意數(shù)目的通道。對(duì)于該用途，光源和 光電探測(cè)器通?？蒞陣列提供，諸如IxN陣列或者2xN陣列，其中N是正整數(shù)。嚴(yán)格地，2xN陣 列稱為矩陣，但為簡化標(biāo)識(shí)，下文中僅使用術(shù)語"陣列"。此外，本申請(qǐng)中所示的實(shí)施方式總 是使用與如四通道小型可插拔(QSFP化/0引擎的應(yīng)用相一致的4通道布置，但是本發(fā)明當(dāng)然 不局限于運(yùn)樣的布置。
[0023] 為將電氣數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動(dòng)光源W發(fā)出包括該數(shù)據(jù)信號(hào)的光信號(hào)的信號(hào)， 需要驅(qū)動(dòng)電路。類似地，需要接收器電路W將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為適于在系統(tǒng)中進(jìn)一步 傳輸?shù)碾娦盘?hào)。運(yùn)些驅(qū)動(dòng)器和接收器電路在本領(lǐng)域中是熟知的，并且它們典型地提供為集 成電路，或作為發(fā)射器忍片（包括驅(qū)動(dòng)器電路）、接收器忍片（包括接收器電路)或者收發(fā)器 忍片(包括驅(qū)動(dòng)器和接收器電路）。
[0024] 接收器忍片通常也稱為TIA忍片(互阻抗放大器忍片)或者LIA忍片（限制阻抗放大 器忍片）。運(yùn)些忍片包括:數(shù)據(jù)引腳/焊盤，用于從主系統(tǒng)接收電氣數(shù)據(jù)信號(hào)/將電氣數(shù)據(jù)信 號(hào)發(fā)送到主系統(tǒng);和連接焊盤，用于連接到光學(xué)裝置，即用于連接到忍片的光學(xué)側(cè)（即光源 或光電探測(cè)器)的連接引腳/焊盤。
[0025] 當(dāng)本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)用在輸入并輸出電信號(hào)但借助于光導(dǎo)體傳導(dǎo)電信號(hào)的有源光 纜(AOC)組件中時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的有利特性能夠在特別高程度得W利用。有源光纜組件可W 是直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接機(jī)構(gòu)，或者也可W構(gòu)造為扇出纜線，即一個(gè)輸入和多個(gè)輸出。有源光纜技 術(shù)在不犧牲與標(biāo)準(zhǔn)電氣接口兼容性的情況下改進(jìn)了線纜的速度和距離性能。
【附圖說明】
[0026] 附圖整合到說明書中并形成說明書的一部分，W例示多個(gè)本發(fā)明實(shí)施方式。運(yùn)些 附圖連同說明書用來解釋本發(fā)明原理。附圖僅僅為例示如何形成和使用本發(fā)明的優(yōu)選及替 代示例的目的，并不闡釋為限制本發(fā)明為所示和描述的實(shí)施方式。此外，實(shí)施方式的多個(gè)方 面可形成-分別地或者W不同組合-根據(jù)本發(fā)明的方案。根據(jù)W下關(guān)于如在附圖中例示的本 發(fā)明各種實(shí)施方式的更具體說明，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中，同樣附圖標(biāo)記指 示同樣的元件，并且其中：
[0027] 圖1示出了4-通道QSFP E/0引擎的布線圖；
[0028] 圖2示出了 W20ps(20-80%)脈沖在TX輸入?yún)^(qū)無間隙地獲得的時(shí)域反射測(cè)量法結(jié) 果；
[0029] 圖3示出了所提出的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的接地面的布線；
[0030] 圖4示出了圖3的細(xì)節(jié)；
[0031] 圖5示出了有和沒有本發(fā)明接地間隙的時(shí)域反射測(cè)量法結(jié)果的比較；
[0032] 圖6示出了安裝在印刷電路板上的E/0引擎的差分回程損耗；
[0033] 圖7示出了安裝在印刷電路板上的E/0引擎的近端串?dāng)_；
[0034] 圖8示出了安裝在印刷電路板上的E/0引擎的遠(yuǎn)端串?dāng)_；
[0035] 圖9示出了安裝在印刷電路板上的E/0引擎的共?；爻虛p耗；
[0036] 圖10示出了安裝在印刷電路板上的E/0引擎的模式變換SCD 11;和
[0037] 圖11示出了安裝在印刷電路板上的E/0引擎的模式變換SCD 21。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 現(xiàn)在參考圖3,示出了根據(jù)本發(fā)明的電連接接口的有利實(shí)施方式。
[0039] 在圖3中，示出了金屬部分，即信號(hào)引線和接地平面層，W使得本發(fā)明的中屯、思想 更清楚。但是，當(dāng)然還存在絕緣層，W及此外，所示的金屬層不必是唯一的導(dǎo)電層。另外，圖3 僅僅示出了電路連接區(qū)域的一部分，并且當(dāng)然清楚的是，本發(fā)明