CN111511097B - 高速传输光模块电路板结构及其制造方法、防串扰方法 - Google Patents

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Abstract

涉及一种高速传输光模块电路板结构及其制造方法、防串扰方法，为了有效整合并隔离差分信号线在高速传输光模块中，电路板结构包括多层电路叠合体、设置于插拔侧两面的成排接触指,多层电路叠合体包括以隔离层分隔的传输信号层、控制信号层、电源信号层与分区管理的整合线路层,成对的第一差分信号线与成对的第二差分信号线的第一段皆位于传输信号层,第一差分信号线连接至第一排接触指;第二差分信号线的第二段位于整合线路层的第一区并连接至对应第二排接触指;以长接导通孔电连接第二差分信号线的第一段与第二段;以短接导通孔电连接其余的第二排接触指至对应的控制信号层、电源信号层;整合线路层还包括位于第二区的电源线连接段、控制线连接段与接地散热岛。

Description

高速传输光模块电路板结构及其制造方法、防串扰方法
技术领域
本发明涉及高速传输光模块的内部器件的技术领域，尤其是涉及一种高速传输光模块电路板结构及其制造方法、防串扰方法。
背景技术
高速传输光模块，例如单/双纤可插拔光模块(SFP)是内含有源芯片与光接收发射器的小型可插拔收发器件，应用于高速电信和数据通信，为匹配5G、6G或更先进的通讯协议下限定时间需要传输的数据量也越来越大，传输速率提高达到100 Gb/s或更高，为了修正/矫正在高传输速率下资料数据的失真或延迟，其电路板结构中采用了差分信号线作为高速资料传输。然而，不会只有资料传输的信号线，光模块电路板本身还需要配置控制信号线路、电源线路与时钟信号，差分信号线容易受到其它线路的干扰，并且在脚位设计上，通常连接差分信号线的接触指是成对配置在插拔侧两面个别成排接触指的相对应位置，顶面与底面的差分信号线也容易发出线路延伸位置重叠的干扰，这将损害在差分信号线中对于光模块资料的传输速度与准确度。此外，差分信号线的双面配置也会造成其它线路的布局空间受到排挤。
关于现有技术的一些高速传输光模块，发明专利公开号CN104467972A公开了100GQSFP28 SR4并行光收发模块，通过第一时钟数据恢复模块对 100G 电信号进行数据恢复处理，使得阵列驱动模块在对进行数据恢复处理之后的电信号继续调制解调后，能够驱动激光发射模块将电信号转换成光信号，再将光信号耦合到光纤上传输给光电转换模块，光电转换模块将接收的光信号转换成电信号，主控制端输出4路25G电信号经由光电转换模块转换成 4 路 25G并行光信号。
实用新型专利公告号CN206541049U公开了一种基于COB工艺的100GQSFP28SR4光收发模块组件，包括金属外壳、光纤接口、PCB电路、MCU控制器和COB封装； COB封装集成有驱动芯片、限幅放大器、光发射组件、光接收组件；所述光发射组件一端与所述光接收组件相连，另一端与所述驱动芯片相连，所述光接收组件的另一端与所述限幅放大器相连，所述MCU控制器一端与所述驱动芯片相连，另一端与所述限幅放大器相连。
实用新型专利公告号CN207732769U公开了一种QSFP28 SR4短距光电模块，包括：上壳体、电接口的电路板、引擎、引擎连接器、光纤、MPO连接部、光口、下壳体，所述的引擎、引擎连接器、光纤、MPO连接部、光口依次相连后设置于所述的上壳体及下壳体之间，所述的电接口的电路板具有多个穿孔，所述的引擎具有多个引脚，所述的引脚一一通过所述的穿孔形成焊点而连接于所述的电接口的电路板上。
以上现有专利前案中皆没有公开光模块的印刷电路板如何整合入差分信号线的具体线路结构。
发明专利公开号CN107896418A公开了一种光模块，用于减小差分信号线间的串扰。光模块包括印制电路板，印制电路板包括顶层、第一中间信号传输层、第二中间信号传输层和底层；信号传输层具有与其相邻层叠设置的接地层，信号传输层上设置有差分信号线对；第一中间信号传输层位于顶层和第二中间信号传输层之间，第二中间信号传输层位于第一中间信号传输层和底层之间；顶层和底层设置有金手指，顶层包括激光器驱动芯片；第一中间信号传输层和第二中间信号传输层的一端分别用盲孔与激光器驱动芯片连接，另一端用盲孔与顶层的金手指连接；第二中间信号传输层的另一端用盲孔与底层的金手指连接；底层用过孔与激光器驱动芯片连接。在有限空间内，金手指以多节分断的方式排列在板面同一侧。进一步，中间信号传输层与金手指、中间信号传输层与激光器驱动芯片均采用盲孔连接，利用盲孔分散出三种布线设计的差分信号线对，可以减轻差分信号线之间的串扰。除了盲孔内埋连接的差分信号线对，第一信号传输层(顶面差分信号线)与顶层的金手指连接，第二信号传输层(底面差分信号线)与底层的金手指连接，既有助于避免第一信号传输层上的差分信号线对第二信号传输层上的差分信号线对的集中串扰；表面的差分信号线是位于同层接地面的镂空图案中，这对于光模块运用的小型印制电路板来说并不能得到足够的机械强度，容易发生高传输光模组运作时发热的层剥离问题。随着光模组电路板结构的多层化、微小化发展趋势，如何在一个小尺寸电路板中合理分配器件安装位置并且不会发生高速传输下信号串扰的问题，是需要持续研究并改进的。
发明内容
本发明的主要目的一是提供一种高速传输光模块电路板结构，其电路结构有效整合了差分信号线，供资料数据的高速传输，同时改善了光模块应用的多层电路板结构在尺寸小型化、接地面极大化的设计下机械强度不足的现象，解决高传输光模组运作时发热导致的层剥离问题。
本发明的主要目的二是提供一种高速传输光模块电路板结构的制造方法，制得能巩固差分信号线的两侧绝缘材料的电路板结构，并整合了防串扰机构，相邻层之间结合强度更强，电路板层间材之间不易产生剥离，也能减少对差分信号线或长接导通孔的热应力集中。
本发明的主要目的三是提供一种差分信号线的防串扰方法，实现差分信号线的防串扰效果并加强差分信号线在电路板中的结构定位。
本发明的主要目的一是通过以下技术方案得以实现的：
提出一种高速传输光模块电路板结构，包括多层电路叠合体、第一排接触指、第二排接触指、长接导通孔及短接导通孔;
所述多层电路叠合体包括以隔离层分隔的传输信号层、控制信号层、电源信号层与整合线路层，各信号层之间皆以至少一所述隔离层间隔，所述隔离层包括接地面结构，所述传输信号层包括多个成对的第一差分信号线以及多个成对的第二差分信号线的第一段，所述整合线路层区分为高速传输区与低速传输区，所述整合线路层包括位于高速传输区的所述第二差分信号线的第二段以及位于低速传输区的电源线连接段、控制线连接段与接地散热岛;
所述第一排接触指设置在所述传输信号层的插拔侧,所述第一差分信号线连接至对应脚位的第一排接触指;所述第二排接触指对应于所述第一排接触指并设置在所述整合线路层的插拔侧,所述第二差分信号线的第二段连接至对应高速传输脚位的第二排接触指;
所述长接导通孔穿过所述控制信号层、所述电源信号层与所述隔离层并电连接所述第二差分信号线的第一段与第二段;所述短接导通孔电连接所述第二排接触指在高速传输脚位之外的其它部分脚位至对应的所述控制信号层、所述电源信号层，所述短接导通孔至对应连接的所述第二排接触指的距离小于所述长接导通孔至对应连接的所述第二排接触指的距离;
其中，在朝向板面的观测方向上，所述第二差分信号线的第二段往器件区的延伸是与所述第一差分信号线错位，使得所述长接导通孔规则分配在所述第一差分信号线之间的间隙或侧边;
并且，所述传输信号层还包括多个第一防串扰护柱与多个第二防串扰护柱，所述第一防串扰护柱顺着线路延伸方向成行排列在成对相邻所述第一差分信号线之间的间隙或侧边，所述第二防串扰护柱顺着线路延伸方向成行排列在所述第一差分信号线与所述第二差分信号线的第一段之间的间隙或侧边;所述整合线路层还包括多个第三防串扰护柱，顺着线路延伸方向成行排列在所述第二差分信号线的第二段的间隙或侧边，所述第一防串扰护柱、第二防串扰护柱与第三防串扰护柱皆个别外突地结合到相邻隔离层中的接地面上。
通过采用上述基础技术方案，利用传输信号层作为差分信号线的主要布线区域，利用整合线路层的高速传输区作为差分信号线分段的次要布线区域，传输信号层与整合线路层的相邻隔离层皆具有接地面结构，并且在差分信号线之间的间隙或侧边配置有多个顺着线路延伸方向成行排列的防串扰护柱，防串扰护柱皆个别外突地结合到相邻隔离层中的接地面上。在上述结构设计下，差分信号线在光模块电路板中能够得到防止信号串扰的效果，并且电路板内层与层之间结合强度更高，还起到对于差分信号线的应力保护作用。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一差分信号线与对应第一排接触指的连接处或者/以及所述第二差分信号线的第二段与对应第二排接触指的连接处形成对称收敛的斜边;优选地，所述斜边具有成对的凹陷弯曲。
可以通过采用上述优选技术方案，利用差分信号线与对应接触指的连接处的对称收敛的斜边形状，避免传输信号线的宽度突变，造成阻抗的不连续;优选地，成对的凹陷弯曲，能够减少接触指的连接处在输出输入高速传输下的资料数据时的信号反射现象。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述接地散热岛上具有反向对应光通讯芯片的无焊罩外露开口;优选地，所述传输信号层设置有多个导热通孔，热耦合至所述接地散热岛。
通过采用上述优选技术方案，利用整合线路层的接地散热岛，提供反向对应光通讯芯片的无焊罩外露开口，加速对安装在正面的光通讯芯片在电路板背面的反面对流散热，当多层电路板结构在正面与底面具有彼此互相接近的温度时，电路板运作时双面温度差的缩小能够避免多层电路叠合体的翘曲变形。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述多层电路叠合体具有两侧定位槽孔，所述整合线路层的所述高速传输区位于所述插接侧与所述两侧定位槽孔的连接线之间。
通过采用上述优选技术方案，利用定位槽孔使多层电路叠合体能够被定位在光模块的上下壳体内。两侧定位槽孔的连接线还能用来规划所述整合线路层的所述高速传输区的最大边界位置，即能限制第二差分信号线的第二段的布线区域在接触指与两侧定位槽孔的连接线之间，达到第二差分信号线的分区管理。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述器件区包括光通讯芯片安装区、微控制芯片安装区、功率MOS管安装区、电源芯片安装区，所述光通讯芯片安装区位于所述传输信号层中，所述微控制芯片安装区、所述功率MOS管安装区与所述电源芯片安装区位于所述整合线路层的所述低速传输区中。
通过采用上述优选技术方案，利用光通讯芯片安装区、微控制芯片安装区、功率MOS管安装区、电源芯片安装区的位置优选配置，达到基于高低速信号分隔设计下对电路板结构双面器件安装的分面管理。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述隔离层包括位于所述传输信号层与所述控制信号层之间的接地参考层、位于所述控制信号层与所述电源信号层之间的第一接地面层以及位于所述电源信号层与所述整合线路层之间的第二接地面层;优选地，所述多层电路叠合体还包括位于与所述第一接地面层与所述电源信号层之间的I2C信号层。
通过采用上述优选技术方案，利用在各信号层之间隔离层的具体化结构，第一防串扰护柱与第二防串扰护柱能较短路径结合至接地参考层，第三防串扰护柱能较短路径结合至第二接地面层，上下部护柱的分布可以不互相干涉，相比于包裹线路的接地图案，可以不过多干扰其它信号层的布线设计。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述长接导通孔的周围设置有与孔平行向延伸的多个第四防串扰护柱，贯穿地结合到所述隔离层中的接地面，用于巩固周边绝缘材料。
通过采用上述优选技术方案，利用长接导通孔的周围设置的第四防串扰护柱，增加分段差分信号线之间连接的导通孔的防串扰效果，同时避免在热应力下造成长接导通孔的断裂。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传输信号层包括多个第一保护元件区与多个第二保护元件区，所述第一保护元件区分断所述第一差分信号线为接触指连接段与第一器件连接段，所述第二保护元件区分断所述第二差分信号线的第一段为中间段与第二器件连接段;优选地，所述长接导通孔、所述第二保护元件区与所述第一保护元件区为Z字形交错配置，所述第一保护元件区相对于所述第二保护元件区更接近所述第一排接触指，所述第一保护元件区大致位于Z字形斜杆的中间位置，Z字形横杆两端设置所述长接导通孔与所述第二保护元件区;更优选地，所述第四防串扰护柱在位置对应上与部分的所述第一防串扰护柱或/与所述第二防串扰护柱重叠合一。
通过采用上述优选技术方案，利用长接导通孔、第二保护元件区与第一保护元件区的设置，使第二差分信号线的第一段中间段仍有一定的延伸长度，例如电容器的保护元件可在足够表面安装的距离下接合于第一保护元件区与第二保护元件区，并有利于电路板顶面的图案化焊罩覆盖。
本发明的主要目的二是通过以下技术方案得以实现的：
提出一种用于制造如上所述任一技术方案的高速传输光模块电路板结构的方法，其中所述多层电路叠合体的制作步骤包括层叠压法或增层法;优选的是，所述层叠压法包括:将位于PCB顶面的所述传输信号层与若干相邻层叠压成所述多层电路叠合体的上半叠合体;将位于PCB底面的所述整合线路层与若干相邻层叠压成所述多层电路叠合体的下半叠合体;之后再将所述上半叠合体与所述半叠合体叠压成所述多层电路叠合体;更优选的是，在叠压成多层电路叠合体之后还包括:焊罩覆漆处理并无焊罩外露接地散热岛。
通过采用上述技术方案，优选利用多层电路叠合体区分为上下部分离的预叠合，传输信号层与整合线路层的对位标记可以保留到上下半叠合体的叠压，可以提高线路图案叠层的对准度，制程良率能够有效提高。
本发明的主要目的三是通过以下技术方案得以实现的：
提出一种差分信号线的防串扰方法，包括:在多组成对的差分信号线之间设置第一防串扰护柱，所述第一防串扰护柱顺着线路延伸方向成行排列并个别外突地结合到相邻隔离层中的接地面上;当所述差分信号线分段形成在电路板的不同层中，以导通孔穿过所述电路板的隔离层并电连接所述差分信号线的第一段与第二段，所述导通孔的周围另设置有与孔平行向延伸的多个第二防串扰护柱，贯穿地结合到所述隔离层中的接地面，用于巩固周边绝缘材料;优选的是，还包括:焊罩覆盖差分信号线与第一第二防串扰护柱。
通过采用上述技术方案，利用防串扰护柱的位置配置与结合关系，加强差分信号线的防串扰效果。
本发明的其它目的还提出一种光模块，如上所述任一技术方案的一种高速传输光模块电路板结构，具有合理的器件分配设计，使电路板的尺寸能进一步缩小且不会发生高速传输下的信号串扰问题;优选地，安装在所述多层电路叠合体的顶面包括光通讯芯片与光讯号收发器，安装在所述多层电路叠合体的底面包括微控制芯片、功率MOS管与电源芯片。更优选地，所述传输信号层提供所述多层电路叠合体的COB表面，供在所述多层电路叠合体的顶面的直接芯片安装，所述整合线路层提供所述多层电路叠合体的SMT表面，供在所述多层电路叠合体的底面的器件安装。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.提供一种能防止串扰现象且层剥离发生的高速传输光模块电路板结构；
2.在双面的多排接触指中连接出差分信号线，保护分段设计的差分信号线不受到热应力的断裂影响；
3.有利于安装在电路板顶面的光通讯芯片的背面散热，减轻多层电路叠合体的翘曲；
4.实现安装在高速传输光模块电路板结构双面的器件合理有效率的配置，例如电路板顶面可以是COB表面，底面可以是SMT表面，而差分信号线分面分段分区的结构形态，隔离出非用于高速资料传输的线路图案区，配置在传输信号层内面与整合线路层内面隔离层之间的中间信号层以及配置在整合线路层的低速传输区，借此消除低速传输信号线路对差分信号线的信号串扰现象。
附图说明
图1绘示本发明第一较佳实施例具有电路板结构的高速传输光模块的分解立体示意图；
图2绘示该高速传输光模块在其电路板结构的顶面示意图；
图3绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第一层的传输信号层示意图；
图4绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第二层的接地参考层(第一隔离层)示意图；
图5绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第三层的控制信号层示意图；
图6绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第四层的第一接地面层(第二隔离层)示意图；
图7绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第五层的I2C信号层示意图;
图8绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第六层的电源信号层(第三隔离层)示意图;
图9绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第七层的第二接地面层(第四隔离层)示意图；
图10绘示该高速传输光模块电路板结构由顶面起算第八层的整合线路层示意图；
图11与图12分别绘示该高速传输光模块电路板结构在插拔侧两面的脚位定义示意图；
图13绘示该高速传输光模块电路板结构的底面示意图；
图14绘示本发明第二较佳实施例的一种高速传输光模块电路板结构的示例制造方法的方块流程图；
图15绘示本发明第三较佳实施例的一种差分信号线的防串扰方法的方块流程图。
附图标记: 1、多层电路叠合体; 1A、插拔侧; 1B、定位槽孔; 10、传输信号层;11、第一差分信号线; 12、第二差分信号线的第一段; 13、第一防串扰护柱; 14、第二防串扰护柱; 15、 凹陷弯曲; 16、第一导热通孔; 17、第二接地散热岛; 10A、光通讯芯片安装区;10B、第一保护元件区; 10C、第二保护元件区; 20、接地参考层; 21、接地面; 30、控制信号层; 31、接地图案; 32、控制信号线; 40、第一接地面层; 41、接地面; 50、I2C信号层; 51、接地图案; 52、I2C信号线; 60、电源信号层; 61、接地图案; 62、63、电源图案; 70、第二接地面层; 71、接地面; 80、整合线路层; 81、高速传输区; 82、低速传输区; 83、第二差分信号线的第二段; 84、电源线连接段; 85、控制线连接段; 86、第一接地散热岛; 87、第三防串扰护柱; 88、无焊罩外露开口; 89、第二导热通孔; 82A、微控制芯片安装区; 82B、功率MOS管安装区; 82C、电源芯片安装区; 91、第一排接触指; 92、第二排接触指; 93、长接导通孔; 94、短接导通孔; 95、第四防串扰护柱; 111、光通讯芯片; 112、光讯号收发器;121、微控制芯片;122、功率MOS管;123、电源芯片; 131、上壳体;132、下上壳体;133、拉环;141、光纤接口;142、光讯号传输线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作为理解本发明的发明构思一部分实施例，而不能代表全部的实施例，也不作唯一实施例的解释。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在理解本发明的发明构思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内。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
为了更方便理解本发明的技术方案,以下将本发明的高速传输光模块电路板结构及其制造方法、防串扰方法做进一步详细描述与解释，但不作为本发明限定的保护范围。
在此先对各用词进行解释说明，在板面水平上，排方向是同向于光模组插拔侧侧缘的方向，行方向是垂直于或接近于垂直的排方向，通常是与光模组插拔方向相同或略为倾斜(偏向斜度不大于45度的弯曲段)的一致。光模组通常是长条形，其一端是光纤接口，另一端是与通信设备结合的插拔接口。「长接」是指与连接物的距离较远; 「短接」是指与连接物的距离较近。线间隙是指线与线之间的无布线空间; 线侧边是指所有线视为一个集合体之后，在集合体两外侧中的一个或两个的无布线空间。「规则分配」是指有规则的分布配置，例如单线性排布或多线性排布，不是杂乱的随机位置分配。顺着线路延伸方向的排列是指多个所指定物件的排列路径与相邻线路的线延伸路径是一致的，例如某段线路是线性，相邻物件(具体是防串扰护柱)的多个也是依照某段线路相邻的平行虚拟线进行排列;当某段线路是弯曲，相邻物件(具体是防串扰护柱)的多个也是弯曲排列，多个相邻物件距离至用于顺从排列的标的线路段的最短距离是控制在一个可容许的目标值范围内。「对应」的关系包括信号对应、位置对应、数量对应与尺寸对应中的一种或多种，应当依照两个相对应物(或物群)的客观技术情况作合理解释。「高速传输区」，通常是指电路板的电路层中需要配置供高速传输资料的差分信号线的某一集中区域;「低速传输区」，通常是指电路板的电路层中不需要配置供高速传输资料的差分信号线的另一集中区域，在同一层面上高速传输区与低速传输区不相重叠。「护柱」指固定在某线段两侧并且突出于被结合或被贯穿的底层(具体是接地面)的硬质柱体物，通常硬度大于周边绝缘材料，用于减轻或分担外部信号与应力对被保护线路段的有害影响;护柱通常是由金属材料制成或由包括导电材料的硬质复合材料所构成。
本发明以下示例中例举的电路板结构是适用于高速传输光模块，例如100GQSFP28 SR4光模块，但不限定的，在相同发明构思下也可以应用于其它类型的光模块。
图1绘示本发明第一较佳实施例具有电路板结构的高速传输光模块的分解立体示意图；图2绘示该高速传输光模块在其电路板结构的顶面示意图。本发明一示例的高速传输光模块电路板结构的主体包括多层电路叠合体1，安装在光模块的上壳体131与下壳体132中。多层电路叠合体1具有位于一较短侧的插拔侧1A与位于两较长侧的定位槽孔1B，所述插拔侧1A用于插拔方式电连接到具有插接安装孔的通信设备，所述插拔侧1A在顶面配置有第一排接触指91，在底面也可配置有成排接触指(容后详述);所述定位槽孔1B用于定位所述多层电路叠合体1在上壳体131与下壳体132中。多层电路叠合体1的顶面安装有光通讯芯片111，多层电路叠合体1的顶面在相对远离所述插拔侧1A的另一较短侧安装有光讯号收发器112，光讯号收发器112用于将收到的高速信号传递到所述光通讯芯片111。光讯号传输线142连接所述光讯号收发器112以及位于光模块一端连接光纤的光纤接口141。光纤接口141出设置有拉环133，以利由通信设备插拔出所述光模块。该光模块具体可以是100G QSFP28SR4光模块。
在本具体实施例中但不限定地，多层电路叠合体1可为八层电路结构，由顶面至底面的电路层结构分别见于图3至图10。其中，图3绘示由顶面起算第一层的传输信号层示意图；图4绘示第二层的接地参考层(第一隔离层)示意图；图5绘示第三层的控制信号层示意图；图6绘示第四层的第一接地面层(第二隔离层)示意图；图7绘示第五层的I2C信号层示意图;图8绘示第六层的电源信号层(第三隔离层)示意图;图9绘示第七层的第二接地面层(第四隔离层)示意图；图10绘示第八层的整合线路层示意图。
本示例提供的一种高速传输光模块电路板结构包括多层电路叠合体1、位于顶面一侧的第一排接触指91(如图3所示)、位于底面一侧且位置对应第一排接触指91的第二排接触指92(如图10所示)、贯穿所述多层电路叠合体1的长接导通孔93以及邻靠于接触指的短接导通孔94(如图3、10所示)。
所述多层电路叠合体1包括以隔离层分隔的传输信号层10、控制信号层30、电源信号层60与整合线路层80，各信号层之间皆以至少一所述隔离层间隔，所述隔离层包括接地面结构。如图3所示，所述传输信号层10包括多个成对的第一差分信号线11以及多个成对的第二差分信号线的第一段12。如图10所示，所述整合线路层80区分为高速传输区81与低速传输区82，所述整合线路层80包括位于高速传输区81的所述第二差分信号线的第二段83以及位于低速传输区82的电源线连接段84、控制线连接段85与第一接地散热岛86。
再如图3所示，所述第一排接触指91设置在所述传输信号层10的插拔侧1A,所述第一差分信号线11连接至对应脚位的第一排接触指91;再如图10所示，所述第二排接触指92对应于所述第一排接触指91并设置在所述整合线路层80的插拔侧1A,所述第二差分信号线的第二段83连接至对应高速传输脚位的第二排接触指92。
由图3与图10观测长接导通孔93的位置并对照图5、图7，所述长接导通孔93穿过所述控制信号层30、所述电源信号层60与所述隔离层并电连接所述第二差分信号线的第一段12与第二段83。另参阅图10，所述短接导通孔94电连接所述第二排接触指92在高速传输脚位之外的其它部分脚位至对应的所述控制信号层30、所述电源信号层60，所述短接导通孔94至对应连接的所述第二排接触指92的距离小于所述长接导通孔93至对应连接的所述第二排接触指92的距离。
其中，在朝向板面的观测方向上，所述第二差分信号线的第二段83往器件区的延伸是与所述第一差分信号线11错位，使得所述长接导通孔93规则分配在所述第一差分信号线11之间的间隙或侧边。
并且，如图3所示，所述传输信号层10还包括多个第一防串扰护柱13与多个第二防串扰护柱14，所述第一防串扰护柱13顺着线路延伸方向成行排列在成对相邻所述第一差分信号线11之间的间隙或侧边，所述第二防串扰护柱14顺着线路延伸方向成行排列在所述第一差分信号线11与所述第二差分信号线的第一段12之间的间隙或侧边;如图10所示，所述整合线路层80还包括多个第三防串扰护柱87，顺着线路延伸方向成行排列在所述第二差分信号线的第二段83的间隙或侧边，所述第一防串扰护柱13、第二防串扰护柱14与第三防串扰护柱87皆个别外突地结合到相邻隔离层中的接地面上。具体来说，所述第一防串扰护柱13、第二防串扰护柱14是结合到如图4所示接地参考层20的接地参考面21; 第三防串扰护柱87是结合到如图9所示第二接地层70的接地面71。
本发明示例中的基础实施原理是:利用传输信号层10作为差分信号线的主要布线区域，利用整合线路层80的高速传输区81作为差分信号线分段的次要布线区域，传输信号层10与整合线路层80的相邻隔离层皆具有接地面结构，并且在差分信号线11,12,83之间的间隙或侧边配置有多个顺着线路延伸方向成行排列的防串扰护柱13,14,87，防串扰护柱13,14,87皆个别外突地结合到相邻隔离层中的接地面21,71上。在上述结构设计下，差分信号线11,12,83在光模块电路板中能够得到防止信号串扰的效果，并且电路板内层与层之间结合强度更高，还起到对于差分信号线的应力保护作用。
参阅图3，在一较佳示例中，所述传输信号层10可作为电路板结构在安装光通讯芯片的顶面电路层，利用差分信号线，传输信号层10主要走4X25G 高速信号线，实际产品中具体有八对的差分信号线，用于高速传输资料的信号线的差分阻抗精准控住到 100ohm；同时，沿着差分信号线侧边配置的第一防串扰护柱13与第二防串扰护柱14优选是串接两层的接地面，但不是贯穿整个多层电路叠合体1，以减小回流面积。
参阅图3与图10，在一较佳示例中，所述第一差分信号线11与对应第一排接触指91的连接处或者/以及所述第二差分信号线的第二段83与对应第二排接触指92的连接处形成对称收敛的斜边;优选地，所述斜边具有成对的凹陷弯曲15。因此，利用差分信号线与对应接触指的连接处的对称收敛的斜边形状，避免传输信号线的宽度突变，造成阻抗的不连续;优选地，利用成对的凹陷弯曲15，能够减少接触指的连接处在输出输入高速传输下的资料数据时的信号反射现象。
参阅图10与图13，分别表示整合线路层80(对应到电路板的底面)在安装器件之前与安装之后的状态，在一较佳示例中，所述第一接地散热岛86上具有反向对应光通讯芯片的无焊罩外露开口88;优选地，配合参阅图3，所述传输信号层10设置有多个第一导热通孔16，热耦合至所述第一接地散热岛86。因此，利用整合线路层80的第一接地散热岛86，提供反向对应光通讯芯片的无焊罩外露开口88，加速对安装在正面的光通讯芯片在电路板背面的反面对流散热，当多层电路板结构在正面与底面具有彼此互相接近的温度时，电路板运作时双面温度差的缩小能够避免多层电路叠合体1的翘曲变形。
再参阅图3，所述传输信号层10除了可以配置多个第一导热通孔16在所述光通讯芯片安装区10A内，所述传输信号层10还可以包括第二接地散热岛17，位置对应于所述整合线路层80的微控制芯片安装区82A;参阅图10，所述整合线路层80设置有多个第二导热通孔89，热耦合至所述第二接地散热岛17，借以形成双向双面的导热散热效果。所述第二接地散热岛17对准于光讯号收发器的安装位置优选也是无焊罩覆盖，以利光讯号收发器112的安装。
参阅图10，在一较佳示例中，所述整合线路层80的所述高速传输区81位于所述插接侧与所述两侧定位槽孔1B的连接线之间。因此，利用定位槽孔1B使多层电路叠合体1能够被定位在光模块的上下壳体内。两侧定位槽孔1B的连接线还能用来规划所述整合线路层80的所述高速传输区81的最大边界位置，即能限制第二差分信号线的第二段83的布线区域在接触指与两侧定位槽孔1B的连接线之间，达到第二差分信号线的分区管理。
参阅图3与图10，在一较佳示例中，所述器件区包括光通讯芯片安装区10A、微控制芯片安装区82A、功率MOS管安装区82B、电源芯片安装区82C，所述光通讯芯片安装区10A位于所述传输信号层10中，所述微控制芯片安装区82A、所述功率MOS管安装区82B与所述电源芯片安装区82C位于所述整合线路层80的所述低速传输区82中。因此，利用光通讯芯片安装区10A、微控制芯片安装区82A、功率MOS管安装区82B、电源芯片安装区82C的位置优选配置，达到基于高低速信号分隔设计下对电路板结构双面器件安装的分面管理。
由图3至图10的叠压排列次序，在一较佳示例中，所述隔离层包括位于所述传输信号层10与所述控制信号层30之间的接地参考层20、位于所述控制信号层30与所述电源信号层60之间的第一接地面层40以及位于所述电源信号层60与所述整合线路层80之间的第二接地面层70;优选地，所述多层电路叠合体1还包括位于与所述第一接地面层40与所述电源信号层60之间的I2C信号层50。因此，利用在各信号层之间隔离层的具体化结构，第一防串扰护柱13与第二防串扰护柱14能较短路径结合至接地参考层20，第三防串扰护柱87能较短路径结合至第二接地面层70，上下部护柱的分布可以不互相干涉，相比于包裹线路的接地图案，可以不过多干扰其它信号层的布线设计。
参阅图4，所述接地参考层20的一个具体化结构中，所述接地参考层20包括一个大面积的接地面21，为了保证高速传输信号的高质量传输，此层做为一个整片地，优选不走其他电源信号线或者资料传输信号线，为了减少顶层信号造成发射和接收之间的串扰，在两组信号线的对应地平面之间，接地面21在差分信号线的配置区域形成有切割裂缝(如图3所示下半部位的纵向缝隙)。参阅图6与图9，第一接地面层40与第二接地面层70也各包括有一个大面积的接地面41,71，第一接地面层40用于隔离高速传输信号和电源结构，减小电源对高速传输信号的噪声干扰。第二接地面层70用于隔离非高速信号层和电源结构。参阅图5，控制信号层30具体包括较长绕线延伸的控制信号线32以及以挖空区包裹所述控制信号线32的接地图案31，此层为走线层，主要走低速控制信号线。参阅图7，I2C信号层50具体包括较长绕线延伸的I2C信号线52以及以挖空区包裹所述I2C信号线52的接地图案51，I2C总线具体是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，是基于I2C通信协议的资料传输线。参阅图8，电源信号层60具体包括多区块条状延伸的电源图案62,63与间隔围绕所述电源图案62,63的接地图案61。电源图案62与63的区别是采用了不同的工作电压。电源信号层60主要用于布局光模块的电源走线，电源图案62,63上下方左右旁边都有配置接地层结构，保持较为完整的电源，减小电源噪声，减少对信号的辐射干扰。
观察长接导通孔93在图3至图10的配置位置，在一较佳示例中，所述长接导通孔93的周围设置有与孔平行向延伸的多个第四防串扰护柱95，贯穿地结合到所述隔离层中的接地面21,71，用于巩固周边绝缘材料。因此，利用长接导通孔93的周围设置的第四防串扰护柱95，增加分段差分信号线之间连接的导通孔的防串扰效果，同时避免在热应力下造成长接导通孔93的断裂。所述长接导通孔93在除了所述传输信号层10与所述整合线路层80以外的其它层在长接导通孔93周边区域形成较大尺寸的避让孔，防止与控制线、电源线及内层接地结构形成串接。而所述第四防串扰护柱95可以配置在所述避让孔的角隅处。
再参阅图3，在一较佳示例中，所述传输信号层10包括多个第一保护元件区10B与多个第二保护元件区10C，所述第一保护元件区10B分断所述第一差分信号线11为接触指连接段与第一器件连接段，所述第二保护元件区10C分断所述第二差分信号线的第一段12为中间段与第二器件连接段;优选地，所述长接导通孔93、所述第二保护元件区10C与所述第一保护元件区10B为Z字形交错配置，所述第一保护元件区10B相对于所述第二保护元件区10C更接近所述第一排接触指91，所述第一保护元件区10B大致位于Z字形斜杆的中间位置，Z字形横杆两端设置所述长接导通孔93与所述第二保护元件区10C;更优选地，所述第四防串扰护柱95在位置对应上与部分的所述第一防串扰护柱13或/与所述第二防串扰护柱14重叠合一。因此，利用长接导通孔93、第二保护元件区10C与第一保护元件区10B的设置，使第二差分信号线的第一段12中间段仍有一定的延伸长度，例如电容器的保护元件可在足够表面安装的距离下接合于第一保护元件区10B与第二保护元件区10C，并有利于电路板顶面的图案化焊罩覆盖。此外，焊罩覆盖可以避免长接导通孔93与邻近所述第四防串扰护柱95受到污染粉尘粒子掉落板面时引发的信号短接，同时也能防止防串扰护柱13,14,87与相邻差分信号线的信号短接。
图11与图12分别绘示该高速传输光模块电路板结构在插拔侧1A两面的脚位定义。在图11中，第一排接触指91中连接有电容的较长线路即是资料高速传输脚位，包括4组成对的TX2N_D、TX2P_D、TX4N_D、TX4P_D、RX3P_D、RX3N_D、RX1P_D、RX1N_D，对应脚位标号是2与3一组、5与6一组、14与15一组、17与18一组，在所述传输信号层10上共有4组成对配置的第一差分信号线11。在图12中，第二排接触指92中连接有电容的较长线路也是资料高速传输脚位，包括4组成对的TX1N_D、TX1P_D、TX3N_D、TX3P_D、RX4P_D、RX4N_D、RX2P_D、RX2N_D，对应脚位标号是37与36一组、34与33一组、25与24一组、22与21一组，在所述整合线路层80上共有4组成对配置的第二差分信号线的第二段83。其中在位置关系上，第一排接触指91中脚位标号2与3分别与第二排接触指92中脚位标号37与36是纵向对应。
图13绘示该高速传输光模块电路板结构安装有器件后的底面示意图。本发明的其它实施例还提出一种光模块，如上所述任一技术方案的一种高速传输光模块电路板结构，具有合理的器件分配设计，使电路板的尺寸能进一步缩小且不会发生高速传输下的信号串扰问题;优选地，安装在所述多层电路叠合体1的顶面包括光通讯芯片111与光讯号收发器112，安装在所述多层电路叠合体1的底面包括微控制芯片121、功率MOS管122与电源芯片123。更优选地，所述传输信号层10提供所述多层电路叠合体1的COB表面，供在所述多层电路叠合体1的顶面的直接芯片安装，所述整合线路层80提供所述多层电路叠合体1的SMT表面，供在所述多层电路叠合体1的底面的器件安装。COB是Chip-On-Board的简称,表示芯片可以直接安装在电路板上; SMT是Surface Mounting Technology的简称,表示一种利用焊接达到器件安装的技术，器件通常是已封装好芯片并具有焊接端点的封装构造。光通讯芯片111具体是100G 光芯片，由于光通讯芯片111优选是直接安装在电路板上，在光通讯芯片安装区10A的侧边设置有用以与驱动电源芯片电连接的接合区域，采用芯片粘贴与打线技术(die bond & wire bond)，使光电芯片直接贴附式粘贴在电路板上(完成光电芯片在PCB上的直接绑定)，区别于传统的箱型(BOX)封装，能减少器件成本，减少生产工艺，节省了显著的布局空间，还有利于散热到电路板的背面。在光讯号收发器112的安装区域，由于需要放置透镜，优选不再做元器件布局，主要铺铜皮，不覆盖绿油，充分和空气接触，利于PCBA的散热和光芯片的稳定工作，也就是说，第二接地散热岛17是无焊罩外露的。
本发明的第二实施例提出一种用于制造如上所述任一示例的高速传输光模块电路板结构的方法，其中所述多层电路叠合体1的制作步骤包括层叠压法或增层法。优选的制程步骤可参阅图14，所述层叠压法包括:
S1:将位于PCB顶面的所述传输信号层10与若干相邻层(例如接地参考层20、控制信号层30与第一接地面层40)叠压成所述多层电路叠合体1的上半叠合体;
S2:将位于PCB底面的所述整合线路层80与若干相邻层(例如第二接地面层70、电源信号层60与I2C信号层50叠压成所述多层电路叠合体1的下半叠合体;
S3:之后再将所述上半叠合体与所述半叠合体叠压成所述多层电路叠合体1;
S4: 作为一个优选具体步骤，之后可利用焊罩覆漆处理在电路板的顶面与底面，并且焊罩层的图案是无焊罩外露第一接地散热岛86的中间部位;优选地，无焊罩外露部位还包括第二接地散热岛17的中间部位。
因此，优选利用多层电路叠合体1区分为上下部分离的预叠合，传输信号层10与整合线路层80的对位标记可以保留到上下半叠合体的叠压，可以提高线路图案叠层的对准度，制程良率能够有效提高。
参阅图15，本发明的第三实施例提出一种差分信号线的防串扰方法，包括以下步骤:
S11:在多组成对的差分信号线11之间设置第一防串扰护柱13,14，所述第一防串扰护柱13,14顺着线路延伸方向成行排列并个别外突地结合到相邻隔离层中的接地面21上; 所述隔离层具体可包括接地参考层20、第二接地面层70;
S12:当所述差分信号线分段形成在电路板的不同层中，以导通孔93穿过所述电路板的隔离层并电连接所述差分信号线的第一段12与第二段83;
S13:所述导通孔93的周围另设置有与孔平行向延伸的多个第二防串扰护柱95，贯穿地结合到所述隔离层中的接地面21,71，用于巩固周边绝缘材料;因此，利用防串扰护柱的位置配置与结合关系，加强差分信号线的防串扰效果;
S14:作为一个优选具体步骤，焊罩覆盖差分信号线与第一防串扰护柱13,14与第二防串扰护柱95，使得防串扰护柱为埋入式，不改变电路板结构的外观形状与颜色。
所述第一防串扰护柱13,14还能起到高速信号回流的作用，其中一主要作用是增加防反射回流路径；所述第二防串扰护柱95具有高速差分信号换层孔周围的回流作用，除了增加回流路径外，还起到的保持阻抗连续性的作用，两者直径和固定结合面的大小，需要仿真后适配。具体来说，防串扰护柱13,14,95的形状基本上是圆柱体，直径约为相邻差分信号线的线径1～3倍，防串扰护柱彼此相邻的间隙约为防串扰护柱的直径0.5～5倍，防串扰护柱顺着线路延伸排列的方式构成了护卫差分信号线的两侧边的虚拟护卫线。
本具体实施方式的实施例均作为方便理解或实施本发明技术方案的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应被涵盖于本发明的请求保护范围内。

Claims (19)

1.一种高速传输光模块电路板结构，其特征在于，包括：
多层电路叠合体(1),包括以隔离层分隔的传输信号层(10)、控制信号层(30)、电源信号层(60)与整合线路层(80)，各信号层之间皆以至少一所述隔离层(20,40,70)间隔，所述隔离层(20,40,70)包括接地面结构，所述传输信号层(10)包括多个成对的第一差分信号线(11)以及多个成对的第二差分信号线的第一段(12)，所述整合线路层(80)区分为高速传输区(81)与低速传输区(82)，所述整合线路层(80)包括位于高速传输区(81)的所述第二差分信号线的第二段(83)以及位于低速传输区(82)的电源线连接段(84)、控制线连接段(85)与接地散热岛(86);
第一排接触指(91),设置在所述传输信号层(10)的插拔侧(1A),所述第一差分信号线(11)连接至对应脚位的第一排接触指(91);
第二排接触指(92),对应于所述第一排接触指(91)并设置在所述整合线路层(80)的插拔侧(1A),所述第二差分信号线的第二段(83)连接至对应高速传输脚位的第二排接触指(92);
长接导通孔(93),穿过所述控制信号层(30)、所述电源信号层(60)与所述隔离层(20,40,70)并电连接所述第二差分信号线的第一段(12)与第二段(83);
短接导通孔(94),电连接所述第二排接触指(92)在高速传输脚位之外的其它部分脚位至对应的所述控制信号层(30)、所述电源信号层(60)，所述短接导通孔(94)至对应连接的所述第二排接触指(92)的距离小于所述长接导通孔(93)至对应连接的所述第二排接触指(92)的距离;
其中，在朝向板面的观测方向上，所述第二差分信号线的第二段(83)往器件区的延伸是与所述第一差分信号线(11)错位，使得所述长接导通孔(93)规则分配在所述第一差分信号线(11)之间的间隙或侧边;
并且，所述传输信号层(10)还包括多个第一防串扰护柱(13)与多个第二防串扰护柱(14)，所述第一防串扰护柱(13)顺着线路延伸方向成行排列在成对相邻所述第一差分信号线(11)之间的间隙或侧边，所述第二防串扰护柱(14)顺着线路延伸方向成行排列在所述第一差分信号线(11)与所述第二差分信号线的第一段(12)之间的间隙或侧边;所述整合线路层(80)还包括多个第三防串扰护柱(87)，顺着线路延伸方向成行排列在所述第二差分信号线的第二段(83)的间隙或侧边，所述第一防串扰护柱(13)、第二防串扰护柱(14)与第三防串扰护柱(87)皆个别外突地结合到相邻隔离层(20,70)中的接地面(21,71)上。
2.根据权利要求1所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述第一差分信号线(11)与对应第一排接触指(91)的连接处或者/以及所述第二差分信号线的第二段(83)与对应第二排接触指(92)的连接处形成对称收敛的斜边。
3.根据权利要求2所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述斜边具有成对的凹陷弯曲(15)。
4.根据权利要求1所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述接地散热岛(86)上具有反向对应光通讯芯片的无焊罩外露开口(88)。
5.根据权利要求4所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述传输信号层(10)设置有多个导热通孔(16)，热耦合至所述接地散热岛(86);或者/以及，所述多层电路叠合体(1)具有两侧定位槽孔(1B)，所述整合线路层(80)的所述高速传输区(81)位于所述高速传输光模块电路板结构的插接侧与所述两侧定位槽孔(1B)的连接线之间。
6.根据权利要求1所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述器件区包括光通讯芯片安装区(10A)、微控制芯片安装区(82A)、功率MOS管安装区(82B)、电源芯片安装区(82C)，所述光通讯芯片安装区(10A)位于所述传输信号层(10)中，所述微控制芯片安装区(82A)、所述功率MOS管安装区(82B)与所述电源芯片安装区(82C)位于所述整合线路层(80)的所述低速传输区(82)中。
7.根据权利要求1所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述隔离层(20,40,70)包括位于所述传输信号层(10)与所述控制信号层(30)之间的接地参考层(20)、位于所述控制信号层(30)与所述电源信号层(60)之间的第一接地面层(40)以及位于所述电源信号层(60)与所述整合线路层(80)之间的第二接地面层(70)。
8.根据权利要求7所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述多层电路叠合体(1)还包括位于与所述第一接地面层(40)与所述电源信号层(60)之间的I2C信号层(50)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述长接导通孔(93)的周围设置有与孔平行向延伸的多个第四防串扰护柱(95)，贯穿地结合到所述隔离层(20,40, 70)中的接地面(21,41,71)，用于巩固周边绝缘材料。
10.根据权利要求9所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述传输信号层(10)包括多个第一保护元件区(10B)与多个第二保护元件区(10C)，所述第一保护元件区(10B)分断所述第一差分信号线(11)为接触指连接段与第一器件连接段，所述第二保护元件区(10C)分断所述第二差分信号线的第一段(12)为中间段与第二器件连接段。
11.根据权利要求10所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述长接导通孔(93)、所述第二保护元件区(10C)与所述第一保护元件区(10B)为Z字形交错配置，所述第一保护元件区(10B)相对于所述第二保护元件区(10C)更接近所述第一排接触指(91)，所述第一保护元件区(10B)大致位于Z字形斜杆的中间位置。
12.根据权利要求11所述的高速传输光模块电路板结构，其特征在于，所述第四防串扰护柱(95)在位置对应上与部分的所述第一防串扰护柱(13)或/与所述第二防串扰护柱(14)重叠合一。
13.一种如权利要求1-12任一项所述的高速传输光模块电路板结构的制造方法，其特征在于，形成所述多层电路叠合体(1)的制作步骤包括层叠压法或增层法;所述层叠压方法包括:将位于PCB顶面的所述传输信号层(10)与若干相邻层叠压成所述多层电路叠合体(1)的上半叠合体;将位于PCB底面的所述整合线路层(80)与若干相邻层叠压成所述多层电路叠合体(1)的下半叠合体;之后再将所述上半叠合体与所述半叠合体叠压成所述多层电路叠合体(1)。
14.根据权利要求13所述的高速传输光模块电路板结构的制造方法，其特征在于，在叠压成多层电路叠合体之后还包括:焊罩覆漆处理并无焊罩外露接地散热岛。
15.一种差分信号线的防串扰方法，其特征在于，包括:在多组成对的差分信号线(11,12,83)之间设置第一防串扰护柱(13,14,15)，所述第一防串扰护柱(13)顺着线路延伸方向成行排列并个别外突地结合到相邻隔离层(20,70)中的接地面(21,71)上;当所述差分信号线分段形成在电路板的不同层中，以导通孔(93)穿过所述电路板的隔离层(20,70)并电连接所述差分信号线的第一段(12)与第二段(83)，同时在所述导通孔(93)的周围另设置有与孔平行向延伸的多个第二防串扰护柱(95)，贯穿地结合到所述隔离层(20,70)中的接地面(21,71)，用于巩固周边绝缘材料。
16.根据权利要求15所述的差分信号线的防串扰方法，其特征在于，还包括:焊罩覆盖差分信号线与第一第二防串扰护柱(13,14,15,95)。
17.一种光模块，其特征在于，包括:如权利要求1-12任一项所述的一种高速传输光模块电路板结构。
18.根据权利要求17所述的光模块，其特征在于，安装在所述多层电路叠合体(1)的顶面包括光通讯芯片(111)与光讯号收发器(112)，安装在所述多层电路叠合体(1)的底面包括微控制芯片(121)、功率MOS管(122)与电源芯片(123)。
19.根据权利要求18所述的光模块，其特征在于，所述传输信号层(10)提供所述多层电路叠合体(1)的COB表面，供在所述多层电路叠合体(1)的顶面的直接芯片安装，所述整合线路层(80)提供所述多层电路叠合体(1)的SMT表面，供在所述多层电路叠合体(1)的底面的器件安装。
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