基于柔性电路板的高速光器件及封装方法与流程

本发明涉及一种光器件封装设计。更具体地说，本发明涉及一种用在高速光器件封装情况下的基于柔性电路板的高速光器件及封装方法。

背景技术：

在高速光器件封装的方案中，通常有cob封装(板上芯片封装chipsonboard)、c0c封装(瓷质基板上芯片贴装chiponcarrier)等方案。

cob的封装方案是直接将光芯片、驱动芯片等集成封装到pcb板上，芯片通过焊接金线与pcb上的焊盘进行连接，具有芯片打线距离短、光电一体集成封装、成本低等优势，其缺点在于：

1、芯片贴在pcb板上，pcb板的材质受限，其导热率低，散热效果差；

2、由于电路板上的元器件形状不规则、难以实现严密的气密封装，未气密封装充氮的光芯片暴露在高温且有氧环境下易氧化老化，影响光器件的可靠性及寿命，故一般运用于短距离传输的应用中；

coc的封装方案是将光芯片封装到陶瓷热基板上，陶瓷基板贴在导热率很好的金属壳体上，通过封装壳体的内部电极与芯片之间通过金线打线连接，具有封装结构稳定、通过陶瓷热沉导热性能好、气密性好等优点，其缺点在于：

贴片位置和打线位置受限于陶瓷热沉和芯片贴装的位置，通常打线距离较长，存在多级阶梯打线的情况，由于多次打线会产生很多金线的连接节点，高频信号传输时产生的信号反射增强，易造成器件的s参数劣化，器件性能较差，为了补偿这部分损耗，通常需要对封装壳体进行专门的电路设计与仿真，设计复杂、工艺难度大，制造成本高，而该部分是coc方案不可避免的损耗，通常只能通过对封装壳体进行专门的设计以及外部匹配电路的仿真优化来降低这部分损耗带来的影响，但是无法消除和避免，甚至只能通过降低指标来降级使用，这是coc方案的固有缺陷。

而目前的光器件封装，均无法集成两种方案的共同优势。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于柔性电路板的高速光器件，包括光器件以及对其进行封装的底壳和面壳，所述光器件包括光电芯片，所述底壳在与光电芯片相配合的安装位上设置有下沉的固定槽；

柔性电路板fpc，其上设置有与固定槽空间位置相配合的矩形缺口；

其中，所述光电芯片以及与其相配合的芯片焊盘设置在固定槽底部；

所述光电芯片、芯片焊盘，fpc的上表面在空间上处于同一高度，并通过相配合的焊接组实现连接。

优选的是，所述光电芯片、芯片焊盘通过相配合的氮化铝垫片设置在安装槽底部，进而与底壳实现连接。

优选的是，所述fpc焊盘上还集成设置有贴片电容、磁珠、热敏电阻。

优选的是，所述fpc的伸出端与外部的pcb印刷电路板连接。

优选的是，所述面壳在fpc伸出端设置有相配合的限定槽。

优选的是，所述焊接组被配置为包括：

设置在芯片焊盘上，以实现光电芯片与芯片焊盘连接的多个第一焊接点；

设置在芯片焊盘上，以实现芯片焊盘与fpc上各第二焊接点连接的第三焊接点；

所述fpc通过其上与各第二焊接点相配合的多个金线与外部设备连接。

一种高速光器件的封装方法，包括：

将光电芯片以及与其相配合的芯片焊盘固定设置在安装槽内，并通过第一焊接点实现光电芯片与芯片焊盘的电性连接；

将fpc设置在底壳上，并使矩形缺口的位置与固定槽的外边缘相配合；

光电芯片、芯片焊盘、fpc板在空间上被配置为处于同一平面，以通过第二焊接点、第三焊接点实现芯片焊盘与fpc的电性连接，进而通过fpc上的布线实现与外部pcb板的连接。

优选的是，所述光电芯片、芯片焊盘先分别贴装设置在氮化铝垫片上，再通过氮化铝垫片与固定槽连接。

优选的是，所述fpc采用多层布线以与fpc焊盘上的各第三焊接点相配合。

本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明在光器件中引入了柔性电路板fpc，借助其自身优势，使光器件中的光电芯片引脚布局可以实现平面化，克服多层打线、打线距离长带来的缺陷，且由于打线均打在fpc的焊盘上，金属壳体内外不再需要制作壳体外部引脚以及壳体内部电极，降低了金属外壳的制造难度和制造成本，对壳体的结构改进较小，易于实现，提高了器件的气密性、可靠性及寿命。

其二，本发明通过对底壳的结构上的下层式设计，使得光电芯片、芯片焊盘、fpc在空间上处于同一平面，使其直线距离短，避免了多层或多级打线，同fpc上矩形缺口的设计保证了rf焊盘与fpc焊盘间的距离最小，缩短打线线长，减少了多线长过长带来的线损影响，同时避开氮化铝垫片，使垫片可以与外壳接触实现直接传导芯片热量至封装金属外壳，芯片散热性能与coc工艺相当，优化了器件的s参数。

其三，本发明的封装方案，通过使用柔性电路板，以高速光器件的box封装方案为例，充分利用了常规cob封装(板上芯片封装chipsonboard)、c0c封装(瓷质基板上芯片贴装chiponcarrier)两种封装方案的优势，从设计上规避两种方案的固有的缺点，降低工艺难度，实现高性能低成本的光电集成封装。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中基于柔性电路板的高速光器件的结构示意图；

图2为本发明的另一个实施例中面壳的结构示意图；

图3为本发明的另一个实施例中底壳的结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例中fpc板的结构示意图；

图5为本发明的另一个实施例中底壳与光器件组装后的结构示意图；

图6为本发明的另一个实施例中光电芯片与fpc配合的局部放大结构示意图；

图7为本发明的另一个实施例中光电芯片与底壳配合的局部放大结构示意图；

图8为本发明的另一个实施例中光电芯片、芯片焊盘、氮化铝垫片配合的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1-8示出了根据本发明的一种基于柔性电路板的高速光器件的实现形式，其中包括光器件以及对其进行封装的底壳1和面壳2，所述光器件包括光电芯片3，所述底壳在与光电芯片相配合的安装位上设置有下沉的固定槽4，在这种结构中，通过将现有的技术中的底壳进行结构的改进，使得其相对于现有的技术而言，通过其上专门设置用于安装光电芯片的安装槽，可在底壳上形成台阶状的结构，使得设备的安装空间具有高度差，利于在实际操作中，对部件结构空间层次上的对应进行适应性限定；

柔性电路板fpc5，其上设置有与固定槽空间位置相配合的矩形缺口6，在这种结构中，首先利用fpc厚度薄、易于加工且表面平整，在设计气密封装时非常容易实现，器件整体气密性良好、可直接与pcb电路板连接，有良好的可靠性及较长的使用寿命的优势，对光器件对外引入的方式进行限定，使其做为桥梁的作用实现pcb电路板与光电芯片的连接，保证光器件内部结构的小体积，且装配方式简单易行，同时通过在在fpc上设置矩形缺口，将光电芯片与芯片焊盘在空间上的位置进行错开式设计，保证了芯片(rf)焊盘与fpc焊盘间的距离最小，缩短打线线长，减少了多线长过长带来的线损影响，优化了器件的s参数，s参数的全称为scatter参数，即散射参数，s参数描述了传输通道的频域特性，在进行串行链路si分析的时候，获得通道的准确s参数是一个很重要的环节，通过s参数，我们能看到传输通道的几乎全部特性。信号完整性关注的大部分问题，例如信号的反射，串扰，损耗，都可以从s参数中找到有用的信息，本方案通过优化打线位置长度等方案，优化s参数简单的说就是降低其负载信号的反射、串扰、损耗等，从而使光器件可以有非常好的光信号输出；

其中，所述光电芯片以及与其相配合的芯片焊盘7设置在固定槽底部，在种结构中，通过将光电芯片与芯片焊盘设置在固定槽，使得其在空间下处于下沉状，可以与fpc安装后的空间高度进行配合，使得其后期焊接稳定性更好；

所述光电芯片、芯片焊盘，fpc的上表面在空间上处于同一高度，并通过相配合的焊接组11实现连接，在这种结构中，通过对三个组件在空间上高度的限定，使得其水平度较好，利于通过焊接组实现部件之间的连接，在这种方案中，通过金属底壳的台阶设计，光电芯片与芯片焊盘可以同时下沉，使fpc焊盘打线层表面与芯片焊盘打线层表面在同一水平面上，避免了多层或多级打线，矩形缺口设计保证了rf焊盘与fpc焊盘间的距离最小，缩短打线线长，减少了多线长过长带来的线损影响，能有效优化器件的s参数，金属外壳及底壳仅需做简单的机械结构设计，易于实现。

如图8，在另一种实例中，所述光电芯片、芯片焊盘通过相配合的氮化铝垫片8设置在安装槽底部，进而与底壳实现连接，在这种方案中，光电集成封装的内部芯片直接使用coc工艺贴在高导热率的氮化铝垫片上，再整体贴装在封装的外壳底座上，通过氮化铝垫片直接散热，芯片散热性能与coc工艺相当。

如图5-6，在另一种实例中，所述fpc焊盘上还集成设置有贴片电容、磁珠、热敏电阻9，在这种方案中，通过fpc集成如磁珠、热敏电阻、电容等电子元件、减少了内部所需的氮化铝垫片的数量、减少内部结构的复杂性，同时减少了打线的数量，降低器件的工艺难度，提高的光器件的可靠性。

在另一种实例中，所述fpc的伸出端与外部的pcb印刷电路板(未示出)连接，在这种方案中，通过利用fpc厚度薄、且表面平整，在设计气密封装时非常容易实现，提高了器件的气密性、可靠性及寿命好的优势，使fpc的另外一端直接与pcb电路板连接，进一步实现光电芯片与pcb电板的连接，相对于现有技术而言，其通过fpc作为光电芯片与pcb电路板的连接桥梁，相对于cob封装方案而言，其气密封装性，使用寿命，可靠性都能得到有效的提升。

如图2，在另一种实例中，所述面壳在fpc伸出端设置有相配合的限定槽10，在这种方案中，通过限定槽的作用，将fpc的空间位置进行限定，同时面壳和/或底壳在与fpc进行限定的位置上可以设置柔性硅胶层，可以对其热量进行释出，也可以减小其在装配、使用过路中器件对fpc造成的损伤，同时保证结构件之间的稳定性，即本方案通过限定槽的作用，使fpc与外壳配合间隙很小，可以实现可靠的气密封装。

如图6，在另一种实例中，所述焊接组被配置为包括：

设置在芯片焊盘上，以实现光电芯片与芯片焊盘连接的多个第一焊接点12；

设置在芯片焊盘上，以实现芯片焊盘与fpc上各第二焊接点13连接的第三焊接点14；

所述fpc通过其上与各第二焊接点相配合的多个金线15与外部设备连接，在这种结构中，通过fpc焊盘的合理布局，避免了多阶层打线，且因为打线均打在fpc的焊盘上，金属壳体内外不再需要制作壳体外部引脚以及壳体内部电极，降低了金属外壳的制造难度和制造成本，同时通过对焊接组的限定，实现了光电芯片与fpc焊盘在空间平面分布上的配合性，所有的焊接点均合理布局均在一个平面上，进而保证同层上与光电芯片的连接稳定性，有效解决了现有技术中焊盘不足需要多阶层打线、金属外壳需做绝缘及走线设计的技术问题。

一种高速光器件的封装方法，包括：

将光电芯片以及与其相配合的芯片焊盘固定设置在安装槽内，并通过第一焊接点实现光电芯片与芯片焊盘的电性连接，光器件外壳底部做下沉设计，部件贴装在下沉设计的结构中，实现了fpc焊盘层表面与芯片焊盘表面处于同一水平面上，避免高低台阶打线，缩短线长，简化打线工艺，优化器件s参数，同时通过芯片焊盘的作用，将芯片的引脚分布进行平面化，使得其封装过程中，无需要对金属外壳做绝缘及走线设计；

将fpc设置在底壳上，并使矩形缺口的位置与固定槽的外边缘相配合，fpc是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点，同时使得其fpc上的第三焊接点与第二焊接点在空间上相互对应，实现平面上点与点的对应，解决了焊盘不足需要多阶层打线的技术问题；

光电芯片、芯片焊盘、fpc板在空间上被处于同一平面上，以通过第二焊接点、第三焊接点实现芯片焊盘与fpc的电性连接，进而通过fpc上的布线实现与外部pcb板的连接，在这种方案中，主要是基于fpc可以多层布线的优势，通过fpc焊盘的合理布局，可以布置更多的焊盘，避免了多阶层打线，解决了原有的器件由于单层焊盘位置不够所以往往需要设计复杂的多层焊盘位置，必须通过多阶层打线的技术问题，同时由于打线均打在fpc的焊盘上，金属壳体不再需要制作壳体外部引脚以及壳体内部电极，极大的降低了金属外壳的制造难度和制造成本，故而封装的技术难度显著降低，封装效果可集成现有cob封装、c0c封装的共同优势，具有打线距离短，成本低、光电一体集成封装、封装结构稳定、导热性能好、气密性好、工艺难度可控的效果。

在另一种实例中，所述光电芯片、芯片焊盘先分别贴装设置在氮化铝垫片上，再通过氮化铝垫片与固定槽连接，在这种方案中，光电集成封装的芯片贴片部分采用类似于coc封装相同的方式，以高速rosaboxfpc封装方案为例，将box内部高发热量的芯片均贴装到氮化铝(氮化铝是一种可绝缘的高导热率材料)垫片上，将芯片热量可以通过氮化铝垫片很好的传导出去，保证封装内芯片的散热性能良好，具体来说，本方案是依据fpc易于加工的特性，根据贴片位置设计矩形缺口，有效避开氮化铝垫片，使垫片可以与外壳接触实现直接传导芯片热量至封装金属外壳。

在另一种实例中，所述fpc采用多层布线以与fpc焊盘上的各第三焊接点相配合，在这种方案中使得其内部金线的布局能与每一个第三焊接点相配合，无需要额外设置其它的连接金线实现光电芯片与pcb的连接，设备封装的可靠性、稳定性更好。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。