[发明专利]用于单模电光模块的表面安装封装

说明书

提供了陶瓷球栅阵列(CBGA)封装件形式的电光模块，该电光模块具有可拆卸光纤连接器。该封装件能够使用标准的电子器件拾取、放置和回流制造技术被表面安装在印刷电路板上。这种封装允许将基于超高速单模光纤的光发送和接收器件直接安装在印刷电路板(PCB)上、与其相关的电子器件紧密相邻。对于诸如高速数据中心互连的应用，产生的更短电互连减少了高频电信号的损耗和失真，从而在接口上实现较低的功率信号和较低的错误率。较短的电互连也可以允许更简单的时钟和数据恢复电路，或者在某些情况下，完全消除这些电路中的一些。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月1日提交的标题为“用于单模电光模块的表面安装封装(Surface Mount Packaging for Single Mode Electro-Optical Module)”的美国临时专利申请号62/625,291的优先权，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及包括光发送器和接收器(诸如用于数据中心应用的基于单模光纤的光发送器和接收器)的电光装置的封装和互连。

背景技术

高性能光学器件被常规地封装在插入数据交换设备的电路板的面板中的可插拔封装件中，或者被封装在直接安装在电路板上以用于长距离/高性能应用的大型模块中。

在早期，数据中心互连主要是基于铜的。高达1GB/s的互连速度可以容易、廉价地实现在直接表面安装到印刷电路板(PCB)上的小型硅芯片中。用于链接的电连接器通常以高密度布置安装在面板上。通过正确的铜缆，可以容易实现高达100米的距离。光纤接口用于超过100米的距离或需要更高速度的情况。这些光纤接口在数据中心的所有接口中占相对较小的比例，并且根据诸如所需速度和链接距离的参数在它们的具体实现方式中趋向于存在多种。一种解决方案是定义标准的可插拔封装件，该封装件可以支持不同光纤标准的多种阵列，例如单模光纤和多模光纤。这样，通过简单地选择合适的可插拔模块并将其插入设备，可以优化每个特定应用。

随着数据中心业务量进一步增长，对10Gb/s铜链接的需求变得明显。不幸的是，10G铜标准花费若干年方实现所需性能和功耗规格，甚至在数据中心不仅变得更快、而且往往更大时，只能实现约50米的有限范围。由于新一代10G铜互连的最大范围距离比更慢的铜链接更短，因此当许多数据中心变得更大时，清楚的是，当速度随着大型数据中心的大小增长时，只有较短的链接可能是基于铜的，而超过50米的链接必须是光纤。

随着数据中心的大小和互连速度不断增长，光纤将在互连设备中发挥主导作用，而铜仅用于非常短的链接。最终，短链接也可能完全被光纤取代。

尽管铜和光纤互连的作用正在颠倒，但是系统实现尚未发生重大变化。在铜互连主导的时期，铜链接的链接端是直接焊接到PCB的小型电子芯片。除相对少数外，在插入系统板的面板中的可插拔封装件中实现光链接。结果是铜接口可能更密集(即通过每个板中的链接进行测量)，这是因为电子芯片很小并且分布在PCB上，而连接器也很小并且可以以非常密集的阵列实现在PCB面板上。与铜链接相比，光模块更大，并且每个链接需要更多的面板面积。

在将来，需要以与PCB面板上的铜链接相同的密度或更高的密度实现光端口。但是，现有的可插拔模块存在许多挑战。例如，这些板上的硅芯片的芯交换容量甚至比最密集和最快的可用可插拔光模块的面板容量高。可插拔模块只可以沿着它们所插入的面板的非常窄的区域散发热。这对于可插拔模块的功耗数据提出了挑战，特别是随着对速度的需求不断增长。而且，光链接的速度每通道增长到25Gb/s和56Gb/s，由于互连长度和速度，板上的芯交换芯片和面板上的可插拔光模块之间的连接设计在电气上变得更具挑战。因此，需要改进或替代的解决方案来实现用于诸如高速数据中心互连的应用的高密度光端口。

发明内容

本发明试图减轻已知的可插拔光学模块的上述缺点中的一个或多个，或至少提供替代方案。