張軍杰 陳 波 張 峰 楊東強

（江西志浩電子科技有限公司，江西 贛州 341000）

1 光模塊產(chǎn)品概述

1.1 光模塊應(yīng)用

光模塊是用于交換機與設(shè)備之間傳輸?shù)妮d體，是光纖通信系統(tǒng)中的核心器件。光模塊的主要功能是在光通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)光電信號的轉(zhuǎn)換，主要包括光信號發(fā)射端和接收端兩大部分。光端機，光纖收發(fā)器，交換機，光網(wǎng)卡，光纖路由器，光纖高速球 機，基站，直放站等。一般傳輸設(shè)備的光口板都配置對應(yīng)的光模塊。部分光模塊產(chǎn)品如圖1。

圖1 光模塊產(chǎn)品例

1.2 光模塊主要參數(shù)

1.2.1 傳輸速率

（1）每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的比特數(shù)（bit），單位為bps。

（2）常用的有7種： 155 Mbps、1.25 Gbps、2.5 Gbps、10 Gbps、25 Gbps、40 Gbps、100 Gbps等。

1.2.2 傳輸距離

（1）光信號無須中繼放大可以直接傳輸?shù)木嚯x，單位千米（km）。

（2）光模塊一般有以下幾種規(guī)格：多模550 m，單模20 km、40 km、80 km和120 km等等

（3）光波長主要有3種：

①850 nm（MM，多模，成本低但傳輸距離短，一般只能傳輸500 m）；

②1310 nm（SM，單模，傳輸過程中損耗大但色散小，一般用于40 km以內(nèi)的傳輸）；

③1550 nm（SM，單模，傳輸過程中損耗小但色散大，一般用于40 km以上的長距離傳輸。最遠可以無中繼直接傳輸120 km）

1.3 光模塊封裝種類介紹

（1）SFP封裝：一種小型可插拔光模塊，目前最高數(shù)率可達155 M至10 G，通常與LC跳線連接。SFP光模塊又包含了百兆SFP、千兆SFP、BIDI SFP、CWDM SFP和DWDMSFP，每一款光模塊都經(jīng)過了嚴格的兼容性

（2）SFP＋封裝：SFP＋光模塊的外形和SFP光模塊是一樣的，只是支持的速率可以達到10 G，常用于中短距離的傳輸。和XFP光模塊相比，SFP＋內(nèi)部沒有CDR模塊，所以SFP＋的體積和功耗都比XFP小。

（3）CFP封裝：CFP應(yīng)該是光模塊中最常見的封裝形式了。CFP主要針對的是100 G（也包括40 G）及以上速率的應(yīng)用。CFP家族主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8。最初提出CFP封裝形式的時候，單路25 Gb/s的速率在技術(shù)上還比較難實現(xiàn)，所以CFP 每路電接口速率定義為10 Gb/s 等級，通過4×10 Gb/s和10×10 Gb/s 電接口實現(xiàn)40G 和100G 的模塊速率。

（4）QSFP+封裝：QSFP＋光模塊是一種四通道小型可熱插拔光模塊，支持與MPO和LC光纖跳線連接，相比SFP＋光模塊尺寸更大。

（5）X2、XENPAK封裝:X2、XENPAK光模塊多應(yīng)用與萬兆以太網(wǎng)，通常與SC跳線連接，X2光模塊由XENPAK光模塊的標準演變而來，由于XENPAK 光模塊安裝到電路板上時需要在電路板上開槽，實現(xiàn)較復(fù)雜，無法實現(xiàn)高密度應(yīng)用，X2光模塊經(jīng)過改進后體積只有XENPAK的一半左右，可以直接放到電路板上，因此適用于高密度的機架系統(tǒng)和PCI網(wǎng)卡應(yīng)用。

2 光模塊產(chǎn)品特性及技術(shù)需求

2.1 光模塊PCB加工特殊要求

光模塊產(chǎn)品按照加工特性來分一般具有如下特性，結(jié)構(gòu)中含有混壓（高頻＋FR-4或高速＋FR-4）、控深銑、高精密阻抗線路、連接盤小間距、埋銅塊或埋陶瓷、精細線路、長短或分級板邊插頭、多種背鉆孔孔、精準對準度、精密鍵合盤、鎳鈀金等特殊特性，如圖2所示。

圖2 光模塊產(chǎn)品加工特性圖

2.2 光模塊5G時代對板材的要求

5G AAU架構(gòu)下，天線的功分、校準網(wǎng)格、TRX、PA均需使用到高頻低損的板材；傳輸、光模塊、路由器、服務(wù)器均需使用到高速率、低延時的板材，如圖3所示。

圖3 光模塊5G產(chǎn)品對板材的要求示意圖

2.3 光模塊高速產(chǎn)品PCB應(yīng)用技術(shù)的要求

DC/DU/交換機/路由器等設(shè)備對PCB要求如圖4所示。

圖4 光模塊高速產(chǎn)品PCB應(yīng)用技術(shù)的要求

2.4 光模塊PCB工程設(shè)計要求

光模塊PCB工程設(shè)計要求見表1所示。

表1 光模塊PCB工程設(shè)計基本要求

3 光模塊產(chǎn)品關(guān)鍵品質(zhì)標準

3.1 插頭耐腐蝕性能

行業(yè)接受標準是插頭與鍵合區(qū)域需要通過孔隙率，鹽霧測試，硝酸氣體測試和混合氣體（高端產(chǎn)品要求）測試。

3.2 插頭表面質(zhì)量要求

因為信號在表面?zhèn)鬏?，故不允許露銅，鎳，鈀，黑點；不允許表面擦花、凹凸缺陷、銅瘤&銅粒、針孔、缺口；表面粗糙度必須在控制范圍內(nèi)。

3.3 信號損失對于板材Dk/Df要求

基材選擇有要求，小于10 G的數(shù)據(jù)傳輸：Dk＜4.5、Df＜0.016；大于等于10 G的數(shù)據(jù)傳輸：Dk＜3.8、Df＜0.01；阻抗控制：±10%（常規(guī)），±8%或±7%(高端產(chǎn)品），讀數(shù)范圍期間：20%～80%。

3.4 外形尺寸公差要求

插頭長寬公差控制：±0.1mm；插頭中心到板邊公差控制：±0.05 mm；插頭本身距離公差控制：±0.05 mm；卡槽直徑公差控制：±0.05 mm；卡槽到插頭中心公差控制：±0.1 mm。

3.5 鍵合性能要求

鍵合盤尺寸：≥75 μm；20 μm寬度金線的接合強度≥4 g；滲鍍能力控制。

4 光模塊產(chǎn)品關(guān)鍵過程控制

4.1 插頭表面凹痕控制

（1）壓合鋼板表面應(yīng)無任何劃痕，凹點，擦花，殘膠等缺陷。

（2）排板前使用粘塵布對熔合后的板面進行預(yù)清潔。

（3）使用35 μm銅箔作為隔離膜進行排板（光面必須清潔干凈）。

（4）拆板時插架隔板。

（5）使用X-ray鉆孔+自動裁磨線生產(chǎn)。

（6）鉆孔必須控制真空度，杜絕任何蓋板或板與板之間的粉塵。

（7）電鍍前的磨板處理必須確保無任何板面擦花。

4.2 插頭表面銅瘤缺陷控制

（1）VCP電鍍+低電流密度生產(chǎn)。

（2）電鍍后必須進行粗磨和精磨表面處理。

（3）使用陶瓷刷輥磨板線生產(chǎn)。

4.3 插頭表面刷痕缺陷控制

（1）圖形轉(zhuǎn)移前處理：超粗化處理不允許機械磨板。

（2）印抗電鍍油前處理：浮石粉處理不能開機械磨刷。

（3）二次干膜前處理：噴砂處理，不開磨刷。

4.4 插頭鍍金后劃痕缺陷控制

使用專用的隔離和緩沖材料在各站運輸過程中保護板面特別是插頭區(qū)域

5 結(jié)束語

光模塊作為光通信中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心器件，在數(shù)據(jù)中心有著廣泛地應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心不僅需要40G、100G及以上的高速光模塊，還需要在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上持續(xù)演進，以實現(xiàn)無阻塞的網(wǎng)絡(luò)性能。本文是作者根據(jù)自己制作光模塊PCB的經(jīng)驗及通過查閱相關(guān)資料總結(jié)出來的一套技術(shù)資料，希望能給同業(yè)有所幫助。