TW201607421A - 電磁屏蔽材料及封裝光模組的方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種電磁屏蔽材料及封裝光模組的方法，包括電磁屏蔽層，其特徵在於，所述電磁屏蔽層包括外磁通導流層、絕緣介質層和內磁通導流層；所述外磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第一導流單元，所述第一導流單元呈錐形結構，並且所述導流單元與水平方向成第一夾角，所述第一夾角大於0度小於90度；所述電磁屏蔽層的剖面呈鋸齒狀。採用本發明技術方案可以達到無需在光元件周圍設置接地點，實現了黏貼式封裝，拆裝、返修方便。本發明提供的電磁屏蔽材料為軟性材料，只需在光組件周圍留出定位框，貼裝效率高，人工成本低。

Description

電磁屏蔽材料及封裝光模組的方法

本發明是有關於一種通信技術， 且特別是有關於一種電磁屏蔽材料及封裝光模組的方法。

光元件是現代通信技術中主要的部件， 其極易受到外界電磁干擾而失效， 以往的光元件通常封裝在模組中， 採用模組的金屬外殼進行電磁屏蔽。

但是，隨著技術的發展和降低成本的需求，目前部分光元件已經直接焊置在外部印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB）上，對於這部分光元件，由於缺少原先模組外殼的屏蔽，極易受元件外界的電磁干擾，面臨“光元件外部電磁屏蔽”的技術問題。

此外，光元件內部的各光器件間的電磁串擾也是一直存在的，最常見的是雙向光組件（Bi-direction Optical Sub-assembly，簡稱BOSA）裡發射機（Transmitter，簡稱Tx）對接收機（Receiver，簡稱Rx）的串擾，包括光串擾和電串擾，面臨“光元件內部電磁屏蔽”的技術問題。

目前業界的主要方案是採用金屬屏蔽罩，如圖1所示。在BOSA的週邊設置了封裝區域和插孔，金屬罩帶有插針，封裝時插入印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB）板上的插孔，並焊接固定，金屬殼需要接地。為了防止電磁洩漏，要將金屬罩焊牢，和光元件周邊支撐部緊靠，以保證光元件外部沒有縫隙，防止電磁洩漏。但是這種解決方案具有以下缺點：

第一，光元件外部電磁屏蔽部件不易拆裝、難以返修 在屏蔽性能要求嚴格的場合，金屬罩的焊針排布非常的密集，有時為了保證焊接緊密，還要對接縫進行密閉焊接，這使工人的焊接工作耗時巨大，成本很高。此外，密閉焊接對工人技藝的依賴程度很大，不同的個人、甚至同一工人在不同時期的焊接效果都是不同的，焊接良率和性能存在較大風險。

因此，為了防止電磁洩漏，金屬罩比較難“裝”，而難“裝”就意味著更難“拆”。對於一個有密集焊點或密閉焊接的金屬罩，其拆封無疑是費時費力的。現有的生產經驗表明，這種拆卸會經常性地損壞內部的光元件。但是，光元件的返修需要拆屏蔽罩，因此傳統的金屬屏蔽罩用於光元件電磁屏蔽是非常不利於其返修的。

第二，光元件內部電磁屏蔽部件不易封裝、難以小型化 對於“光元件外部電磁屏蔽”的技術問題，目前業界還沒有很好的解決方案，主要有將Rx、Tx的信號線相互離的遠些，用小金屬罩屏蔽等。這些舉措都需要光元件有足夠大的體積來提供信號線距離和放置小金屬罩，難以實現光組件的小型化。此外，在期間內部封裝金屬罩在技術上也是非常困難的，因為需要焊接。

第三，光元件電磁屏蔽部件需要接地 業界現有的使用金屬屏蔽罩的解決方案都需要接地處理，而接地處理則需要特殊佈置接地端，對器件和單板的設計製作造成一定的麻煩，難以通用和標準化。由於地是公共地，拆裝會影響其他元件性能。

本發明實施例提供一種電磁屏蔽材料及封裝光模組的方法， 用於解決現有技術由於採用金屬屏蔽罩所帶來的不易拆裝、難以返修、封裝效率低、難以小型化以及需要接地的技術問題。

本發明提供一種電磁屏蔽材料，包括電磁屏蔽層，所述電磁屏蔽層包括外磁通導流層、絕緣介質層和內磁通導流層；所述外磁通導流層和所述內磁通導流層均為具有電磁自感能力的導體；所述外磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第一導流單元，所述第一導流單元呈錐形結構，並且所述導流單元與水平方向成第一夾角，所述第一夾角大於0度小於90度；所述內磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第二導流單元，所述第二導流單元呈錐形結構，並且所述第二導流單元與水平方向成第二夾角，所述第二夾角大於0度小於90度，其中，所述外磁通導流層和所述內磁通導流層分別呈鋸齒狀。

在本發明的一實施例中，所述第一夾角等於所述第二夾角。

在本發明的一實施例中，所述第一導流單元的錐形結構為尖端朝下，圓端朝上；所述第二導流單元的錐形結構為尖端朝上，圓端朝下。

在本發明的一實施例中，所述內磁通導流層的自感係數大於所述外磁通導流層的自感係數。

在本發明的一實施例中，所述內磁通導流層為鎳或者鈷。

在本發明的一實施例中，所述外磁通導流層為銅或者銀。

在本發明的一實施例中，所述絕緣介質層包含導熱顆粒。

在本發明的一實施例中，所述電磁屏蔽材料還包括保護層，所述保護層用於提供外層物理保護。

在本發明的一實施例中，所述電磁屏蔽材料還包括底層，所述底層為絕緣導熱膠層。

本發明提供一種封裝光模組的方法，包括採用電磁屏蔽材料製成的膜片封裝所述光模組並黏貼；其中，所述電磁屏蔽材料如第一方面任意一項所述的電磁屏蔽材料。

在本發明的一實施例中，所述膜片開設一個孔，所述孔用於伸出所述光模組的尾纖。

在本發明的一實施例中，用導電膠將所述尾纖出口處的夾縫進行封口屏蔽。

在本發明的一實施例中，所述光模組設置楔腳邊框，所述楔腳邊框提供一個凸起斜角，用於所述電磁屏蔽材料製成的膜片貼附。

在本發明的一實施例中，所述邊框為塑膠邊框。

在本發明的一實施例中，所述凸起斜角高度為3~5毫米。

採用本發明技術方案可以達到以下技術效果： 第一，無需接地，無需在光組件周圍設置接地點，實現了黏貼式封裝，拆裝、返修方便。 第二，本發明提供的電磁屏蔽材料為軟性材料，只需在光組件周圍留出定位框，不需要像金屬屏蔽罩那樣精準的插孔定位，貼裝效率高，人工成本低。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖， 對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述， 顯然， 所描述的實施例是本發明一部分實施例， 而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例， 都屬於本發明保護的範圍。

本發明採用一種基於自相消電磁屏蔽技術的材料充當抗電磁串擾的主要部件。該材料具有一種軟性的複合薄膜結構，採用黏貼的形式全封閉包圍需要抗串擾保護的光元件；薄膜結構柔軟且可任意變形，適合多種不同規則的光元件應用場景；設計的內部結構能夠產生自相消的電磁屏蔽效益，使屏蔽部件不需要接地，完全不需要焊接接地點，可在單板和系統的任意區域使用；屏蔽結構不同於傳統的裸露的金屬結構，而具有耐機械割刮、耐化學腐蝕和抗氧化的特性，應用的環境條件更寬鬆。

如圖2所示，本發明提供的電磁屏蔽材料，包括電磁屏蔽層，該電磁屏蔽層包括上、下兩層磁通導流結構和絕緣介質層，可以分別稱為外磁通導流結構和內磁通導流結構。該兩層磁通導流結構中間由絕緣介質作為物理支撐以隔開，該兩層磁通導流結構均為具有電磁自感能力的導體，比如金屬或者其他具有電磁自感能力的材料。當俯視該電磁屏蔽材料時，所述外磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第一導流單元，所述第一導流單元呈錐形結構，並且所述第一導流單元與水平方向成第一夾角，所述第一夾角大於0度小於90度；當側視所述電磁屏蔽層時，所述外磁通導流層和所述內磁通導流層互相平行，且呈鋸齒狀。該兩層磁通導流結構能夠基於感應渦流形態構成兩層相反的磁通，進而抵消屏蔽引起的感應電磁場，這種自相消的屏蔽方式使得屏蔽體不用接地。

具體地，圖3為自相消屏蔽層的內部結構的側視圖，其揭示了上述兩層磁通結構的一個具體實施例，如圖3所示，上層為外磁通導流層，下層為內磁通導流層。當俯視該電磁屏蔽層時，外磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成一個導流單元（圖3中未示出），稱為第一導流單元，該導流單元呈錐形結構，如圖4中所示的錐形單元。其中，第一導流單元與水平方向呈一個夾角A，該夾角的範圍可以是0度＜A＜90度；

當仰視所述電磁屏蔽層時，所述內磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第二導流單元，所述第二導流單元呈錐形結構，並且所述第二導流單元與水平方向成第二夾角B，所述第二夾角B大於0度小於90度。

當上下層導流單元的傾角A等於B時，電磁自相消的效果最優。兩個導流層的側視圖呈水準平行排布，其剖面為折疊排布，呈鋸齒狀。如圖2和圖3中所示。

如圖4所示，每個外磁通導流層的第二導流單元都對應著一個與之平行的內磁通第一導流單元。該第一導流單元和第二導流單元在圖2及圖3中未示出。為方便理解，圖4中用虛線圈起來的一部分，分別是外磁通導流結構的第一導流單元，和內磁通導流結構的第二導流單元，其側視圖是兩個平行的平面，其俯視圖如圖4箭頭所指的圖，是兩個尖端相對的錐形單元。當外部有電磁串擾時，外磁通導流結構上的導流單元會產生一個逆時針渦流E1，並產生一次感應磁通B1。由於上、下層導流單元平行，則上層導流單元感應磁通B1垂直穿過其對應的內磁通導流單元。基於電磁感應定律，下層導流單元會產生一個二次感應磁通B2，且與B1方向相反，用於阻礙自身磁通的變化。相應的，內磁通導流單元由於電磁感應則產生了一個順時針的渦流E2。受雙層導流層的結構限制，E1和E2兩個渦流形成平行反向的格局，而B1和B2兩個磁通也恰好反向。

圖4所示為磁通導流結構中的網格狀導流單元，每個單位為錐形。這些錐形單元呈傾角擺放，上下傾角相同，各單元平面平行。其中，錐形單元有明顯的尖端和圓端，對於上層導流單元，尖端朝下，圓端朝上；而對於下層導流單元，則尖端朝上，圓端朝下。由於尖端效應，導流單元的感生電荷在尖端聚集的多，在圓端聚集的少，而感應渦流形成的時候，上下單元的尖端靠近，則電荷由於強相斥而迅速反向迴旋，在初始感應渦流牽引下形成強逆向渦流，進而加大磁通自相消力度。

由於外磁通導流結構為一次感應磁通，內磁通導流結構為二次感應磁通，則設計上為保持兩反向磁通儘量相消，內磁通的導體選用的自感係數要比外磁通導體大，如外磁通導體材料可以選用銅、銀等材料，則內磁通導體則可選用鎳、鈷等材料。

可選地，兩層磁通導流層之間的絕緣介質層有抗氧化導熱性能，能夠隔絕水汽、氧等以防止電磁屏蔽層被氧化。

可選地，絕緣介質層要進行抗酸鹼腐蝕處理，對材料進行化學隔離；另外還可以在絕緣介質層中摻入導熱顆粒，增強材料的散熱性能。

可選地，如圖5所示，該電磁屏蔽材料還包括保護層，位於上述電磁屏蔽層的上層，主要用於提供外層物理保護，抗機械應力，防止外部的機械切割，劃拉等對材料造成損害。例如，該保護層可以是有機聚合物、緻密氧化物等。

可選地，該電磁屏蔽材料還包括底層，位於上述電磁屏蔽層的下層，為絕緣導熱膠層，其特點是具有低熱阻，用於將被貼附物體表面熱量快速牽導到散熱介質，比如PCB板；該絕緣導熱膠層還用於隔絕器件間的管腳電連接，防止黏貼時發生短路。該絕緣導熱膠層還用於黏貼屏蔽材料和BOSA邊緣，實現全封閉無洩漏的電磁屏蔽。該絕緣導熱膠層可以選擇現有技術中用來導熱、絕緣的材料，本發明對此不作限制。

採用本發明實施例公開的自相消的電磁屏蔽材料實現光元件的抗電磁串擾，在器件封裝中不但要簡單、高效、易拆裝，而且還要保證其性能不受封裝影響、穩定可靠，下面以三個具體實施例來介紹如何應用本材料來封裝元件，以防止該元件受到電磁干擾。

如圖6所示，直接將本發明的材料黏貼於需要電磁屏蔽的器件周圍，以光器件BOSA為例，其封裝步驟如下：

一、準備好自相消的電磁屏蔽材料膜片，膜片前端開一小孔，方便BOSA尾纖伸出。

二、單板上BOSA周圍設有黏貼區域，區域周邊標有定位虛線。參照定位虛線，將自相消電磁屏蔽材料膜片貼在黏貼區域並包住BOSA。自相消電磁屏蔽材料膜片的邊緣與定位虛線齊平，BOSA的尾纖通過膜片前端開口伸出。

三、貼好自相消電磁屏蔽膜片後，將其邊緣沿著定位虛線壓牢，防止電磁洩漏。

四、對於尾纖出口處的夾縫，用導電膠進行封口屏蔽。

相比金屬殼罩的屏蔽，採用自相消電磁屏蔽材料無需接地，所以其膠膜尺寸、黏貼定位精度要求非常低，容差可達好幾個毫米。因此，上述貼、壓工序完全可以手工輕便操作，無需其他設備（而焊接則需要相應工具、電源且存在引發火災、燙傷等風險）。此外，也可以採用機器流水線式一次性貼壓以提高生產效率，由於操作要求精度低，所以相應的設備成本極低。

本方案黏貼採用自吸附膠合，還可以補償部分壓不牢造成的電磁洩漏，提高封裝良率；而採用電焊，一旦因操作不當造成電磁洩漏，只能補焊甚至重焊，費工費時。

由於BOSA尾纖的存在，自相消電磁屏蔽膜上留有夾縫。自相消電磁屏蔽膜是軟性屏蔽材料，前端開口可以設計的和尾纖尺寸匹配，其夾縫小於1mm，遠遠小於硬性材料的金屬殼子的開口。考察現有的技術應用，BOSA金屬屏蔽罩的尾纖開孔並不會影響屏蔽效果，因此理論上自相消電磁屏蔽膜上的夾縫也不會影響屏蔽效果，所以上述步驟四中的導電膠封口是可選項。

如圖7所示，另一種可能的實施形式是晶片在板(Chip On Board，簡稱COB)，即將晶片安置於單板上，中間通過小板（晶片板）橋接，雷射檢測二極體（Laser Detector Diode，簡稱LDD）和光放大器（Laser Amplifier, 簡稱LA）以及匹配阻容也一併置於小板上。因此，可以採用全包的方式，使自相消屏蔽膜覆蓋晶片板上全板及邊緣，之後再將小板插置在大板上。該COB的方式可以實現邊緣全包式屏蔽，電磁洩漏最低。

圖8為第三種可能的實施方式，如前兩個實施例所述，自相消電磁屏蔽膜都是採用平貼的方式。由於BOSA相對PCB板有一定的高度凸起，為了黏貼更加方便，考慮在BOSA周邊設置楔腳塑膠邊框。其中，塑膠邊框提供了一個大約3～5mm的凸起斜角，用於自相消屏蔽膜貼附。

通過採用本發明技術方案可以達到以下技術效果：

第一，無需接地，無需在光組件周圍設置接地點，實現了黏貼式封裝，拆裝、返修方便。

第二，本發明提供的電磁屏蔽材料為軟性材料，只需在光組件周圍留出定位框用於黏貼或直接將需要屏蔽的器件以COB形式全包，不需要像金屬屏蔽罩那樣精準的插孔定位，貼裝效率高，人工成本低。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

A‧‧‧夾角
B‧‧‧第二夾角
B1‧‧‧一次感應磁通
B2‧‧‧二次感應磁通
E1、E2‧‧‧渦流

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案， 下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講， 在不付出創造性勞動性的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1 為現有技術中傳統BOSA 的電磁屏蔽結構示意圖。圖2 為本發明實施例提供的一種電磁屏蔽材料結構示意圖。圖3 為本發明實施例提供的電磁屏蔽材料結構側視圖。圖4 為本發明實施例提供的電磁屏蔽材料磁通自相消原理示意圖。圖5 為本發明實施例提供的另一種電磁屏蔽材料結構示意圖。圖6 為本發明提供的一種對BOSA 直接黏貼的封裝流程示意圖。圖7 為本發明實施例提供的一種全包形式的封裝方式示意圖。圖8 為本發明實施例提供的一種楔腳封邊方式示意圖。

Claims (15)

1. 一種電磁屏蔽材料，包括電磁屏蔽層，所述電磁屏蔽層包括外磁通導流層、絕緣介質層和內磁通導流層，所述外磁通導流層和所述內磁通導流層均為具有電磁自感能力的導體； 所述外磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第一導流單元，所述第一導流單元呈錐形結構，所述導流單元與水平方向成第一夾角，所述第一夾角大於0度小於90度； 所述內磁通導流層呈網狀結構，每個網孔形成第二導流單元，所述第二導流單元呈錐形結構，並且所述第二導流單元與水平方向成第二夾角，所述第二夾角大於0度小於90度； 其中，所述外磁通導流層和所述內磁通導流層分別呈鋸齒狀。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述第一夾角等於所述第二夾角。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電磁屏蔽材料，其中呈錐形結構的所述第一導流單元為尖端朝下，圓端朝上；呈錐形結構的所述第二導流單元為尖端朝上，圓端朝下。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述內磁通導流層的自感係數大於所述外磁通導流層的自感係數。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述內磁通導流層的材料為鎳或者鈷。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述外磁通導流層的材料為銅或者銀。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述絕緣介質層包含導熱顆粒。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述電磁屏蔽材料還包括保護層，所述保護層用於提供外層物理保護。
9. 如申請專利範圍第1項所述的電磁屏蔽材料，其中所述電磁屏蔽材料還包括底層，所述底層為絕緣導熱膠層。
10. 一種封裝光模組的方法，包括： 將電磁屏蔽材料製成的膜片包住所述光模組並黏貼到所述光模組的單板上； 其中，所述電磁屏蔽材料如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的電磁屏蔽材料。
11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述膜片開設一個孔，所述孔用於伸出所述光模組的尾纖。
12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述的方法，其中所述方法還包括： 用導電膠將所述尾纖出口處的夾縫進行封口屏蔽。
13. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述光模組設置楔腳邊框，所述楔腳邊框提供一個凸起斜角，用於所述電磁屏蔽材料製成的膜片貼附。
14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中所述楔腳邊框為塑膠邊框。
15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述的方法，其中所述凸起斜角高度為3~5毫米。