專利名稱：10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在傳輸速率達(dá)10Gb/s的光通信系統(tǒng)中，高靈敏度的光接收組件是其關(guān)鍵的部件之一。高速光通信網(wǎng)一般要求光接收組件的靈敏度優(yōu)于-26. 5dBm，光響應(yīng)在輸出強(qiáng)度為-3dB處的帶寬大于7.5GHz。在這種高靈敏的光接收組件中，幾乎無例外地釆用雪崩光電二極管(APD)芯片l和低噪聲跨阻抗放大器(TIA)芯片2,其中APD芯片1也叫雪崩光電探測(cè)器，如圖l所示。
通常背面進(jìn)光的10Gb/sAPD-TIA組件是在單一平面陶瓷電路基板上進(jìn)行加工組裝的。首先將單一平面陶瓷電路基板加工成連體臺(tái)階狀的基板，然后將10Gb/s APD芯片1和10Gb/s TIA芯片2粘連在臺(tái)階狀陶瓷電路基板的低階部分上，光接收組件中的其余元器件則集成在臺(tái)階狀陶瓷電路基板的高階部分。APD、 TIA芯片厚度為120-150微米。APD芯片、TIA芯片和陶瓷基板高階部分之間的連接采用電路金絲焊接。由于APD芯片、TIA芯片以及陶瓷基板高階部分的高度不一致，因而這三者的上表面不在一個(gè)水平面上，從而導(dǎo)致焊接后的電路金絲連線的長(zhǎng)度要比在同一水平面上金絲連線長(zhǎng)150微米以上。
光接收組件的光響應(yīng)速率(或帶寬)，不僅與APD內(nèi)部的載流子渡越時(shí)間和PN結(jié)電容有關(guān)，還與外部金絲連線參數(shù)和寄生參數(shù)有關(guān)。對(duì)于10Gb/sAPD-TIA組件來說，其數(shù)字信號(hào)傳輸速率達(dá)10Gb/s，脈寬0. lns(100ps)，脈碼信號(hào)上/下邊沿時(shí)間通常僅0. 02ns (即20ps)左右。如果信號(hào)傳輸線上的傳輸時(shí)間大于O.Ol ns，則傳輸信號(hào)還未達(dá)終點(diǎn)，其始端的信號(hào)瞬時(shí)狀態(tài)已經(jīng)改變了，從而使終端接收的邏輯狀態(tài)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致信號(hào)失真，并產(chǎn)生誤碼。由此可見，上述電路金絲聯(lián)線的長(zhǎng)度以及附加的寄生參數(shù)，對(duì)于10Gb/s信號(hào)傳輸來說，將足以影響其傳輸幅-頻特性，從而影響整個(gè)組件的帶寬和靈敏度。
此外，金絲連線很容易引起信號(hào)延遲。若連接在APD和TIA之間的金絲采用球焊，其總長(zhǎng)度在0. 5-1. 0毫米，如信號(hào)以光速3Xl08m/s傳輸，則傳輸時(shí)間為1. 7-3. 3ps，加上APD結(jié)電容、TIA前端等效電容和其它雜散電容所引起的傳輸延遲時(shí)間，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20 ps 了。還應(yīng)注意的是，在APD和TIA之間采用球焊,金絲連線將產(chǎn)生彎折，這將引起信號(hào)的電磁輻射和相互間耦合，勢(shì)必引起電磁干擾和信號(hào)衰減。
由上可得，對(duì)10Gb/sAPD-TIA組件來說，金絲連線應(yīng)盡量走直線，其長(zhǎng)度、直徑、走向與信號(hào)傳輸帶寬、光接收組件的靈敏度緊密相關(guān)。然而現(xiàn)有的背面進(jìn)光10Gb/s APD-TIA組件
的組裝方式，難以避免不采用彎折的金絲連線進(jìn)行芯片之間的焊接；而彎折的金絲連線將很
容易引起信號(hào)失真，帶寬變窄，誤碼率增加，使光接收組件的靈敏度下降。
此外，很難將單一平面陶瓷電路基板加工成連體臺(tái)階狀陶瓷基板，即便能加工成臺(tái)階狀的基板，其表面平整度和電路制作也很困難，成本很高。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種10Gb/sAPD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，有效地減小金絲連線的長(zhǎng)度，以及改善金絲連線的彎折狀況，從而減少金絲連線所引起的信號(hào)延遲、電磁輻射和信號(hào)干擾問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，兩塊陶瓷基板的底面水平拼接；第一塊陶瓷基板上貼裝APD芯片和TIA芯片；且第一塊陶瓷基板貼裝上APD芯片和TIA芯片后，與第二塊陶瓷基板的高度差小于土30微米；APD芯片與TIA芯片之間，以及TIA芯片與第二塊陶瓷基板之間均采用焊接金絲連接。
較佳地，所述陶瓷基板的拋光表面不平度小于1微米。
進(jìn)一步地，上述第一塊陶瓷基板上設(shè)有貼裝APD芯片的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。由于APD管芯是從背面進(jìn)光的，在陶瓷基板上設(shè)置的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，方便了APD管芯的精確貼裝。優(yōu)選地，APD芯片與TIA芯片之間的焊接金絲為楔焊金絲。
本實(shí)用新型采用分離式的臺(tái)階狀陶瓷基板，從而使APD、 TIA芯片上表面電極或連線與陶瓷基板上電路連線在同一水平面上，即使10Gb/s APD-TIA光接收組件的信號(hào)線保持在一準(zhǔn)平面上，有效地減少金絲連線的長(zhǎng)度。進(jìn)一步地，由于信號(hào)線保持在同一準(zhǔn)平面上，因而兩芯片的金絲連線可以采用雙頭楔焊焊接，有效地改善了金絲連線的彎折狀況，從而減少了金絲連線彎折引起的電磁輻射和信號(hào)干擾問題。

圖1為10Gb/s APD-TIA光接收組件的電原理圖；圖2為組裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為第一塊陶瓷電路基板的布線示意圖；圖4為第二塊陶瓷電路基板的布線示意圖；圖5示意了 APD管芯對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在第一塊陶瓷電路基板的位置。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，本實(shí)用新型包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，第一塊陶瓷基板31厚度為380士20微米，第二塊陶瓷基板32厚度為500±20微米。兩塊陶瓷基板的表面拋光后不平度小于1微米，且底面進(jìn)行水平拼接，拼接的傾角小于5度，縫隙小于20微米。拼接后的陶瓷基板形成臺(tái)階狀，其中低階部分即第一塊陶瓷基板31上貼裝APD芯片1和TIA芯片2，且貼裝上兩塊芯片后，與高階部分即第二塊陶瓷基板32的高度差小于士30微米；而第二塊陶瓷基板32用于封裝10Gb/s APD-TIA光接收組件的其它電路。第一塊陶瓷基板31與第二塊陶瓷基板32在貼裝完APD和TIA芯片后，構(gòu)成一個(gè)準(zhǔn)平面電路。而APD芯片1與TIA芯片2之間采用金絲41連接，TIA芯片2與第二塊陶瓷基板32之間采用金絲42連接。此外，第一塊陶瓷基板31的側(cè)面還插接楔型光纖5,光線經(jīng)光纖5反射后，從APD芯片1的背面入射。
由于陶瓷基板貼裝上APD、 TIA芯片后構(gòu)成準(zhǔn)平面電路，因此APD芯片與TIA芯片之間的金絲41可采用楔焊金絲，即利用雙頭楔焊焊接上去。從而減少金絲41的彎折度，同時(shí)也縮短了金絲41的長(zhǎng)度。
本實(shí)用新型分離式臺(tái)階狀陶瓷基板的設(shè)計(jì)與制作過程如下
1. 在第一塊陶瓷基板31上設(shè)置好APD芯片1的第一貼裝位置312及TIA芯片2的第二貼裝位置313;并在第一塊陶瓷基板31的側(cè)面開設(shè)一U形通槽311，使其通入第一貼裝位置312內(nèi)，如圖3所示。同時(shí)使兩塊陶瓷基板的上表面不平度小于l微米。
根據(jù)圖1所示的光接收組件的電原理圖，將光接收組件除APD和TIA兩塊芯片外的其余元器件的連線布局在第二塊陶瓷基板32上。并通過印制、燒成等工藝，在兩塊陶瓷基板上制作金屬連線314和321，如圖3、 4所示。
2. 在第一貼裝位置312上，設(shè)置為了便于精確地貼裝APD管芯的三個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記315，如圖5所示。三個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記315在第一貼裝位置312的邊緣處，呈三角形分布。
3. 用H20E導(dǎo)電膠把10Gb/sAPD芯片l水平粘接在第一貼裝位置312上，粘接時(shí)應(yīng)使其與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記315—致。然后在(85-110) 。C的烘箱中烘烤(1-2)小時(shí)。
4. 用H20E導(dǎo)電膠把10Gb/s TIA芯片2水平粘結(jié)在第二貼裝位置313上，應(yīng)使APD、 TIA的上表面在同一高度，其水平高度差應(yīng)小于士30微米，然后在(85-110)。C的烘箱中烘烤(l-2)小時(shí)。
5. 用353ND膠把粘結(jié)有10Gb/s APD、 TIA芯片的第一塊陶瓷基板31，粘結(jié)在蝶形管殼基底上，然后在(90-110) 。C的烘箱中烘烤(0.5-1)小時(shí)。
6. 用353ND膠把第二陶瓷基板32粘結(jié)在蝶形管殼基底上，粘結(jié)時(shí)應(yīng)使該陶瓷基板和粘結(jié)有10Gb/sAPD、 TIA芯片的第一陶瓷基板31的上表面在同一水平面上，兩者的水平高度差應(yīng)小于+/-30微米，水平傾角小于5度，縫隙小于20微米。然后在(90-110) 。C的烘箱中烘烤(0.5-1)小時(shí)。
7. 采用楔形焊接機(jī)把直徑為25微米的金絲將APD芯片上焊盤和TIA芯片上輸入焊盤焊接起來，APD芯片上電極焊點(diǎn)與TIA焊點(diǎn)高度差不超過30微米。
8. 釆用三維精密微調(diào)架進(jìn)行楔形端頭光纖耦合，使耦合后APD光響應(yīng)度達(dá)O. 75A/W以上。然后采用激光焊(YIG)將光纖5固定。
9. 采用充氮熱阻焊進(jìn)行管殼封蓋；最后進(jìn)行光電性能檢測(cè)和老化篩選。
權(quán)利要求1. 10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，兩塊陶瓷基板的底面水平拼接；第一塊陶瓷基板上貼裝APD芯片和TIA芯片；且第一塊陶瓷基板貼裝上APD芯片和TIA芯片后，與第二塊陶瓷基板的高度差小于±30微米；APD芯片與TIA芯片之間，以及TIA芯片與第二塊陶瓷基板之間均采用焊接金絲連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于第一 塊陶瓷基板厚度為380±20微米；第二塊陶瓷基板厚度為500±20微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 陶瓷基板的拋光表面不平度小于1微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于第一 塊陶瓷基板上設(shè)有貼裝APD芯片的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于APD 芯片與TIA芯片之間的焊接金絲為楔焊金絲。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于第一 塊陶瓷基板與第二塊陶瓷基板拼接傾角小于5度，縫隙小于20微米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結(jié)構(gòu)，包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，兩塊陶瓷基板的底面水平拼接；第一塊陶瓷基板上貼裝APD芯片和TIA芯片；且第一塊陶瓷基板貼裝上APD芯片和TIA芯片后，與第二塊陶瓷基板的高度差小于±30微米；APD芯片與TIA芯片之間，以及TIA芯片與第二塊陶瓷基板之間均采用焊接金絲連接。它將臺(tái)階狀陶瓷基板設(shè)置成分離式的，使10Gb/s APD-TIA光接收組件的信號(hào)線保持在一準(zhǔn)平面上，從而使該組件具有寄生參數(shù)小、高頻特性好、傳輸帶寬寬、光接收靈敏度高、便于組裝等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/142GK201289534SQ20082020096
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者丁國(guó)慶 申請(qǐng)人:廣州南沙慧視通訊科技有限公司