[发明专利]高速光电组件及其芯片倒装结构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光通信用光电子器件结构的改进，特别涉及的是一种应用于高速光通信领域中的高速光电组件。

背景技术

在现代生活中，随着通信业务量的持续增长，作为干路信息传输与处理的主要载体光纤通信系统，其解决扩容增速的办法，除了可增设新的光缆线路外，一个经济的办法是使原有光纤线路的信息传输和处理速度得到提高。在通信信道数目不变的情况下，这种速度的提高要求光纤通信系统内涉及的相关设备使用可于更高速率下工作的光电子器件，包括光发射的器件和光接收的器件。决定这些光电子器件能否工作于高速的因素，其中一个因素在于其是否使用了具有相应高速性能的光电转换芯片和关联的电子的芯片。光电转换芯片用于实现高速电信号到高速光信号、以及由高速光信号到高速电信号之间的信号能量转换，关联的电子芯片则用于提供高速电信号源或者对转换得到的高速电信号进行处理。

除此之外另一重要因素，为包括这些芯片元件在内的器件各组成部分的组装，称为器件的封装。随着速率向着更高程度的发展，封装的因素在器件高速性能中所起的作用已经越来越突出。首先需要解决的就是高速光电转换芯片与高速电子芯片之间、以及它们到电路的其它各组成部分之间高速电信号的有效传递问题，即高速光电子器件的电学封装，这是非常重要的。其次一个伴随的问题，就是如何实现针对高速光电转换芯片的有效和稳定的光信号连接，即高速光电子器件的光学封装，或称光耦合封装。这两个方面构成了高速光电子器件封装的核心内容。其中，光学封装方面的变化更多地体现在光接收器件方面，因为随着速率的增加，光接收芯片用于光耦合的工作区面积会逐渐减小，使光纤耦合的难度和要求发生变化。比如对速率为10G(1G＝10⁹)比特每秒的数字光信号，常用面型光接收芯片的光耦合工作区直径为30微米左右，即0.03毫米，而速率达到下一代升级系统所要求的40G时，光耦合工作区的直径就下降至12微米左右，已经与所用单模光纤内传输的9～10微米的光束直径相当，因此器件对光纤耦合的对准和稳定程度要求大大增加。

请参阅图1所示，其为现有技术中高速光电子器件蝶形封装的立体示意图；其基于的是一种称为蝶型管壳100的封装管体结构，称为蝶形封装。其中关键部件包括：光电转换芯片110、电子芯片120、高速传输电路130、耦合光纤140以及芯片安装基板150、高速传输电路基板160、管壳光纤固定通孔170。请参阅图2所示，其为图1中关键部件在现有技术中光电组件封装的侧视示意图。这里所指的光电转换芯片110，是指安装后其发射或接收光信号的方向为垂直于芯片安装基板150表面的情形，包括通常的面型光电转换芯片的安装，和波导型光电转换芯片在经芯片结构或安装结构的处理后，转变成垂直于芯片安装基板150表面发射或接收光信号的安装。高速传输电路130是可在高速传输电路基板160上实现的以有效传输高速信号的专门电路，称为微波传输线。由于高速传输电路130连同基板160的安装会占用相当的空间体积，因此高速光电子器件需要用到图1所示的这种蝶形管壳100封装的结构，以提供安装空间，并且可在管壳上提供专门的用于高速电信号的连接端口，为业界普遍使用的一种管壳封装形式。

在现有技术下，光电转换芯片110、电子芯片120和高速传输电路130之间电信号的连接采用的是引线键合连接的方式，包括高速传输电路130到管壳高速电信号端口间的连接。所用的键合连接引线180一般为极细的金丝，标准直径如25.4微米、31.8微米，键合连接由专门的引线键合机完成。这种连接方式简单灵活，一般应用于连接点较少的电路，并且对于高速应用可实现达到10G比特每秒的连接工艺要求，因此是目前光电子器件行业中普遍使用的一种电连接的方式。除此之外，电路元件通过导电胶粘接和金属合金焊料焊接的方式将元件自身固定安装于基板上，并且实现底部电极与基板电路的直接连接。

通过引线键合机完成的引线键合工艺，有一个技术特点，就是要求所需键合连接的两个电极表面之间同为朝上的水平表面。换言之，引线键合连接不能够在相互成垂直或夹角的表面间进行，也不能够在同一个物件的上下或正反两个表面间进行。这种工艺技术的特点决定了使用引线键合连接的器件封装结构内部各连接元件之间的基本摆放形式。