一种同轴光电器件及其底座

文档序号:140756 发布日期:2021-10-22 浏览:33次 >En<

阅读说明:本技术 一种同轴光电器件及其底座 (Coaxial photoelectric device and base thereof ) 是由 汪振中 庄睿 于 2020-04-09 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种同轴光电器件及其底座,该底座具有相对的顶面和底面,以及贯穿所述顶面和底面的通孔;所述通孔内设有信号管脚,所述信号管脚与所述通孔的孔壁之间填充绝缘介质以固定所述信号管脚;所述信号管脚具有高出所述底座顶面的延长段,所述延长段上设有引线键合平面;所述底座的顶面在所述信号管脚的附近设有容性补偿结构,以降低所述信号管脚的阻抗。通过优化补偿设计,在TO底座与高速信号管脚上设计容性补偿结构,以降低信号管脚的阻抗,改善TO CAN封装的频响,使得组装时仍可采用传统的引线键合工艺实现高速信号与内部图形电路的连接,实现低成本、高频响的封装,可用于更高速率的应用场景。(The application discloses a coaxial photoelectric device and a base thereof, wherein the base is provided with a top surface, a bottom surface and a through hole penetrating through the top surface and the bottom surface; a signal pin is arranged in the through hole, and an insulating medium is filled between the signal pin and the hole wall of the through hole to fix the signal pin; the signal pin is provided with an extension section higher than the top surface of the base, and a lead bonding plane is arranged on the extension section; the top surface of the base is provided with a capacitive compensation structure near the signal pin to reduce the impedance of the signal pin. Through optimization compensation design, a capacitive compensation structure is designed on the TO base and the high-speed signal pin TO reduce the impedance of the signal pin and improve the frequency response of TO CAN packaging, so that the traditional lead bonding process CAN be still adopted during assembly TO realize the connection of a high-speed signal and an internal graphic circuit, the packaging with low cost and high frequency response is realized, and the TO CAN packaging structure CAN be used in application scenes with higher speed.)

一种同轴光电器件及其底座

技术领域

本申请涉及光通信技术领域,尤其涉及一种同轴光电器件及其底座。

背景技术

目前光通信中高速链路传输速度从传统的1.25Gbps到10Gbps,再到单通道25Gbps。传输速率的增加要求传输链路的带宽不断增加,10Gbps信号要求有7GHz带宽,25Gbps信号要求带宽在21GHz。

光模块在高速链路中存在多种载体,通常包括:

1.硬质电路板(PCB),用作SMD(Surface Mounted Devices,表面贴装元件)的载体,与系统对接,成本低;

2.柔性电路板(FPC),与PCB相类似,主要用于两个硬载体之间的互连,可以吸收空间公差;

3.气密管壳封装(Ceramic Box/TO CAN),用于气密性要求高的器件封装,如激光器,TEC,PD等;

4.陶瓷基板(COP),用于承载光电器件,散热性好,加工精度高。

随着国内外5G的正式商用,市场上对于气密管壳封装提出更高速率更低成本的要求。目前常用的TO CAN封装模块,高速信号直接以SMD形式由驱动芯片引出,经由PCB、FPC、TO底座传输到激光器芯片。这种封装形式的高速信号会经过多个阻抗突变点,传输模式变化复杂。传输链路上的阻抗失配越大,信号的反射与噪点越多,导致失真度越高。而且随着信号的速率增加,从10Gbps到25Gbps应用,对传输信号的抖动与噪声要求更加严格。其中TO底座作为有源激光器的主要气密封装,其组装结构对链路阻抗具有很大的影响。

如图1所示,现有2.5G TO底座10’的结构中,高速信号经信号管脚20’,再通过金线/焊接等方式连接到内部的图形电路上,根据阻抗的变化,信号管脚20’的阻抗可以分成焊接段21’、与底座连接的连接段以及延长段22’。其中,与底座连接的连接段可通过管控玻璃柱30’及同轴结构特征尺寸控制阻抗,使其阻抗突变较小,而延长段22’则因为缺少参考而导致阻抗偏高,如图2所示的仿真结果,可以看到信号管脚延长段的阻抗从标准的50Ohm突变至100Ohm左右。阻抗失配,将造成较大的信号反射和噪点,引起较高的信号失真度。

发明内容

本申请的目的在于提供一种低成本的同轴光电器件及其底座,工艺简单,具有良好的高频性能,可用于更高速率的应用场景。

为了实现上述目的之一,本申请提供了一种同轴光电器件底座,所述底座具有相对的顶面和底面,以及贯穿所述顶面和底面的通孔;所述通孔内设有信号管脚,所述信号管脚与所述通孔的孔壁之间填充绝缘介质以固定所述信号管脚;所述信号管脚具有高出所述底座顶面的延长段,所述延长段上设有引线键合平面;所述底座的顶面在所述信号管脚的附近设有容性补偿结构,以降低所述信号管脚的阻抗。

作为实施方式的进一步改进,所述底座顶面设有围绕所述信号管脚的凸台,所述凸台与相应的信号管脚构成所述容性补偿结构。

作为实施方式的进一步改进,所述凸台为围绕相应信号管脚的环形柱。

作为实施方式的进一步改进,所述凸台与所述信号管脚的引线键合平面相对的一侧设有避让空间,用于避让引线针具。

作为实施方式的进一步改进,所述底座顶面设有凸起,所述凸起具有朝向所述信号管脚的侧面,所述侧面与所述信号管脚之间设有绝缘垫块;所述凸起、绝缘垫块和相应的信号管脚构成所述容性补偿结构。

作为实施方式的进一步改进,所述绝缘垫块与所述信号管脚之间设有导电块,所述导电块与所述信号管脚导电连接,所述凸起、绝缘垫块和所述导电块构成所述容性补偿结构。

作为实施方式的进一步改进,所述导电块包括焊锡块。

作为实施方式的进一步改进,所述引线键合平面位于所述信号管脚延长段的侧面,位于所述引线键合平面之外的所述延长段的其它侧面的所述容性补偿结构的高度等于或小于所述延长段的高度。

作为实施方式的进一步改进,所述底座顶面还设有热沉,所述热沉具有与所述引线键合平面平行的安装平面,所述引线键合平面与所述热沉的安装平面朝向相同方向。

本申请还提供了一种同轴光电器件,包括光电芯片、基板和上述任一实施例所述的同轴光电器件底座;所述基板置于所述同轴光电器件底座上,所述光电芯片置于所述基板上并与所述基板电连接;所述基板通过键合引线电连接所述信号管脚。

本申请的有益效果:通过优化补偿设计,在TO底座与高速信号管脚上设计容性补偿结构,以降低信号管脚的阻抗,改善TO CAN封装的频响,使得组装时仍可采用传统的引线键合(Wire Bonding)工艺实现高速信号与内部图形电路的连接,实现低成本、高频响的封装,可用于更高速率的应用场景。

附图说明

图1为目前低速率(2.5G)TO底座结构示意图;

图2为图1中TO底座的高速信号管脚的阻抗仿真示意图;

图3为本申请实施例1的TO底座结构示意图;

图4为改进后与改进前TO底座的高速信号管脚的阻抗仿真示意图;

图5为改进后与改进前TO底座的高速信号管脚的回损仿真示意图;

图6为本申请实施例2的TO底座结构示意图;

图7为本申请实施例3的TO底座结构示意图;

图8为本申请实施例4的同轴光电器件内部结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中,为了便于图示,结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大,因此,仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外,本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如,如果将图中的设备翻转,则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此,示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向),并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时,其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层,或者可以存在中间元件或层。

同轴封装的光电器件(TO CAN)结构包括底座、光电芯片和管帽,底座上设有若干信号管脚和接地管脚,管帽上设有透镜,光电芯片安装在底座上,管帽和底座形成气密封装。光电芯片与信号管脚电连接,通过信号管脚供电。由于同轴封装的光电器件具有体积小、成本低、容易耦合等优点,在光通讯系统中具有广泛的应用。但是由于其高速链路较复杂,阻抗突变大,高频性能较差,所以多用在10G以内的低速率模块中。本申请通过改进TO底座的结构,以提高同轴封装器件的高频性能,使得其可以应用在较高速率的模块中,以降低高速光模块的成本。

实施例1

如图3所示,该实施例的同轴光电器件底座10具有相对的顶面11和底面12,以及贯穿其顶面11和底面12的通孔,通孔内设有信号管脚20,信号管脚20与通孔的孔壁之间填充绝缘介质30以固定信号管脚20。其中,信号管脚20具有高出底座10顶面11的延长段21,该延长段21上设有引线键合平面22,用于键合引线以跟光电芯片电连接,这里引线键合平面22设在信号管脚20延长段21的末端侧面,延长段21包括引线键合平面22。该实施例中,底座10上还设有热沉40,热沉具有与引线键合平面22平行的安装平面41,用于放置光电芯片,引线键合平面22与该热沉40的安装平面41朝向相同方向。这里热沉40与底座10为一体成型结构,在其它实施例中,热沉跟底座也可以是组装在一起的结构。上述底座10的顶面11在信号管脚20的附近设有容性补偿结构,以降低信号管脚的阻抗,改善TO CAN封装的频响,使得组装时仍可采用传统的引线键合工艺实现高速信号与内部图形电路的连接,实现低成本、高频响的封装,可用于更高速率的应用场景。

该实施例中的容性补偿结构的实现方式为,在底座10顶面11设置围绕信号管脚20的凸台13,在凸台13与信号管脚20之间填充有绝缘介质30,如玻璃介质等,该凸台13与相应的信号管脚20构成容性补偿结构。该实施例中,底座10上设有两根高速信号管脚20,上述凸台13为围绕相应信号管脚20的环形柱,各信号管脚20外围的凸台13可以相互连接,也可以各自独立。在其它实施例中,信号管脚的数量也可以是1根或多根,各信号管脚的周围分别设有围绕相应管脚的环形柱,各环形柱可以相互连接也可以各自独立。

如图4和5所示,根据阻抗的变化可以将信号管脚分成焊接段、与底座连接的连接段以及延长段,从结构上看,如图3所示,焊接段(图中未示出)为信号管脚20位于底座10底面12以下的部分,连接段为贯穿于底座10内的部分,延长段21为高出底座10顶面11的部分。其中,与底座10连接的连接段可通过管控玻璃介质及同轴结构特征尺寸控制阻抗,使其阻抗突变较小,接近标准50欧姆。而延长段21则因为缺少参考而导致阻抗偏高,如图4所示的虚线,改进后信号管脚延长段的阻抗从原来的大于100欧姆降低到小于90欧姆。这里,上述凸台与相应的信号管脚构成容性补偿结构,降低了信号管脚延长段的感性,从而降低了信号管脚引线键合平面处的阻抗,优化了器件带宽和频响。另一方面,底座10上设置上述凸台13,也相当于增加了信号管脚20与底座10连接的长度,即增加了阻抗可控的长度,缩短了信号管脚20延长段21的长度,即缩短了引线键合平面22与底座10的间距,使更多部分的信号管脚的阻抗可控,缩短阻抗突变点长度,从而优化了底座整体的高频性能。所以该实施例中凸台13的高度越高越好,以低于引线键合平面22的较低一端的高度且不妨碍引线键合时的引线针具为限。这里,引线键合平面22的较低一端指的是引线键合平面22相对靠近底座10顶面11的一端。

实施例2

如图6所示,与实施例1不同的是,该实施例中的凸台13是比底座10外径小,跟底座10为同心圆的一个圆台,该圆台的高度低于各信号管脚20引线键合平面22的较低一端的高度,在圆台与信号管脚20的引线键合平面22相对的一侧设有避让空间14,用于避让引线键合时的引线针具。该实施例中,上述避让空间14为圆台上的一个斜切面缺口,在其它实施例中,避让空间也可以是其它形状结构,只要不妨碍引线键合时的引线针具即可。当然,在其它实施例中,凸台也可以不是底座的同心圆台,也可以是其它形状的凸台,高度低于各信号管脚引线键合平面的较低一端的高度,同时不妨碍引线键合时的引线针具即可。

同实施例1,该实施例中的凸台13与相应的信号管脚20构成容性补偿结构,降低了信号管脚20延长段21的感性,从而降低了信号管脚20引线键合平面22处的阻抗,优化了器件带宽和频响。另一方面,底座10上设置上述凸台13,也相当于增加了信号管脚20与底座10连接的长度,即增加了阻抗可控的长度,缩短了信号管脚20延长段21的长度,即缩短了引线键合平面22与底座10的间距,使更多部分的信号管脚的阻抗可控,缩短阻抗突变点长度,从而优化了底座整体的高频性能。所以该实施例中凸台13的高度越高越好,以低于引线键合平面22的较低一端的高度且不妨碍引线键合时的引线针具为限。

实施例3

如图7所示,与实施例1和2不同的是,该实施例中的容性补偿结构的实现方式为,在底座10顶面11设置凸起14,该凸起14具有朝向信号管脚20的侧面,该侧面与信号管脚20之间设有绝缘垫块50。上述凸起14、绝缘垫块50和相应的信号管脚20构成容性补偿结构,即在信号管脚20与凸起14之间形成容性感应,从而降低信号管脚20延长段21的感性,降低引线键合平面22处的阻抗,优化了器件带宽和频响。

该实施例中,在绝缘垫块50与信号管脚20之间设有导电块60,该导电块60与信号管脚20导电连接,上述凸起14、绝缘垫块50和导电块60构成容性补偿结构。导电块60具有更大的侧面,可与凸起14一起形成更大的容性感应,可以更多地降低信号管脚20引线键合平面22处的阻抗,进一步提高器件的带宽和频响性能。该实施例中,导电块60为焊锡块,与信号管脚20具有很好的导电性,工艺简单。在其它实施例中,导电块也可以采用其它导电材料制成。

图7所示的底座10顶面11还设有热沉40,上述凸起14与热沉40连接在一起,位于两根信号管脚20的一侧,底座10、凸起14和热沉40为一体成型结构。在其它实施例中,上述凸起也可以位于两根信号管脚的中间,具有分别面向两根信号管脚的两个侧面。或者,也可以在各信号管脚的侧边各自分别设置单独的凸起和绝缘垫块,只要不妨碍引线键合时的引线针具即可。当然,在其它实施例中,信号管脚的数量也可以是1根或多根。引线键合平面22位于信号管脚20延长段21的侧面,当上述容性补偿结构位于引线键合平面22之外的延长段21的其它侧面时,该容性补偿结构的高度可以等于或小于延长段21的高度,使得信号管脚20与凸起14之间形成更大的容性感应,从而较大限度地降低信号管脚20延长段21的感性,降低引线键合平面22处的阻抗,较大限度地优化器件带宽和频响。

实施例4

如图8所示,该实施例提供一种同轴光电器件,包括光电芯片70、基板80和上述任一实施例的同轴光电器件底座。底座10的顶面11上设有热沉40,基板80置于底座10的热沉40上,光电芯片70置于基板80上并与基板80电连接,基板80通过键合引线90电连接信号管脚20。具体的,光电芯片70通过键合引线与基板80上的图形电路电连接,从信号管脚20延长段21的引线键合平面22上键合引线到基板80的图形电路,实现信号管脚20到基板80的信号传输。这里,键合引线90采用的是导电性能良好的金线,在其它实施例中也可以采用铜线或铝线等其它导电金属线。该同轴光电器件相比传统高带宽的25G TO,可以采用传统的引线键合工艺就可实现高速信号与内部图形电路的连接,无需复杂的焊接工艺,实现了低成本互连;同时,相比传统的2.5G TO器件,又提高了高频性能,得以能够实现更高速率的应用场景。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本申请的保护范围,凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

12页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:一种金属封装外壳与绝缘端子的装配系统及其控制方法

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!

技术分类