阅读说明：本技术 一种50g pam4发射激光器同轴封装结构及方法 (Coaxial packaging structure and method for 50G PAM4 emission laser ) 是由 黃劲威 周书刚 赵永成 陈正刚 黄敏华 陈斌 于 2021-01-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种50G PAM4发射激光器同轴封装结构及方法,该封装结构包括激光二极管芯片、汇聚耦合透镜帽、激光二极管垫片、片上芯片垫片、键合金丝、管座和高频柔性线路板,所述激光二极管芯片固定于激光二极管垫片上形成片上芯片,所述片上芯片固定于片上芯片垫片上,所述片上芯片垫片固定于管座上,所述高频柔性线路板穿设于管座上,所述激光二极管芯片通过键合金丝连接高频柔性线路板,所述汇聚耦合透镜帽固定于管座上；所述激光二极管芯片发射出高斯光束,高斯光束通过汇聚耦合透镜帽进行汇聚,汇聚光汇聚成与单光纤匹配的模式,入射到单模光纤中。该封装结构及方法有利于优化信号,并降低物料成本和封装成本。(The invention relates to a coaxial packaging structure and a method for a 50G PAM4 emitting laser, wherein the packaging structure comprises a laser diode chip, a convergence coupling lens cap, a laser diode gasket, an on-chip gasket, a gold bonding wire, a tube seat and a high-frequency flexible circuit board, the laser diode chip is fixed on the laser diode gasket to form an on-chip, the on-chip is fixed on the on-chip gasket, the on-chip gasket is fixed on the tube seat, the high-frequency flexible circuit board is arranged on the tube seat in a penetrating way, the laser diode chip is connected with the high-frequency flexible circuit board through the gold bonding wire, and the convergence coupling lens cap is fixed on the; the laser diode chip emits Gaussian beams, the Gaussian beams are converged through the converging coupling lens cap, the converged light is converged into a mode matched with a single optical fiber, and the mode is incident into a single mode optical fiber. The packaging structure and the packaging method are beneficial to optimizing signals, and reduce material cost and packaging cost.)

一种50G PAM4发射激光器同轴封装结构及方法

技术领域

本发明属于光纤通信领域，具体涉及一种50G PAM4发射激光器同轴封装结构及方法。

背景技术

当今社会对数据的渴望不断增长，不仅数据越来越多，而且数据传输速度越快，因此基于NRZ类型编码的旧调制方案越来越不充分。我们需要尽可能有效地从A点到B点获取数据，无论是PC板上的芯片还是长途光纤的一端到另一端。在许多方面受到青睐的调制方案是PAM4。

PAM4信号采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息（0、1、2、3）。由于PAM4信号每个符号周期可以传输2bit的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，因此传输通道对其造成的损耗大大减小。随着未来技术的发展，也不排除采用更多电平的PAM8甚至PAM16信号进行信息传输的可能性。

TO（Transistor Outline），即晶体管外形。早期晶体管大都采用同轴封装，后来被借用到光通信中，叫做TO封装，即同轴封装。同轴是从激光器、透镜到光纤，每个光路的中心线在同一直线上。所以TO封装的光组件也叫做同轴封装。目前来说同轴器件因为易于制造和成本优势，基本霸占了主流的光器件市场应用。TO-CAN，Can的英文释义即罐子，将激光器芯片和探测器芯片装在一个罐子里。TO38、TO46、TO56，其数字代表这个罐子底座（TO底座）的直径，分别为3.8mm、4.6mm、5.6mm，光通信行业多用到这三个尺寸。蝶形封装（也叫BOXPackage），壳体通常为长方体，管壳可伐，低温焊接玻璃，高频陶瓷烧结，结构及实现功能通常比较复杂，并且可以支持所有以上部件的键合引线，壳体面积大，散热好，可以用于各种速率及80km长距离传输。

在现有技术中，PAM4发射激光器同轴封装结构主要由激光二极管芯片LD chip、汇聚耦合透镜LENS、用来装载保护光电零件的盒子BOX、支撑COC（Chip on chip）的垫片COCSubmount、支撑LD Chip 的垫片LD Submount、激光器和RF Circuit连接线Golden Wire、高频柔性线路板FPC（Flexible Printed Circuit）、高频陶瓷上的高频线路图案RF Circuit和高频陶瓷RF Ceramic组成，其结构如图1所示。其光路原理为：LD chip 发射出发散光，发散光通过LENS进行汇聚，汇聚光通过BOX 窗口，入射到单模光纤中。其电路原理为：FPC和驱动电路通过焊接连接在一起；RF Circuit和FPC通过焊接，连接在一起；LD chip 和RFCircuit通过金丝键合，连接在一起；RF Ceramic上的RF Circuit是差分100欧姆的高频信号，NRZ 25G Bps，PAM4 50G Bps。现有技术存在的问题是：50G PAM4基于5G 基站的应用，是一个海量的应用。目前量产只能使用BOX结构来进行设计，物料成本高，BOX封装成本高。回顾光通信以往使用的同轴封装方案，发射管座使用的信号输出模式是差分50欧姆，对于管座输出差分100欧姆的信号是可以实现的，但是换来是管座体积的增大，其体积接近直径9mmmm，远超模块壳子空间尺寸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种50G PAM4发射激光器同轴封装结构及方法，该封装结构及方法有利于优化信号，并降低物料成本和封装成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种50G PAM4发射激光器同轴封装结构，包括激光二极管芯片、汇聚耦合透镜帽、激光二极管垫片、片上芯片垫片、键合金丝、管座和高频柔性线路板，所述激光二极管芯片固定于激光二极管垫片上形成片上芯片，所述片上芯片固定于片上芯片垫片上，所述片上芯片垫片固定于管座上，所述高频柔性线路板穿设于管座上，所述激光二极管芯片通过键合金丝连接高频柔性线路板，所述汇聚耦合透镜帽固定于管座上；所述激光二极管芯片发射出高斯光束，高斯光束通过汇聚耦合透镜帽进行汇聚，汇聚光汇聚成与单光纤匹配的模式，入射到单模光纤中。

进一步地，所述汇聚耦合透镜帽为由汇聚耦合透镜构成的半帽型结构，所述汇聚耦合透镜帽罩设于激光二极管芯片外侧部，以对激光二极管芯片发射出的高斯光束进行汇聚。

进一步地，所述激光二极管芯片的光通信波长为1310nm。

进一步地，所述管座采用可伐和不锈钢制成。

进一步地，所述高频柔性线路板为差分100欧姆的高频信号，NRZ 25G Bps，PAM450G Bps。

进一步地，所述高频柔性线路板与驱动电路通过焊接连接在一起。

本发明还提供了一种50G PAM4发射激光器同轴封装方法，包括以下步骤：

1）贴片：使用银胶将高频柔性线路板贴附在管座上并烘烤固定；通过高温共晶焊接，将激光二极管芯片固定在激光二极管垫片上，得到片上芯片，并将片上芯片固定在片上芯片垫片上；然后使用银胶将片上芯片垫片贴附在管座上并烘烤固定；

2）金丝键合：利用翻转打线，使用键合金丝焊接，从激光二极管垫片焊盘焊接到高频柔性线路板上；

3）封盖：采用封帽机汇聚耦合透镜帽电阻焊接在管座上。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明减少了一步电气连接，高频柔性线路板直接通过键合金丝连接激光二极管垫片，不仅高频信号会更好，而且降低了物料成本和封装成本。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

图3是本发明实施例中汇聚耦合透镜帽和管座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图2所示，本实施例提供了一种50G PAM4发射激光器同轴封装结构，包括激光二极管芯片1、汇聚耦合透镜帽2、激光二极管垫片3、片上芯片垫片4、键合金丝5、管座6和高频柔性线路板7，所述激光二极管芯片1固定于激光二极管垫片3上形成片上芯片，所述片上芯片固定于片上芯片垫片4上，所述片上芯片垫片4固定于管座6上，所述高频柔性线路板7穿设于管座6上，所述激光二极管芯片3通过键合金丝5连接高频柔性线路板7，所述汇聚耦合透镜帽2固定于管座6上；所述激光二极管芯片1发射出高斯光束，高斯光束通过汇聚耦合透镜帽2进行汇聚，汇聚光汇聚成与单光纤匹配的模式，入射到单模光纤中。

所述激光二极管芯片的光通信波长为1310nm。

如图3所示，在本实施例中，所述汇聚耦合透镜帽2为由汇聚耦合透镜构成的半帽型结构，所述汇聚耦合透镜帽2罩设于激光二极管芯片1外侧部，以对激光二极管芯片1发射出的高斯光束进行汇聚。

所述管座6采用可伐和不锈钢制成。

在本实施例中，汇聚耦合透镜帽2和管座6的各尺寸参数的取值范围为：

3.3＜A＜7mm，0.5＜B＜6mm，0＜C＜3mm，0＜D＜5mm，1＜E＜6mm，0.1＜F＜7mm，0.5＜G＜7mm，0.5＜H＜7mm。

所述高频柔性线路板为差分100欧姆的高频信号，NRZ 25G Bps，PAM4 50G Bps。所述高频柔性线路板与驱动电路通过焊接连接在一起。

本发明还提供了用于实现上述封装结构的50G PAM4发射激光器同轴封装方法，包括以下步骤：

1）贴片：使用银胶将高频柔性线路板贴附在管座上并烘烤固定；通过高温共晶焊接，将激光二极管芯片固定在激光二极管垫片上，得到片上芯片，并将片上芯片固定在片上芯片垫片上；然后使用银胶将片上芯片垫片贴附在管座上并烘烤固定；

2）金丝键合：利用翻转打线，使用键合金丝焊接，从激光二极管垫片焊盘焊接到高频柔性线路板上；

3）封盖：采用封帽机汇聚耦合透镜帽电阻焊接在管座上。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。