CN104041195B - 光电子器件 - Google Patents

Abstract

一种光电子器件，包括：封装部件(110)、核心元件(120)和连接板(130)，所述核心元件包括芯片子载体(121)和光电子芯片(122)，所述连接板(130)通过高频传输线(131)、隔离介质(132)与地共同组成共面波导传输线，高频传输线(131)和低频线路分别与所述封装部件(110)和所述核心元件(120)连接，用于传输所述封装部件(110)和所述核心元件(120)之间的高频信号和低频信号。连接板(130)提高了传输高频信号时高频信号的完整性和有效性，提高了传输低频信号的有效性，提高了传输高频信号和低频信号时的连接的易操作性。

Description

光电子器件

技术领域

本发明涉及电子器件领域，特别涉及一种光电子器件。

背景技术

近年来随着电子器件的不断发展，光电子器件应用于越来越多的场合；其中，光电子器件主要包括封装部件和核心元件。其中，封装部件接收光电子器件外驱动电路传输的高频信号、低频信号，其表面多由陶瓷电路组成，核心元件包括芯片子载体和光电子芯片，光电子芯片位于芯片子载体上，可以为直接调制激光器、调制器、或探测器。

现有技术采用金丝跳线（wire-bonding）连接封装部件与核心元件之间的高频信号、低频信号。

现有技术的缺点：

现有技术采用金丝跳线连接封装部件与核心元件之间的高频信号、低频信号，这就将空气作为广义电介质，无法很好地传输高频信号，这在一定程度上影响了整个光电子器件的高频特能。另外现有封装光电子器件中，需要大量的金丝跳线连接封装部件和芯片子载体的线路，其可靠性和易操作性不佳。

发明内容

一种光电子器件，其特征在于，所述光电子器件包括：

封装部件和核心元件，所述核心元件包括芯片子载体和光电子芯片；

还包括连接板，所述连接板包括：

高频传输线，用于传输所述封装部件和所述核心元件之间的高频信号，所述高频传输线为形状由宽及窄的渐变传输线；

隔离介质，位于所述高频传输线两侧，用于隔离所述高频传输线与地，其中，高频传输线、隔离介质与地共同组成共面波导传输线，以满足模场匹配；和

低频线路，用于传输低频信号。

优选地，所述连接板还设置有：

背光探测器，用于通过采集所述光电子芯片的背光信号，检测所述光电子芯片的工作状态，进行反馈控制。

优选地，所述连接板上还设置有：

芯片匹配电阻，用于实现所述光电子芯片的阻抗匹配，与所述高频传输线以并联或串联连接。

优选地，所述连接板为单面连接板。

优选地，所述连接板为双面连接板，所述双面连接板包括过孔，用于将高频线路或低频线路从连接板的一面连通到另一面；其中，

第一面连接板分别与所述封装部件和所述芯片子载体连接，用于传输所述封装部件和所述芯片子载体之间的高频信号；

第二面连接板分别与所述封装部件和所述芯片子载体连接，用于传输所述封装部件和所述芯片子载体之间的低频信号。

优选地，所述第一面连接板包括：

高频传输线，隔离介质；

优选地，所述第二面连接板包括：

背光探测器和低频线路。

优选地，所述第一面连接板还设置有：

芯片匹配电阻。

优选地，所述芯片匹配电阻为：

并联型芯片匹配电阻，通过金丝跳线一端并联所述高频传输线，另一端接地；用于所述光电子芯片为高阻电压型工作器件时，实现所述光电子芯片的阻抗匹配；或，

串联型芯片匹配电阻，串联所述高频传输线，用于所述光电子芯片为低阻电流型工作器件时，实现所述光电子芯片的阻抗匹配。

优选地，所述第二面连接板还设置有：

芯片直流电流偏置电感，用于通直流、隔交流，提高光电子芯片直流电流供电的电能质量。

优选地，所述第二面连接板还设置有：

热敏电阻馈线，用于检测热敏电阻的反馈电压；

芯片热调谐电路，用于根据热敏电阻的电压反馈调整光电子芯片的温度在预设的工作区间内。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本实施例通过提供一种光电子器件，该光电子器件主要由封装部件和核心元件和连接板组成，该连接板通过高频传输线、隔离介质与地共同组成共面波导传输线和低频线路分别与所述封装部件和所述核心元件连接，用于传输所述封装部件和所述核心元件之间的高频信号和低频信号，以连接板代替了将空气作为广义电介质，并不适合传输高频信号的金丝跳线，提高了传输高频信号时高频信号的完整性和有效性，提高了传输低频信号的有效性，通过集成单一连接板代替了大量的金丝跳线，提高了传输高频信号和低频信号时的易操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种光电子器件示意图；

图2是本发明实施例三提供的一种光电子器件示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种光电子器件单面连接板的俯视图；

图4是本发明实施例三提供的一种光电子器件示意图；

图5是本发明实施例四提供的一种光电子器件连接板第一面的俯视图；

图6是本发明实施例四提供的另一种光电子器件连接板第一面的俯视图；

图7是本发明实施例四提供的一种光电子器件连接板第二面的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

如图1，本实施例提供了一种光电子器件包括：

封装部件110，用于传输驱动电路的高频信号、低频信号，该低频信号包括直流偏置的电信号；该封装部件110与光电子器件外的外部驱动电路连接，通过光电子器件外的柔性印刷板传输该驱动电路的高频信号和低频信号；相应地，该封装部件110又与光电子器件内的核心元件120连接，通过连接板130传输高频信号和低频信号。本实施例中，优选封装部件110的表面由陶瓷电路组成。

核心元件120，该核心元件120包括芯片子载体121和光电子芯片122；该光电子芯片可以为直接调制激光器、调制器或探测器。

该光电子芯片122位于芯片子载体121上，与该芯片子载体121通过金丝跳线连接。

上述高频信号的主要作用是调制光电子芯片122的光信号。低频信号对应连接板上的低频线路的不同元件，主要作用是为光电子芯片122供电、监控光电子芯片122工作状态、采集光电子芯片122的温度信息并控制其温度等。

连接板130，该连接板130分别与该封装部件110和该核心元件120连接，用于传输该封装部件110和该核心元件120之间的高频信号和低频信号。

进一步，本实施例封装光电子器件时，该连接板的具体连接方式优选以倒焊工艺将其正面朝下与上述封装部件110和核心元件120中的芯片子载体121相连接。

该连接板130包括：

高频传输线131，用于传输该封装部件和该芯片子载体之间的高频信号；

具体到本实施例图中高频传输线131为形状由宽及窄的渐变传输线，优选楔形渐变传输线，而选用左宽右窄的楔形传输线主要是因为一般左边与封装器件110传输高频信号的传输线接口直径相对较宽，而右边和核心元件120中的芯片子载体121连接光电子芯片122的传输线接口一般设定为100mm-250mm，相对较窄，利用由宽及窄的楔形渐变传输线较为合理。该楔形渐变传输线仅供举例，还有指数型渐变传输线，梯形传输线等可以达到同样传输效果的其他布线方式。

隔离介质132，位于在该高频传输线131两侧，用于以隔离高频传输线131与地；形成GSG（Ground-Signal-Ground，地-信号-地）结构，构成共面波导传输线。本实施例的隔离介质优选凹槽以空气隔离高频传输线131与地实现。利用氮化铝作为隔离材料，仅供举例，还可以选择氧化铝等其他绝缘材料，绝缘材料位于印刷板下层，印刷板上层优选金作为导电材料，构成上层的高频传输线131与地的材料，具体可以采用掩膜覆盖后蒸镀金工艺完成。

不同于金丝跳线的以空气作为广义电介质传输高频信号，上述高频传输线131与隔离介质132、地组成共面波导传输线，其特殊的波导结构保证了传输高频信号时，传输过程中能够满足模场匹配。

进一步，设置高频传输线131的介质厚度，介质的介电常数和各处介质宽度等参数保证了高频信号传输过程中，高频传输线的阻抗匹配，使得该高频传输线特征阻抗分布恒定，一般为50欧；高频传输线的阻抗匹配最大程度地减少了高频信号在其中的反射，保证了高频信号的完整性。

另外，通过设置高频传输线131介质厚度，介质的介电常数和各处介质宽度等参数，还可以进行高频传输线131的阻抗变换，可以灵活改变其阻抗。

该连接板130还包括：

低频线路，用于传输低频信号，对应低频元件传输低频信号的所有电路，其标号从略。

背光探测器133，用于通过探测该光电子芯片122的背光信号，检测该光电子芯片122的工作状态，进行反馈控制；节约了原先背光探测器所在处芯片子载体121的电子元件空间。

具体地，背光探测器133采集光电子芯片122的背光信号，检测当前光电子芯片122的发光等工作状态是否在预设的区间内；如果是，保持监控；如果不是，通过背光探测器133相应的反馈控制，使光电子芯片122的工作状态恢复到预设区间内。

该连接板130，还可以包括芯片匹配电阻134，用于实现该光电子芯片122的阻抗匹配以使光电子芯片122负载侧尽量消除高频信号的反射，芯片匹配电阻134可以以并联或串联的方式置于连接板或芯片子载体的线路中，具体包括：

并联型芯片匹配电阻1341，通过金丝跳线一端连接所述高频传输线，另一端接地；用于所述光电子芯片为高阻电压型工作器件时，实现所述光电子芯片的阻抗匹配；或，

串联型芯片匹配电阻1342，串联所述高频传输线，用于所述光电子芯片为低阻电流型工作器件时，实现所述光电子芯片的阻抗匹配。

对应高频传输线131，该芯片匹配电阻134的取值一般为50欧左右，精确值以实际工程效果为准，不作具体限定；

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实施例通过提供一种光电子器件，该光电子器件主要由封装部件110和核心元件120和连接板130组成，该连接板130分别与该封装部件110和该核心元件120连接，用于传输该封装部件110和该核心元件120之间的高频信号和低频信号，以连接板130代替了将空气作为广义电介质，并不适合传输高频信号的金丝跳线，高频传输线131、隔离介质132与地组成共面波导传输线，满足模场匹配和阻抗匹配，通过芯片匹配电阻134满足光电子芯片的阻抗匹配，提高了传输高频信号时高频信号的完整性和有效性，提高了传输低频信号的有效性。通过集成背光探测器133实现了对于光电子芯片的有效控制；通过集成单一连接板130代替了大量的金丝跳线，提高了传输高频信号和低频信号时的易操作性。

实施例二

如图2，本实施例提供了一种光电子器件包括：

封装部件110和核心元件120，该核心元件120包括芯片子载体121和光电子芯片122；

还包括连接板130，该连接板130分别与该封装部件110和该核心元件120连接，用于传输该封装部件和该核心元件之间的高频信号和低频信号。

具体地，本实施例的连接板130的封装光电子器件时，该连接板的连接方式优选以倒焊工艺将其正面朝下与上述封装部件和芯片子载体相连接。本实施例为进一步简化连接板结构，提高连接板的集成度，将芯片匹配电阻134置于芯片子载体121上，并且连接板130优选采用单面连接板130。

单面连接板130集成了高频信号的高频线路和低频信号的低频线路，其中高频线路和低频线路保持一定距离，减小干扰。同时存在多套高频、低频线路可以对应芯片子载体121上存在多个光电子芯片122的情况。如图3是对应两套高频、低频线路的俯视图，以其中一套高频、低频线路为例，该单面连接板130包括：

高频传输线131，隔离介质132，其中，高频传输线131、隔离介质132与地共同组成共面波导传输线；

低频线路；

其中，包括接激光器直流正极135的直流偏置供电线路。

背光探测器133；节约了原先背光探测器所在处芯片子载体121的电子元件空间。

该单面连接板还可以包括；

热敏电阻136，阻值随着温度的变化的电阻，用于测量温度得到对应的直流电流；与单面连接板中的低频线路组成热敏电阻回路，测量温度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实施例通过提供一种光电子器件，该光电子器件主要由封装部件110和核心元件120和单面连接板130组成，单面连接板130高度集成了高频线路和低频线路。单面连接板上高频传输线131与隔离介质132、地组成共面波导传输线，保证了高频信号传输过程中的模场匹配，通过改变高频传输线131的介质厚度，介质的介电常数和介质宽度等参数，满足了高频传输线131的阻抗匹配。上述模场匹配和阻抗匹配保证了高频信号传输的完整性和有效性。提升了光电子器件封装过程中光电子芯片122与封装部件110之间的高频响应，单面连接板130可以对应多个光电子芯片，通过低频信号和直流电流的同时，集成了背光探测器133、热敏电阻136等不同元件，拓展了相应的功能。

实施例三

如图4，本实施例提供了一种光电子器件包括：

封装部件110和核心元件120，该核心元件120包括芯片子载体121和光电子芯片122；

还包括连接板130，该连接板130分别与该封装部件110和该核心元件120连接，用于传输该封装部件110和该核心元件120之间的高频信号和低频信号。

具体地，封装光电子器件时，该连接板的连接方式优选以倒焊工艺将其正面朝下与上述封装部件110和芯片子载体120相连接。本实施例为使高频线路和低频线路分开，进一步减小高低频线路间的干扰，连接板130优选采用双面连接板130如图：

双面连接板130，用于通过倒焊工艺分别与该封装部件和该芯片子载体连接，连接板朝下正面的线路板作为第一面，优选传输该封装部件与该芯片子载体之间的高频信号，连接板朝上反面的线路板作为第二面传输该封装部件与该芯片子载体之间的低频信号；反之，也可以上述第一面传输该封装部件与该芯片子载体之间的低频信号，上述第二面传输该封装部件与该芯片子载体之间的高频信号。

双面连接板130上存在过孔137，该过孔137用于将高频线路或低频线路从连接板的一面连通到另一面，具体在本实施例中，是将该封装部件110与该芯片子载体120上低频线路通过过孔137从正面的第一面连接板连通到反面的第二面连接板布线。

如图5是光电子芯片122为电吸收调制激光器等电压工作的光电子芯片时，正面连接板的俯视图，除了上述的过孔外，第一面连接板包括：

高频传输线131，隔离介质132，其中，高频传输线131、隔离介质132与地共同组成共面波导传输线；

低频线路，由过孔137从正面连通到反面传输低频信号；并联型芯片匹配电阻1341，通过金丝跳线一端连接该高频传输线131，另一端接地；用于该光电子芯片122为电压工作时，实现该光电子芯片122的阻抗匹配；

如图6是光电子芯片122为直接调制半导体激光器等电流工作的光电子芯片时，正面连接板的俯视图，除了上述的过孔外，第一面连接板包括：

其中，高频传输线131和隔离介质132的描述同电压工作的光电子芯片122，不再赘述。

串联型芯片匹配电阻1342，串联该高频传输线131，用于该光电子芯片122为电流工作时，实现该光电子芯片122的阻抗匹配，

如图7是第二面连接板的俯视图，除了上述的过孔137外，第二面连接板包括：

低频线路，用于传输低频信号；

其中包括热敏电阻馈线138，作为低频线路的一部分，用于传输热敏电阻136的低频信号，也就是传输光电子芯片子载体的温度信息；一般来说，光电子芯片122对温度非常敏感，需要通过热敏电阻馈线138的检测热敏电阻的反馈电压，以记录温度或进行温度的反馈控制。

背光探测器133；节约了原先背光探测器所在处芯片子载体121的电子元件空间。

优选地，该第二面连接板还可以包括：

芯片直流电流偏置电感139，用于通直流、隔交流，提高光电子芯片122直流供电的电能质量；直流偏置电路供电光电子芯片122中，由于在本实施例中，反面的直流偏置电路和正面的高频线路连接光电子芯片的同一级，供电线路会存在交流成分，设置芯片直流电流偏置电感139通直流，隔交流，进一步减小供电线路的交流成分，提高光电子芯片122直流供电的电能质量；其中，芯片直流电流偏置电感139主要作用是拓展带宽，减少寄生电容。

芯片热调谐电路1310，用于根据热敏电阻馈线138的反馈调整光电子芯片122的温度在预设的工作区间内。本实施例通过TEC（ThermoelectricCooler，半导体致冷器）,半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的,当直流电流半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象,来进行加热和制冷的；有效地调节了当前光电子芯片的温度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实施例通过提供一种光电子器件，该光电子器件主要由封装部件110和核心元件120和双面连接板130组成，双面连接板130有效地隔离了高频线路和低频线路间的干扰。其中通过双面连接板正面连接板上高频传输线131与隔离介质132、地组成共面波导传输线，保证了高频信号传输过程中的模场匹配，通过改变高频传输线131的介质厚度，介质的介电常数和各处介质宽度等参数，满足了高频传输线131的阻抗匹配。通过将芯片匹配电阻1341或1342从芯片子载体121集成在双面连接板130第一面上，满足了光电子芯片122的阻抗匹配的同时节约了芯片子载体121线路的空间。上述模场匹配和阻抗匹配保证了高频信号传输的完整性和有效性。提升了光电子器件封装过程中光电子芯片122与封装部件110之间的高频响应，反面连接板通过低频信号和直流电流的同时，集成了背光探测器133、芯片直流电流偏置电感139、芯片热调谐电路1310等对应不同功能的原件，进一步节约了这些原件原本所在线路的空间，拓展了相应的功能。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电子器件，其特征在于，所述光电子器件包括：

封装部件和核心元件，所述核心元件包括芯片子载体和光电子芯片；

还包括连接板，所述连接板包括：

高频传输线，用于传输所述封装部件和所述核心元件之间的高频信号，所述高频传输线为形状由宽及窄的渐变传输线；

隔离介质，位于所述高频传输线两侧，用于隔离所述高频传输线与地，其中，高频传输线、隔离介质与地共同组成共面波导传输线，以满足模场匹配；和

低频线路，用于传输低频信号，所述低频线路包括用于传输低频信号的低频元件对应的所有电路。

2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述连接板还设置有：

背光探测器，用于通过采集所述光电子芯片的背光信号，检测所述光电子芯片的工作状态，进行反馈控制。

3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述连接板上还设置有：

芯片匹配电阻，用于实现所述光电子芯片的阻抗匹配，与所述高频传输线以并联或串联连接。

4.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述连接板为单面连接板。

5.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述连接板为双面连接板，所述双面连接板包括过孔，用于将高频线路或低频线路从连接板的一面连通到另一面；其中，

第一面连接板分别与所述封装部件和所述芯片子载体连接，用于传输所述封装部件和所述芯片子载体之间的高频信号；

第二面连接板分别与所述封装部件和所述芯片子载体连接，用于传输所述封装部件和所述芯片子载体之间的低频信号。

6.根据权利要求5所述的器件，其特征在于，所述第一面连接板包括：

高频传输线，隔离介质；

所述第二面连接板包括：

背光探测器和低频线路。

7.根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述第一面连接板还设置有：

芯片匹配电阻。

8.根据权利要求3或7所述的器件，其特征在于，所述芯片匹配电阻为：

并联型芯片匹配电阻，通过金丝跳线一端并联所述高频传输线，另一端接地；用于所述光电子芯片为高阻电压型工作器件时，实现所述光电子芯片的阻抗匹配；或，

串联型芯片匹配电阻，串联所述高频传输线，用于所述光电子芯片为低阻电流型工作器件时，实现所述光电子芯片的阻抗匹配。

9.根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述第二面连接板还设置有：

芯片直流偏置电感，用于通直流、隔交流，提高光电子芯片直流偏置供电的电能质量。

10.根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述第二面连接板还设置有：

热敏电阻馈线，用于检测热敏电阻的反馈电压；

芯片热调谐电路，用于根据热敏电阻的电压反馈调整光电子芯片的温度在预设的工作区间内。