CN105409072B - 超高速通信用光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括5Gbps以上的超高速通信用的激光二极管芯片的TOcan型超高速通信用光模块。根据本发明的超高速通信用光模块为，根据高速通信用光模块，用于将信号传输于激光二极管芯片的高速信号传输用基板，由形成高速信号传输用线路图案的上部高速信号传输用基板(210)，以及上部面具有导电性的下部高速信号传输用基板(220)结合而成，并且具有单一终端阻抗25ohm或者差分终端阻抗5ohm进而能够进行高速通信，并且使附着用于高速通信的激光二极管芯片的基板的高度在0.4mm左右进而容易的进行激光二极管芯片与透镜等的光结合，并且以0.6mm以下的基板宽度实现高速传输线路进而能够提供在TO can型的狭窄的封装面积的封装有效内装的高速信号传输用基板。

Description

超高速通信用光模块
技术领域
本发明涉及超高速通信用光模块，尤其是涉及包括5Gbps以上的超高速通信用的激光二极管芯片的TO can型超高速通信用光模块。
背景技术
最近为了大容量的信息传输及高速信息通信，以光为信息传输的媒介的光通信正在普遍化。最近，利用宽度及长度分别为0.3mm左右的半导体激光二极管芯片能够轻易地将5Gbps(giga bit per sec，每秒千兆位)的电气性信号变换为激光，并且利用半导体光受光元件能够轻易地将通过光纤维传输过来光信号变换为电气性信号。光作为具有非常特别的特性的能量波，为了使同时存在于某一区域的各种光相互作用，成为相互作用的对象的光应该具有相同的波长或者光的相位(phase)应该匹配，并且进行方向也应该一致。与此相同，由于光的相互之间的干涉性非常低，因此更偏好利用这种光的特性将具有各种波长的光同时通过一个光纤维进行传输的波分复用(Wavelength division multiplexing；WDM)方式的光通信。这种WDM方式的光通信为，能够共享作为信号传输媒介的光纤维，进而在节省光纤维布线的费用方面这是非常经济性的通信方法之一。
为了这种WDM方式的光通信，提出了在TO can(TO封装)型的小型封装内内装有高速的激光二极管芯片形态的封装。图1是示出现有的高速通信用TO can型封装的阀杆构造的一示例。如图1所示，现有的TO can型封装为，由在金属的基板穿有贯通孔并在贯通孔内部插入由玻璃密封的金属电极销的形态制作的阀杆上附着激光二极管芯片等，并将电极销与激光二极管芯片用Au wire(金线)电气性连接的封装方法来进行制作。
在现有技术中主要使用了将激光二极管芯片与电极销直接用Au wire连接的方法，但是在最近随着TO can型封装高速化的同时产生被Au wire歪曲传输信号的问题，因此使用在激光二极管芯片与电极销之间附着阻抗匹配的RF基板，并在其RF基板上附着激光二极管芯片之后，将RF基板与激光二极管芯片用Au wire电气性连接，进而将因Au wire长度而歪曲高速RF信号最小化的方法。
另外，所述图1作为适用于现有的正在出售的10Gbps级的高速信号的阀杆构造，在图1中RF基板由AlN(氮化铝)材质构成，并在RF条纹图案制作的AlN基板以附着于阀杆的头部(header)的形态来进行制作，在AlN基板的一侧附着激光二极管芯片之后用Au wire与激光二极管芯片与RF基板上的信号线电气性连接。
在这种图1的构造中，激光二极管芯片的附着位置与AlN基板的厚度无关，并且AlN基板是以在头部位置附着提前设定厚度的AlNRF基板的形态来进行制作。在这种构造中RF基板的厚度可被任意设定。
图2是在最近频繁使用的内装热电元件的TO can型激光二极管封装的侧面的一示例。
在图2中，热电元件700配置在阀杆800的底面，并且示出了在热电元件700的上部板配置激光二极管芯片100、透镜500及45度反射镜600的一示例。所述激光二极管芯片100的激光放射的高度应该与透镜500的中心光轴高度一致，通常这种透镜500的大小为1mm左右。因此，透镜500中心光轴的高度为0.5mm左右。即使所述透镜500的大小变得更小，透镜500口径再小也很难缩小至0.8mm以下，据此透镜500中心轴的高度在0.4mm以上。激光二极管芯片100的情况，通常具有0.1mm左右的厚度，因此为了使激光二极管芯片100的激光散发点的高度与透镜500中心轴一致，放置有激光二极管芯片100的副安装座200的高度通常在0.4mm左右。但是，利用这种厚度为0.4mm的副安装座200很难制作能够高速通信的高速传输线路。另外，图2的图面符号810是示出用于插入金属电极销的贯通孔，图面符号900是示出在激光二极管芯片100散发的激光的进行方向。
图3是示出最近正在使用的具有6.0mm直径的TO can型封装的平面图一示例。
如图3，利用TO can型封装来组装激光二极管芯片100的情况下，为了使激光的放射在TO can型封装的中心部进行，45度反射镜600与透镜500及激光二极管芯片100应当集中于TO can型封装的一侧。在具有6.0mm直径的TO 60规格的情况，在封装中心向某一方向容许的内径不过是1.9mm左右。在这长度上应该配置45度反射镜600的一半、透镜500与激光二极管100，并且45度反射镜600的长度最小包括0.5mm左右并且在透镜500的厚度通常分配0.8mm左右的情况下，激光二极管芯片100的副安装座200容许的宽度不过是0.6mm。
另外，为了高速运作激光二极管芯片100，将信号传输于激光二极管芯片100的所有信号线的规格为，信号线的+/-各个的单一终端传输线路阻抗(single endedimpedance)优选为分别匹配25ohm阻抗，在整合+/-两个传输线路的情况下，优选为以50ohm的差分终端阻抗(differential ended impedance)进行阻抗整合。在图3中图面符号202是示出差分终端信号传输用线路。
图4是示出单传输线路的一示例，图5是示出差分阻抗传输线路的一示例。在图4的构成中，在使用介电常数为11.4及厚度为0.4mm的硅基板时，将根据传输线路201的宽度W计算出的单一终端传输线路阻抗值已图示于图6。在图6中，为了匹配25ohm阻抗，传输线路201的宽度W应该在1.05mm左右。这超出了在非常窄的TO can型激光二极管封装中容许的激光二极管芯片用传输基板200的宽度大小0.6mm，因此这是在TO can型的超小型封装中不可能采用的规格的传输线路。
并且，在图5的构造中，在使用介电常数11.4及厚度0.4mm的硅基板时，根据传输线路202的宽度W与传输线路之间的距离S计算出的差分终端传输线路202的阻抗值已示出于图7。在图7中，为了匹配50ohm阻抗，一个传输线路202的宽度最小应该在0.45mm左右，据此在需要2个传输线路的差分终端传输线路的情况下，高速传输线路的基板宽度最小应该在0.9mm以上。这超出了在非常窄的TO can型激光二极管封装中激光二极管芯片用传输基板200容许的大小0.6mm，因此这是TO can型的超小型封装不可能采用的规格的传输线路。
发明内容
(要解决的问题)
本发明是为了解决上述现有技术问题而提出的，本发明的目的在于提供超高速通信用光模块，在制作高速通信用光元件的制作时，在选择高速传输线路基板的大小上不设限制。
(解决问题的手段)
根据本发明的超高速通信用光模块，在制作具有0.4mm厚度的高速信号传输线路基板时，接连粘结2个基板，而2个基板加起来的高度为0.4mm，并且使直接附着激光二极管芯片的上部高速信号传输用基板的厚度在0.1mm～0.3mm左右的厚度，以使提供利用宽度在0.6mm以下的高速洗脑传输用基板进行单一终端25ohm阻抗或差分终端50ohm的阻抗整合的传输线路。并且，附着于基板上部的激光二极管芯片的散发点高度变高至0.5mm，因此提供能够容易地进行与透镜等的光结合。
为此，根据本发明的超高速通信用光模块为，用于将信号传输于激光二极管芯片的高速信号传输用基板由形成高速信号传输用线路图案的上部高速信号传输用基板，以及上部面具有导电性的下部高速信号传输用基板结合而成。
在这里，在所述高速信号传输用基板的上部一侧可附着激光二极管芯片。
并且，所述下部高速信号传输用基板为，在绝缘体的上部面蒸镀金属薄膜进而上部面具有导电性，在其下部高速信号传输用基板的上部面蒸镀的金属薄膜通过导电性环氧树脂或引线接合(wire bonding)来进行接地。另外，所述下部高速信号传输用基板由金属材质制作。
所述上部高速信号传输用基板为，在AlN或Silicon基板材质蒸镀金属薄膜的信号传输用线路来形成高速信号传输用线路图案，所述上部高速信号传输用基板厚度优选为在0.1mm至0.3mm。
(发明的效果)
根据本发明的超高速通信用光模块为，具有单一终端阻抗25ohm或者差分终端阻抗50ohm，因此能够进行高速通信的同时，以使附着用于高速通信的激光二极管芯片的基板的高度在0.4mm左右，进而容易进行激光二极管芯片与透镜等的光结合，并且由0.6mm以下的基板宽度实现高速传输线路，进而能够提供有效内装于具有TO can型的狭窄的封装面积的封装的效果。
附图说明
图1现有的TO can型激光二极管封装的一示例。
图2是内装现有的热电元件的TO can型激光二极管封装的侧面图一示例。
图3是包括现有的透镜的TO can型激光二极管封装的平面图一示例。
图4是现有的单一终端高速信号传输用基板的一示例。
图5是现有的差分终端高速信号传输用基板的一示例。
图6是在使用现有的单一终端高速信号传输用基板时，厚度在0.4mm的基板的情况根据传输信号线路宽度变化单一终端阻抗的一示例。
图7是在使用现有的差分终端高速信号传输用基板时，厚度在0.4mm的基板的情况下，根据传输信号线路宽度变化差分终端阻抗的一示例。
图8是根据本发明以附着上部基板与下部基板的形态制作的高速信号传输用基板的侧面图。
图9是根据本发明以附着上部基板与下部基板的形态制作的高速信号传输用基板的平面图。
图10是在上述图8与图9中根据上部高速信号传输用基板的厚度与高速信号传输用信号线路的宽度的差分终端阻抗变化。
(附图标记说明)
100：激光二极管芯片。
200：高速信号传输用基板
201：单一终端信号传输用线路
202：差分终端信号传输用线路
210：上部高速信号传输用基板
220：下部高速信号传输用基板
230：金属薄膜
500：透镜
600：45度反射镜
700：热电元件
800：TO can型封装阀杆
810：阀杆贯通孔
具体实施方法
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
图8是根据本发明以附着上部基板与下部基板的形态制作的高速信号传输用基板的侧面图。图9是根据本发明以附着上部基板与下部基板的形态制作的高速信号传输用基板的平面图。
具有固定高度的单一基板，例如利用具有0.4mm高度的单一基板制作高速信号传输线路时，如图6与图7所述为了将终端阻抗匹配成25ohm，则需要1.05mm以上的信号传输线路宽度W，为了将差分终端阻抗匹配成50ohm，需要具有将两个传输线路的宽度的0.8mm以上的宽度的基板。
如图8与图9所示，在本发明的实施例中将高速信号传输用基板由2层构造的上部高速信号传输用基板210与下部高速信号传输用基板220形成，并且在所述下部高速信号传输用基板220的上部形成的金属薄膜230，上部高速信号传输用基板210的上部形成信号传输用线路202。在将所述下部高速信号传输用基板220的上部形成的金属薄膜230使用为接地面(ground)面的情况下，包括于高速信号传输的基板的厚度将只包括上部高速信号传输用基板210的厚度。
图10是在上述图8与图9中根据上部高速信号传输用基板的厚度T1与高速信号传输用信号线路的宽度W的差分终端阻抗(ohm)变化。
在图10中，计算出两个的信号传输用线路202之间的距离S为0.03mm。在这里，所述上部高速信号传输用基板210的厚度T1分别为0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm时，用于获取差分终端阻抗50ohm的信号传输用线路202一个的宽度W为0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm。因此，应当将这种单一终端传输线路间隔固定距离S来配置成两个的差分终端信号传输用线路202的最小宽度为0.33mm、0.43mm、0.53mm、0.63mm，进而能够使用为能够适用于TO can型的非常狭窄的封装面积的封装的高速信号基板。
这时，下部高速信号传输用基板220优选为由AlN、Si材质构成，但是并不是必须是这种AlN、Si，只要表面具有导电性的任何特性的基板都可以使用。这种下部高速信号传输用基板220的一示例，也可使用在金属或表面涂层有金属的Al2O3等表面涂层金属薄膜的电介体或半导体基板，如果，在所述下部高速信号传输用基板220构成为在具有绝缘性的基板表面涂层金属薄膜230的情况下，为了接地下部高速信号传输用基板220的上部金属薄膜230，应当使用将下部高速信号传输用基板220的金属薄膜230与接地面电气性连接的方法。这时，使用导电性环氧树脂可电气性连接下部高速信号传输用基板220的金属薄膜230与接地面之间，并且也可用引线接合(Wire bonding)的方法接地下部高速信号传输用基板220的金属薄膜230。
在上述的本发明实施例中提出的高度只是为了容易地说明本发明的效果而举的示例，为了实现根据信号传输用基板的高度与宽度而很难实现的传输信号阻抗，将基板的高度与宽度分离且用已有的基板宽度实现所需阻抗，并利用下部高速信号传输用基板的高度来决定整体的信号传输用基板的高度的各种实施例中也当然能够适用本发明。
如上所述，本发明并不被上述实施例限制，而是为了执行类似乃至相同的功能可变形为各种形态，当然本发明可被在本发明所属技术领域具有通常知识的技术人员在本发明的技术思想与权利要求书范围的均等范围内可进行多种修改及变形。

Claims (5)

1.一种高速通信用光模块，其特征在于，
用于将信号传输于激光二极管芯片的高速信号传输用基板为，由形成高速信号传输用线路图案的上部高速信号传输用基板(210)，以及上部面具有导电性的下部高速信号传输用基板(220)结合而成；
其中，上部高速信号传输用基板(210)上设置有两个差分终端信号传输用线路(202)，两个差分终端信号传输用线路(202)之间在同一平面上以固定距离S彼此间隔设置；
下部高速信号传输用基板(220)为，在绝缘体的上部面蒸镀金属薄膜(230)进而上部面具有导电性；所述金属薄膜(230)连接到接地面以进行接地；以及
随着两个差分终端信号传输用线路(202)和连接到接地面的金属薄膜(230)之间变窄，用于获得相同的差分终端阻抗的两个差分终端信号传输用线路(202)的宽度W变小。
2.根据权利要求1所述的高速通信用光模块，其特征在于，
在所述高速信号传输用基板的上部一侧附着激光二极管芯片(100)。
3.根据权利要求1所述的高速通信用光模块，其特征在于，
所述下部高速信号传输用基板(220)由金属材质制作。
4.根据权利要求1所述的高速通信用光模块，其特征在于，
在所述下部高速信号传输用基板(220)的上部面蒸镀的金属薄膜(230)通过导电性环氧树脂或引线接合来进行接地。
5.根据权利要求1所述的高速通信用光模块，其特征在于，
所述上部高速信号传输用基板(210)为，在氮化铝或硅基板材质蒸镀金属薄膜的信号传输用线路(201)、(202)来形成高速信号传输用线路图案，
所述上部高速信号传输用基板(210)厚度在0.1mm至0.3mm。
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