CN105977241B - 一种用于光电子集成芯片的封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于光电子集成芯片的封装结构，包括：介质基板，其表面设置有用于与外部电连接的地电极G和信号电极S，以及用于阻抗匹配的匹配电阻；金属导通柱，用于连接所述信号电极与所述光电子集成芯片的电极，实现两者之间的信号传输；匹配电阻，串联在所述信号电极S和地电极G之间，与所述光电子集成芯片并联以实现无金丝阻抗匹配，达到高内阻芯片的阻抗匹配。本发明的封装结构完全避免了金丝的使用，减小了由金丝所引入的寄生参数对器件性能的影响，适用于单通道和多通道集成芯片的封装。

Description

一种用于光电子集成芯片的封装结构
技术领域
本发明属于光电子/微电子器件领域，更具体地涉及一种用于光电子集成芯片的封装结构。
背景技术
在光电子芯片的封装中，由于电吸收调制器或其它器件具有高阻特性，会与现有50Ω通讯系统发生阻抗失配，进而严重影响芯片的最终性能。通常，为了达到阻抗匹配，需要给高阻器件并联一个50Ω电阻，这在高速光电子集成芯片的封装中是最普遍的方法。然而，在并联匹配电阻时，需要使用大量金丝(尤其在多通道的阵列集成芯片封装中)分别连接传输线与高阻器件电极，匹配电阻与高阻器件电极，由此得到并联结构。这种方法使得金丝之间、金丝与焊盘之间会产生寄生电感、寄生电容，这在高频条件下严重影响器件的传输和反射特性。因此，如何减少金丝的使用，如何改善高速光电子集成芯片的抗阻匹配结构以提高器件的性能是迫切需要解决的技术问题。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明提出了一种光电子集成芯片的封装结构，利用金属导通柱连接信号线与高阻器件电极，达到阻抗匹配的目的，由此完全抛弃了金丝。
本发明的用于光电子集成芯片的封装结构，包括：
介质基板，其表面设置有用于与外部电连接的地电极G和信号电极S，以及用于阻抗匹配的匹配电阻；
金属导通柱，用于连接所述信号电极与所述光电子集成芯片的电极，实现两者之间的信号传输；
匹配电阻，串联在所述信号电极S和地电极G之间，与所述光电子集成芯片并联以实现无金丝阻抗匹配。
其中，所述介质基板由氮化铝、三氧化二铝、氧化铍或碳化硅材料制成。
其中，所述地电极G、信号电极S和匹配电阻均采用薄膜工艺蒸镀形成；所述地电极G和信号电极S为共面波导电极。
其中，所述电极和金属导通柱由金、银、铜、铂、钯制成。
其中，所述金属导通柱通过过孔和填充工艺来制作。
其中，所述金属导通柱靠近所述匹配电阻，以获得好的反射性能。
其中，所述匹配电阻为方形薄膜电阻，阻值由所述匹配电阻的长宽比决定。
其中，所述光电子集成芯片为多通道阵列芯片，所述封装结构具有N个金属导通柱，用于将N个信号电极分别与所述光电子集成芯片对应的N个电极相连接，其中N为大于等于2的正整数。
其中，所述封装结构具有N个地电极G，所述N个地电极G在匹配电阻端连成一体，形成地平面以获得良好的屏蔽干扰能力。
其中，所述信号电极S的宽度W、所述地电极G与信号电极S之间的间距L由共面波导传输线的特征阻抗决定；
作为优选，所述特征阻抗其中，εr为介质基板的介电常数，W为信号电极的宽度，L为地电极与信号电极之间的间距；RoE是关于W/L的函数。
从上述技术方案可以看出，本发明的封装结构具有以下有益效果：
通过对高速光电子集成芯片封装结构的创新，既获得了良好的阻抗匹配，又完全避免了金丝的使用，能够有效改善器件在高频条件下的性能。在传统的阻抗匹配电路设计中，需要至少两根金丝连接信号电极和芯片电极，以及匹配电阻和芯片电极，以实现芯片与匹配电阻的并联。而本发明提出的无金丝阻抗匹配封装结构完全避免了金丝的使用，减小了由金丝所引入的寄生参数对器件性能的影响，适用于单通道和多通道集成芯片的封装。
附图说明
图1是本发明的用于光电子集成芯片的封装结构的一具体实施例的结构示意图；
图2是本发明的用于光电子集成芯片的封装结构的又一具体实施例的结构示意图，该结构是一种外调制激光器芯片的阻抗匹配封装结构；
图3、图4分别是本发明的用于光电子集成芯片的封装结构的再一具体实施例的结构示意图，该结构是一种多通道阵列外调制激光器芯片的封装结构的立体透视图和侧视图；
图5、图6分别是本发明的用于光电子集成芯片的封装结构的还一具体实施例的结构示意图，该结构是一种多通道阵列外调制激光器芯片的封装结构的立体透视图和侧视图。
上述附图中，附图标记含义如下：
1-地平面，2-介质基板，3-信号电极，4-匹配电阻，5-金属导通柱，6-芯片衬底，7-分布反馈激光器电极，8-电吸收调制器电极，9-金丝，10-管壳引脚，11-管壳穿墙结构，12-管壳台阶电极，13-偏置电流驱动部分，14-外调制激光器阵列，15-阻抗匹配电路。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种用于光电子集成芯片的封装结构，包括：
一介质基板，主要起支撑表面电极和约束电磁场作用；该介质基板表面采用薄膜工艺蒸镀一定厚度的共面波导电极，即地电极G和信号电极S，以及薄膜电阻；
一金属导通柱，主要用于信号传输，连接信号电极与芯片电极，以及支撑介质基板；可以采用过孔和填充工艺制作；
一匹配电阻，与芯片并联以达到阻抗匹配；可以采用薄膜工艺制作。
其中，介质基板由氮化铝材料、三氧化二铝、氧化铍或碳化硅材料制成，电极和金属导通柱材料可以是金、银、铂、钯或铜。
金属导通柱与介质上表面信号电极电连接良好，以保证阻抗的连续性和射频信号的传输；并且，金属导通柱的位置尽量靠近匹配电阻以获得较好的反射性能。
匹配电阻为方形薄膜电阻，阻值由长宽比决定；且位置串联在信号电极(S)和地电极(G)之间。
共面波导电极中所有地电极(G)在匹配电阻端连成一体，形成地平面以获得良好的屏蔽干扰能力；共面波导电极的信号电极(S)的宽度W，地电极(G)与信号电极(S)之间的间距L由共面波导传输线的特征阻抗决定。
特征阻抗εr为介质基板的介电常数，W为信号电极的宽度，L为地电极与信号电极之间的间距；RoE是关于(W/L)的函数。
下面结合附图和具体实施例对本发明在光电子集成芯片封装中的具体应用做进一步的详细说明。
图2是本发明应用于单通道外调制激光器芯片的示意图。本发明中，金属导通柱5的位置、材料的电气特性、热学特性，以及加工工艺对器件的性能影响很大。需要说明的是，金属导通柱5要高于介质基板2下表面，这样在连接电吸收调制器电极8时能够使介质基板2与芯片衬底6留有间隙，防止信号短路。
图3、4分别是本发明用于多通道阵列外调制激光器芯片的封装结构的立体透视示意图及侧视图。本发明的最大优势就在于阵列芯片的封装，能够有效降低金丝所引入的寄生参数对器件的不良影响。由图中可以看到，在外调制激光器阵列14的封装中，本发明也相应的被扩展为阵列阻抗匹配结构，犹如一个“盖板”扣在外调制激光器阵列14上。靠近匹配电阻4的金属导通柱5通过超声焊接技术与电吸收调制器电极8相接，而另一端通过相同技术与封装管壳台阶电极12相接。需要重点说明的是，在加工过程中，金属导通柱5的间距与电吸收调制器电极8的间距必须相同或在允许误差范围内。偏置电流驱动部分13用于给分布反馈激光器电极7供直流电，此时金丝9对直流无影响。
图5、图6是基于本发明所延伸的一种封装结构的立体透视示意图和侧视图。在此结构中，介质基板2、地平面1、信号电极3和匹配电阻4倒置于外调激光器阵列14上方，由此金属导通柱5便不需要贯穿介质基板2，工艺得到进一步简化，并且金属导通柱5长度缩短有利于改善器件的高频性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光电子集成芯片的封装结构，其特征在于，包括：
介质基板，其表面设置有用于与外部电连接的地电极G和信号电极S，以及用于阻抗匹配的匹配电阻；
金属导通柱，用于连接所述信号电极与所述光电子集成芯片的电极，实现两者之间的信号传输；
匹配电阻，串联在所述信号电极S和地电极G之间，与所述光电子集成芯片并联以实现无金丝阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述介质基板由氮化铝、三氧化二铝、氧化铍或碳化硅材料制成。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述地电极G、信号电极S和匹配电阻均采用薄膜工艺蒸镀形成；所述地电极G和信号电极S为共面波导电极。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述信号电极S、地电极G、光电子集成芯片的电极和金属导通柱由金、银、铜、铂或钯制成。
5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属导通柱通过过孔和填充工艺来制作。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属导通柱靠近所述匹配电阻，以获得好的反射性能。
7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述匹配电阻为方形薄膜电阻，阻值由所述匹配电阻的长宽比决定。
8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述光电子集成芯片为多通道阵列芯片，所述封装结构具有N个金属导通柱，用于将N个信号电极分别与所述光电子集成芯片对应的N个电极相连接，其中N为大于等于2的正整数。
9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构具有N个地电极G，所述N个地电极G在匹配电阻端连成一体，形成地平面以获得良好的屏蔽干扰能力。
10.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述信号电极S的宽度W、所述地电极G与信号电极S之间的间距L由共面波导传输线的特征阻抗决定；
所述特征阻抗其中，εr为介质基板的介电常数，W为信号电极的宽度，L为地电极与信号电极之间的间距；RoE()是关于W/L的函数。
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