CN106644064B - 一种基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，包括壳体、金属光纤及安装于壳体底部的陶瓷薄膜基板，所述陶瓷薄膜基板上设有金属载体及与金属载体电连接的电阻桥模块、裸芯片元件和无源器件，所述金属载体上设有光电二极管，所述壳体上设有开孔，所述金属光纤通过开孔插入壳体内且其端部与光电二极管呈相对设置。本发明采用精密薄膜混合集成电路技术，通过特定形状和阻值的精密薄膜板载电阻，优化设计的精密成膜导带和旁路电路布局，使电路实现小型化和高性能。引入峰化分布电容，实现产品带宽峰化和扩展，并对跨阻进行优化配对调整，可以实现多种跨阻规格系列化产品扩展开发。
Description
技术领域
本发明涉及光电混合集成电路和光纤传感技术领域，具体涉及一种基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器。
背景技术
在光纤传感技术中，同常采用光电探测器进行微弱光信号检测。随着航天、航空、雷达、导弹等的尖端电子产品的发展，对高性能、高可靠系列光电探测器需求日益增加，目前的光纤传感领域应用的光电探测器基板是沿用光纤通信领域的光电探测器，都是基于厚膜混合集成电路技术，产品的温度特性有还有很大提升空间。另一方面通常光电探测器的跨阻增益和带宽是一对矛盾体，跨阻越大，带宽越小，这样在一些跨阻规格中就很难使带宽达到特定使用需求。所以有必要设计温度特性好、带宽可根据具体需要扩展的光电探测器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于精密薄膜电阻和电容峰化技术的光电探测器，实现产品带宽峰化和扩展，使电路实现小型化和高性能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，包括壳体、金属光纤及安装于壳体底部的陶瓷薄膜基板，所述陶瓷薄膜基板上设有金属载体及与金属载体电连接的电阻桥模块、裸芯片元件和无源器件，所述金属载体上设有光电二极管，所述壳体上设有开孔，所述金属光纤通过开孔插入壳体内且其端部与光电二极管呈相对设置。
所述陶瓷薄膜基板上设有薄膜电阻和导带，所述金属载体、电阻桥模块、裸芯片元件和无源器件安装于导带上通过导带相互导通。
所述薄膜电阻和导带通过薄膜溅射和光刻方法制作。
所述电阻桥模块包括前级载体及与前级载体电连接的后级载体，所述前级载体的上表面焊接有前级电容及与前级电容并联的前级电阻，所述后级载体的上表面焊接有后级电阻，该后级电阻与前级电阻相串联。
所述前级载体通过金丝与后级载体电连接。
所述壳体为双列直插式管壳。
由上述技术方案可知，本发明采用精密薄膜混合集成电路技术，通过特定形状和阻值的精密薄膜板载电阻，优化设计的精密成膜导带和旁路电路布局，使电路实现小型化和高性能。通过电路跨阻拆分和桥接方法，将一个跨阻设计成两个跨阻串联，并将电阻焊接在载体上通过金丝键合进行连接，引入峰化分布电容，实现产品带宽峰化和扩展，并对跨阻进行优化配对调整，可以实现多种跨阻规格系列化产品扩展开发。本发明的光电探测器产品温度稳定性好（-50℃～75℃全温电压响应度变化率≤0.5 %），可靠性高，系列化扩展能力强(同一跨阻规格带宽最大可扩展至原来的10倍)，可以广泛应用于航天、航空、雷达、导弹等尖端、环境条件苛刻下的使用需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明陶瓷薄膜基板的结构示意图；
图3是本发明电阻桥模块的结构示意图；
图4是本发明电容峰化频率响应模型图；
图5是本发明峰化前后频率响应曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，包括双列直插式壳体1、金属光纤2及安装于双列直插式壳体1底部的陶瓷薄膜基板3，陶瓷薄膜基板3上设有金属载体4及与金属载体4电连接的电阻桥模块5、裸芯片元件6和无源器件7，金属载体4上设有光电二极管8，双列直插式壳体1上设有开孔，金属光纤2通过开孔插入双列直插式壳体1内且其端部与光电二极管8呈相对设置。本实施例的金属载体4可以是三极管或场效应管，具体的元器件根据实际情况进行设定，当是三极管或场效应管时，元器件管脚的连接通过金丝键合连接。
如图2所示，在陶瓷薄膜基板3上设有薄膜电阻31和导带32，金属载体4、电阻桥模块5、裸芯片元件6和无源器件7安装于导带32上通过导带32相互导通。本实施例的薄膜电阻31和导带32通过薄膜溅射和光刻方法制作。薄膜电阻31采用薄膜溅射和光刻技术在陶瓷薄膜基板上制作，可实现非常小的寄生参数，导带线条精度高、精度达到0.2%，温度系数小于25 ppm/℃，其作为电路的旁路电阻，可实现整个光电探测器产品具有良好的温度特性（-50℃～75℃全温电压响应度变化率≤0.5 %）。薄膜电阻31的优化空间布局，特殊设计的图形结构可以最大程度的利用基板空间，使电路实现小型化制作。
如图3所示，电阻桥模块5包括前级载体51及与前级载体51电连接的后级载体52，前级载体51的上表面焊接有前级电容53及与前级电容53相并联的前级电阻54，后级载体52的上表面焊接有后级电阻55，该后级电阻55与前级电阻54相串联，前级载体51通过金丝56与后级载体52电连接。前级载体51和后级载体52的焊盘处留有键合区，用于将前级载体51与后级载体52进行金丝键合连接。
本发明通过电路跨阻拆分和桥接方法，将一个跨阻设计成两个跨阻，并将电阻焊接在载体上通过金丝键合进行连接，这种组装方法可在电路频率响应模型中引入分布电容Ca，使电路形成四阶模型,如图4所示。该图4中的电阻Rf1和电容Cf1分别相当于图3中的前级电阻54和前级电容53，电阻Rf2和电容Cf2分别相当于后级电阻55,电容Cr相当于金属载体4，光电二极管8用于向金属载体4充电，所以相当于图4中的Is，通过本实施的光电探测器，使电路频率响应产生峰化效应，使电阻带宽得以扩展。
图5为本实施例的光电探测器峰化前后频率响应曲线图，如图5所示，轻度峰化后18（带宽6MHz）和中度峰化后19（带宽10MHz）的带宽比峰化前17（带宽2MHz）有明显提高，通过改变前级电阻54、前级电容53、后级电阻55的值可以进行不同程度的电容峰化带宽扩展，通过计算或仿真可以设计出合适的电阻配对，使产品带宽达到特定的应用需求。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，其特征在于：包括壳体（1）、金属光纤（2）及安装于壳体（1）底部的陶瓷薄膜基板（3），所述陶瓷薄膜基板（3）上设有金属载体（4）及与金属载体（4）电连接的电阻桥模块（5）、裸芯片元件（6）和无源器件（7），所述金属载体（4）上设有光电二极管（8），所述壳体（1）上设有开孔，所述金属光纤（2）通过开孔插入壳体（1）内且其端部与光电二极管（8）呈相对设置；
所述陶瓷薄膜基板（3）上设有薄膜电阻（31）和导带（32），所述金属载体（4）、电阻桥模块（5）、裸芯片元件（6）和无源器件（7）安装于导带（32）上通过导带（32）相互导通；
所述电阻桥模块（5）包括前级载体（51）及与前级载体（51）电连接的后级载体（52），所述前级载体（51）的上表面焊接有前级电容（53）及与前级电容（53）并联的前级电阻（54），所述后级载体（52）的上表面焊接有后级电阻（55），该后级电阻（55）与前级电阻（54）相串联。
2.根据权利要求1所述的基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，其特征在于：所述薄膜电阻（31）和导带（32）通过薄膜溅射和光刻方法制作。
3.根据权利要求1所述的基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，其特征在于：所述前级载体（51）通过金丝（56）与后级载体（52）电连接。
4.根据权利要求1所述的基于精密薄膜电阻和电容峰化的光电探测器，其特征在于：所述壳体（1）为双列直插式管壳。
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