CN107482470A - 5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座。包括基座体,所述基座体上安装有支撑件,一印刷电路板装于所述支撑件中,所述印刷电路板上设有第一激光器芯片与第二激光器芯片,所述印刷电路板以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路,二个用于激光器输入电流监测的探测器PD安装于基座体上,在基座体中还装有50欧姆高速调制电信号输入引脚、探测器PD输入端引脚、TEC电路的输入端引脚、接地输出引脚。本发明还公开了其制备方法。本发明实现单一激光器TO封装达到40GHz的带宽。从而大幅降低成本并实现小型化的目的，并实现和现有的光器件标准兼容，有效推进高速光器件的5G网络的普及速度。

Description

5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座及其制造方法
技术领域
本发明属于半导体激光器封装元件领域,具体地说是一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座及其制造方法。
背景技术
随着光纤通讯技术的不断发展和大数据时代的来临，通讯容量和带宽不断扩大，千兆网也将逐步走进千家万户，但由于高速光器件器件(40GHz及以上)受限于同轴TO封装的限制，目前均采用了蝶形(BTF)封装，这种蝶形封装的激光器由于可采用微波线路设计且腔体空间大，所以激光器性能优秀，但成本很高，当前的单一芯片TO封装结构又难以突破40GHz的瓶颈，一定意义上影响了5G通讯的进程。
发明内容
本发明目的是将两激光器芯片封装激光器中，通过封装结构和微型微波线路板的设计，实现单一激光器TO封装达到40GHz的带宽。本发明还公开了5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座的制造方法。
技术方案：一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，包括基座体,所述基座体上安装有支撑件,一印刷电路板装于所述支撑件中,所述印刷电路板上设有第一激光器芯片与第二激光器芯片,所述印刷电路板以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路,二个用于激光器输入电流监测的探测器PD安装于基座体上,在基座体中还装有50欧姆高速调制电信号输入引脚、探测器PD输入端引脚、TEC电路的输入端引脚、接地输出引脚；
所述50欧姆高速调制电信号输入引脚、探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚、接地输出引脚分别穿设于玻璃绝缘子内孔绝缘封装于基座体中。
所述50欧姆高速调制电信号输入引脚有两个，为同轴结构设置。
所述印刷电路板其衬底采用氮化铝基片。所述基座体为10号碳钢镀镍3-5微米。
所述50欧姆高速调制电信号输入引脚为4J50铁镍合金，镀镍3-5微米。
所述探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚为4J50铁镍合金，镀镍3-5微米。
所述支撑件为无氧铜，镀镍3-5微米，以钎焊材料焊接于基座体上，
所述玻璃绝缘子采用HYG9系列低损耗、低介电常数玻璃。
一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座制造方法，其方法包括:
(1)基座体：采用10号碳钢，经过精密冲压成型，除油清洗后镀镍3-5微米；
(2)支撑件：采用无氧铜，镀镍3-5微米，采用厚度为0.1毫米的85-15银铜焊料，焊接于基座体上；
(3)印刷电路板：采用高导热氮化铝基片，长宽1.5毫米，高度0.8毫米，厚度0.3毫米；设置第一激光器芯片与第二激光器芯片，以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路；
(4)玻璃绝缘子：采用HYG9系列低损耗、低介电常数玻璃压制成型素烧成玻璃绝缘子；
(5)输入引脚：50欧姆高速调制电信号输入引脚，材料采用4J50铁镍合金，加工成14.5毫米长度，直径0.3毫米。除油清洗后镀镍3-5微米；探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚，采用4J50铁镍合金，加工成14.5毫米长度，直径0.45毫米，除油清洗后镀镍3-5微米；
(6)烧结和钎焊夹具：采用石墨材料；
(7)除印刷电路板外，将以上材料组装在夹具上，放入气氛烧结炉中，温区温度设定参数为：300℃—950℃—300℃—200℃；时间：90-150分钟；气氛：分段控制氧化还原气氛；
(8)表面处理：以上半成品镀金0.1-0.25微米；
(9)印刷电路板接合，将上述镀金后的基座放置于夹具上，将印刷电路板共晶接合到支撑件垂直面，得到成品。
有益效果：本发明通过设计一种特殊的激光器封装基座，将两片20GHz激光器芯片同时封装在一个激光器TO封装中，通过封装结构和微型微波线路板的设计，实现单一激光器TO封装达到40GHz的带宽，从而大幅降低成本并实现小型化的目的，并实现和现有的光器件标准兼容，有效推进高速光器件的5G网络的普及速度。本发明维持原有的TO56封装基座外形尺寸不变。
本发明采用双芯片封装结构，单一激光器TO封装实现20-40GHz的信号输出。
本发明在封装基座中引入无氧铜(OFC)和帕尔帖(TEC)半导体制冷，解决高速激光器芯片工作时的散热问题。
本发明在封装基座中引入微波电路，这种电路印刷在氮化铝(ALN)衬底上，有效降低感抗，容抗。
本发明增加封装基座的引脚，其中两个50欧姆高速调制电信号输入引脚为同轴结构，作为高速调制电信号的通道。同时，增加了探测器PD输入端引脚、TEC电路的输入端引脚。
本发明无需改变当前的封装工艺和设备，单一TO封装实现20-40GHz信号输出。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明玻璃绝缘子结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
见图1、2所述，一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，包括基座体1,所述基座体1上安装有支撑件2,一印刷电路板3装于所述支撑件2中,所述印刷电路板3上设有第一激光器芯片5与第二激光器芯片4,所述印刷电路板3以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路,二个用于激光器输入电流监测的探测器PD 6安装于基座体上,在基座体1中还装有50欧姆高速调制电信号输入引脚9、探测器PD输入端引脚10、TEC电路的输入端引脚7、接地输出引脚8；所述50欧姆高速调制电信号输入引脚9有两个，为同轴结构设置。所述50欧姆高速调制电信号输入引脚9、探测器PD输入端引脚10和TEC电路的输入端引脚7、接地输出引脚8分别穿设于玻璃绝缘子12内孔11绝缘封装于基座体1中。图1中阴影部分为玻璃绝缘子12。
在一个实施例，所述印刷电路板其衬底采用氮化铝基片。所述基座体为10号碳钢镀镍3-5微米。
在一个实施例，所述50欧姆高速调制电信号输入引脚为4J50铁镍合金，镀镍3-5微米。
在一个实施例，所述探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚为4J50铁镍合金，镀镍3-5微米。
在一个实施例，所述支撑件为无氧铜，镀镍3-5微米，以钎焊材料焊接于基座体上。
在一个实施例，所述玻璃绝缘子采用HYG9系列低损耗、低介电常数玻璃。
实施例2：
一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座制造方法，其方法包括:
(1)基座体：采用10号碳钢，经过精密冲压成型，除油清洗后镀镍3-5微米；
(2)支撑件：采用无氧铜，镀镍3-5微米，采用厚度为0.1毫米的85-15银铜焊料，焊接于基座体上；
(3)印刷电路板：采用高导热氮化铝基片，长宽1.5毫米，高度0.8毫米，厚度0.3毫米；设置第一激光器芯片与第二激光器芯片，以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路；
(4)玻璃绝缘子：采用HYG9系列低损耗、低介电常数玻璃压制成型素烧成玻璃绝缘子；
(5)输入引脚：50欧姆高速调制电信号输入引脚，材料采用4J50铁镍合金，加工成14.5毫米长度，直径0.3毫米。除油清洗后镀镍3-5微米；探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚，采用4J50铁镍合金，加工成14.5毫米长度，直径0.45毫米，除油清洗后镀镍3-5微米；
(6)烧结和钎焊夹具：采用石墨材料，按要求加工成型；
(7)除印刷电路板外，将以上材料组装在夹具上，放入气氛烧结炉中，温区温度设定参数为：300℃—950℃—300℃—200℃；时间：90-150分钟；气氛：分段控制氧化还原气氛；
温区℃ RT～300 300～950 950～950 950～300 300～200 200～RT
时间Min 15-25 20-30 15-25 20-30 10-20 10-20
(8)表面处理：以上半成品镀金0.1-0.25微米；
(9)印刷电路板接合，将上述镀金后的基座放置于夹具上，将印刷电路板共晶接合到支撑件垂直面，得到成品。
工艺流程概括为：选材—金属成型—玻璃绝缘子制造—工装治具加工—引脚加工—熔封及钎焊—镀金—混合电路接合—成品。
产品性能测试结果如下：
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，包括基座体,其特征在于:所述基座体上安装有支撑件,一印刷电路板装于所述支撑件中,所述印刷电路板上设有第一激光器芯片与第二激光器芯片,所述印刷电路板以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路,二个用于激光器输入电流监测的探测器PD安装于基座体上,在基座体中还装有50欧姆高速调制电信号输入引脚、探测器PD输入端引脚、TEC电路的输入端引脚、接地输出引脚；
所述50欧姆高速调制电信号输入引脚、探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚、接地输出引脚分别穿设于玻璃绝缘子内孔绝缘封装于基座体中。
2.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述50欧姆高速调制电信号输入引脚有两个，为同轴结构设置。
3.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述印刷电路板其衬底采用氮化铝基片。
4.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述基座体为10号碳钢镀镍3-5微米。
5.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述50欧姆高速调制电信号输入引脚为4J50铁镍合金，镀镍3-5微米。
6.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚为4J50铁镍合金，镀镍3-5微米。
7.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述支撑件为无氧铜，镀镍3-5微米，以钎焊材料焊接于基座体上。
8.根据权利要求1所述的5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座，其特征在于:所述玻璃绝缘子采用HYG9系列低损耗、低介电常数玻璃。
9.一种5G通讯20GHz激光器双芯片封装基座制造方法，其特征在于包括:
(1)基座体：采用10号碳钢，经过精密冲压成型，除油清洗后镀镍3-5微米；
(2)支撑件：采用无氧铜，镀镍3-5微米，采用厚度为0.1毫米的85-15银铜焊料，焊接于基座体上；
(3)印刷电路板：采用高导热氮化铝基片，长宽1.5毫米，高度0.8毫米，厚度0.3毫米；设置第一激光器芯片与第二激光器芯片，以银浆印刷混合微波电路及以帕尔帖浆料印刷TEC电路；
(4)玻璃绝缘子：采用HYG9系列低损耗、低介电常数玻璃压制成型素烧成玻璃绝缘子；
(5)输入引脚：50欧姆高速调制电信号输入引脚，材料采用4J50铁镍合金，加工成14.5毫米长度，直径0.3毫米。除油清洗后镀镍3-5微米；探测器PD输入端引脚和TEC电路的输入端引脚，采用4J50铁镍合金，加工成14.5毫米长度，直径0.45毫米，除油清洗后镀镍3-5微米；
(6)烧结和钎焊夹具：采用石墨材料；
(7)除印刷电路板外，将以上材料组装在夹具上，放入气氛烧结炉中，温区温度设定参数为：300℃—950℃—300℃—200℃；时间：90-150分钟；气氛：分段控制氧化还原气氛；
(8)表面处理：以上半成品镀金0.1-0.25微米；
(9)印刷电路板接合，将上述镀金后的基座放置于夹具上，将印刷电路板共晶接合到支撑件垂直面，得到成品。
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