CN108540234A - 探测器集成化阵列结构及探测器接收模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探测器集成化阵列结构及探测器接收模块，其中，该探测器集成化阵列结构包括：光入射接口，用于接入光信号；探测器阵列芯片，与光入射接口对应设置，将光信号转变为电信号；三维微波电路，包含在物理空间上分隔设置的两层电路板，其中一层电路板上包含偏置电路，该偏置电路用于给探测器芯片阵列提供反偏电压；另一层电路板上包含高频电路，该高频电路用于将探测器阵列芯片输出的电信号传输至该探测器集成化阵列结构的外部。该结构在物理空间上将高频电路和偏置电路进行分离，有效利用了阵列结构的内部空间，降低了内部电路的设计难度，减小了电路间的串扰，具有结构简单、体积小、集成度高的优点，适用于大容量的通信系统中。
Description
技术领域
本公开属于光通信器件领域，涉及一种探测器集成化阵列结构及探测器接收模块。
背景技术
随着宽带业务量的快速增长，光通信器件正朝着集成化，大容量，小体积，高速率的方向发展。高度集成化的发展趋势使得阵列集成成为研究热点。
探测器接收模块作为光纤通信网络的核心部分，其结构直接决定了器件的性能。在探测器集成化阵列封装中，由于探测器偏置电路中用到的元器件较多，而探测器阵列封装空间有限，现有技术中同时把偏置电路和射频电路都设计到一个平面，排线往往会引入串扰，影响器件性能，因此探测器集成化阵列模块中微波电路的设计便成了技术难点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种探测器集成化阵列结构及探测器接收模块，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种探测器集成化阵列结构，包括：光入射接口，用于接入光信号；探测器阵列芯片，与光入射接口对应设置，将光信号转变为电信号；以及三维微波电路，包含在物理空间上分隔设置的两层电路板，其中一层电路板上包含偏置电路，该偏置电路用于给探测器芯片阵列提供反偏电压；另一层电路板上包含高频电路，该高频电路用于将探测器阵列芯片输出的电信号传输至该探测器集成化阵列结构的外部。
在本公开的一些实施例中，探测器集成化阵列结构，还包括：探测器高频管壳，设置于探测器阵列芯片、以及三维微波电路的外部，光入射接口设置于该探测器高频管壳上，将外界的光信号引入该探测器高频管壳内部；该探测器高频管壳外设置有射频接口和直流引脚，射频接口用于输出探测器阵列芯片输出的电信号，直流引脚用于为探测器提供偏置电压。
在本公开的一些实施例中，探测器阵列芯片为：集成的阵列芯片或者由多个独立探测器芯片排成的阵列结构；其中，集成的阵列芯片或者独立的探测器芯片的电极P极与包含高频电路的电路板的信号线相连，电极N极与包含高频电路的电路板的地电极相连，电极N极同时与偏置电路的正极相连。
在本公开的一些实施例中，光入射接口包括如下元器件中的一种：MMI或AWG分路器、光纤阵列。
在本公开的一些实施例中，光纤阵列包含：由V型槽固定的透镜光纤或45度斜面光纤组成的阵列。
在本公开的一些实施例中，高频电路采用共面波导结构。
在本公开的一些实施例中，探测器阵列芯片与包含高频电路的电路板之间由金丝或金带或倒装焊实现连接，通过控制连接的金丝或金带的长度实现寄生参数的补偿。
在本公开的一些实施例中，在包含偏置电路的电路板上还设有元器件以优化电路结构，在偏置电路中串联一匹配电阻值的电阻以控制静态工作点；在偏置电路的正负极间并联一匹配电容值的电容以去除电压源的高频信号。
在本公开的一些实施例中，在包含高频电路的电路板上还设有元器件以优化电路结构，在高频电路中并联一匹配电阻值的电阻以实现阻抗匹配。
根据本公开的另一个方面，提供了一种探测器接收模块，包含本公开提到的任一种探测器集成化阵列结构。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的探测器集成化阵列结构及探测器接收模块，具有以下有益效果：
通过将微波电路设置成立体结构的三维微波电路，该三维微波电路包含两层电路板，将上层电路板作为直流偏置电路，下层电路板作为高频电路，并在上、下层电路板中可以贴装元器件，在物理空间上将高频电路和偏置电路进行分离，有效利用了阵列结构的内部空间，降低了内部电路的设计难度，减小了电路间的串扰，具有结构简单、体积小、集成度高的优点，能够适用于大容量的通信系统中。
附图说明
图1为根据本公开一实施例所示的探测器集成化阵列结构的示意图。
图2为根据本公开一实施例所示的探测器集成化阵列结构的左视图。
图3为根据本公开另一实施例所示的探测器集成化阵列结构的示意图。
图4为根据本公开一实施例所示的采用三维芯片贴装结构的探测器接收模块。
【符号说明】
1-三维微波电路； 2-探测器阵列芯片；
3-MMI或AWG分路器； 4-探测器高频管壳；
5-V型槽； 6-透镜光纤或45度斜面光纤；
7-金丝； 8-元器件。
具体实施方式
本公开提供了一种探测器集成化阵列结构及探测器接收模块，通过将微波电路设置成立体结构的三维微波电路，该三维微波电路包含两层电路板，将上层电路板作为直流偏置电路，下层电路板作为高频电路，并在上、下层电路板中可以贴装元器件，在物理空间上将高频电路和偏置电路进行分离，有效利用了阵列结构的内部空间，降低了内部电路的设计难度，减小了电路间的串扰，具有结构简单、体积小、集成度高的优点，能够适用于大容量的通信系统中。
为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。
本公开的探测器集成化阵列结构，包括：光入射接口，用于接入光信号；探测器阵列芯片，与光入射接口对应设置，将光信号转变为电信号；以及三维微波电路，包含在物理空间上分隔设置的两层电路板，其中一层电路板上包含偏置电路，该偏置电路用于给探测器芯片阵列提供反偏电压；另一层电路板上包含高频电路，该高频电路用于将探测器阵列芯片输出的电信号传输至该探测器集成化阵列结构的外部。
其中，探测器阵列芯片可以为多个独立探测器芯片以适宜间距排成的阵列结构，也可以为集成的阵列芯片，只要是能够实现光电转换的阵列芯片均在本公开的保护范围之内，根据实际需要优选集成度较高的探测器阵列芯片。
其中，光入射接口可以为多模干涉(multimode interference，MMI)或阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)分路器，如第一个实施例所示；也可以为光纤阵列，该光纤阵列可以是多根独立的光纤以适宜间距排成的阵列结构，如第二个实施例所示。
更进一步的，由于在物理空间上将高频电路和偏置电路进行分离，有效利用了阵列结构的内部空间，在两层电路板上对应还可以设置电容、电阻、TIA芯片、芯片电容等元器件，以优化器件的性能。比如，在含有偏置电路的电路板上，对偏置电路进行优化设计，通过在偏置电路中串联一匹配电阻值的电阻以控制静态工作点，通过在偏置电路的正负极间并联一匹配电容值的电容以去除电压源的高频信号；在含有高频电路的电路板上，对高频电路进行优化设计，在高频电路中并联一匹配的电阻以实现阻抗匹配。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种以分路器作为光入射接口的探测器集成化阵列结构。
图1为根据本公开一实施例所示的探测器集成化阵列结构的示意图。
参照图1所示，本实施例的探测器集成化阵列结构，包括：探测器高频管壳4、MMI或AWG分路器3、探测器阵列芯片2、以及三维微波电路1；
其中，MMI或AWG分路器3设置于该探测器高频管壳4上，将外界的光信号引入该探测器高频管壳4内部；探测器阵列芯片2，设置于探测器高频管壳4的内部，与MMI或AWG分路器3对应设置，将光信号转变为电信号；三维微波电路1，设置于探测器高频管壳4的内部，包含在物理空间上分隔设置的两层电路板，其中一层电路板上包含偏置电路，该偏置电路用于给探测器芯片阵列提供反偏电压；另一层电路板上包含高频电路，该高频电路用于将探测器阵列芯片输出的电信号传输至探测器高频管壳4的外部。
本实施例中，三维微波电路1，包含空间上隔开的上、下两层电路板，在上层电路板中设置有偏置电路，在下层电路板中设置有高频电路。
本实施例中，参照图1所示，探测器高频管壳4，设置于探测器阵列芯片2、以及三维微波电路1的外部，光入射接口，本实施例中为MMI或AWG分路器3，设置于该探测器高频管壳上，将外界的光信号引入该探测器高频管壳内部；该探测器高频管壳4外设置有管壳引脚，该管壳引脚分别为：射频接口和直流引脚，其中，射频接口用于输出探测器阵列芯片输出的电信号，直流引脚用于为探测器提供偏置电压。
本实施例中以一分四路的MMI或AWG分路器3作为光入射接口作为示例，如图1所示，对应的探测器阵列芯片2包含四个探测器芯片，其中，MMI或AWG分路器3的信号输出接口与探测器阵列芯片2中的各个探测器芯片相对应，探测器阵列芯片2将每一路输入的光信号转变为电信号，每一个探测器芯片的反偏电压由上层电路板中的偏置电路提供，探测器阵列芯片2输出的电信号由下层电路板中的高频电路传输至探测器高频管壳4的射频接口。
图2为根据本公开一实施例所示的探测器集成化阵列结构的左视图。
参照图2所示，本实施例中，三维微波电路1中的上、下两层电路板的信号线均通过金丝7或金带或倒装焊与管壳引脚进行连接。
本实施例中，高频电路采用共面波导结构。在探测器阵列芯片2与包含高频电路的下层电路板的连接工艺中，可通过控制连接金丝的长度实现寄生参数的补偿，以优化器件的性能。
本公开的探测器阵列芯片可以为多个独立探测器芯片以适宜间距排成的阵列结构，也可以为集成的阵列芯片，本实施例以集成的阵列芯片作为示例。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种以光纤阵列作为光入射接口的探测器集成化阵列结构。
图3为根据本公开另一实施例所示的探测器集成化阵列结构的示意图。
参照图3所示，本实施例的探测器集成化阵列结构与图1所示的第一个实施例的探测器集成化阵列结构的区别在于：光入射接口为光纤阵列；本实施例的探测器集成化阵列结构，包括：探测器高频管壳4、光纤阵列、探测器阵列芯片2、以及三维微波电路1；其中，光纤阵列包含：由V型槽5固定的透镜光纤或45度斜面光纤6。
本实施例中，以包含四路光纤的光纤阵列作为光入射接口作为示例，如图3所示，对应的探测器阵列芯片2包含四个探测器芯片，各路光纤之间的间距与对应的探测器阵列芯片2中各探测器芯片之间的间距相对应；光信号通过透镜光纤或45度斜面光纤6入射到探测器阵列芯片2，由探测器阵列芯片2将光信号转变为电信号。
其中，若采用45度斜面光纤时，则使探测器阵列芯片2的光敏面向上，光路经过45度斜面由水平方向转为垂直方向入射到光敏面内，光信号被转为电信号；若采用透镜光纤，需要将射频板设计成异面结构，电信号传输经过90度转弯，探测器芯片2的光敏面与光入射方向垂直。
本实施例的探测器集成化阵列结构的其它部分与第一个实施例的相同，这里不再赘述。
在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种探测器接收模块，包含探测器集成化阵列结构。
图4为根据本公开一实施例所示的采用三维芯片贴装结构的探测器接收模块。
参照图4所示，本实施例的四路探测器接收模块，包含三维芯片贴装结构的探测器集成化阵列结构，虚线框起来的结构为探测器集成化阵列结构，作为四路探测器接收模块的各个支路结构；其中，探测器芯片的电极P极与包含高频电路的下层电路板的信号线相连；探测器芯片的电极N极与下层电路板的地电极相连，同时与上层电路板的偏置电路的正极相连。
本实施例中的探测器芯片指的是探测器阵列芯片2中的每个芯片，探测器阵列芯片2可以为多个独立探测器芯片以适宜间距排成的阵列结构，也可以为集成的阵列芯片。
本实施例中，探测器芯片的电极与三维微波电路的连接均采用金丝键合。
更进一步的，由于在物理空间上将高频电路和偏置电路进行分离，有效利用了阵列结构的内部空间，在两层电路板上对应还可以设置电容、电阻等元器件8，以优化器件的性能。
本实施例中，在含有偏置电路的上层电路板上，对偏置电路进行优化设计，通过在偏置电路中串联一匹配或合适电阻值的电阻以控制静态工作点，通过在偏置电路的正负极间并联一匹配或合适电容值的电容以去除电压源的高频信号；在含有高频电路的下层电路板上，对高频电路进行优化设计，在高频电路中并联一匹配电阻值的电阻以实现阻抗匹配，这里并联的电阻为50欧姆。
本实施例中，高频电路采用共面波导结构。在探测器阵列芯片与包含高频电路的下层电路板的连接工艺中，可通过控制连接金丝的长度实现寄生参数的补偿，以优化该探测器接收模块的性能。共面波导的另一端通过金丝或金带或倒装焊与管壳引脚相连。
综上所述，本公开提供了一种探测器集成化阵列结构及探测器接收模块，通过将微波电路设置成立体结构的三维微波电路，该三维微波电路包含两层电路板，将上层电路板作为直流偏置电路，下层电路板作为高频电路，并在上、下层电路板中可以贴装元器件，在物理空间上将高频电路和偏置电路进行分离，有效利用了阵列结构的内部空间，降低了内部电路的设计难度，减小了电路间的串扰，具有结构简单、体积小、集成度高的优点，能够适用于大容量的通信系统中。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种探测器集成化阵列结构，包括：
光入射接口，用于接入光信号；
探测器阵列芯片，与光入射接口对应设置，将光信号转变为电信号；以及
三维微波电路，包含在物理空间上分隔设置的两层电路板，其中一层电路板上包含偏置电路，该偏置电路用于给探测器芯片阵列提供反偏电压；另一层电路板上包含高频电路，该高频电路用于将探测器阵列芯片输出的电信号传输至该探测器集成化阵列结构的外部。
2.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，还包括：
探测器高频管壳，设置于探测器阵列芯片、以及三维微波电路的外部，光入射接口设置于该探测器高频管壳上，将外界的光信号引入该探测器高频管壳内部；该探测器高频管壳外设置有射频接口和直流引脚，射频接口用于输出探测器阵列芯片输出的电信号，直流引脚用于为探测器提供偏置电压。
3.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，其中，所述探测器阵列芯片为：集成的阵列芯片或者由多个独立探测器芯片排成的阵列结构；
其中，所述集成的阵列芯片或者独立的探测器芯片的电极P极与包含高频电路的电路板的信号线相连，电极N极与包含高频电路的电路板的地电极相连，电极N极同时与偏置电路的正极相连。
4.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，其中，所述光入射接口包括如下元器件中的一种：MMI或AWG分路器、光纤阵列。
5.根据权利要求4所述的探测器集成化阵列结构，其中，所述光纤阵列包含：由V型槽固定的透镜光纤或45度斜面光纤组成的阵列。
6.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，其中，所述高频电路采用共面波导结构。
7.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，其中，所述探测器阵列芯片与包含高频电路的电路板之间由金丝或金带或倒装焊实现连接，通过控制连接的金丝或金带的长度实现寄生参数的补偿。
8.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，其中，在所述包含偏置电路的电路板上还设有元器件以优化电路结构，在偏置电路中串联一匹配电阻值的电阻以控制静态工作点；在偏置电路的正负极间并联一匹配电容值的电容以去除电压源的高频信号。
9.根据权利要求1所述的探测器集成化阵列结构，其中，在所述包含高频电路的电路板上还设有元器件以优化电路结构，在高频电路中并联一匹配电阻值的电阻以实现阻抗匹配。
10.一种探测器接收模块，包含权利要求1至9任一项所述的探测器集成化阵列结构。
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| CN110265876A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-20 | 中国科学院半导体研究所 | 基于低温共烧陶瓷的光电集成封装结构 |
| CN110865434A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-06 | 中国科学院半导体研究所 | 一体化微波电路 |
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