CN109075874A - 晶体管外形（to）封装光收发器 - Google Patents

Abstract

一种光收发器包括发射器(209)和接收器(212)，包含在晶体管外形(transistor outline，简称TO)‑封装内部。所述接收器(212)包括：第一基板(241)，包括至少一个波导(282，284，286，288，290，292)；光电二极管(236)，耦合到所述第一基板(241)和所述至少一个波导(282，284，286，288，290，292)；跨阻抗放大器(transimpedance amplifier，简称TIA)(239)，耦合到所述第一基板(241)和所述至少一个波导(282，284，286，288，290，292)，其中，所述至少一个波导(282，284，286，288，290，292)将所述光电二极管(236)耦合到所述TIA(239)，所述至少一个波导(282，284，286，288，290，292)位于所述光电二极管(236)与所述TIA(239)之间的所述第一基板(241)。

Description

晶体管外形(TO)封装光收发器

相关申请案交叉申请

本发明要求2017年4月26日递交的发明名称为“晶体管外形(TO)封装光收发器”的第15/497,427号美国非临时申请案的在先申请优先权，其要求于2016年4月28日由NingCheng递交的发明名称为“晶体管外形(TO)封装光收发器”的第62/328,696号美国临时专利申请的在先优先权和益处，该复制的在先申请的内容以引入的方式并入本文。

背景技术

光收发器是能够发送和接收光信号的设备。光收发器有很多应用，包括用于无源光网络(passive optical network，简称PON)。光收发器可以包括光组件和电组件。这些组件可以集成在一个集成芯片中。多个这样的集成芯片可以组成系统封装(system inpackage，简称SIP)。在用于各种通信领域的光电和电光模块中，存在一个问题，即各种组件的电互连和各种组件的屏蔽会防止辐射(例如，电磁干扰(electromagneticinterference，简称EMI))进入或离开模块。而这种高效的互连和屏蔽需要非常精确的组装程序。

发明内容

在一个实施例中，本发明包括一种光收发器，包括：晶体管外形(transistoroutline，简称TO)-封装和接收器，包含在所述TO-封装内部。所述接收器包括：第一基板，包括至少一个第一波导；光电二极管，耦合到所述至少一个第一波导；跨阻抗放大器(transimpedance amplifier，简称TIA)，耦合到所述第一基板和所述至少一个第一波导。所述至少一个第一波导将所述光电二极管耦合到所述TIA，所述至少一个第一波导位于所述光电二极管与所述TIA之间的所述第一基板。在一些实施例中，所述光电二极管和所述TIA倒装芯片式键合到所述第一基板。在一些实施例中，所述光电二极管上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第一接触点，所述TIA上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第二接触点。在一些实施例中，所述光收发器还包括：发射器，包含在TO-封装中，其中，所述发射器包括：第二基板，包括至少一个第二波导；键合丝；激光二极管，耦合到所述至少一个第二波导，其中，所述至少一个第二波导将所述键合丝耦合到所述激光二极管。在一些实施例中，所述激光二极管倒装芯片式键合到所述第二基板。在一些实施例中，所述TO-封装包括TO-头和耦合到所述TO-头的TO-帽，其中，所述第二基板经过所述TO-封装的TO-头。在一些实施例中，所述第一基板包括第二波导，其中，所述第二波导耦合到键合丝，其中，所述键合丝耦合到所述光收发器的输入/输出(input/output，简称I/O)引脚。在一些实施例中，在所述至少一个第一波导周围的所述第一基板以及环绕所述至少一个第一波导的隔离层上形成接地层。在一些实施例中，所述光收发器还包括：波分复用(wavelength-division multiplexing，简称WDM)滤波器，插入在所述接收器和所述发射器之间；透镜，在所述光收发器的内部和外部之间进行光传输。在一个实施例中，本发明包括一种光收发器，包括：接收器和发射器。所述接收器包括：TIA；光电二极管；第一基板，包括至少一个第一波导，其中，所述至少一个第一波导用于将所述TIA和所述光电二极管进行耦合。所述发射器包括：激光二极管；I/O引脚；第二基板，包括至少一个第二波导，其中，所述至少一个第二波导耦合到键合丝，所述键合丝耦合到所述I/O引脚。在一些实施例中，所述光收发器还包括TO-封装，包含所述发射器和所述接收器，和/或TO-头，其中，所述发射器和所述接收器位于所述TO-头。在一些实施例中，所述光电二极管和所述TIA倒装芯片式键合到所述第一基板，其中，所述光电二极管上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第一接触点，所述TIA上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第二接触点。在一些实施例中，所述激光二极管倒装芯片式键合到所述第二基板，其中，所述激光二极管上的接触点键合到所述至少一个第二波导上的接触点。在一些实施例中，在所述至少一个第一波导周围的所述第一基板以及环绕所述至少一个第一波导的隔离层上形成接地层。在一些实施例中，在所述至少一个第二波导周围的所述第二基板以及环绕所述至少一个第二波导的隔离层上形成接地层。

在一个实施例中，本发明包括一种在TO-封装中实现的方法。所述方法包括：透镜接收来自所述TO-封装外部的第一光线；滤波器对所述第一光线进行滤波；背照式光电二极管将所述第一光线转换为电流；所述背照式光电二极管经由波导将所述电流传递到TIA，其中，所述波导位于第一基板，所述第一基板位于所述背照式光电二极管与所述TO-封装的TO-头之间。在一些实施例中，所述方法还包括：所述TIA将所述电流转换为电压；经由键合丝将所述电压传送到I/O引脚。在一些实施例中，所述方法还包括：激光二极管经由第二波导接收发射第二光线的指令；所述激光二极管发射所述第二光线；所述滤波器对所述第二光线进行滤波；透镜对所述TO-封装外部的所述第二光线进行指向。

通过以下结合附图和权利要求的详细描述将会更清楚地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。

图1是根据本发明实施例的PON的示意图；

图2是根据本发明实施例的实现为ONU或OLT中光收发器的双向光学子件(bi-directional optical sub-assembly，简称BOSA)的一部分的示意图；

图3是图2中BOSA的接收器的一部分的示意图；

图4是图3中接收器的一部分的俯视图；

图5是根据本发明另一实施例的实现为ONU或OLT中光收发器的BOSA的一部分的示意图；

图6是图5中BOSA的发射器的一部分的示意图；

图7是图6中发射器的一部分的俯视图；

图8是根据本发明又一实施例的实现为ONU或OLT中光收发器的BOSA的一部分的示意图；

图9是根据本发明实施例的接收光线的方法的流程图；

图10是根据本发明实施例的设备的示意图。

具体实施方式

首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数量的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实现方式、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实现方式，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。

PON的光线路终端(optical line terminal，简称OLT)或光网络单元(opticalnetwork unit，简称ONU)中的收发器通常包括BOSA。传统的BOSA使用两个TO-封装，其中一个TO-封装包含发射器，另一个TO-封装包含接收器。在这种BOSA中，发送的信号和接收的信号不存在两个信号之间的串扰，因为发送的电信号和接收的电信号包含在两个独立的TO-封装中。然而，在BOSA中使用两个独立的TO-封装需要复杂的封装结构以及较高成本。

为了解决使用两个独立的TO-封装的成本问题，已经引入了单个TO-封装BOSA，其中，发射器和接收器包含在单个TO-封装内。单一的TO-封装BOSA包括发射器和接收器，这两者都位于TO-头。发射器包括监视光电二极管(monitor photodiode，简称MPD)和激光二极管，这两者都使用独立的键合丝连接到各自的I/O引脚。接收器包括光电二极管和TIA。光电二极管和TIA均使用独立的键合丝连接到不同的I/O引脚。键合丝通常从I/O引脚的上表面的接触点延伸到MPD、激光二极管、光电二极管或TIA的上表面的接触点。光电二极管和TIA也经由另一键合丝互相连接。该键合丝也从光电二极管的上表面的接触点延伸到TIA的上表面的接触点。

由于接收的光信号功率可能非常低，因此接收器中的将光电二极管连接到TIA的键合丝的电流会非常低，例如小于10微安(microamp，简称μA)。这使得将光电二极管连接到TIA的键合丝容易受到不必要的电磁干扰(electromagnetic interference，简称EMI)的串扰和拦截。发射器中的将激光二极管连接到I/O引脚的键合丝的电流会相对较高，例如30至50毫安(milliamp，简称mAs)。该高调制电流用于激光二极管产生光信号。因此，承载该高调制电流的键合丝非常容易发射EMI。另外，从单个TO-封装BOSA中激光二极管、I/O引脚、光电二极管和TIA延伸的键合丝的长度使得该键合丝能够用作更容易发射和接收EMI的天线。通过将光电二极管连接到TIA的键合丝的低电流信号使得接收器中的键合丝能够用作天线，该天线从将激光二极管连接到I/O引脚的键合丝接收EMI，并承载发射器中的高信号电平电流。因此，使用键合丝连接单个TO-封装BOSA中的各个组件会导致发射器与接收器之间出现串扰。

这里公开了单个TO-封装BOSA的实施例，其中，接收器减少或消除了来自发射器的串扰。例如，单个TO-封装BOSA包括发射器、接收器和TO-头。在一个实施例中，接收器包括位于TO-头的第一基板。该至少一个第一电波导集成在第一基板中并将光电二极管耦合到TIA。在一个实施例中，使用第一基板上形成的波导，将激光二极管、光电二极管和/或TIA倒装芯片式键合到单个TO-封装BOSA中的第一基板。在一个实施例中，波导沉积在第一基板中。将光电二极管倒装芯片式键合到第一基板的第一波导上的第一接触点。术语“倒装芯片式键合”是指将单个TO-封装BOSA的组件进行倒装，使得通常在该组件上表面的接触点现在被倒装成该组件的下表面，并且该部件的接触点邻接或基本上邻近设置在基板上波导的接触点。TIA同样可以倒装芯片式键合到第一基板的第一波导上的第二接触点，其中，第一波导对这些部件进行电耦合。在一个实施例中，使用第一波导而不是键合丝将光电二极管耦合到TIA，降低了单个TO-封装BOSA的接收器所经受的EMI。

在一个实施例中，发射器包括位于TO-头的第二基板。至少一个第二波导集成在第二基板中并将发射器的激光二极管耦合到键合丝和I/O引脚。在一个实施例中，第二波导包括用于耦合到激光二极管上接触点的第三接触点。可以将激光二极管倒装芯片式键合到第二基板的第二波导上的第三接触点。键合丝可以用于将第二波导上的第四接触点连接到I/O引脚。相比用于将激光二极管连接到传统BOSA中的I/O引脚的键合丝，该键合丝可能较短。因此，使用第二波导和较短的键合丝进一步减小了单个TO-封装BOSA的发射器发射的电磁辐射(electromagnetic radiation，简称EMR)。

图1是PON 100的示意图。PON 100包括OLT 110、多个ONU 120以及将OLT 110耦合到ONU 120的光分配网络(optical distribution network，简称ODN)130。PON 100适合用于实施所公开的实施例。PON 100是可以不需要有源组件在OLT 110和ONU 120之间分配数据的通信网络。相反，PON 100可以使用ODN 130中的无源光组件在OLT 110和ONU 120之间分配数据。

OLT 110与ONU 120和其他网络进行通信。具体而言，OLT 110是其他网络与ONU120之间的中间设备。例如，OLT 110将从其他网络接收的数据转发给ONU 120，将从ONU 120接收的数据转发给其他网络。OLT 110包括发射器和接收器。当其他网络使用不同于PON100中使用的协议的网络协议时，OLT 110包括将网络协议转换为PON协议的转换器，反之亦然。OLT 110通常位于诸如中央办公室(central office，简称CO)的中央位置，但是其也可以位于其他合适的位置。

ODN 130是包括光纤电缆、耦合器、分路器、分配器和其他合适组件的数据分配系统。这些组件包括不需要电力在OLT 110和ONU 120之间分配信号的无源光组件。这些组件还可以包括有源组件，例如需要电力的光放大器。ODN 130如图所示以分支配置的方式从OLT 110延伸到ONU 120，但是ODN 130可以以任何其它合适的点对多点(point-to-multipoint，简称P2MP)配置进行配置。

ONU 120与OLT 110和用户进行通信，并用作OLT 110与用户之间的中间设备。例如，ONU120将来自OLT 110的数据转发给用户，并将来自用户的数据转发给OLT 110。ONU120包括将电信号转换为光信号并将光信号发送给OLT 110的光发射器。ONU 120包括从OLT110接收光信号并将光信号转换为电信号的光接收器。ONU 120还包括向用户发送电信号的第二发射器和从用户接收电信号的第二接收器。ONU 120和光网络终端(optical networkterminal，简称ONT)是类似的，并且这些术语可以互换使用。ONU 120通常位于诸如用户驻地等的分布式位置，但是它们也可以位于其他合适的位置。

这里公开了用于ONU 120和/或OLT 110中改进的光收发器的实施例，其中，光收发器包括单个TO-封装BOSA。根据任一实施例的接收器包括位于TO-头与光电二极管和TIA之间的第一基板。第一基板包括至少一个第一波导。通过波导将光电二极管倒装芯片式键合到第一基板。同样可以通过波导将TIA倒装芯片式键合到第一基板。单个TO-封装BOSA可以节省成本，在第一基板上使用波导可以减少或消除串扰。

图2是根据本发明实施例的实现为ONU 120或OLT 110中光收发器的BOSA 200的一部分的示意图。单个TO-封装BOSA 200包括TO-帽203、透镜206、发射器209、接收器212、光滤波器(滤波器)213和TO-头214。BOSA 200可以包含在单个TO封装中。

所示实施例中的发射器209包括监视光电二极管(monitor photodiode，简称MPD)215、激光二极管(laser diode，简称LD)218、中间层221以及I/O引脚224和227。应当理解，任一数量的I/O引脚224和227可以包括在发射器209中。中间层221可以是诸如金属块等的基板或支撑块。MPD 215经由键合丝230耦合到I/O引脚224。激光二极管218经由键合丝233耦合到I/O引脚227。MPD 215从激光二极管218接收光线(未示出)并将该光线转换为电信号，从而监视并确保激光二极管218发射具有预期特性(例如预期的功率)的光线。激光二极管218是分布式反馈(distributed feedback，简称DFB)激光二极管或任一适合用于发射具有预期特性光线的激光二极管。I/O引脚224和227可以耦合到用于控制MPD 215和激光二极管218的外部激光二极管驱动器。例如，激光二极管驱动器可以指示激光二极管218发射具有预期特性的光线。例如，激光二极管驱动器可以位于耦合到BOSA 200的印刷电路板(printed circuit board，简称PCB)。

在一些实施例中，滤波器213位于透镜206与发射器209和接收器212之间。滤波器213可通信耦合到发射器209和接收器212。滤波器213是WDM滤波器或其他合适的滤波器。滤波器213可以影响发射器209产生的出光线并且可以将出光线指向透镜206。从激光二极管218发射的光线经滤波器213反射，其中，滤波器213用于按需对光信号进行组合或分离。然后，通过滤波器213或经滤波器213反射的出光信号会穿过透镜206。

接收器212包括光电二极管(PD)236、TIA 239、第一基板241、I/O引脚242、246、248、251和254以及键合丝257、260、263、266和269。滤波器213可以影响经由透镜206进入的入光线并且可以将入光线指向光电二极管236。应当理解，任一数量的I/O引脚242、246、248、251和254可以包括在接收器212中。在图2中，可以将光电二极管236和TIA 239倒装芯片式键合到第一基板241。例如，将光电二极管236进行倒装，使得通常在光电二极管236上表面的光电二极管236的接触点现在被倒装成位于光电二极管236的下表面。在一个实施例中，光电二极管236可以包括雪崩光电二极管(avalanche photodiode，简称APD)、p-i-n光电二极管或其他合适的光电二极管，并且包括砷化铟镓(indium gallium arsenide，简称AlGaAs)或其他适合的材料。在一个实施例中，光电二极管236可以是背照式光电二极管，其中，在被光电二极管的感光区域吸收之前，入光线信号经过光电二极管的基板。例如，光电二极管的后表面包括正对透镜206的光电二极管的基板。将TIA 239也进行倒装，使得通常在TIA 239上表面的TIA 239的接触点现在被倒装成位于TIA 239的下表面。TIA 239包含硅(silicon，简称Si)或其他合适的材料。

经由第一波导282、284、286、288、290和292将光电二极管236和TIA 239倒装芯片式键合到第一基板241。在一个实施例中，第一基板241包括第一波导282、284、286、288、290和292，使得第一波导282、284、286、288、290和292形成在或集成到第一基板241。在一个实施例中，第一波导282、284、286、288、290和292沉积在第一基板241中。在一个实施例中，第一基板241的表面包括接地层，并将图案蚀刻(或以其他方式形成)到接地层中，使得第一波导282、284、286、288、290和292直接设置在第一基板241中并且不接触接地层，这在下面图3和图4中会进一步描述。第一基板241位于TO-头214并包括电介质材料，例如诸如氮化铝(aluminum nitride，简称AlN)或其他合适的材料。

第一波导282、284、286、288、290和292彼此共面，因为它们全部设置在第一基板241的相同平面中。在一个实施例中，将光电二极管236进行倒装，使得光电二极管236上的接触点直接耦合到第一基板241上波导284的接触点。类似地，也将TIA 239进行倒装，使得TIA239上的接触点直接耦合到第一基板241上波导284的其他接触点。这样一来，在第一基板241上使用波导284不需要使用键合丝就可以将光电二极管236连接到TIA 239。在一个实施例中，第一波导282、284、286、288、290和292用于承载高频信号。

在一个实施例中，使用一个或多个键合丝257、260、263、266和269将第一波导282、286、288、290和292耦合到I/O引脚242、246、248和251。例如，将第一波导282设置在第一基板241上并将光电二极管236连接到与I/O引脚242连接的键合丝257。I/O引脚242可以连接到电源(未示出)。电源可以是向光电二极管236提供偏置电压的外部电源。例如，将第一波导286设置在第一基板241上并将TIA 239连接到与接I/O引脚246连接的键合丝260。在一个实施例中，将第一波导288设置在第一基板241上并将TIA 239连接到与I/O引脚248连接的键合丝263。I/O引脚246和248可以耦合到外部电路，从而进行进一步的信号处理，这在一些实施例中可以包括限幅放大器和时钟和数据恢复(clock and data recovery，简称CDR)电路。在一个实施例中，将第一波导290设置在第一基板241上并将TIA 239连接到与I/O引脚251连接的键合丝266。I/O引脚251可以连接到电源(未示出)。电源可以是向TIA 239提供电压供应的外部电源。在一个实施例中，将第一波导292设置在第一基板241上并将TIA 239连接到与I/O引脚254连接的键合丝269。I/O引脚254可以连接到地面或设置在第一基板241上的接地层。在一个实施例中，第一波导292和/或键合丝269可能不是必需的，TIA 239上的接触点可以直接连接到设置在第一基板241上的接地层。

在第一操作中，上述外部LD驱动器指示激光二极管218发射具有预期特性的第一光线280。激光二极管218向滤波器213发射第一光线280。滤波器213将第一光线指向透镜206和外部设备，该外部设备可以是光纤。在第二操作中，BOSA 200从外部设备接收第二光线281。透镜206将第二光线281指向滤波器213。滤波器213将第二光线281传递到光电二极管236的后表面。例如，在背照式光电二极管236中，第二光线281从光电二极管236的基板表面279进入。光电二极管236接收第二光线281并将该第二光线281转换为电信号或电流，从而进行进一步的信号处理。然后，光电二极管236经由第一波导284将电流传递到TIA 239。TIA 239从光电二极管236接收电流形式的电信号，将电流转换为电压，并将电压传递到外部设备，从而经由第一波导288和290进行进一步的信号处理。

图3是根据本发明实施例的BOSA 200的接收器212的部分300的示意图。接收器212的部分300包括第一基板241、光电二极管(photodiode，简称PD)236和TIA 239。第一基板241包括接地层373和第一波导282、284、286、288、290和292。在一个实施例中，接地层373是平行于第一基板241的平面，其设置在第一基板241的顶部或与第一基板241耦合。接地层373可以是导电金属层，例如金(Au)。在一个实施例中，接地层373沉积或层压在第一基板241上。在一个实施例中，接地层373覆盖了第一基板241的大部分(如果不是全部的话)表面。

在一个实施例中，用于第一波导282、284、286、288、290和292以及第一波导282、284、286、288、290和292周围隔离层的图案可以从接地层373蚀刻出来。例如，接地层373在第一波导282、284、286、288、290和292位于的地方蚀刻出来。这防止了第一波导282、284、286、288、290和292在垂直方向上接触接地层373，因为第一波导282、284、286、288、290和292仅接触第一基板241。在一个实施例中，接地层373在图4所示的波导282、284、286、288和290周围隔离层位于的地方蚀刻出来。在一些实施例中，隔离层包括从每个波导282、284、286、288和290周围蚀刻的附加层。在一个实施例中，隔离层是每个第一波导282、284、286、288和290与接地层373之间的间隙，这样一来，第一波导282、284、286、288和290也不在水平方向上接触接地层373。

如图3所示，波导292未被隔离层包围。这是因为TIA 239上的接触点353通过波导292上的接触点337接地。因此，图3所示的实施例示出了TIA如何通过接触第一波导292而接地，其中，第一波导292直接(或部分)接触接地层373。在一个实施例中，不需要波导292，接触点353可以直接接触接地层373，从而接地TIA 239。

在一个实施例中，第一波导282、284、286、288、290和292可以包括诸如铜(Cu)、Au等的金属或其他任何合适的导电材料。第一波导282、284、286、288、290和292包括与光电二极管236和TIA 239上的接触点相对应的接触点。光电二极管236和TIA 239上的接触点可以类似于第一波导282、284、286、288、290和292上的其他接触点，或光电二极管236和TIA 239上的接触点可以具有不同的形状或尺寸，以便于连接到第一波导282、284、286、288、290和292。

在一个实施例中，光电二极管236具有两个接触点340和343，其面向第一基板241上波导282和284的接触点。在一个实施例中，将光电二极管236倒装芯片式键合到第一基板241，使得接触点340和343直接耦合到第一波导282和284上的接触点。如图3所示，第一波导282包括接触点306，其用于耦合到光电二极管236上的接触点340。第一波导284包括第一接触点312，其用于耦合到光电二极管236上的接触点343。在一个实施例中，第一波导282用于向光电二极管236提供偏置电压。

在一个实施例中，TIA 239具有五个接触点347、350、353、356和359，用于耦合到第一基板241上第一波导284、286、288、290和292的接触点。在一个实施例中，将TIA 239倒装芯片式键合到第一基板241，使得接触点347、350、353、356和359直接耦合到第一波导284、286、288、290和292上的接触点。第一波导284还包括第二接触点315，其用于耦合到TIA239上的接触点347。因此，第一波导284将光电二极管236连接到TIA 239。第一波导284还可以用于从光电二极管236接收电流并将该电流传输到TIA 239，使得TIA 239将该电流转换为电压。第一波导290包括用于耦合到TIA 239上接触点350的接触点318。在一个实施例中，第一波导290用于向TIA 239提供电压供应。第一波导286包括用于耦合到TIA 239上接触点356的接触点326。在一个实施例中，第一波导286连接到BOSA 200上的I/O引脚246，以将差分电压输出到外部电路。第一波导288包括用于耦合到TIA 239上接触点359的接触点331。在一个实施例中，第一波导288连接到BOSA 200上的I/O引脚248，以向外部电路提供差分电压输出。差分输出可能超过几毫伏(millivolt，简称mV)，因此可能不易受串扰影响。第一波导292包括接触点337，其用于耦合到将TIA 239接地到基板的接触点353。在一个实施例中，第一波导292不是必需的，并且接触点353用于将TIA 239直接接地到第一基板241，例如接地层373。在一个实施例中，可以使用键合丝将第一波导286、288、290和292键合到I/O引脚。

通过将第一波导282、284、286、288、290和292的接触点与TIA 239和光电二极管236上的接触点焊接在一起或采用其他合适的手段，可以将TIA 239和光电二极管236键合到第一基板241。TIA 239、光电二极管236以及第一基板241可以包括实现键合的键合焊盘。在一个实施例中，第一波导282、284、286、288、290和292上的接触点以及光电二极管236和TIA 239上的接触点是焊接凸块，其可以包括诸如Cu、Au等的金属或其他合适的材料。光电二极管236和TIA 239上的焊接凸块可以沉积在光电二极管236和TIA 239上。

使用第一波导284连接到光电二极管236和TIA 239避免了使用键合丝连接光电二极管236和TIA 239。由于BOSA 200中的接收器212不使用键合丝从光电二极管236向TIA239传送低电流，因此接收器212中没有任何东西可用作轻易获得EMI的EMI敏感天线。另外，第一波导284集成到第一基板241中，使得接地层373不接触第一波导284。因此，由于基本上围绕接地层373，所以第一波导284会略微地屏蔽EMI。因此，接收器212将受到较少来自发射器209的EMI，有效减少了BOSA 200中的串扰。

图4是根据本发明实施例的BOSA 200的接收器212的部分300的俯视图400。俯视图400示出了光电二极管(photodiode，简称PD)236、TIA 239、接地层373、第一波导282、284、286、288和292以及隔离层409A-J。图4示出了经由第一波导282、284、286、288和292将TIA239和光电二极管236倒装芯片式键合到第一基板241。图4所示的TIA 239的表面是TIA 239的下表面或者是包括TIA 239基板的表面。因此，图4示出了将TIA 239倒装芯片式键合到第一基板241。类似地，图4所示的光电二极管236的表面是光电二极管236的下表面或者是包括光电二极管236基板的表面。因此，图4示出了将光电二极管236倒装芯片式键合到第一基板241。

图4还示出第一波导282、284、286、288和292经由隔离层409A-J与接地层373水平分离。隔离层409A-J从接地层373蚀刻出来，使得第一波导282、284、286、288和292被第一基板241围绕并且不接触接地层373。在一个实施例中，隔离层409A-J是每个第一波导282、284、286、288和290与接地层373之间的间隙。在一个实施例中，键合丝可以用于将第一波导282、286、288和292连接到I/O引脚242、246、248、251和254。第一波导282、284、286、288和292是不可弯曲的、相对平坦的、集成在第一基板241中的，具有可用的接地。相反，键合丝是可弯曲的、圆柱形的、与第一基板241物理分离的，没有可用的接地。

第一波导282、284、286、288和292被部分屏蔽以免受BOSA的发射器的EMI，因为第一波导282、286、288和292被耦合或键合到第一基板241并且至少部分被接地层373围绕。由于第一波导282、284、286、288和292设置在蚀刻出来的接地层373的部分之间的第一基板241，所以第一波导282、284、286、288和292部分地被接地平面373屏蔽。对具有第一波导282、286、288和292的第一基板241进行构造，从而保护第一波导282、286、288和292免受与传统BOSA中键合丝一样多的EMI，其中，第一波导282、286、288和292集成到第一基板241并被接地层373屏蔽。

图5是根据本发明另一实施例的实现为ONU 120或OLT 110光收发器的BOSA 500的一部分的示意图。BOSA 500类似于图2中的BOSA 200并具有相似的相应组件。然而，与BOSA200不同，BOSA 500包括用于MPD 215和激光二极管218的第二基板512。另外，通过至少一个第二波导533将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512。在键合丝233用于将至少一个第二波导533连接到I/O引脚227的实施例中，与将激光二极管218连接到当今BOSA中采用的I/O引脚227的键合丝的常规长度相比，该键合丝233较短。如果需要，倒装芯片式键合到至少一个第二波导533和较短的键合丝，从而减少来自激光二极管218和I/O引脚227之间传送的信号的EMI和电磁辐射。BOSA 500包括TO-帽203、透镜206、发射器509、接收器212、滤波器213和TO-头214。BOSA 500可以包含在单个TO-封装中。

发射器509包括MPD 215(图5中标记为MPD)、激光二极管218(图5中标记为LD)、金属块521、第二基板512以及I/O引脚224和227。应当理解，任一数量的I/O引脚224和227可以包括在发射器509中。通过至少一个第二波导533将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512。第二基板512包括诸如AlN等的电介质或其他合适的材料。在一个实施例中，第二基板512包括至少一个第二波导533。例如，至少一个第二波导533沉积在第二基板512中。在一个实施例中，正如下面图6和图7中进一步描述的，第二基板512的表面包括接地层，对接地层中的图案进行蚀刻，使得至少一个第二波导533直接设置在第二基板512并且不接触接地层。第二基板512可以位于TO-头214或者可以位于TO-头214上的金属块521。在一个实施例中，第二基板512包括诸如氮化铝(aluminum nitride，简称AlN)等的介电材料或其他合适的材料。

在一个实施例中，将激光二极管218进行倒装，使得激光二极管218上的接触点直接耦合到第二基板512上至少一个第二波导533的接触点。在一个实施例中，至少一个第二波导533可以直接耦合到I/O引脚227。在一个实施例中，键合丝233可以用于将至少一个第二波导533耦合到I/O引脚227。由于将激光二极管218是倒装芯片式键合到第二基板512，所以键合丝233的长度可以远小于未实现倒装芯片式键合的常规BOSA中使用的键合丝的长度。在一个实施例中，可以不将MPD 215倒装芯片式键合到第二基板512，因此不需要采用波导将键合丝230连接到I/O引脚224。

向激光二极管218提供相对较高的调制电流，使得激光二极管218可以生成光信号。在传统的BOSA中，将激光二极管218连接到I/O引脚227的键合丝承载非常高的调制电流，因此会在接收器212中引起EMI或EMR。然而，将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512的至少一个第二波导533可以降低接收器212经受的EMI，因为提供给激光二极管218的高电流在键合丝233中行进了更短的距离。

接收器212包括光电二极管236、TIA 239、第一基板241、I/O引脚242、246、248、251和254以及键合丝257、260、263、266和269。第一基板241包括彼此共面的第一波导282、284、286、288、290和292，因为它们全部设置在第一基板241的同一平面。在一个实施例中，通过第一波导282、284、286、288、290和292将光电二极管236和TIA 239倒装芯片式键合到第一基板241。

图6是根据本发明实施例的BOSA 500的发射器509的部分600的示意图。发射器509的部分600包括第二基板512、MPD 215和激光二极管(laser diode，简称LD)218。第二基板512包括接地层573和至少一个第二波导533。在图5所示的实施例中，未将MPD 215倒装芯片式键合到第二基板512，将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512。

第二基板512用作图5所示的接地层573与TO-头214或金属块521之间插入的介电层。在一个实施例中，发射器509中的接地层573类似于接收器212中的接地层373。在一个实施例中，接地层573沉积或层压在第二基板512中。接地层573可以是诸如Au等导电的金属薄层。接地层573可以是与第二基板512基本平行的平面。接地层573设置在第二基板512的顶部或与第二基板512耦合，并且覆盖第二基板512的大部分表面，除了第二基板512中波导和隔离层所在的位置。

在一个实施例中，用于至少一个第二波导533和至少一个第二波导533周围隔离层的图案可以从接地层573蚀刻出来。例如，接地层573在至少一个第二波导533和至少一个第二波导533周围隔离层位于的地方蚀刻出来。这样，至少一个第二波导533在竖直方向或水平方向上都不接触接地层573。至少一个第二波导533与波导282、284、286、288、290和292类似。至少一个第二波导533可以包括诸如Cu、Au等的金属或其他任何合适的导电材料。至少一个第二波导533包括与激光二极管218上接触点603相对应的接触点612。接触点612和接触点603可以彼此类似或可以具有不同的形状或尺寸，以便于实现接触点612与接触点603之间的连接。

在一个实施例中，激光二极管218包括键合焊盘606，在其上设置了接触点603。激光二极管218上的接触点603面向至少一个第二波导533的接触点612。在一个实施例中，将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512，使得激光二极管218上的接触点603直接耦合到或基本上邻近于至少一个第二波导533上的接触点612。在一个实施例中，键合丝233可以将至少一个第二波导533连接到I/O引脚227。键合丝233和至少一个第二波导533可以用于向激光二极管218提供非常高的调制电流，例如在30和50mAs之间，使得激光二极管218使用该高调制的电流生成光信号。

可以通过焊接或其他合适的手段将激光二极管218键合到第二基板512。例如，接触点603可以与接触点612焊接在一起。在一个实施例中，接触点603和612可以是焊接凸块和/或键合焊盘，可以包括Cu、Au或其他合适的材料。

与用于连接未被倒装芯片式键合到I/O引脚的激光二极管的传统键合丝相比，承载高调制电流的键合丝233较短。这是因为图6中的激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512，并且除了键合丝233之外还使用至少一个第二波导533将激光二极管218连接到I/O接脚227。较短的键合丝233可辐射较少来自发射器509的EMI或EMR。因此，接收器212将经受较少来自发射器509的EMI，有效降低了BOSA 500中的串扰。

图7是根据本发明实施例的BOSA 500的发射器509的部分600的俯视图700。俯视图700示出了MPD 215、激光二极管(laser diode，简称LD)218、接地层573、至少一个第二波导533和隔离层712A-B。图7示出了通过至少一个第二波导533将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512。图7所示的激光二极管218的表面是激光二极管218的下表面或者是包括激光二极管218的基板的表面，从而示出了将激光二极管218倒装芯片式键合到第二基板512。

图7还示出了至少一个第二波导533经由隔离层712A和712B与接地层573水平分离。例如，接地层573在至少一个第二波导533和隔离层712A-B所处的位置蚀刻出来。在一个实施例中，隔离层712A-B是至少一个第二波导533与接地层573之间的间隙。这样，至少一个第二波导533不接触接地层573，而是仅接触第二基板512，其是一个介电层。

由于至少一个第二波导533设置在蚀刻出来的接地层573的部分之间的第二基板512，所以至少一个第二波导533被第二基板512和接地层573部分屏蔽。第二基板512与至少一个第二波导533的定位防止至少一个第二波导533发射与传统BOSA中键合丝一样多的EMI，其中，至少一个第二波导533是集成到第二基板512并被接地层573屏蔽的。

图8是根据本发明又一实施例的实现为ONU 120或OLT 110中光收发器的BOSA 800的一部分的示意图。BOSA 800与图2中的BOSA 200类似，并具有相似的相应组件。然而，与BOSA200不同，BOSA 800包括集成到或位于TO-头右侧的发射器809，使得不需要键合丝或I/O引脚将激光二极管218连接到PCB。另外，图8示出了接收器812位于BOSA 800的左侧，并且接收器812相对于图2所示水平旋转了90度(°)。BOSA 800包括TO-帽203、透镜206、发射器809、接收器812、滤波器213和TO-头214。BOSA 800可以包含在单个TO封装中。如图8所示，去除或切除TO-头214的一部分，使得第二基板512位于TO-头214的移除部分中。因此，第二基板512部分位于单个TO-封装BOSA 800内部，部分位于单个TO-封装BOSA 800外部的PCB中。第二基板512通过玻璃层815A和815B与TO-头214隔开。玻璃层815A和815B包括玻璃，防止来自第二基板512的金属接触TO-头214中的金属。玻璃层815A和815B还将TO-头214密封在第二基板512。

发射器809包括MPD 215、激光二极管218(图8中标记为LD)以及第二基板512。第二基板512是包括AlN或其他电介质材料的电介质层。可以蚀刻第二基板512上设置了至少一个第二波导833和围绕至少一个第二波导833的隔离层的位置。至少一个第二波导833可以长于第二基板512中至少一个第二波导533，使得至少一个第二波导833在不使用键合丝的情况下直接接触PCB上的组件。

类似于BOSA 500，激光二极管218通过至少一个第二波导833倒装芯片式键合到第二基板512。激光二极管218上的接触点可以与至少一个第二波导833的接触点焊接在一起。这样一来，调制电流经过至少一个第二波导833并直接行经到激光二极管218而不必经过键合丝233。至少一个第二波导833可以集成到第二基板512，使得至少一个第二波导833被第二基板512的接地层部分屏蔽，类似于图6和7所示的第二基板512。至少一个第二波导833将发射比传统BOSA中键合丝更少的EMR，因为键合丝不用于将波导833连接到I/O引脚，并且至少一个第二波导833是集成到第二基板512中的，其中，至少一个第二波导833被接地层屏蔽。在一个实施例中，MPD 215没有倒装芯片式键合到第二基板512。因此，可能类似于键合丝230的电线830仍然可以用于将MPD 215连接到PCB。然而，电线830直接连接到PCB，而不必连接到I/O引脚。因此，在图8所示的实施例中，由于发射器集成到TO-头214中，因此I/O引脚不包括在发射器809中。

由于发射器809位于BOSA 800的右侧，因此接收器812向右旋转90°，并且对滤波器213进行定位，使得从滤波器213接收的入光线位于水平平面上的左侧。因此，接收器812向右旋转90°，使得光电二极管236在光电二极管236的光敏表面上接收来自滤波器213的光线。否则，接收器812类似于接收器212，因为第一基板241包括多个具有接触点的共面波导，其中，这些接触点用于连接到倒装芯片式键合的光电二极管236(图8中标记为PD)和TIA239上的接触点。使用几条键合丝257、260、263、266和269对具有I/O引脚246、248、251、254和242的第一基板241上的共面波导进行耦合。光电二极管236与TIA 239之间不需要键合丝，因为波导284足以将光电二极管236连接到TIA 239。

在图8所示的实施例中，至少一个第二波导833发射较少的电磁辐射，因为键合丝不用于将高电流信号传送到激光二极管218。另外，波导284可能不会从发射器809中获得尽可能多的EMI，因为波导284是集成到第一基板241中的。因此，与传统的BOSA结构相比，图8所示的BOSA 800的实施例明显降低了串扰。

图9是根据本发明实施例的接收光线的方法900的流程图。BOSA 200、500、800可以执行方法900。在步骤910中，透镜接收来自TO-封装外部的第一光线。例如，透镜206接收第一光线。在步骤920中，滤波器对第一光线进行滤波。例如，滤波器213对第一光线进行滤波。在步骤930中，背照式光电二极管将第一光线转换为电流。例如，光电二极管236将第一光线转换为电流。最后，在步骤940中，光电二极管将电流传递给TIA。例如，光电二极管236将电流传递给TIA 239。在一个实施例中，波导位于基板上。例如，波导可以沉积在基板上。在一个实施例中，接地层可以设置在基板上并且基本水平围绕波导。在一个实施例中，基板位于背光式光电二极管与TO-封装的TO-头之间。在一个实施例中，方法900还可以包括将电流转换为电压的步骤。例如，TIA 239将电流转换为电压。在一个实施例中，方法900还可以包括将电压传送到I/O引脚的步骤。例如，通过键合丝将电压传送到I/O引脚。在一个实施例中，方法900还可以包括经由波导接收发射第二光线指令的步骤。例如，激光二极管218可以接收发射第二光线的指令并发射第二光线。在一个实施例中，方法900还可以包括对第二光线进行滤波的步骤。例如，滤波器213对第二光线进行滤波。在一个实施例中，方法900还可以包括将第二光线指向TO-封装外部的步骤。例如，透镜206将第二光线指向TO-封装的外部。

图10是根据本发明实施例的设备1000的示意图。设备1000适用于实现上述公开的实施例，包括PCB上的外部设备和外部控制器。设备1000包括入端口1010、用于发送和接收数据的收发器(Tx/Rx)单元1020、处理器、逻辑单元或用于数据处理的中央处理器(centralprocessing unit，简称CPU)1030、用于传输数据的出端口1050以及用于存储数据的存储器1060。在一个实施例中，设备1000为ONU 120或OLT 110。在这样的实施例中，Tx/Rx 1020是包括在ONU 120或OLT 110中的光收发器。Tx/Rx 1020可以包括BOSA 200、500和800的其中一个。设备1000还可以包括光电(optical-to-electrical，简称OE)组件和电光(electrical-to-optical，简称EO)，其耦合到入端口1010、接收器单元1020、发射器单元1040和用于光信号或电信号外出或进入的出端口1050。

处理器1030通过硬件、中间件、固件或软件任一合适的组合得以实现。处理器1030可以实现为一个或多个CPU芯片、内核(例如，多核处理器)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，简称FPGA)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，简称ASIC)或数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)。处理器1030与入端口1010、接收器单元1020、发射器单元1040，出端口1050和/或存储器1060进行通信。在一个实施例中，处理器1030包括光模块1070。在一个实施例中，光模块1070可以用于控制MPD 215、激光二极管218、光电二极管236或TIA 239。在一个实施例中，Tx/Rx 1020可以从I/O引脚224、227、242、246、248、251、或254接收数据并将数据发送至I/O引脚224、227、242、246、248、251、或254。

存储器1060包括一个或多个磁盘、磁带驱动器或固态驱动器，并且可以用作溢出数据存储设备。当选择程序用于执行时，存储器1060对这些程序进行存储，并对程序执行过程中读取的指令和数据进行存储。存储器1060可以是易失性和/或非易失性的，可以是只读存储器(read-only memory，简称ROM)、随机存取存储器(random-access memory，简称RAM)、三态内容寻址存储器(ternary content-addressable memory，简称TCAM)和/或静态随机存取存储器(static random-access memory，简称SRAM)。

除非另有说明，否则使用术语“约”是指以下描述的数字的±10％。虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、组件、技术或方法进行组合或集成。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离本文公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种光收发器，其特征在于，包括：

晶体管外形(transistor outline，简称TO)-封装；

接收器，包含在所述TO-封装内部，其中，所述接收器包括：

第一基板，包括至少一个第一波导；

光电二极管，耦合到所述至少一个第一波导；

跨阻抗放大器(transimpedance amplifier，简称TIA)，耦合到所述第一基板和所述至少一个第一波导，其中

所述至少一个第一波导将所述光电二极管耦合到所述TIA，其中

所述至少一个第一波导位于所述光电二极管与所述TIA之间的所述第一基板。

2.根据权利要求1所述的光收发器，其特征在于，所述光电二极管和所述TIA倒装芯片式键合到所述第一基板。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述光电二极管上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第一接触点，所述TIA上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第二接触点。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光收发器，其特征在于，还包括：

发射器，包含在所述TO-封装内部，其中，所述发射器包括：

第二基板，包括至少一个第二波导；

键合丝；

激光二极管，耦合到所述至少一个第二波导，其中

所述至少一个第二波导将所述键合丝耦合到所述激光二极管。

5.根据权利要求4所述的光收发器，其特征在于，所述激光二极管倒装芯片式键合到所述第二基板。

6.根据权利要求5所述的光收发器，其特征在于，所述TO-封装包括TO-头和耦合到所述TO-头的TO-帽，其中，所述第二基板经过所述TO-封装的TO-头。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述TO-封装包括：

TO-头；

TO-帽，耦合到所述TO-头。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述第一基板包括第二波导，其中，所述第二波导耦合到键合丝，所述键合丝耦合到所述光收发器的输入/输出(input/output，简称I/O)引脚。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光收发器，其特征在于，在所述至少一个第一波导周围的所述第一基板以及环绕所述至少一个第一波导的隔离层上形成接地层。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光收发器，其特征在于，还包括：

波分复用(wavelength-division multiplexing，简称WDM)滤波器，插入在所述接收器和所述发射器之间；

透镜，在所述光收发器的内部和外部之间进行光传输。

11.一种光收发器，其特征在于，包括：

接收器，包括：

跨阻抗放大器(transimpedance amplifier，简称TIA)；

光电二极管；

第一基板，包括至少一个第一波导，其中，所述至少一个第一波导用于将所述TIA和所述光电二极管进行耦合；

发射器，包括：

激光二极管；

输入/输出(input/output，简称I/O)引脚；

第二基板，包括至少一个第二波导，其中，所述至少一个第二波导耦合到键合丝，所述键合丝耦合到所述I/O引脚。

12.根据权利要求11所述的光收发器，其特征在于，还包括晶体管外形(transistoroutline，简称TO)-封装，包含所述发射器和所述接收器。

13.根据权利要求11和12中任一项所述的光收发器，其特征在于，还包括TO-头，其中，所述发射器和所述接收器位于所述TO-头。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述光电二极管和所述TIA倒装芯片式键合到所述第一基板，其中，所述光电二极管上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第一接触点，所述TIA上的接触点耦合到所述至少一个第一波导上的第二接触点。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述激光二极管倒装芯片式键合到所述第二基板，其中，所述激光二极管上的接触点键合到所述至少一个第二波导上的接触点。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的光收发器，其特征在于，在所述至少一个第一波导周围的所述第一基板以及环绕所述至少一个第一波导的隔离层上形成接地层。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的光收发器，其特征在于，在所述至少一个第二波导周围的所述第二基板以及环绕所述至少一个第二波导的隔离层上形成接地层。

18.一种在晶体管外形(transistor outline，简称TO)-封装中实现的方法，其特征在于，所述方法包括：

透镜接收来自所述TO-封装外部的第一光线；

滤波器对所述第一光线进行滤波；

背照式光电二极管将所述第一光线转换为电流；

所述背照式光电二极管经由波导将所述电流传递到跨阻抗放大器(transimpedanceamplifier，简称TIA)，其中，所述波导位于第一基板，所述第一基板位于所述背照式光电二极管与所述TO-封装的TO-头之间。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：

所述TIA将所述电流转换为电压；

经由键合丝将所述电压传送到输入/输出(input/output，简称I/O)引脚。

20.根据权利要求18和19中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

激光二极管经由第二波导接收发射第二光线的指令；

所述激光二极管发射所述第二光线；

所述滤波器对所述第二光线进行滤波；

透镜对所述TO-封装外部的所述第二光线进行指向。