CN110190504A - 半导体激光器阵列封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，涉及一种半导体激光器阵列封装结构，解决了半导体激光器阵列芯片的封装问题，n个激光器芯片均背面朝上贴装至衬底正面；n个MPD均贴装至衬底正面；n个耦合电容及n个匹配电阻均贴装至衬底背面；每个激光器芯片的EA区焊盘及增益区焊盘依次分别通过一条金属化导线及金线连接至衬底之外；n个MPD均通过金线连接至衬底之外；每个金属化过孔分别与一个激光器芯片的EA区焊盘连接，且每个金属化过孔分别通过一根金属化导线与各耦合电容的一端连接，各耦合电容的另一端分别通过一根金属化导线与匹配电阻连接。在任何外调制激光器(EML：External Modulated Laser)阵列光器件中，都可以借鉴应用。

Description

半导体激光器阵列封装结构
技术领域
本发明属于光通信技术领域，涉及一种半导体激光器阵列封装结构，在任何外调制激光器(EML：External Modulated Laser)阵列光器件中，都可以借鉴应用。
背景技术
EML是半导体激光器，单个EML的结构如图1所示，包含增益区和饱和吸收区(EA：ElectroAbsorption)，每个区域有一个焊盘，用于电信号的输入。EML需要经过封装工序，才能将电信号引入EML。单个EML封装时的基本结构如图2a及图2b所示，封装所需的物料除了EML之外，还需要一个衬底，一个滤波电容，一个耦合电容，一个监控光电二极管(MPD：MonitorPhotoDiode)和一个匹配电阻。图2a是EML正面朝上的典型封装结构，EML、滤波电容、耦合电容、MPD都贴装到衬底上表面，衬底上有匹配电阻和金属化导线。耦合电容和匹配电阻之间通过金属化导线2连接；耦合电容、EA区焊盘和金属化导线1之间通过金线连接；滤波电容和增益区焊盘之间通过金线连接；滤波电容、MPD和1金属化导线1通过金线连接到衬底之外。图2b是EML背面朝上的典型封装结构，EML、滤波电容、MPD都贴装到衬底上表面，耦合电容贴装到EML背面，衬底上有匹配电阻和金属化导线。匹配电阻两端分别连接金属化导线2和金属化导线3，金属化导线3连接到EML正面的EA区焊盘，金属化导线2通过金线连接到耦合电容；滤波电容通过金线连接到金属化导线4，金属化导线4连接到正面的增益区焊盘；滤波电容、MPD和金属化导线1通过金线连接到衬底之外。这两种封装方式，EML的侧面都需要空间放置元件或者金属化导线。
随着实际工程应用需求的发展，对半导体激光器输出功率水平要求越来越高，因此，半导体激光器阵列应用而生，但在半导体激光器阵列芯片中，只有阵列边缘的芯片，侧面有空间，阵列中间的芯片，没有放置外围元件的空间。因此无法按照单个EML封装方式进行封装，需要全新的封装方式，解决阵列芯片的封装问题。
发明内容
为了解决半导体激光器阵列芯片的封装问题，实现阵列EML芯片的封装，本发明提供一种半导体激光器阵列封装结构，阵列中每个芯片都能实现与滤波电容、耦合电容、MPD、匹配电阻的正确连接。
本发明的技术解决方案是提供一种半导体激光器阵列封装结构，包括衬底、n个激光器芯片、n个耦合电容、n个MPD及n个匹配电阻；其中n为正整数；
其特殊之处在于：
所述衬底的正面及背面均设有2n条金属化导线；所述衬底上还开设有n个金属化过孔；
所述n个激光器芯片均背面朝上贴装至衬底正面；所述n个MPD均贴装至衬底正面；所述n个耦合电容及n个匹配电阻均贴装至衬底背面；
每个激光器芯片的EA区焊盘及增益区焊盘依次分别通过一条金属化导线及金线连接至衬底之外；
n个MPD均通过金线连接至衬底之外；
每个金属化过孔分别与一个激光器芯片的EA区焊盘连接，且每个金属化过孔分别通过一根金属化导线与各耦合电容的一端连接，各耦合电容的另一端分别通过一根金属化导线与匹配电阻连接。
进一步地，上述半导体激光器阵列封装结构，还可以包括贴装至衬底正面的n个滤波电容，n个滤波电容的一端分别依次通过一条金属化导线和金线与每个激光器芯片的增益区焊盘连接，n个滤波电容的另一端均通过金线连接至衬底之外。
进一步地，为了获得更优的排布方式，所述n个激光器芯片、n个MPD、n个滤波电容分别在衬底正面上沿衬底x方向排布为三行n列的二维矩阵，每一列包括一个激光器芯片、一个MPD与一个滤波电容；
所述n个耦合电容与n个匹配电阻分别在衬底背面上沿衬底x方向排布为两行n列的二维矩阵，每一列包括一个耦合电容与一个匹配电阻。
进一步地，所述2n条金属化导线均沿衬底y向排布。
本发明还提供另一种半导体激光器阵列封装结构，包括衬底、n个耦合电容、n个MPD、n个匹配电阻及阵列的n个激光器芯片；
其特殊之处在于：
所述衬底的正面及背面均设有2n条金属化导线；所述衬底上还开设有n个金属化过孔；
所述n个激光器芯片均背面朝上贴装至衬底正面；所述n个MPD均贴装至衬底正面；所述n个耦合电容及n个匹配电阻均贴装至衬底背面；
每个激光器芯片的EA区焊盘及增益区焊盘依次分别通过一条金属化导线及金线连接至衬底之外；
n个MPD与n个滤波电容均通过金线连接至衬底之外；
每个金属化过孔分别与一个激光器芯片的EA区焊盘连接，且每个金属化过孔分别通过金属化导线与各匹配电阻的一端连接，各匹配电阻的另一端分别通过金属化导线与各耦合电容连接。
进一步地，该半导体激光器阵列封装结构，还包括贴装至衬底正面的n个滤波电容，n个滤波电容的一端分别依次通过一条金属化导线和金线与每个激光器芯片的增益区焊盘连接，n个滤波电容的另一端均通过金线连接至衬底之外。
进一步地，为了获得结构更为简单清晰的排布，所述n个激光器芯片、n个MPD、n个滤波电容分别在衬底正面上沿衬底x方向排布为三行n列的二维矩阵，每一列包括一个激光器芯片、一个MPD与一个滤波电容；
所述n个耦合电容与n个匹配电阻分别在衬底背面上沿衬底x方向排布为两行n列的二维矩阵，每一列包括一个耦合电容与一个匹配电阻。
进一步地，为了实现规模化生产，所述2n条金属化导线均沿衬底y向排布。
本发明的有益效果是：
1、本发明将激光器芯片、滤波电容、耦合电容、MPD及匹配电阻分别贴装在衬底的正面及背面，通过金属化过孔实现背面元器件与正面芯片的连接，充分利用衬底正面与背面的空间，实现了阵列EML芯片的封装，阵列中每个芯片都能实现与滤波电容、耦合电容、MPD、匹配电阻的正确连接，并且不影响高频的信号质量和散热能力；
2、本发明各元器件在衬底上的排布方式简单，金属化导线亦均沿衬底同一个方向排布，结构清晰，有利于使用全自动设备，实现规模化生产。
附图说明
图1为半导体激光器结构示意图；
图2a为单个EML封装时，EML正面朝上的典型封装结构图；
图2b为单个EML封装时，EML背面朝上的典型封装结构图；
图3为本发明半导体激光器阵列封装正面结构图；
图4a为本发明实施例一半导体激光器阵列封装背面结构图；
图4b为本发明实施例二半导体激光器阵列封装背面结构图；
图4c为本发明实施例三半导体激光器阵列封装正面结构图；
图中附图标记为：01-第一金属化导线，02-第二金属化导线，03-第三金属化导线，04-第四金属化导线，05-第五金属化导线，06-第六金属化导线，07-第七金属化导线，08-第八金属化导线，09-第九金属化导线，10-第十金属化导线，11-第十一金属化导线，12-第十二金属化导线，13-第十三金属化导线，14-第十四金属化导线，15-第十五金属化导线，16-第十六金属化导线；
21-第一金属化过孔，22-第二金属化过孔，23-第三金属化过孔，24-第四金属化过孔；
30-金线，31-EA区焊盘，32-增益区焊盘。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述。
EML阵列包含多个EML，下面以包含四个EML的阵列芯片举例说明本发明的封装方案。
实施例一
封装所需的物料除了EML阵列之外，还需要一个衬底，四个滤波电容，四个耦合电容，四个MPD和四个匹配电阻。图3是本实施例EML阵列封装的正面结构，定义衬底所在平面为xy平面，EML1、EML2、EML3及EML4依次沿衬底的x方向排布并背面朝上贴装到衬底正面，形成EML单元；滤波电容1、滤波电容2、滤波电容3及滤波电容4亦依次沿衬底的x方向排布并贴装到衬底正面，形成滤波电容单元；MPD1、MPD2、MPD3及MPD4也依次沿衬底的x方向排布并贴装到衬底正面，形成MPD单元；EML、MPD及滤波电容一一对应，且EML单元、MPD单元、滤波电容单元依次沿衬底的y方向排布，三个单元在y向的位置可以互换，即在衬底y方向上还可以是EML单元、滤波电容单元及MPD单元依次排布。
衬底正面上有八根金属化导线，第一金属化导线01、第三金属化导线03、第五金属化导线05、第七金属化导线07分别连接到EML1、EML2、EML3及EML4的EA区焊盘，第二金属化导线02、第四金属化导线04、第六金属化导线06、第八金属化导线08的一端分别连接到EML1、EML2、EML3及EML4的增益区焊盘，其另一端分别通过金线09连接到滤波电容1、滤波电容2、滤波电容3及滤波电容4。第一金属化导线01、第三金属化导线03、第五金属化导线05、第七金属化导线07、MPD1、MPD2、MPD3、MPD4、滤波电容1、滤波电容2、滤波电容3及滤波电容4均通过金线连接到衬底之外。
在该实施例中，八根金属化导线均沿衬底y方向排布，在其他实施例中也可以部分沿衬底x向排布，部分沿衬底y向排布。
图4a是本实施例EML阵列封装的背面结构，其中，耦合电容1、耦合电容2、耦合电容3、耦合电容4依次沿衬底的x方向排布并贴装到衬底背面，匹配电阻1、匹配电阻2、匹配电阻3及匹配电阻4也依次沿衬底的x方向排布并贴装到衬底背面；八根金属化导线沿衬底y向排布(其他实施例中可以是部分y向部分x向排布)；衬底上开有四个金属化过孔，分别为第一金属化过孔21、第二金属化过孔22、第三金属化过孔23及第四金属化过孔24。第一金属化过孔21、第二金属化过孔22、第三金属化过孔23及第四金属化过孔24分别连接到位于衬底上表面EML1、EML2、EML3及EML4的EA区焊盘，并分别连接第九金属化导线、第十金属化导线、第十一金属化导线、第十二金属化导线。耦合电容1、耦合电容2、耦合电容3、耦合电容4的一端分别连接第九金属化导,9、第十金属化导线10、第十一金属化导线11、第十二金属化导线12，耦合电容1、耦合电容2、耦合电容3、耦合电容4的另一端分别通过第十三金属化导线13、第十四金属化导线14、第十五金属化导线15、第十六金属化导线16与匹配电阻1、匹配电阻2、匹配电阻3及匹配电阻4连接。
实施例二
与实施例一不同的是，匹配电阻与耦合电容器在衬底背面的排布不同，该实施例中，如图4b，
耦合电容1、耦合电容2、耦合电容3、耦合电容4依次沿衬底的x方向排布并贴装到衬底背面，匹配电阻1、匹配电阻2、匹配电阻3及匹配电阻4也依次沿衬底的x方向排布并贴装到衬底背面；八根金属化导线沿衬底y向排布(其他实施例中可以是部分y向部分x向排布)；衬底上开有四个金属化过孔，分别为第一金属化过孔21、第二金属化过孔22、第三金属化过孔23及第四金属化过孔24。第一金属化过孔21、第二金属化过孔22、第三金属化过孔23及第四金属化过孔24分别连接到位于衬底上表面EML1、EML2、EML3及EML4的EA区焊盘，并分别连接第九金属化导线、第十金属化导线、第十一金属化导线、第十二金属化导线。匹配电阻1、匹配电阻2、匹配电阻3及匹配电阻4的一端分别连接第九金属化导线、第十金属化导线、第十一金属化导线、第十二金属化导线，另一端分别通过第十三金属化导线13、第十四金属化导线14、第十五金属化导线15、第十六金属化导线16与耦合电容1、耦合电容2、耦合电容3、耦合电容4连接。
实施例三
本实施例与实施例一或实施例二不同的是，如图4c所示，本实施例衬底正面不包括滤波电容，增益区焊盘依次分别通过一条金属化导线及金线连接至衬底之外；滤波电容可以位于其他衬底上，实现噪声滤除。
通过上述实施例的封装方式，阵列中每个芯片都能实现与滤波电容、耦合电容、MPD、匹配电阻的正确连接，并且不影响高频的信号质量和散热能力。

Claims (8)

1.一种半导体激光器阵列封装结构，包括衬底、n个激光器芯片、n个耦合电容、n个MPD及n个匹配电阻；其中n为正整数；
其特征在于：
所述衬底的正面及背面均设有2n条金属化导线；所述衬底上还开设有n个金属化过孔；
所述n个激光器芯片均背面朝上贴装至衬底正面；所述n个MPD均贴装至衬底正面；所述n个耦合电容及n个匹配电阻均贴装至衬底背面；
每个激光器芯片的EA区焊盘及增益区焊盘依次分别通过一条金属化导线及金线连接至衬底之外；
n个MPD均通过金线连接至衬底之外；
每个金属化过孔分别与一个激光器芯片的EA区焊盘连接，且每个金属化过孔分别通过一根金属化导线与各耦合电容的一端连接，各耦合电容的另一端分别通过一根金属化导线与匹配电阻连接。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于：
还包括贴装至衬底正面的n个滤波电容，n个滤波电容的一端分别依次通过一条金属化导线和金线与每个激光器芯片的增益区焊盘连接，n个滤波电容的另一端均通过金线连接至衬底之外。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于：
所述n个激光器芯片、n个MPD、n个滤波电容分别在衬底正面上沿衬底x方向排布为三行n列的二维矩阵，每一列均包括一个激光器芯片、一个MPD与一个滤波电容；
所述n个耦合电容与n个匹配电阻分别在衬底背面上沿衬底x方向排布为两行n列的二维矩阵，每一列均包括一个耦合电容与一个匹配电阻。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于：所述2n条金属化导线均沿衬底y向排布。
5.一种半导体激光器阵列封装结构，包括衬底、n个耦合电容、n个MPD、n个匹配电阻及阵列的n个激光器芯片；
其特征在于：
所述衬底的正面及背面均设有2n条金属化导线；所述衬底上还开设有n个金属化过孔；
所述n个激光器芯片均背面朝上贴装至衬底正面；所述n个MPD均贴装至衬底正面；所述n个耦合电容及n个匹配电阻均贴装至衬底背面；
每个激光器芯片的EA区焊盘及增益区焊盘依次分别通过一条金属化导线及金线连接至衬底之外；
n个MPD与n个滤波电容均通过金线连接至衬底之外；
每个金属化过孔分别与一个激光器芯片的EA区焊盘连接，且每个金属化过孔分别通过金属化导线与各匹配电阻的一端连接，各匹配电阻的另一端分别通过金属化导线与各耦合电容连接。
6.根据权利要求5所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于：
还包括贴装至衬底正面的n个滤波电容，n个滤波电容的一端分别依次通过一条金属化导线和金线与每个激光器芯片的增益区焊盘连接，n个滤波电容的另一端均通过金线连接至衬底之外。
7.根据权利要求6所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于：
所述n个激光器芯片、n个MPD、n个滤波电容分别在衬底正面上沿衬底x方向排布为三行n列的二维矩阵，每一列包括一个激光器芯片、一个MPD与一个滤波电容；
所述n个耦合电容与n个匹配电阻分别在衬底背面上沿衬底x方向排布为两行n列的二维矩阵，每一列包括一个耦合电容与一个匹配电阻。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于：所述2n条金属化导线均沿衬底y向排布。
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