CN110335850A - 一种光电芯片的封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种光电芯片的封装结构，包括：制冷器(1)，用于控制芯片的温度在第一预设范围内；热沉(2)，设置在制冷器(1)上，热沉(2)上设置有第一光纤孔位(3)、芯片放置槽(4)、第二光纤孔位(5)和热敏电阻孔位(6)，芯片放置槽(4)用于放置芯片，第一光纤孔位(3)、第二光纤孔位(5)和热敏电阻孔位(6)均与芯片放置槽(4)连通；基板(7)，设置在热沉(2)上，基板(7)上设置有直流导线(8)、第一微带线(9)、电极孔(10)、第二微带线(11)，电极孔(10)的孔位与芯片的电极一一对准，直流导线(8)、第一微带线(9)和第二微带线(11)均连接至电极孔(10)。通过对准电极孔与芯片电极，保证芯片的高频特性。

Description

一种光电芯片的封装结构
技术领域
本公开涉及集成微波光子学技术领域，具体地，涉及一种光电芯片的封装结构。
背景技术
随着信息的高速增长，信息网络的速度和容量整面临越来越大的压力，为了解决网络发展的瓶颈问题，集成微波光子学是关键技术之一。集成微波光子学将多个微波元件和光电子元件集成在片上，完成系统功能，其具有体积小、能耗低、可靠性高和应用场景广泛等优势。由于器件集成度高，功能复杂，所以多电极的光电芯片的封装面临着挑战。
传统的光电子芯片主要是在设计过程中将所需封装的电极接口和光学接口分布在光电子芯片的边缘，然后通过金丝引线和光纤耦合等方式对光电子芯片进行封装。随着更多功能器件的集成，电极的数量迅速增加，设计上没有办法将所有电极放置在边缘，所以有些电极在芯片的内部区域，此时如果使用长金丝连接电极，必然会影响芯片的高频特性。因此，传统的封装形式很难对位于芯片内部位置的电极进行高频封装。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种光电芯片的封装结构，至少解决以上技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种光电芯片的封装结构，包括：制冷器，用于控制所述芯片的温度在第一预设范围内；热沉，设置在所述制冷器上，所述热沉上设置有第一光纤孔位、芯片放置槽、第二光纤孔位和热敏电阻孔位，所述芯片放置槽用于放置所述芯片，所述第一光纤孔位、第二光纤孔位和热敏电阻孔位均与所述芯片放置槽连通；基板，设置在所述热沉上，所述基板上设置有直流导线、第一微带线、电极孔、第二微带线，其中，所述电极孔的孔位与所述芯片的电极一一对准，所述直流导线、第一微带线和第二微带线均连接至所述电极孔。
可选地，所述芯片放置槽的深度大于所述芯片的高度，且该芯片放置槽的深度与该芯片的高度之差在第二预设范围内。
可选地，所述芯片的电极通过金丝连接至其对准的所述电极孔，所述金丝的长度小于预设值。
可选地，所述第一微带线为GSG高频微带线，所述第二微带线为GS高频微带线，该第一微带线和第二微带线传输的微波信号的频率≤30GHz。
可选地，所述GSG高频微带线连接至所述芯片的GSG电极，所述GS高频微带线连接至所述芯片的GS电极，所述直流导线连接至所述芯片的直流电极。
可选地，所述热敏电阻孔位用于放置热敏电阻，所述热敏电阻用于将所述芯片的温度反馈至所述制冷器。
可选地，光纤阵列分别穿过所述第一光纤孔位和第二光纤孔位后耦合至所述芯片，分别用于输入光信号至所述芯片以及输出所述芯片处理后的光信号。
可选地，所述制冷器为半导体制冷器。
可选地，所述热沉为镀金铜制热沉。
可选地，所述基板为氮化铝基板。
(三)有益效果
本公开提供的光电芯片的封装结构，具有以下有益效果：
(1)通过对氮化铝基板进行开孔，光电芯片的电极与氮化铝基板上的电极孔一一对准，缩短了连接电极的金丝的长度，保证光电芯片的高频特性，并且实现对光电芯片内部电极的封装；
(2)通过设置芯片放置槽的深度高于芯片的高度，避免氮化铝基板按压芯片；
(3)通过对铜制热沉采用镀金工艺，加快光电芯片散热。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例提供的光电芯片的封装结构的示意图。
图2A示意性示出了本公开实施例提供的光电芯片的封装结构封装完成后的示意图。
图2B示意性示出了本公开实施例提供的光电芯片的封装结构拆解后的示意图。
附图标记说明：
1-制冷器；2-热沉；3-第一光纤孔位；4-芯片放置槽；5-第二光纤孔位；6-热敏电阻孔位；7-基板；8-直流导线；9-第一微带线；10-电极孔；11-第二微带线。
具体实施方式
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。
本公开提供了一种光电芯片的封装结构，参阅图1，结合图2A和图2B，对该封装结构进行详细说明。
本公开实施例提供了一种开孔式多电极光电芯片的封装结构，如图1所示，其封装包括：制冷器1、热沉2和基板7。
热沉2优选地为镀金铜制热沉，采用镀金工艺可以保证热沉2的高导热系数，由此保持热沉2中光电芯片的工作温度。此外，也可以在不影响芯片封装结构的前提下，将镀金铜制热沉替换为铜制热沉或者其它导热材料。
热沉2中设置有第一光纤孔位3、芯片放置槽4、第二光纤孔位5和热敏电阻孔位6，其中，第一光纤孔位3、第二光纤孔位5、热敏电阻孔位6均与芯片放置槽4连通。
芯片放置槽4中用于放置光电芯片，由此，该芯片放置槽4的深度应大于放置在其中的光电芯片的高度，以避免基板7直接按压光电芯片；但是，该芯片放置槽4的深度与芯片的高度不能相差过大，以避免金线长度过长而影响芯片的高频特性，因此，该芯片放置槽4的深度与芯片的高度之差应在第二预设范围内，例如，0.1mm-0.3mm范围内，优选地，二者之差为0.2mm。
第一光纤孔位3和第二光纤孔位5为热沉2中的预留孔位，光纤阵列分别从第一光纤孔位3和第二光纤孔位5进入，并分别与光电芯片的光信号输入端电极和光信号输出端电极耦合，以通过耦合至光信号输入端电极的光纤阵列输入光信号至该芯片，该芯片对光信号进行一系列处理后通过耦合至光信号输出端电极的光纤阵列输出光信号。第一光纤孔位3和第二光纤孔位5的尺寸取决于穿过其中的光纤的数量，光纤的数量根据芯片的功能需求确定。
热敏电阻孔位6中为热沉2上的预留孔位，在封装时用于放置热敏电阻，该热敏电阻用于实时测量芯片放置槽4中芯片的工作温度，并将芯片的工作温度反馈给外围电路以控制芯片的工作温度。
制冷器1设置在热沉2之下，其优选地为半导体制冷器，可以通过控制流经制冷器1的电流来控制制冷器1的工作状态，从而实现调节热沉2的温度，通过热沉2将芯片放置槽4中芯片的工作温度控制在第一预设范围内，例如-40℃-85℃。
基板7设置在热沉2上，其优选地为氮化铝基板，基板7上设置有直流导线8、第一微带线9、电极孔10、第二微带线11，其中，电极孔10的孔位与芯片放置槽4中芯片的电极一一对准，直流导线8、第一微带线9和第二微带线11均连接至相应的电极孔10，芯片的每一电极均通过金丝连接至其对准的电极孔10的孔位。此外，为了保证芯片的高频性能，金线的长度应小于预设值，例如，金线的长度应在1mm以内。
直流导线8、第一微带线9和第二微带线11均用于引出光电芯片的电极。其中，直流导线8用于引出待封装光电芯片的直流信号，因此，直流导线8连接至光电芯片的直流电极。第一微带线9为接地信号接地(Ground Signal Ground，GSG)高频微带线，其用于引出光电芯片上引脚为GSG的光电器件的高频信号，如调制器，即第一微带线9连接至光电芯片的GSG电极。第二微带线11为接地信号(Ground Signal，GS)高频微带线，其用于引出光电芯片上引脚为GS的光电器件的高频信号，如探测器，即第二微带线11连接至光电芯片的GS电极，并且，在不影响芯片封装结构的前提下，GS高频微带线也可以替换为信号接地(SignalGround，SG)高频微带线。第一微带线9和第二微带线11传输的微波信号的频率最高可达30GHz。
封装完成后的光电芯片如图2A所示，对其进行拆解后其结构如图2B所示，结合图2A和图2B可以看出，本实施例中光电芯片的电极不必都放置在边缘，可以放置在芯片的内部区域，并且没有增加引出电极的金线的长度，在对多电极光电芯片进行封装的同时，保证了光电芯片的高频特性。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。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。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电芯片的封装结构，包括：
制冷器(1)，用于控制所述芯片的温度在第一预设范围内；
热沉(2)，设置在所述制冷器(1)上，所述热沉(2)上设置有第一光纤孔位(3)、芯片放置槽(4)、第二光纤孔位(5)和热敏电阻孔位(6)，所述芯片放置槽(4)用于放置所述芯片，所述第一光纤孔位(3)、第二光纤孔位(5)和热敏电阻孔位(6)均与所述芯片放置槽(4)连通；
基板(7)，设置在所述热沉(2)上，所述基板(7)上设置有直流导线(8)、第一微带线(9)、电极孔(10)、第二微带线(11)，其中，所述电极孔(10)的孔位与所述芯片的电极一一对准，所述直流导线(8)、第一微带线(9)和第二微带线(11)均连接至所述电极孔(10)。
2.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述芯片放置槽(4)的深度大于所述芯片的高度，且该芯片放置槽(4)的深度与该芯片的高度之差在第二预设范围内。
3.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述芯片的电极通过金丝连接至其对准的所述电极孔(10)，所述金丝的长度小于预设值。
4.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述第一微带线(9)为GSG高频微带线，所述第二微带线(11)为GS高频微带线，该第一微带线(9)和第二微带线(11)传输的微波信号的频率≤30GHz。
5.根据权利要求4所述的光电芯片的封装结构，其中，所述GSG高频微带线连接至所述芯片的GSG电极，所述GS高频微带线连接至所述芯片的GS电极，所述直流导线(8)连接至所述芯片的直流电极。
6.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述热敏电阻孔位(6)用于放置热敏电阻，所述热敏电阻用于将所述芯片的温度反馈至所述制冷器(1)。
7.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，光纤阵列分别穿过所述第一光纤孔位(3)和第二光纤孔位(5)后耦合至所述芯片，分别用于输入光信号至所述芯片以及输出所述芯片处理后的光信号。
8.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述制冷器(1)为半导体制冷器。
9.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述热沉(2)为镀金铜制热沉。
10.根据权利要求1所述的光电芯片的封装结构，其中，所述基板(7)为氮化铝基板。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6381988A (ja) * 1986-09-26 1988-04-12 Hitachi Tobu Semiconductor Ltd 光電子装置
US5309324A (en) * 1991-11-26 1994-05-03 Herandez Jorge M Device for interconnecting integrated circuit packages to circuit boards
CN1236198A (zh) * 1998-02-24 1999-11-24 株式会社村田制作所 介质谐振装置
EP1104053A3 (en) * 1999-11-29 2002-10-30 Nec Corporation Semiconductor laser module
CN1490908A (zh) * 2002-10-15 2004-04-21 中国科学院半导体研究所 自适应耦合半导体激光器蝶形封装器件
CN2831425Y (zh) * 2005-07-01 2006-10-25 光宝科技股份有限公司 一种半导体封装结构
US20080111151A1 (en) * 2004-12-13 2008-05-15 Daikin Industries, Ltd. Power Module, Method of Producing Same, and Air Conditioner
US8018076B2 (en) * 1997-07-16 2011-09-13 Oki Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor device, semiconductor package for use therein, and manufacturing method thereof
CN203744982U (zh) * 2014-02-28 2014-07-30 深圳市宏钢机械设备有限公司 光纤陀螺仪用外壳
CN106526763A (zh) * 2016-07-12 2017-03-22 深圳大学 一种同轴封装光通信器件
CN107546568A (zh) * 2017-08-31 2018-01-05 新华三技术有限公司 Pcb板组件和光发射组件
CN108873190A (zh) * 2018-06-25 2018-11-23 重庆霓扬科技有限责任公司 一种含有低噪声放大器的集成化光电接收模块及其生产工艺

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6381988A (ja) * 1986-09-26 1988-04-12 Hitachi Tobu Semiconductor Ltd 光電子装置
US5309324A (en) * 1991-11-26 1994-05-03 Herandez Jorge M Device for interconnecting integrated circuit packages to circuit boards
US8018076B2 (en) * 1997-07-16 2011-09-13 Oki Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor device, semiconductor package for use therein, and manufacturing method thereof
CN1236198A (zh) * 1998-02-24 1999-11-24 株式会社村田制作所 介质谐振装置
EP1104053A3 (en) * 1999-11-29 2002-10-30 Nec Corporation Semiconductor laser module
CN1490908A (zh) * 2002-10-15 2004-04-21 中国科学院半导体研究所 自适应耦合半导体激光器蝶形封装器件
US20080111151A1 (en) * 2004-12-13 2008-05-15 Daikin Industries, Ltd. Power Module, Method of Producing Same, and Air Conditioner
CN2831425Y (zh) * 2005-07-01 2006-10-25 光宝科技股份有限公司 一种半导体封装结构
CN203744982U (zh) * 2014-02-28 2014-07-30 深圳市宏钢机械设备有限公司 光纤陀螺仪用外壳
CN106526763A (zh) * 2016-07-12 2017-03-22 深圳大学 一种同轴封装光通信器件
CN107546568A (zh) * 2017-08-31 2018-01-05 新华三技术有限公司 Pcb板组件和光发射组件
CN108873190A (zh) * 2018-06-25 2018-11-23 重庆霓扬科技有限责任公司 一种含有低噪声放大器的集成化光电接收模块及其生产工艺

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