CN111142200B - 一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构 - Google Patents

一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，包括：激光器、光源驱动芯片、高频热沉Ⅰ、金线Ⅰ和金线Ⅱ；激光器与高频热沉Ⅰ通过金线Ⅰ键合，光源驱动芯片与高频热沉Ⅰ通过金线Ⅱ键合，实现电信号转换为光信号；其中，激光器和光源驱动芯片分别位于高频热沉Ⅰ的两侧。本发明所述的基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构提高了多通道数字光收发模块的耦合效果、及各项性能指标。

Description

一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构。
背景技术
光通信模块(Optical transceiver)是在光纤通信系统中，实现光信号和电信号相互转换(O/E，E/O)且具有标准光接口的装置，是光纤通信系统中重要的器件之一。军事上广泛用于机载电子载荷、雷达、卫星通信、遥测遥控系统等，同时也是支撑云计算、宽带网络、数字医疗、物联网等下游产业的关键单元。
现代通信中，对通信设备的体积要求越来越小、接口密度越来越高，随着公众对信息交换效率的要求不断增高，多通道数字光收发模块逐渐取代传统的激光器和探测器分离的光转换模块。按照现有的多通道数字光收发模块设计方案，光收发模块中十分重要的一步就是金丝键合，通道数越多，金丝键合的生产要求也会越来越高，这就就会造成生产成本的提高以及生产效率的下降。现有的光收发模块的金丝键合难度较大，导致生产周期长、生产效率低。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，提高了多通道数字光收发模块的耦合效果、及各项性能指标。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，包括：激光器、光源驱动芯片、高频热沉Ⅰ、金线Ⅰ和金线Ⅱ；
激光器与高频热沉Ⅰ通过金线Ⅰ键合，光源驱动芯片与高频热沉Ⅰ通过金线Ⅱ键合，实现电信号转换为光信号；其中，激光器和光源驱动芯片分别位于高频热沉Ⅰ的两侧。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，还包括：高频热沉Ⅱ、光电探测器、限幅放大器、金线Ⅲ和金线Ⅳ；
光电探测器与高频热沉Ⅱ通过金线Ⅲ键合，限幅放大器与高频热沉Ⅱ通过金线Ⅳ键合，实现光信号转换为电信号；其中，光电探测器和限幅放大器分别位于高频热沉Ⅱ的两侧。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，还包括：印制电路板PCB、金线Ⅴ和金线Ⅵ；
光源驱动芯片和限幅放大器分别通过金线Ⅴ和金线Ⅵ与印制电路板PCB键合。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，激光器和光电探测器采用裸片的形式分别贴装在高频热沉Ⅰ和高频热沉Ⅱ上。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，高频热沉Ⅰ和高频热沉Ⅱ的材料为99.7％的氮化铝AlN。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，金线Ⅰ、金线Ⅱ、金线Ⅲ、金线Ⅳ、金线Ⅴ和金线Ⅵ均满足如下尺寸参数：
直径d为25.4um；
拱高h为150um；
跨距s为200um；
每路打线根数为3根。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，
激光器与高频热沉Ⅰ通过金线Ⅰ键合时，采用优化翼长的微带线终端翼状结构对电路进行匹配优化，以补偿金线引入的电感效应；
光电探测器与高频热沉Ⅱ通过金线Ⅲ键合时，采用优化翼长的微带线终端翼状结构对电路进行匹配优化，以补偿金线引入的电感效应。
在上述基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构中，激光器为垂直腔表面发射式激光器VCSEL。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，改变了原有键合线的键合方式，降低了原有方式金丝键合的难度，降低了模块的生产成本，提高了模块的生产周期、生产效率。
(2)本发明公开了一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，减小了传统方法由于引入金丝对阻抗造成的不连续性的影响，提高了电路的传输性能。
(3)本发明公开了一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，采用99.7％的氮化铝做高频热沉，具有耐高温、抗冲击、导热性等优点，激光器和光电探测器以芯片阵列的形式直接贴装与氮化铝热沉上，可以保证整个结构的热量长通过一体式氮化铝热沉及时散出，延长芯片使用寿命。
(4)本发明公开了一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，激光器和光电探测器采用金线与高频热沉相连处采用优化翼长的微带线终端翼状结构，再结合两到三根键合线的方案，来对电路进行匹配优化以补偿金丝线引入的电感效应。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构的示意图；
图2是本发明实施例中又一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构的示意图；
图3是本发明实施例中一种金线的尺寸标注示意图；
图4是本发明实施例中一种高频热沉的翼状结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，包括：激光器1、光源驱动芯片2、高频热沉Ⅰ31、金线Ⅰ71和金线Ⅱ72。其中，激光器1与高频热沉Ⅰ31通过金线Ⅰ71键合，光源驱动芯片2与高频热沉Ⅰ31通过金线Ⅱ72键合，实现电信号转换为光信号；其中，激光器1和光源驱动芯片2分别位于高频热沉Ⅰ31的两侧。
在本发明的一优选实施例中，如图2，该基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，还包括：高频热沉Ⅱ32、光电探测器4、限幅放大器5、金线Ⅲ73和金线Ⅳ74。其中，光电探测器4与高频热沉Ⅱ32通过金线Ⅲ73键合，限幅放大器5与高频热沉Ⅱ32通过金线Ⅳ74键合，实现光信号转换为电信号；其中，光电探测器4和限幅放大器5分别位于高频热沉Ⅱ32的两侧。
在本发明的一优选实施例中，如图2，该基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，还包括：印制电路板PCB6、金线Ⅴ75和金线Ⅵ76。其中，光源驱动芯片2和限幅放大器5分别通过金线Ⅴ75和金线Ⅵ76与印制电路板PCB6键合。
在本发明的一优选实施例中，如图2，激光器1和光电探测器4采用裸片的形式分别贴装在高频热沉Ⅰ31和高频热沉Ⅱ32上。
在本发明的一优选实施例中，如图3，金线Ⅰ71、金线Ⅱ72、金线Ⅲ73、金线Ⅳ74、金线Ⅴ75和金线Ⅵ76均满足如下尺寸参数：直径d为25.4um；拱高h为150um；跨距s为200um；每路打线根数为3根。
在本发明的一优选实施例中，如图4，激光器1与高频热沉Ⅰ31通过金线Ⅰ71键合时，采用优化翼长的微带线终端翼状结构对电路进行匹配优化，以补偿金线引入的电感效应。光电探测器4与高频热沉Ⅱ32通过金线Ⅲ73键合时，采用优化翼长的微带线终端翼状结构对电路进行匹配优化，以补偿金线引入的电感效应。
在本发明的一优选实施例中，高频热沉Ⅰ31和高频热沉Ⅱ32的材料为99.7％的氮化铝AlN，可以保证整个结构的热量通过一体式ALN热沉及时散出，延长器件使用寿命。
在本发明的一优选实施例中，激光器1的最高实际数据传输速率可以实际需要选择，最高可达单个25Gbps；可根据需要选择通道数对应的并行的1x1，1x4,1x12等封装形式，支持高速率的并行多通道数字光收发模块。优选的，激光器1选择垂直腔表面发射式激光器VCSEL。
综上所述，由公式计算及理论仿真可知，金线键合互联的微波特性和匹配主要受金线直径、拱高、跨距、数量这几个变量的影响。跨距越小、金线的传输性能越好。由于多通道模块所需的路数通常较多、加上激光器和光电探测器本身体积问题，传统方法键合时需要金线跨距较长，否则多路金线无法全部键合。本实施例先将金线从光源驱动芯片键合到高频热沉，再从高频热沉的另一端键合到激光器，有效的减小了金线的跨距，从而提高了电路的传输性能。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，其特征在于，包括：激光器(1)、光源驱动芯片(2)、高频热沉Ⅰ(31)、高频热沉Ⅱ(32)、光电探测器(4)、限幅放大器(5)、印制电路板PCB(6)、金线Ⅰ(71)、金线Ⅱ(72)、金线Ⅲ(73)、金线Ⅳ(74)、金线Ⅴ(75)和金线Ⅵ(76)；
激光器(1)与高频热沉Ⅰ(31)通过金线Ⅰ(71)键合，光源驱动芯片(2)与高频热沉Ⅰ(31)通过金线Ⅱ(72)键合，实现电信号转换为光信号；其中，激光器(1)和光源驱动芯片(2)分别位于高频热沉Ⅰ(31)的两侧；
光电探测器(4)与高频热沉Ⅱ(32)通过金线Ⅲ(73)键合，限幅放大器(5)与高频热沉Ⅱ(32)通过金线Ⅳ(74)键合，实现光信号转换为电信号；其中，光电探测器(4)和限幅放大器(5)分别位于高频热沉Ⅱ(32)的两侧；
激光器(1)和光电探测器(4)采用裸片的形式分别贴装在高频热沉Ⅰ(31)和高频热沉Ⅱ(32)上；激光器(1)与高频热沉Ⅰ(31)通过金线Ⅰ(71)键合时，采用优化翼长的微带线终端翼状结构对电路进行匹配优化，以补偿金线引入的电感效应；光电探测器(4)与高频热沉Ⅱ(32)通过金线Ⅲ(73)键合时，采用优化翼长的微带线终端翼状结构对电路进行匹配优化，以补偿金线引入的电感效应；
光源驱动芯片(2)和限幅放大器(5)分别通过金线Ⅴ(75)和金线Ⅵ(76)与印制电路板PCB(6)键合。
2.根据权利要求1所述的基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，其特征在于，高频热沉Ⅰ(31)和高频热沉Ⅱ(32)的材料为99.7％的氮化铝AlN。
3.根据权利要求1所述的基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，其特征在于，金线Ⅰ(71)、金线Ⅱ(72)、金线Ⅲ(73)、金线Ⅳ(74)、金线Ⅴ(75)和金线Ⅵ(76)均满足如下尺寸参数：
直径d为25.4um；
拱高h为150um；
跨距s为200um；
每路打线根数为3根。
4.根据权利要求1所述的基于多通道数字光收发模块的金丝键合结构，其特征在于，激光器(1)为垂直腔表面发射式激光器VCSEL。
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