CN111404494A

CN111404494A - 跨阻放大器芯片及光接收模组

Info

Publication number: CN111404494A
Application number: CN202010497209.9A
Authority: CN
Inventors: 刘森; 刘盛富; 刘筱伟; 杨超; 刘海彬; 胡云斌
Original assignee: Micro Niche Guangzhou Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Micro Niche Guangzhou Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2040-06-04
Also published as: CN111404494B

Abstract

本发明提供一种跨阻放大器芯片及光接收模组，包括：封装于同一封装体内的光电探测器，滤波电容及跨阻放大器芯片；跨阻放大器芯片包括通过深沟槽隔离的内置滤波电阻区域及跨阻放大器器件区域，内置滤波电阻区域内形成有滤波电阻，滤波电阻的两端通过各金属层导线引出至相应焊盘，内置滤波电阻及内置滤波电阻区域内各金属层与衬底不连接；跨阻放大器器件区域内形成有构成跨阻放大器的器件。本发明增加滤波电容及滤波电阻构成的滤波电路以减小外界Wi‑Fi信号对光接收机的影响，提高光接收机的灵敏度；克服技术难点将滤波电阻设置在跨阻放大器芯片内，节省片外电阻的使用成本，消除封装打线空间限制，同时简化封装打线方案，极具实用价值。

Description

跨阻放大器芯片及光接收模组

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种跨阻放大器芯片及光接收模组。

背景技术

光通信技术是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。

光通信主要包括光发射机，光纤及光接收机。其中，光发射机的作用是将从复用设备送来的HDB3信码变换成NRZ码；接着将NRZ码编为适合在光缆线路上传输的码型；最后在进行电/光转换，将电信号转换成光信号并耦合进光纤。光接收机接收光纤传递过来的光信号并转换为对应的电信号，并放大后进行处理。光接收机的前端电路中信号通过管脚接入，裸露在外的管脚易受到外界Wi-Fi信号的干扰，从而降低光接收机的灵敏度性能。

因此，如何减小外界Wi-Fi信号对光接收机的干扰、提高光接收机的灵敏度，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种跨阻放大器芯片及光接收模组，用于解决上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种跨阻放大器芯片，所述跨阻放大器芯片包括：

内置滤波电阻区域及跨阻放大器器件区域，所述内置滤波电阻区域与所述跨阻放大器器件区域通过深沟槽隔离；

所述内置滤波电阻区域内形成有滤波电阻，所述滤波电阻的两端通过各金属层导线引出至相应焊盘，所述内置滤波电阻及所述内置滤波电阻区域内各金属层与衬底不连接；

所述跨阻放大器器件区域内形成有构成跨阻放大器的器件，通过各金属层导线实现各器件的电连接，并引出至相应焊盘。

可选地，所述跨阻放大器器件区域内还形成有ESD保护器件。

可选地，所述滤波电阻的材质包括Poly或Tin。

可选地，所述跨阻放大器芯片的衬底为P型衬底。

可选地，所述跨阻放大器器件区域包括信号输入焊盘、供电焊盘、参考地焊盘、正相输出焊盘及反相输出焊盘。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种光接收模组，所述光接收模组包括：

封装于同一封装体内的光电探测器，滤波电容及上述跨阻放大器芯片；

所述光电探测器的两端分别通过对应焊盘连接所述跨阻放大器芯片的光电流输入端及所述跨阻放大器芯片中滤波电阻的第一端；所述滤波电阻的第二端连接外部偏置电压；所述滤波电容的一端通过对应焊盘连接所述滤波电阻的第一端，另一端接地。

可选地，所述光电探测器包括光电二极管，所述光电二极管的阴极连接所述滤波电阻，所述光电二极管的阳极连接所述跨阻放大器的光电流输入端。

更可选地，所述光电二极管包括雪崩光电二极管。

可选地，所述滤波电容包括贴片电容。

可选地，所述跨阻放大器芯片的供电焊盘、参考地焊盘、正相输出焊盘、反相输出焊盘及所述滤波电阻第二端对应的焊盘通过管脚引出所述封装体。

更可选地，所述封装体包括管座、载体及管帽，所述载体设置在所述管座上，所述光电探测器及所述滤波电容设置在所述载体上，所述跨阻放大器芯片设置在所述管座上，所述管帽设置在所述管座上对所述管座上的元器件进行透光性密封。

更可选地，所述封装体为TO-CAN。

如上所述，本发明的跨阻放大器芯片及光接收模组，具有以下有益效果：

1、本发明的光接收模组增加滤波电容及电阻构成的滤波电路以减小外界Wi-Fi信号对光接收机的影响，提高光接收机的灵敏度。

2、本发明的光接收模组克服技术难点将滤波电阻设置在跨阻放大器芯片内，以此节省了封装体内的片外电阻的使用成本，消除了封装体内的封装打线空间限制，同时简化了封装体内的封装打线方案，极具实用价值。

附图说明

图1显示为本发明的一种光接收模组的电路结构示意图。

图2显示为本发明的跨阻放大器芯片的结构示意图。

图3显示为本发明的跨阻放大器芯片的俯视结构示意图。

图4显示为本发明的跨阻放大器芯片的剖视结构示意图。

图5显示为本发明的另一种光接收模组的电路结构示意图。

附图标记说明

1-光接收模组；11-跨阻放大器芯片；111-内置滤波电阻区域；112-跨阻放大器器件区域；113-深沟槽；C1-滤波电容；R1-滤波电阻；Vapd-偏置电压；Vpds-滤波电阻第二端；Vpd-滤波电阻第一端；PINA-光电流输入端；PD-光电二极管；VCC-工作电压；GND-参考地；OUTP-正相输出端；OUTN-反相输出端；VPD-PAD-第一焊盘；VPDS-PAD-第二焊盘；PINA-PAD-光电流输入焊盘；VCC-PAD-供电焊盘、GND-PAD-参考地焊盘；OUTP-PAD-正相输出焊盘；OUTN-PAD-反相输出焊盘；APD-雪崩光电二极管；TIA-输给跨阻放大器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，对于APD TIA应用，由偏置电压Vapd给雪崩光电二极管APD提供反偏工作电压（30-40V左右），雪崩光电二极管APD将光信号转换成电流信号后通过光电流输入端PINA将电流信号传输给跨阻放大器TIA，跨阻放大器TIA将该电流信号转换成电压信号并通过正相输出端OUTP和反相输出端OUTN对外输出。雪崩光电二极管APD和跨阻放大器TIA封装到镭射二极体模组（TO-CAN）里，通常有VCC，GND，Vapd，OUTN，OUTP共5个管脚通过光接收次模块（Receiver Optical Subassembly，ROSA）管壳接到外面，裸露在外的管脚易受到外界环境中的wifi等无线通讯信号的干扰，从而降低跨阻放大器TIA的灵敏度性能，尤其以Vapd对应的管脚影响最大。为了减小外界Wi-Fi信号对光接收机的影响，如图1所示，在Vapd处加入滤波电阻R1和滤波电容C1，形成RC滤波网络来减弱进入跨阻放大器TIA的干扰信号。但此方法至少需要两个滤波器件（滤波电阻R1和滤波电容C1），在目前拥挤的TO-CAN内部，封装打线受到很大限制；可以采用RC阻容一体器件来代替滤波电阻R1和滤波电容C1以节省空间，但RC阻容一体器件成本高昂，不利于后续低成本方案的大面积应用推广。

基于此，本发明提供一种跨阻放大器芯片及光接收模组，在封装体有限的空间内实现外界Wi-Fi信号干扰的减小，同时成本低，适于大面积推广，且可延伸至光通信应用中的其它抗干扰应用场景。

实施例一

如图2~图4所示，本实施例提供一种跨阻放大器芯片11，将滤波电阻R1集成于所述跨阻放大器芯片11中，并提供相应的焊盘。所述跨阻放大器芯片11包括：

内置滤波电阻区域111、跨阻放大器器件区域112及深沟槽113。

如图3及图4所示，所述内置滤波电阻区域111内形成有滤波电阻R1。

具体地，所述滤波电阻R1形成于衬底上，且与衬底不存在电连接（即所述滤波电阻R1与所述衬底之间设置有绝缘材料层）。作为示例，所述滤波电阻R1的材质包括Poly或Tin，其中，Poly的耐压能力可达200V，任意可耐压能力大于所述偏置电压Vapd电压值的材料均适用于本发明，不以本实施例为限。

需要说明的是，在本实施例中，所述衬底为P型衬底，在实际使用中可根据实际需要选择不同类型的衬底，在此不一一赘述。

具体地，所述滤波电阻R1的两端通过各金属层导线引出至相应焊盘，所述滤波电阻R1的第一端Vpd通过金属层导线逐层引出至顶层的第一焊盘VPD-PAD，在本实施例中，所述第一焊盘VPD-PAD位于第六层金属层（M6）中；所述滤波电阻R1的第二端Vpds通过金属层导线逐层引出至顶层（第六层金属层M6）的第二焊盘VPDS-PAD，在实际使用中，金属层的数量可根据实际需要进行设置。

具体地，所述内置滤波电阻区域111中各金属层与衬底不连接，不存在电连接（即各金属层与所述衬底之间设置有绝缘材料层）。在本实施例中，所述内置滤波电阻区域111的衬底中不制作任何工艺器件，也不设置任何ESD保护器件。

如图3所示，所述深沟槽113（dtrench）将所述内置滤波电阻区域111与所述跨阻放大器器件区域112隔离。

具体地，在本实施例中，所述深沟槽113为包围所述内置滤波电阻区域111的环状结构，在实际使用中，所述深沟槽113也可设置为包围所述跨阻放大器器件区域112的环状结构，能隔离所述内置滤波电阻区域111与所述跨阻放大器器件区域112即可。所述深沟槽113通过在刻蚀的沟槽中填充绝缘材料将所述内置滤波电阻区域111与所述跨阻放大器器件区域112的衬底隔离，以提升ESD（Electro Static Discharge，静电放电）能力。

如图3及图4所示，所述跨阻放大器器件区域112内形成有构成跨阻放大器的器件。

具体地，构成所述跨阻放大器的器件包括但不限于三极管、金属—氧化物—半导体场效应晶体管（MOS管）、电阻及电容，具体器件类型及器件数量由所述跨阻放大器的结构决定，在此不一一赘述。

具体地，所述跨阻放大器器件区域112中各器件通过各金属层导线实现各器件的电连接，并引出至相应焊盘。在本实施例中，所述跨阻放大器器件区域112包括光电流输入焊盘PINA-PAD、供电焊盘VCC-PAD、参考地焊盘GND-PAD、正相输出焊盘OUTP-PAD及反相输出焊盘OUTN-PAD；在实际使用中，所述跨阻放大器器件区域112内焊盘的数量及功能由实际电路决定，不以本实施例为限。图4作为示例仅显示所述正相输出焊盘OUTP-PAD及所述反相输出焊盘OUTN-PAD。

作为发明的一种实现方式，所述跨阻放大器器件区域112内还形成有ESD保护器件，作为示例，所述ESD保护器件连接所述正相输出焊盘OUTP-PAD及所述反相输出焊盘OUTN-PAD，以实现对输出端的ESD保护。

由于偏置电压Vapd的电压值一般为30V以上的高压供电，而跨阻放大器的供电为3.3V的低压工艺制造，从而导致目前市面上的TIA芯片无法应用于高压领域，特别是焊盘接口有高压，会导致芯片衬底或者金属击穿，导致芯片烧毁。目前3.3V/1.8V工艺中的主要器件中，CMOS器件和NPN器件（或PNP器件）的耐压能力小于4V，所以需要采用特殊方法才能实现滤波电阻R1与跨阻放大器的集成。本发明将滤波电阻所在区域与芯片的其它区域隔离，所述内置滤波电阻区域111只包括滤波电阻R1及其连接金属、第一焊盘VPD-PAD、第二焊盘VPDS-PAD，所述内置滤波电阻区域111的衬底P-sub上没有任何其它工艺器件，同时也没有任何ESD保护器件，由此可实现跨阻放大器与滤波电阻R1集成于同一衬底上，且所述滤波电阻R1接收高压（偏置电压Vapd），解决了内置滤波电阻R1在芯片使用中的可靠性问题。

本发明的滤波电阻R1耐压能力可达200V（大于偏置电压Vapd的电压值），同时芯片工艺中的金属层次耐压也能达到200V，从而完全满足偏置电压Vapd的30V高压应用。需要特别注意的是，在所述内置滤波电阻区域111，不要放置任何CMOS或者NPN器件，不从焊盘到衬底做任何金属连接。同时考虑ESD静电保护的能力，所述内置滤波电阻区域111的ESD能力也达到了200V，使得本发明的跨阻放大器芯片能够满足商用需求。

实施例二

如图5所示，本实施例提供一种光接收模组1，所述光接收模组1包括：

封装于同一封装体内的光电探测器，滤波电容C1及跨阻放大器芯片11。

如图5所示，所述光电探测器的两端分别通过对应焊盘连接所述跨阻放大器芯片1的光电流输入端PINA及所述跨阻放大器芯片1中滤波电阻R1的第一端Vpd。

具体地，作为示例，所述光电探测器采用光电二极管PD，所述光电二极管PD的阴极连接所述滤波电阻R1的第一端Vpd，所述光电二极管PD的阳极连接所述跨阻放大器的光电流输入端PINA。所述光电二极管PD优选为雪崩光电二极管APD，通过雪崩光电二极管APD的光电效应，能得到较大的电流信号。在实际使用中，任意可实现光电探测的器件均适用本发明，在此不一一赘述。

如图5所示，所述滤波电容C1的一端通过对应焊盘连接所述滤波电阻R1的第一端Vpd，另一端接地。

具体地，所述滤波电容C1与所述跨阻放大器芯片11中的滤波电阻R1构成滤波器，以减小外部信号对所述光接收模组1的干扰。在本实施例中，所述滤波电容C1采用贴片电容，由此可进一步节省后续的封装空间。

如图5所示，所述滤波电阻R1的第二端Vpds连接外部偏置电压Vapd，由所述偏置电压Vapd提供偏置并以产生光电流。

如图5所示，在本实施例中，所述跨阻放大器芯片11的供电焊盘VCC-PAD、参考地焊盘GND、正相输出焊盘OUTP-PAD、反相输出焊盘OUTN-PAD及所述滤波电阻R1第二端Vpds对应的第二焊盘VDS-PAD通过管脚引出所述封装体，进而实现封装，其中，所述供电焊盘VCC-PAD与外部的工作电压VCC连接，所述参考地焊盘GND与外部的参考地GND连接，所述第二焊盘VDS-PAD与外部的偏置电压Vapd连接。

具体地，在本实施例中，所述封装体包括管座、载体及管帽（图中未示出）；载体设置在管座上，所述光电探测器及所述滤波电容C1设置在载体上，所述跨阻放大器芯片11设置在管座上，管帽设置在管座上对管座上的元器件进行透光性密封。可选地，所述跨阻放大器芯片11也可以设置在载体上以提高光接收组件1的集成封装密度，进一步节省封装打线空间，简化TO-CAN的封装打线方案。

需要说明的是，所述封装体包括但不限于TO-CAN，任意适于光接收模组的封装体均适用于本发明。

本发明的光接收模组1将TO-CAN中的核心的滤波器件-滤波电阻R1集成在了跨阻放大器芯片11内部，并提供滤波电阻R1对应的两个焊盘VPD-PAD和VPDS-PAD，使得在TO-CAN中可以通过打线把偏置电压Vapd与跨阻放大器芯片11、滤波电容C1和光电探测器（PD）连接在一起，达到与图1中方案相同的抗干扰滤波效果。在不影响光接收模组1本身的高性能基础上，节省了TO-CAN中的片外电阻的使用成本，消除了TO-CAN的封装打线空间限制，同时简化了TO-CAN的封装打线方案，极具实用价值。

综上所述，本发明提供一种跨阻放大器芯片及光接收模组，包括：封装于同一封装体内的光电探测器，滤波电容及跨阻放大器芯片；所述跨阻放大器芯片包括内置滤波电阻区域及跨阻放大器器件区域，所述内置滤波电阻区域与所述跨阻放大器器件区域通过深沟槽隔离，所述内置滤波电阻区域内形成有滤波电阻，所述滤波电阻的两端通过各金属层导线引出至相应焊盘，所述内置滤波电阻及所述内置滤波电阻区域内各金属层与衬底不连接；所述跨阻放大器器件区域内形成有构成跨阻放大器的器件，通过各金属层导线实现各器件的电连接，并引出至相应焊盘；所述光电探测器的两端分别通过对应焊盘连接所述跨阻放大器芯片的光电流输入端及所述跨阻放大器芯片中滤波电阻的第一端；所述滤波电阻的第二端连接外部偏置电压；所述滤波电容的一端通过对应焊盘连接所述滤波电阻的第一端，另一端接地。本发明的跨阻放大器芯片及光接收模组增加滤波电容及滤波电阻构成的滤波电路以减小外界Wi-Fi信号对光接收机的影响，提高光接收机的灵敏度；克服技术难点将滤波电阻设置在跨阻放大器芯片内，以此节省了封装体内的片外电阻的使用成本，消除了封装体内的封装打线空间限制，同时简化了封装体内的封装打线方案，极具实用价值。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种跨阻放大器芯片，其特征在于，所述跨阻放大器芯片至少包括：

2.根据权利要求1所述的跨阻放大器芯片，其特征在于：所述跨阻放大器器件区域内还形成有ESD保护器件。

3.根据权利要求1所述的跨阻放大器芯片，其特征在于：所述滤波电阻的材质包括Poly或Tin。

4.根据权利要求1所述的跨阻放大器芯片，其特征在于：所述跨阻放大器芯片的衬底为P型衬底。

5.根据权利要求1所述的跨阻放大器芯片，其特征在于：所述跨阻放大器器件区域包括信号输入焊盘、供电焊盘、参考地焊盘、正相输出焊盘及反相输出焊盘。

6.一种光接收模组，其特征在于，所述光接收模组至少包括：

封装于同一封装体内的光电探测器，滤波电容及如权利要求1~5任意一项所述的跨阻放大器芯片；

7.根据权利要求6所述的光接收模组，其特征在于：所述光电探测器包括光电二极管，所述光电二极管的阴极连接所述滤波电阻，所述光电二极管的阳极连接所述跨阻放大器的光电流输入端。

8.根据权利要求7所述的光接收模组，其特征在于：所述光电二极管包括雪崩光电二极管。

9.根据权利要求6所述的光接收模组，其特征在于：所述滤波电容包括贴片电容。

10.根据权利要求6所述的光接收模组，其特征在于：所述跨阻放大器芯片的供电焊盘、参考地焊盘、正相输出焊盘、反相输出焊盘及所述滤波电阻第二端对应的焊盘通过管脚引出所述封装体。

11.根据权利要求6~10任意一项所述的光接收模组，其特征在于：所述封装体包括管座、载体及管帽，所述载体设置在所述管座上，所述光电探测器及所述滤波电容设置在所述载体上，所述跨阻放大器芯片设置在所述管座上，所述管帽设置在所述管座上对所述管座上的元器件进行透光性密封。

12.根据权利要求11所述的光接收模组，其特征在于：所述封装体为TO-CAN。