CN111708132A - 一种高带宽和低反射的同轴光发射器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种高带宽和低反射的同轴光发射器件。一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，包括同轴线型阻抗控制构造、共面波导微带线型阻抗控制构造以及二者之间的连接部分构造，所述连接部分构造包括金线键合信号路径和金线键合接地回路，金线键合信号路径位于金线键合接地回路内，金线键合接地回路将金线键合信号路径上高速信号所产生的电磁场束缚在起内部。本发明的连接部分构造可将在金线键合信号路径上传递的高速信号所产生的电磁场束缚在接地回路内，可以减少电磁场能量的外泄，并且能够在不增加零件的情况下，提高带宽和降低反射，使其在高速信号中满足带宽和反射的性能要求，实现同轴光器件内部的低反射连接。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种高带宽和低反射的同轴光发射器件。
背景技术
现有光发射器件中，高速信号的传送速率从几百Mbps提高到了几十Gbps，光收发模块的尺寸也越来越小，从大尺寸封装的CFP和XFP模块逐渐变成了QSFP28和SFP+等模块，光收发模块中的光发射器件尺寸也越来越小，从大尺寸封装的蝶形器件和BOX器件变成了同轴器件，同轴光发射器件的传送速率从1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps，到现在的25Gbps，对带宽要求提高了20倍，这也就要求小尺寸封装的同轴器件能满足几十Gbps高速信号的带宽（S21）和反射（S11）的要求。
同轴器件通常是采用玻璃绝缘子来起到绝缘和气密的作用，高速信号需要通过引脚穿过玻璃绝缘子进入到同轴器件内部，在同轴器件内部，通过金线键合等方式将穿过玻璃绝缘子的引脚和激光器热沉相连接，使得高速信号最终加载到激光器上。从现有技术来看，高速信号的带宽和反射性能通常与同轴器件金属引脚材质、绝缘材质、焊接质量以及引脚和激光器热沉之间的连接方式和连接长度等密切相关，而目前现有的同轴光发射器件的金属引脚材质和绝缘材质等基础构成已经达到了一定的数量级，可以使低速信号的损耗达到0.2dB/m，高速信号的损耗达到0.02 dB/m或0.002 dB/m，其损耗校正正切值可以满足，并且也达到了一个比较高的水平，因此，同轴光发射器件金属引脚材质和绝缘材质这些基础特性对带宽和反射性能的影响是比较小的，那么，引脚和激光器热沉的连接方式对带宽和反射性能的影响便尤为重要了。
在现有技术中，同轴线型阻抗控制构造和共面波导微带线型阻抗控制构造二者的信号路径分别是金属引脚信号路径和陶瓷热沉顶面金属化信号路径，并且二者信号路径成互相垂直关系。当高速信号经金属引脚信号路径由下至上传递时，其所产生的电磁场也由下向上垂直传递，当高速信号转到陶瓷热沉顶面金属化信号路径后其电磁场改变为水平传播，在这个过程中，电磁场由垂直传播变为水平传播，其能量有一部分会继续沿垂直方向传播，从而泄露到空间中，由此带来了带宽降低和反射增加的情况。
如图4-5所示为比较例一的同轴光发射器件的结构示意图，在申请号为CN201811407694.5和CN201621384813.6的中国专利中，金属引脚和激光器热沉间的高速信号连接采用了金线键合直连的最基本的方式，可以满足直至13 GHz为止的-15dB以下的低反射连接要求。但是在这两篇专利文献中，其侧面金线键合接地回路201是分布在金线键合信号路径103的左右两侧，由于高速信号的电磁场能量一部分是分布在金线键合信号路径103的上方空间，因此采用该连接方式无法束缚垂直方向的信号电磁场能量外泄。
如图6-8所示为比较例二的同轴光发射器件的结构示意图，在申请号为CN201720202610.9和CN201821354442.6的中国专利中，为了提高带宽和反射性能，通过增加过度热沉的结构来降低金线带来的电感系数，可以满足直至19 GHz为止的-15dB以下的低反射连接要求。但是在这两篇专利文献中，为了达到低反射性能，增加了由过度热沉基材305、过渡热沉顶面金属化接地回路303、过渡热沉侧面金属化接地回路304和过渡热沉顶面金属化信号路径307所组成的过渡热沉，其金线键合信号路径包括金属引脚与过渡热沉金线键合信号路径302和过渡热沉与陶瓷热沉间金线键合信号路径306，其金线键合接地回路包括位于过渡热沉与陶瓷热沉间金线键合信号路径306两侧的过渡热沉与陶瓷热沉金线键合接地回路301，其可以使过度热沉部分也是阻抗控制构造，但是其依然无法束缚垂直方向的信号电磁场能量外泄，同时也增加了成本，并且过度热沉底部通常采用导电银胶与玻璃绝缘子以及接地返回路径相连接，由于此处空间狭窄，导电银胶胶量过多，容易导致短路，使得产品失效。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的同轴光发射器件内引脚和激光器之间的连接方式不能有效防止电磁场能量的外泄，从而带来带宽降低和反射增加的技术问题，提供一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，连接部分构造中的金线键合接地回路能够将高速信号所产生的电磁场束缚在其内部，减少电磁场能量外泄，从而提高带宽和降低反射，在不额外增加零件的情况下，使其在高速信号中满足带宽和反射的性能要求，满足直至25GHz为止得到-15dB以下的低反射特性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，包括同轴线型阻抗控制构造、共面波导微带线型阻抗控制构造以及二者之间的连接部分构造，所述连接部分构造包括金线键合信号路径和金线键合接地回路，所述金线键合信号路径位于金线键合接地回路内，金线键合接地回路将金线键合信号路径上高速信号所产生的电磁场束缚在起内部。
进一步地，所述金线键合接地回路包括上部金线键合接地回路和下部金线键合接地回路，所述上部金线键合接地回路位于金线键合信号路径的上方，所述下部金线键合接地回路位于金线键合信号路径的下方。
进一步地，所述上部金线键合接地回路在金线键合信号路径的上方交叉。
进一步地，所述下部金线键合接地回路的宽度大于等于金线键合信号路径的宽度。
进一步地，所述金线键合信号路径、上部金线键合接地回路和下部金线键合接地回路均是由若干金线组成。
进一步地，所述同轴线型阻抗控制构造由TO金属底座、金属圆柱凸起、玻璃绝缘子和金属引脚形成，所述金属圆柱凸起设置在TO金属底座上，金属圆柱凸起和金属引脚之间通过玻璃绝缘子固定。
进一步地，所述共面波导微带线型阻抗控制构造由陶瓷热沉基材、陶瓷热沉底面金属化接地回路、陶瓷热沉顶面金属化信号路径以及位于其两侧的陶瓷热沉顶面金属化接地回路形成。
进一步地，所述金线键合信号路径键合在金属引脚和陶瓷热沉顶面金属化信号路径之间。
进一步地，所述上部金线键合接地回路键合在金属圆柱凸起和陶瓷热沉顶面金属化接地回路之间。
进一步地，所述下部金线键合接地回路键合在金属圆柱凸起和陶瓷热沉底面金属化接地回路之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明的同轴光发射器件所采用的连接部分构造，可将在金线键合信号路径上传递的高速信号所产生的电磁场束缚在由上部金线键合接地回路和下部金线键合接地回路组成的接地回路内，可以减少电磁场能量的外泄。
（2）本发明的同轴光发射器件的上部金线键合接地回路在金线键合信号路径的上方交叉形成网状结构，并配合下部金线键合接地回路的宽度大于等于金线键合信号路径的宽度，能够更好的将电磁场能量束缚在接地回路内，减少电磁场能量的外泄，从而提高带宽和降低反射。
（3）本发明的同轴光发射器件能够在不增加零件的情况下，通过上述的连接部分构造实现同轴光器件内部的低反射连接，使其在高速信号中满足带宽（S21）和反射（S11）的性能要求，直至25GHz为止得到-15dB以下的低反射特性。
附图说明
图1为本发明的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件的结构图。
图2为本发明的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件的结构主视图。
图3为本发明的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件的结构俯视图。
图4为比较例一的同轴光发射器件的结构图。
图5为比较例一的同轴光发射器件的结构俯视图。
图6为比较例二的同轴光发射器的结构图。
图7为比较例二的同轴光发射器件的结构主视图。
图8为比较例二的同轴光发射器件的结构俯视图。
图9为本发明一种高带宽和低反射的同轴光发射器件与比较例一和比较例二的同轴光发射器件的反射特性曲线对比示意图。
图10为本发明一种高带宽和低反射的同轴光发射器件与比较例一和比较例二的同轴光发射器件的带宽特性曲线对比示意图。
图中：1.TO金属底座，2.TEC制冷器，3.金属圆柱凸起，4.玻璃绝缘子，5.金属引脚，6.陶瓷热沉基材，7.陶瓷热沉底面金属化接地回路，8.陶瓷热沉顶面金属化接地回路，9.陶瓷热沉顶面金属化信号路径，101.上部金线键合接地回路，102.下部金线键合接地回路，103.金线键合信号路径，201.侧面金线键合接地回路，301.过度热沉与陶瓷热沉间金线键合接地回路，302.金属引脚与过度热沉间金线键合信号路径，303.过度热沉顶面金属化接地回路，304.过度热沉侧面金属化接地回路，305.过度热沉基材，306.过度热沉与陶瓷热沉间金线键合信号路径，307.过度热沉顶面金属化信号路径。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于具体实施例。
如图1-3所示为本发明的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，包括同轴线型阻抗控制构造、共面波导微带线型阻抗控制构造以及二者之间的连接部分构造，同轴线型阻抗控制构造由TO金属底座1、金属圆柱凸起3、玻璃绝缘子4和金属引脚5形成，金属圆柱凸3起设置在TO金属底座1上，金属圆柱凸起3和金属引脚5之间通过玻璃绝缘子4固定，其阻抗通常为单端50欧姆或者25欧姆，也可以是其他数值的阻抗；共面波导微带线型阻抗控制构造由陶瓷热沉基材6、陶瓷热沉底面金属化接地回路7、陶瓷热沉顶面金属化信号路径9以及位于其两侧的陶瓷热沉顶面金属化接地回路8形成，其阻抗通常为单端50欧姆或者25欧姆，也可以是其他数值的阻抗；陶瓷热沉基材6设置在TEC制冷器2上，TEC制冷器2设置在TO金属底座1上，连接部分构造包括金线键合信号路径103和金线键合接地回路，金线键合信号路径103位于金线键合接地回路内，金线键合接地回路将金线键合信号路径103上高速信号所产生的电磁场束缚在其内部。
在本实施例中，金线键合信号路径103键合在金属引脚5和陶瓷热沉顶面金属化信号路径9之间；金线键合接地回路包括上部金线键合接地回路101和下部金线键合接地回路102，上部金线键合接地回路101键合在金属圆柱凸起3和陶瓷热沉顶面金属化接地回路9之间，并且位于金线键合信号路径103的上方，下部金线键合接地回路102键合在金属圆柱凸起3和陶瓷热沉底面金属化接地回路8之间，并且位于金线键合信号路径103的下方。优选地，上部金线键合接地回路101在金线键合信号路径103的上方交叉形成网状结构，下部金线键合接地回路102的宽度大于等于金线键合信号路径103的宽度，采用此方案，能够更好的将电磁场能量束缚在接地回路内，减少电磁场能量的外泄，从而提高带宽和降低反射，在本实施例中，金线键合信号路径103、上部金线键合接地回路101和下部金线键合接地回路102均是由若干金线组成。
采用本发明的高带宽和低反射的同轴光发射器件，经过计算，由图9反射特性曲线可以看出，比较例一在13GHz时产生了-15dB的反射，比较例二在19GHz时产生了-15dB的反射，而本发明的高带宽和低反射的同轴光发射器件所采用的连接部分构造，得到了直至25GHz为止的反射系数（S11）为-15dB的低反射连接。
由图10带宽特性曲线可以看出，比较例一在25GHz时的传输系数为-1dB，比较例二在25GHz时的传输系数为-0.6dB，而本发明的高带宽和低反射的同轴光发射器件所采用的连接部分构造，其传输系数为-0.3dB。
本发明的同轴光发射器件所采用的连接部分构造，可将在金线键合信号路径上传递的高速信号所产生的电磁场束缚在由上部金线键合接地回路和下部金线键合接地回路组成的接地回路内，上部金线键合接地回路在金线键合信号路径的上方交叉形成网状结构，并配合下部金线键合接地回路的宽度大于等于金线键合信号路径的宽度，能够更好的将电磁场能量束缚在接地回路内，减少电磁场能量的外泄，从而提高带宽和降低反射，在不增加零件的情况下，通过上述的连接部分构造实现同轴光器件内部的低反射连接，使其在高速信号中满足带宽（S21）和反射（S11）的性能要求，直至25GHz为止得到-15dB以下的低反射特性。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，包括同轴线型阻抗控制构造、共面波导微带线型阻抗控制构造以及二者之间的连接部分构造，其特征在于：所述连接部分构造包括金线键合信号路径和金线键合接地回路，所述金线键合信号路径位于金线键合接地回路内，金线键合接地回路将金线键合信号路径上高速信号所产生的电磁场束缚在起内部。
2.根据权利要求1所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述金线键合接地回路包括上部金线键合接地回路和下部金线键合接地回路，所述上部金线键合接地回路位于金线键合信号路径的上方，所述下部金线键合接地回路位于金线键合信号路径的下方。
3.根据权利要求2所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述上部金线键合接地回路在金线键合信号路径的上方交叉。
4.根据权利要求2所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述下部金线键合接地回路的宽度大于等于金线键合信号路径的宽度。
5.根据权利要求2所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述金线键合信号路径、上部金线键合接地回路和下部金线键合接地回路均是由若干金线组成。
6.根据权利要求1所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述同轴线型阻抗控制构造由TO金属底座、金属圆柱凸起、玻璃绝缘子和金属引脚形成，所述金属圆柱凸起设置在TO金属底座上，金属圆柱凸起和金属引脚之间通过玻璃绝缘子固定。
7.根据权利要求6所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述共面波导微带线型阻抗控制构造由陶瓷热沉基材、陶瓷热沉底面金属化接地回路、陶瓷热沉顶面金属化信号路径以及位于其两侧的陶瓷热沉顶面金属化接地回路形成。
8.根据权利要求7所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述金线键合信号路径键合在金属引脚和陶瓷热沉顶面金属化信号路径之间。
9.根据权利要求7所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述上部金线键合接地回路键合在金属圆柱凸起和陶瓷热沉顶面金属化接地回路之间。
10.根据权利要求7所述的一种高带宽和低反射的同轴光发射器件，其特征在于：所述下部金线键合接地回路键合在金属圆柱凸起和陶瓷热沉底面金属化接地回路之间。
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