CN111766664A - 一种光发射组件及光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光发射组件及光模块，该光发射组件包括陶瓷底座，包括相对的顶面和底面，所述顶面上设有若干顶面焊盘，所述底面设有若干与所述顶面焊盘相对应的底面焊盘；所述陶瓷底座内设有若干导电过孔，所述顶面焊盘和底面焊盘通过所述导电过孔电性连接；TEC，设于所述陶瓷底座上；光电芯片，通过芯片基座安装于所述TEC上；所述光电芯片与所述顶面焊盘电性连接。本申请采用陶瓷底座结合TEC散热，有效提高了组件的散热性能，而且功耗低；利用表面贴装焊盘与电路板焊接，避免了阻抗不连续的问题，提高了高速链路带宽；缩短了芯片与底座之间金线的长度，减弱了不连续点对高速链路的影响，进一步提高了高速链路带宽。

Description

一种光发射组件及光模块
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光发射组件及光模块。
背景技术
在TO(Transistor Outline)封装设计中，如图1所示，一般采用金属管座10’加信号管脚20’的同轴结构，使用玻璃介质30’包裹信号管脚20’进行烧结制成。该结构在与软板40’焊接时，管脚20’与软板40’焊接面处为方便焊接，存在管脚残余21’，该管脚残余21’使得高速链路中引入不连续点41’，造成信号产生较大反射，劣化高速信号性能，而且这些阻抗突变点生产过程不能管控，使得传统TO封装的高速性能一致性较差。
另外，为了提高组件的使用性能，特别是光发射组件，如图2所示，往往需要在芯片基座50’与管座10’之间增加散热装置60’，如TEC(Thermo Electric Cooler，半导体制冷器)等，这将使得芯片基座50’与管座10’之间具有较大的高度差，从而增加了连接芯片基座50’与信号管脚20’的导电金线70’的长度。而过长的金线也将给高速链路引入不连续点，造成高速信号劣化等问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种光发射组件及光模块，具有低功耗、快速散热性能和较高的高速链路带宽，适用于带TEC的高带宽TO封装。
为了实现上述目的之一，本申请提供了一种光发射组件，包括：
陶瓷底座，包括相对的顶面和底面，所述顶面上设有若干顶面焊盘，所述底面设有若干与所述顶面焊盘相对应的底面焊盘；所述陶瓷底座内设有若干导电过孔，所述顶面焊盘和底面焊盘通过所述导电过孔电性连接；
TEC，设于所述陶瓷底座上；
光电芯片，通过芯片基座安装于所述TEC上；所述光电芯片与所述顶面焊盘电性连接。
作为实施方式的进一步改进，所述陶瓷底座的顶面设有容置槽，所述TEC置于所述容置槽内。
作为实施方式的进一步改进，所述TEC上的芯片基座的上表面与所述陶瓷底座的顶面平齐。
作为实施方式的进一步改进，所述芯片基座设于所述TEC边缘，靠近所述陶瓷底座容置槽的槽壁。
作为实施方式的进一步改进，所述芯片基座上设有若干第一焊盘，所述第一焊盘与所述顶面焊盘通过金线电性连接。
作为实施方式的进一步改进，所述芯片基座上设有若干第一焊盘，所述第一焊盘与所述顶面焊盘通过导电基板电性连接。
作为实施方式的进一步改进，所述导电基板包括镀有导电涂层的陶瓷基板。
本申请还提供了一种光模块，包括电路板和光发射组件，所述光发射组件为如上任一实施例所述的光发射组件；所述电路板上设有与所述光发射组件的底面焊盘相对应的第二焊盘；所述电路板与所述光发射组件通过所述第二焊盘与所述底面焊盘焊接在一起。
作为实施方式的进一步改进，所述陶瓷底座的底面还设有接地焊盘。
作为实施方式的进一步改进，所述电路板包括基板和位于所述基板两侧的高速信号层和参考地层；所述参考地层贴近所述陶瓷底座底面的接地焊盘；所述高速信号层通过所述第二焊盘与所述陶瓷底座的底面焊盘电性连接。
本申请的有益效果：采用陶瓷底座结合TEC散热，有效提高了组件的散热性能，有利于降低组件的功耗；利用表面贴装焊盘与电路板焊接，避免了阻抗不连续的问题，提高了高速链路带宽；缩短了芯片与底座之间金线的长度，减弱了不连续点对高速链路的影响，进一步提高了高速链路带宽。
附图说明
图1是常用技术的TO封装结构示意图；
图2是常用技术的带TEC的TO封装结构示意图；
图3是本申请光发射组件实施例1的TO底座及芯片组装结构示意图；
图4是本申请光模块的部分结构示意图；
图5是图4中电路板结构示意图；
图6是本申请光发射组件实施例2的TO底座及芯片组装结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。
本申请的光模块，包括TO(Transistor Outline)封装的光发射组件和电路板，光发射组件与电路板采用表面贴装的方式组装在一起，以避免阻抗不连续的问题，提高了高速链路带宽。这里，光发射组件主要是TO件，可以包括TO管帽和底座，以及封装于TO管帽内的光电芯片等。
实施例1
如图3所示的实施例1，该实施例中的光发射组件包括陶瓷底座10、TEC 20(ThermoElectric Cooler，半导体制冷器)和光电芯片30。其中，陶瓷底座10包括相对的顶面11和底面12，顶面11上设有若干顶面焊盘13，底面12设有若干与上述顶面焊盘13相对应的底面焊盘14；陶瓷底座10内设有若干导电过孔15，上述顶面焊盘13和底面焊盘14通过该导电过孔15电性连接。TEC20设于陶瓷底座10上，光电芯片30再通过芯片基座40安装于上述TEC20上；该光电芯片30与上述陶瓷底座10的顶面焊盘13电性连接。该实施例中，芯片基座40上设有若干第一焊盘41，该第一焊盘41与顶面焊盘13通过金线50电性连接。即，采用金线50连接芯片基座40上的第一焊盘41和陶瓷底座10上的顶面焊盘13，以实现光电芯片30与陶瓷底座10的顶面焊盘13的电性连接，最终通过导电过孔15、底面焊盘14与电路板电性连接。这里，芯片基座40采用的是常规的具有电路设计的基座，如氮化铝基座等，光电芯片30与芯片基座40可通过金线实现电性连接。该结构采用陶瓷底座结合TEC散热，陶瓷底座具有很高的热导率，光电芯片的热量可以通过TEC和陶瓷底座快速泄放掉，可有效提高组件的散热性能，降低整个TO件的功耗。
在光模块中，该光发射组件与电路板的组装如图4和5所示，该实施例中，陶瓷底座10的底面12还设有接地焊盘，作为高速信号的回流地(即信号地GND)，该接地焊盘与底面焊盘14绝缘间隔；底面焊盘14与接地焊盘在同一平面上，便于表面贴装。电路板70上设有与上述陶瓷底座10的底面焊盘14相对应的第二焊盘72，电路板70与陶瓷底座10通过该第二焊盘72与底面焊盘14焊接在一起，实现信号传输。这里，电路板70采用的是软板，包括基板71和位于基板71两侧的高速信号层73和参考地层74。该实施例中，基板71与陶瓷底座组装在一起时，参考地层74贴近陶瓷底座10底面12的接地焊盘；高速信号层73通过第二焊盘72与陶瓷底座10的底面焊盘14电性连接，以实现电路板70与光电芯片30间的信号传输和转换。该结构利用表面贴装焊盘与电路板焊接，避免了阻抗不连续的问题，提高了高速链路带宽。这里，接地焊盘可大可小，也可以在陶瓷底座底面除底面焊盘之外的区域都作为接地焊盘。当然，由于采用的是陶瓷底座，所以在其它实施例中，需要将电路板与TO件底座绝缘隔离的情况下，陶瓷底座底面也可以不镀金属镀层，直接以绝缘的陶瓷底面贴近电路板即可。
如图3所示，该实施例中，陶瓷底座10的顶面11设有容置槽16，以将TEC20置于容置槽16内，使TEC 20上的芯片基座40的上表面与陶瓷底座10的顶面11基本平齐。这里芯片基座40的上表面与陶瓷底座10的顶面基本平齐，可以是芯片基座40的上表面与陶瓷底座10的顶面11处于同一平面上，也可以处于陶瓷底座10所在平面附近，略高或略低均可。另外，芯片基座40设于TEC 20边缘，靠近陶瓷底座10容置槽16的槽壁，以尽量缩短芯片基座40与陶瓷底座10顶面焊盘之间的金线长度，减弱打金线处不连续点对高速链路的影响，进一步提高高速链路带宽。
该实施例中，光电芯片30主要是激光器芯片，陶瓷底座10采用的是多层陶瓷基板，各层陶瓷基板上设有金属线路，各层陶瓷基板之间设有若干导电过孔15以电性连接陶瓷底座10顶面11和底面12的焊盘。多层陶瓷基板上可以采用冲压或铣削等工艺挖出容置槽，将TEC20沉入容置槽内，大大缩短了芯片基座到陶瓷底座的顶面焊盘(或导电过孔)的距离，从而缩短了金线长度，减弱不连续点对高速链路的影响。图示中仅以两个导电过孔示意，实际使用中，可能需要更多的导电过孔和焊盘，导电过孔和焊盘的数量，以及焊盘的位置均可根据实际使用的情况来设计。
实施例2
如图6所示，与实施例1不同的是，该实施例中，芯片基板40与陶瓷底座10之间采用导电基板60实现电性连接。具体的，该实施例中TEC20和芯片基板40均沉入容置槽16内，使得芯片基板40的上表面与陶瓷底座10的顶面11在同一平面上，然后采用统一规格的导电基板60连接芯片基板40的第一焊盘41和陶瓷底座10的顶面焊盘13，以实现光电芯片30到陶瓷底座10导电过孔15的电性连接，最终实现光电芯片与电路板之间的信号传输。这里，导电基板60包括镀有导电涂层61的陶瓷基板，导电涂层61如金属镀层等。采用统一规格的导电基板连接芯片基板和陶瓷底座，更容易控制各焊盘连接处的阻抗，可使得各焊盘连接处均具有相同的阻抗，减弱了阻抗不连续点对高速链路的影响，进一步提高高速链路带宽。
上述各实施例中的陶瓷底座结构以及光电芯片与陶瓷底座的组装方式也可以用于其它封装方式的光发射组件中。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光发射组件，其特征在于，包括：
陶瓷底座，包括相对的顶面和底面，所述顶面上设有若干顶面焊盘，所述底面设有若干与所述顶面焊盘相对应的底面焊盘；所述陶瓷底座内设有若干导电过孔，所述顶面焊盘和底面焊盘通过所述导电过孔电性连接；
TEC，设于所述陶瓷底座上；
光电芯片，通过芯片基座安装于所述TEC上；所述光电芯片通过所述芯片基座与所述顶面焊盘电性连接。
2.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于：所述陶瓷底座的顶面设有容置槽，所述TEC置于所述容置槽内。
3.根据权利要求2所述的光发射组件，其特征在于：所述TEC上的芯片基座的上表面与所述陶瓷底座的顶面平齐。
4.根据权利要求2所述的光发射组件，其特征在于：所述芯片基座设于所述TEC边缘，靠近所述陶瓷底座容置槽的槽壁。
5.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于：所述芯片基座上设有若干第一焊盘，所述第一焊盘与所述顶面焊盘通过金线电性连接。
6.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于：所述芯片基座上设有若干第一焊盘，所述第一焊盘与所述顶面焊盘通过导电基板电性连接。
7.根据权利要求6所述的光发射组件，其特征在于：所述导电基板包括镀有导电涂层的陶瓷基板。
8.一种光模块，其特征在于：包括电路板和光发射组件，所述光发射组件为如权利要求1-7任一项所述的光发射组件；所述电路板上设有与所述光发射组件的底面焊盘相对应的第二焊盘；所述电路板与所述光发射组件通过所述第二焊盘与所述底面焊盘焊接在一起。
9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于：所述陶瓷底座的底面还设有接地焊盘。
10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于：所述电路板包括基板和位于所述基板两侧的高速信号层和参考地层；所述参考地层贴近所述陶瓷底座底面的接地焊盘；所述高速信号层通过所述第二焊盘与所述陶瓷底座的底面焊盘电性连接。
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