CN216472226U - 一种小型化to封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种小型化TO封装结构，包括TO密封件、垫片以及芯片，具体的，TO密封件上设置有连通内外电路的电引线；垫片设置在TO密封件内，垫片上设置有与电引线电连接的垫片电极；芯片设置在垫片上，芯片的驱动电极与垫片电极电连接，驱动电极、垫片电极以及电引线形成竖直方向上的电通路。本实用新型通过采用特殊设计的垫片和特定的结构设计，消除了TO管座电引线尺寸对于TO直径的影响，使得TO最小直径主要决定于MEMS芯片尺寸，达到小型化封装的目的。

Description

一种小型化TO封装结构

技术领域

本实用新型涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种小型化TO封装结构。

背景技术

利用静电转镜式微机电系统(MEMS)芯片制成的可调光衰减器(VOA)、光开关(OSW)、可调滤波器(TOF)等可调光学器件，由于其体积小、功耗低、指标佳等优点，广泛应用于光纤通信系统中。然而随着设备及模块小型化的要求越来越高，该类器件在小型化方面遇到了一定困难。

如图3所示，在现有的静电转镜式MEMS器件中，MEMS芯片通常采用同轴TO结构进行气密封装，因此TO密封件的直径直接决定了整个器件的直径尺寸。其中，由于TO管座电引线通常环绕MEMS芯片分布，并且直接与MEMS芯片驱动电极通过引线键合的方式进行电连接，这成为了限制TO直径缩小的主要因素之一。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于克服现有技术中对MEMS芯片进行TO封装的小型化困难问题，提供一种小型化的TO封装结构，通过采用特殊设计的垫片和特定的结构设计，消除了TO管座电引线尺寸对于TO直径的影响，使得TO最小直径主要决定于MEMS芯片尺寸，达到小型化封装的目的。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种小型化TO封装结构，包括TO密封件、垫片以及芯片，具体的：

所述TO密封件上设置有连通内外电路的电引线；

所述垫片设置在所述TO密封件内，所述垫片上设置有与所述电引线电连接的垫片电极；

所述芯片设置在所述垫片上，所述芯片的驱动电极与所述垫片电极电连接，所述驱动电极、所述垫片电极以及所述电引线形成竖直方向上的电通路。

进一步的，所述TO密封件包括TO管帽以及TO管座，所述TO管帽与所述TO管座气密封装形成内部的密封容纳空间，所述垫片以及所述芯片设置在所述密封容纳空间内。

进一步的，所述电引线包括第一电引线以及第二电引线，所述第一电引线与所述第二电引线均由所述TO管座底端进入到所述密封容纳空间内。

优选的，所述垫片下表面固定在所述第一电引线以及所述第二电引线的端面上，所述垫片电极包括分别与所述第一电引线电连接的第一垫片电极以及与所述第二电引线电连接的第二垫片电极。

进一步的，所述芯片的下表面固定在所述垫片的上表面上，所述驱动电极包括分别与所述第一垫片电极电连接的第一驱动电极以及与所述第二垫片电极电连接的第二驱动电极。

另一优选的，所述垫片下端设有连接台，所述连接台底面固定在所述TO管座内端面上，所述第一电引线与所述连接台一侧的第一垫片电极电连接，所述第二电引线与所述连接台另一侧的第二垫片电极电连接。

再一优选的，所述垫片下端设有固定在所述TO管座内端面的下连接台，所述垫片上端设有与所述芯片底端相固定的上连接台，所述垫片上还开有供所述第一电引线穿过的第一通孔以及供所述第二电引线穿过的第二通孔，所述第一垫片电极由所述垫片的上表面延伸到所述第一通孔内，所述第二垫片电极由所述垫片的上表面延伸到所述第二通孔内。

进一步的，所述驱动电极与所述垫片电极之间的电连接方式包括直接接触、引线键合以及导电材料粘接中的一种或多种，所述垫片电极与所述电引线之间的电连接方式包括直接接触、引线键合以及导电材料粘接中的一种或多种。

进一步的，所述TO管帽包括外壳以及光学通光窗口，所述外壳的底端与所述TO管座密封连接，所述外壳的顶端设有通光孔，所述光学通光窗口与所述通光孔形成密封。

进一步的，所述光学通光窗口包括玻璃、C透镜、G透镜以及非球面透镜中的一种或多种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过采用特殊设计的垫片和特定的结构设计，消除了TO管座电引线尺寸对于TO直径的影响，使得TO最小直径主要决定于MEMS芯片尺寸，达到小型化封装的目的；该封装在实现TO小型化的同时，还能够保证制造工艺的可行性和可靠性，为商用MEMS可调光学器件及其相关模块的进一步小型化提供了可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种小型化TO封装结构的剖面示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种小型化TO封装结构去除TO管帽后的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的现有MEMS TO密封件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的TO管帽的多种设计方式示意图；

图5为本实用新型实施例提供的TO管座上电引线的多种设计方式示意图；

图6为本实用新型优选实施例提供的垫片俯视图及主视图；

图7为本实用新型另一实施例提供的垫片俯视图及主视图；

图8为本实用新型又一实施例提供的垫片俯视图及主视图；

图9为本实用新型实施例提供的驱动电极设置在芯片下表面的主视图；

图10为本实用新型另一实施例提供的驱动电极设置在芯片上表面的主视图及俯视图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1及图2所示，本实用新型实施例提供一种小型化TO封装结构，包括TO密封件、垫片3以及芯片4，具体的，所述TO密封件上设置有连通内外电路的电引线；所述垫片3设置在所述TO密封件内，所述垫片3上设置有与所述电引线电连接的垫片电极；所述芯片4设置在所述垫片3上，所述芯片4的驱动电极与所述垫片电极电连接，所述驱动电极、所述垫片电极以及所述电引线形成竖直方向上的电通路。

在本优选实施例中，垫片3本体为玻璃、陶瓷或塑料等绝缘材料；垫片电极为金属电极，金属电极覆盖或包裹垫片3本体的某些位置，可实现垫片3不同位置、不同表面的电连通；芯片4为MEMS芯片，形状为方形，设置在圆形的垫片3上。需要说明的是，上述形状仅为例子而非限定，根据实际情况和需求，芯片4及垫片3的形状大小均可以进行变化。

在本优选实施例中，所述TO密封件包括TO管帽1以及TO管座2，所述TO管帽1与所述TO管座2气密封装形成内部的密封容纳空间，所述垫片3以及所述芯片4设置在所述密封容纳空间内。其中，所述TO管帽1包括金属材料的外壳101以及光学通光窗口102，所述外壳101的底端与所述TO管座2密封连接，所述外壳101的顶端设有通光孔103，所述光学通光窗口102与所述通光孔103形成密封。

在本优选实施例中，所述光学通光窗口102可以为由玻璃制成的光学玻璃窗口，实现提供光束通路的功能，除此之外，光学通光窗口102还可以由C透镜、G透镜以及非球面透镜等光学透镜取代，但仍然与外壳101通过气密的手段组装在一起，在提供光束通路的同时还起到光斑变换、光束准直等作用，以满足不同光路结构的需要。

在本优选实施例中，所述电引线包括第一电引线5以及第二电引线6，所述第一电引线5与所述第二电引线6均由所述TO管座2底端进入到所述密封容纳空间内。

通过本实施例的上述设计与图3的现有技术设计相比可以看出：现有技术中，第一电引线5与第二电引线6环绕设置在芯片4周围，这样一来在封装时，TO管座2因为要将第一电引线5与第二电引线6容纳在内，直径自然而然就增大一些；而本实用新型的第一电引线5与第二电引线6设置在芯片4下方，在水平方向上并没有占据任何位置，所以TO管座2只需将芯片4容纳即可，其直径自然而然就降低了一些，从而起到小型化封装的效果。

如图4(a)所示，在本优选实施例中，TO管帽1设计为直筒形结构，其外壳101形状为直筒状，通光孔103设置在外壳101顶端，光学通光窗口102设置在通光孔103下方，这样的结构是适用于大多数场合的基本结构，而在其他实施例中的不同场合下，TO管帽1还能设计成如图4(b)、4(c)所示的台阶形，或是如图4(d)所示的带有压焊边沿的礼帽形等其他结构设计。具体设计成何种形状，由实际需求而定。

如图5(a)所示，在本优选实施例中，TO管座2的底板由金属制成，第一电引线5与第二电引线6分开设在TO管座2底板的中间，其中，第一电引线5周围设有第一玻璃绝缘子201，第二电引线6周围设有第二玻璃绝缘子202。视具体应用场合的不同，电引线数量、位置、电极性定义均可以不同，电引线与TO管座2的金属底板之间可以电导通也可以电绝缘。图5(b)-(d)给出了额外几种可能的具体结构，如图5(b)中，两根电引线(实线小圆所示)同时通过绝缘材料(网格部分所示)与TO管座2的金属底板封接在一起；如图5(c)中，两根电引线(实线小圆所示)分别通过绝缘材料(网格部分所示)与TO管座2的金属底板绝缘封接，第三根引线(虚线小圆所示)则与金属底板导通焊接在一起；如图5(d)中，四根电引线(实线小圆所示)同时通过绝缘材料(网格部分所示)与TO管座2的金属底板进行封接。以上情况的选择依实际使用需求而定。

如图6所示，在本优选实施例中，所述垫片3的本体为圆饼形，其左侧设有将上下表面均包裹住一部分的第一垫片电极7，其右侧设有将上下表面均包裹住一部分的第二垫片电极8，两个垫片电极之间空出有一部分的间隙，在具体设置时，参考图1，垫片3的下表面固定在所述第一电引线5以及所述第二电引线6的端面上，这样一来，第一垫片电极7与第一电引线5便连接在了一起，第二垫片电极8与第二电引线6连接在了一起，实现了垫片电极与电引线之间的电连接。另外，所述芯片4的下表面固定在所述垫片3的上表面上，所述驱动电极包括分别与所述第一垫片电极7电连接的第一驱动电极9以及与所述第二垫片电极8电连接的第二驱动电极10。

根据具体应用场景和封装工艺设计的不同，垫片3的具体结构还可以有不同的设计。

如图7所示，在另一实施例中，所述垫片3还可以设计为下端带连接台301的样式，所述连接台301底面固定在所述TO管座2内端面上，所述第一电引线5与所述连接台301一侧的第一垫片电极7电连接，所述第二电引线6与所述连接台301另一侧的第二垫片电极8电连接。

如图8所示，在又一实施例中，所述垫片3下端设有固定在所述TO管座2内端面的下连接台302，所述垫片3上端设有与所述芯片4底端相固定的上连接台303，所述垫片3上还开有供所述第一电引线5穿过的第一通孔304以及供所述第二电引线6穿过的第二通孔305，所述第一垫片电极7由所述垫片3的上表面延伸到所述第一通孔304内，所述第二垫片电极8由所述垫片3的上表面延伸到所述第二通孔305内。具体设置时，第一电引线5与第一通孔304的侧壁连接，第二电引线6与第二通孔305的侧壁连接即可实现电引线与垫片电极之间的电导通。

在本优选实施例中，所述驱动电极与所述垫片电极之间的电连接方式包括直接接触、引线键合以及导电材料粘接中的一种或多种，所述垫片电极与所述电引线之间的电连接方式也包括直接接触、引线键合以及导电材料粘接中的一种或多种。

如图9所示，在一优选实施例中，第一驱动电极9以及第二驱动电极10设置在芯片4的下表面，此时，第一驱动电极9直接通过导电材料100与第一垫片电极7的上表面相连，第二驱动电极10也直接通过导电材料100与第二垫片电极8的上表面相连，实现驱动电极与垫片电极的电导通。

如图10所示，在另一优选实施例中，第一驱动电极9以及第二驱动电极10设置在芯片4的上表面，此时，第一驱动电极9通过引线键合200的方式与第一垫片电极7的上表面相连，第二驱动电极10也通过引线键合200的方式与第二垫片电极8的上表面相连，实现驱动电极与垫片电极的电导通。

综上所述，本实用新型通过采用特殊设计的垫片和特定的结构设计，消除了TO管座电引线尺寸对于TO直径的影响，使得TO最小直径主要决定于MEMS芯片尺寸，达到小型化封装的目的，从而更好的满足当前光通信系统中对于器件小型化日益严苛的要求；该封装在实现TO小型化的同时，还能够保证制造工艺的可行性和可靠性，为商用MEMS可调光学器件及其相关模块的进一步小型化提供了可能性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化TO封装结构，其特征在于，包括TO密封件、垫片(3)以及芯片(4)，具体的：

所述TO密封件上设置有连通内外电路的电引线；

所述垫片(3)设置在所述TO密封件内，所述垫片(3)上设置有与所述电引线电连接的垫片电极；

所述芯片(4)设置在所述垫片(3)上，所述芯片(4)的驱动电极与所述垫片电极电连接，所述驱动电极、所述垫片电极以及所述电引线形成竖直方向上的电通路。

2.根据权利要求1所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述TO密封件包括TO管帽(1)以及TO管座(2)，所述TO管帽(1)与所述TO管座(2)气密封装形成内部的密封容纳空间，所述垫片(3)以及所述芯片(4)设置在所述密封容纳空间内。

3.根据权利要求2所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述电引线包括第一电引线(5)以及第二电引线(6)，所述第一电引线(5)与所述第二电引线(6)均由所述TO管座(2)底端进入到所述密封容纳空间内。

4.根据权利要求3所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述垫片(3)下表面固定在所述第一电引线(5)以及所述第二电引线(6)的端面上，所述垫片电极包括分别与所述第一电引线(5)电连接的第一垫片电极(7)以及与所述第二电引线(6)电连接的第二垫片电极(8)。

5.根据权利要求4所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述芯片(4)的下表面固定在所述垫片(3)的上表面上，所述驱动电极包括分别与所述第一垫片电极(7)电连接的第一驱动电极(9)以及与所述第二垫片电极(8)电连接的第二驱动电极(10)。

6.根据权利要求3所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述垫片(3)下端设有连接台(301)，所述连接台(301)底面固定在所述TO管座(2)内端面上，所述第一电引线(5)与所述连接台(301)一侧的第一垫片电极(7)电连接，所述第二电引线(6)与所述连接台(301)另一侧的第二垫片电极(8) 电连接。

7.根据权利要求4所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述垫片(3)下端设有固定在所述TO管座(2)内端面的下连接台(302)，所述垫片(3)上端设有与所述芯片(4)底端相固定的上连接台(303)，所述垫片(3)上还开有供所述第一电引线(5)穿过的第一通孔(304)以及供所述第二电引线(6)穿过的第二通孔(305)，所述第一垫片电极(7)由所述垫片(3)的上表面延伸到所述第一通孔(304)内，所述第二垫片电极(8)由所述垫片(3)的上表面延伸到所述第二通孔(305)内。

8.根据权利要求1-7任一所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述驱动电极与所述垫片电极之间的电连接方式包括直接接触、引线键合以及导电材料粘接中的一种或多种，所述垫片电极与所述电引线之间的电连接方式包括直接接触、引线键合以及导电材料粘接中的一种或多种。

9.根据权利要求2-7任一所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述TO管帽(1)包括外壳(101)以及光学通光窗口(102)，所述外壳(101)的底端与所述TO管座(2)密封连接，所述外壳(101)的顶端设有通光孔(103)，所述光学通光窗口(102)与所述通光孔(103)形成密封。

10.根据权利要求9所述的小型化TO封装结构，其特征在于，所述光学通光窗口(102)包括玻璃、C透镜、G透镜以及非球面透镜中的一种或多种。

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