本發(fā)明涉及光電混合集成封裝，尤其涉及光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電子信息系統(tǒng)向高集成高頻寬帶方向發(fā)展，微波光子學(xué)技術(shù)因其具備的高頻寬帶性能在其中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。電光調(diào)制器是實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的器件，是連接微波與光波的重要一環(huán)，因此提出一種與高集成微波電路接口適配的高集成電光調(diào)制器顯得尤為重要。

2、目前高集成微波電路為了避免射頻連接器尺寸限制，常采用將微波元件表貼在印制電路板上進(jìn)行集成封裝的形式，從而進(jìn)一步提高微波系統(tǒng)集成度。目前電光調(diào)制器尺寸較大不易與微波電路集成，主要有兩方面原因：一方面電光調(diào)制器的偏置工作點(diǎn)會(huì)隨溫度等環(huán)境因素的變化而緩慢漂移，因此需要外部控制環(huán)路進(jìn)行閉環(huán)控制，該控制環(huán)路包括光分束器、監(jiān)控光電探測(cè)器、控制電路等分立器件，這些分立器件具有各自獨(dú)立封裝，導(dǎo)致整個(gè)控制環(huán)路體積較大；另一方面電光調(diào)制器的射頻接口為sma、smp、ssmp等接口，這些接口尺寸較大，與印制電路板等連接時(shí)需要相應(yīng)的射頻連接器進(jìn)行轉(zhuǎn)接，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)微波系統(tǒng)尺寸較大。將電光調(diào)制芯片與偏壓控制芯片共封裝設(shè)計(jì)是縮小電光調(diào)制器尺寸的有效手段，但是直接共封裝又存在控制芯片的散熱問(wèn)題。

3、因此提出一種可與印制電路板直接焊接、具備散熱通道的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置。

2、本發(fā)明提出的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，包括：輸入光纖、電光調(diào)制芯片、輸出光纖、監(jiān)控光電探測(cè)器、底座、控制芯片以及管殼；底座上沿軸線從上至下依次設(shè)置有頂腔、內(nèi)腔，底座上位于內(nèi)腔的下方開設(shè)有多組散熱通道，內(nèi)腔中粘接有控制芯片，頂腔中粘接有電光調(diào)制芯片，電光調(diào)制芯片的頂部粘接有監(jiān)控光電探測(cè)器，底座的頂部焊接有管殼，管殼上焊接有輸入光纖和輸出光纖；輸入光纖輸入光垂直入射到電光調(diào)制芯片的輸入光柵耦合端口，電光調(diào)制芯片的輸出光柵耦合端口輸出光垂直入射到輸出光纖中，電光調(diào)制芯片與控制芯片電性連接，監(jiān)控光電探測(cè)器與控制芯片電性連接，以實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制芯片的偏壓控制閉環(huán)。

3、優(yōu)選地，底座的內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)第一金屬過(guò)孔、多個(gè)第二金屬過(guò)孔，底座的底部設(shè)置有多個(gè)底部焊球，一個(gè)第一金屬過(guò)孔一一對(duì)應(yīng)連通有一個(gè)底部焊球，兩個(gè)第二金屬過(guò)孔的端部之間連接有內(nèi)部布線。

4、優(yōu)選地，電光調(diào)制芯片的接口包括輸入光柵耦合端口、輸出光柵耦合端口、監(jiān)控光柵耦合端口、射頻輸入端口及偏置輸入端口；電光調(diào)制芯片的射頻輸入端口通過(guò)第一金屬過(guò)孔與底座引線鍵合連接，外部射頻信號(hào)通過(guò)底座的底部焊球饋入，再經(jīng)過(guò)底部焊球?qū)?yīng)的第一金屬過(guò)孔傳輸至電光調(diào)制芯片的射頻輸入端口；電光調(diào)制芯片的偏置輸入端口通過(guò)底座的第二金屬過(guò)孔以及內(nèi)部布線與控制芯片的偏置輸出端口電性連接；輸入光柵耦合端口、輸出光柵耦合端口及監(jiān)控光柵耦合端口為陣列波導(dǎo)光柵，用于電光調(diào)制芯片與輸入光、輸出光及監(jiān)控光之間光傳輸垂直耦合，射頻輸入端口為射頻信號(hào)加載端口，偏置輸入端口為偏置電壓加載端口。

5、優(yōu)選地，監(jiān)控光電探測(cè)器接口包括監(jiān)控光端口及監(jiān)控輸出端口；監(jiān)控光端口位于監(jiān)控光電探測(cè)器下表面，監(jiān)控輸出端口位于監(jiān)控光電探測(cè)器上表面；監(jiān)控光電探測(cè)器的監(jiān)控光端口與電光調(diào)制芯片的監(jiān)控光柵耦合端口重合布置，監(jiān)控光電探測(cè)器的監(jiān)控輸出端口與底座引線鍵合連接，監(jiān)控光電探測(cè)器的監(jiān)控輸出端口通過(guò)第二金屬過(guò)孔以及內(nèi)部布線與控制芯片的監(jiān)控輸入端口電性連接。

6、優(yōu)選地，控制芯片的接口包括監(jiān)控輸入端口、偏置輸出端口、下載輸入端口、狀態(tài)輸出端口，控制芯片的監(jiān)控輸入端口通過(guò)第二金屬過(guò)孔以及內(nèi)部布線與監(jiān)控光電探測(cè)器的監(jiān)控輸出端口電性連接；控制芯片的偏置輸出端口通過(guò)通過(guò)第二金屬過(guò)孔以及內(nèi)部布線與電光調(diào)制芯片的偏置輸入端口電性連接；狀態(tài)輸出端口通過(guò)第一金屬過(guò)孔對(duì)應(yīng)的底部焊球輸出控制芯片的狀態(tài)信號(hào)；控制芯片的控制程序更新及下載通過(guò)底部焊球饋入，再通過(guò)底部焊球?qū)?yīng)的第一金屬過(guò)孔傳輸至下載輸入端口。

7、優(yōu)選地，輸入光纖與輸出光纖焊接在管殼頂部，焊接帶將底座的上表面與管殼焊接，以形成密閉腔體。

8、優(yōu)選地，電光調(diào)制芯片上表面與頂腔的上表面平齊。

9、本發(fā)明中，所提出的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，通過(guò)將電光調(diào)制芯片、監(jiān)控光電探測(cè)器及控制芯片共封裝，電光調(diào)制芯片上表貼監(jiān)控光電探測(cè)器進(jìn)行光路傳輸，電光調(diào)制芯片、監(jiān)控光電探測(cè)器及控制芯片通過(guò)與底座內(nèi)金屬過(guò)孔引線鍵合實(shí)現(xiàn)電路連接，完成整個(gè)電光調(diào)制芯片的偏壓控制閉環(huán)，底座通過(guò)垂直方向多腔體設(shè)計(jì)將電光調(diào)制器芯片與控制芯片共封裝在底座內(nèi)，整個(gè)裝置尺寸小。底座上在控制芯片下方設(shè)置散熱通道，可對(duì)控制芯片進(jìn)行散熱，提高控制芯片散熱能力。電光調(diào)制芯片上光柵耦合端口進(jìn)行光垂直輸入輸出，避免水平方向光耦合，可進(jìn)一步縮小整個(gè)裝置水平方向尺寸，提高水平方向擴(kuò)展能力。通過(guò)底座底部焊球與外部印制板焊接，進(jìn)行電光調(diào)制芯片射頻信號(hào)、控制芯片下載信號(hào)、控制芯片狀態(tài)信號(hào)等信號(hào)傳輸，避免射頻連接器轉(zhuǎn)接，可縮小整個(gè)裝置尺寸，具備與微波電路焊接集成能力。底座在上部開設(shè)頂腔，電光調(diào)制芯片貼裝在頂腔內(nèi)，電光調(diào)制芯片上表面與底座頂腔上表面平齊，縮小調(diào)制器芯片射頻端口與底座金屬過(guò)孔引線鍵合距離，提高了電光調(diào)制芯片的高頻性能。底座內(nèi)腔放置控制芯片，底座上部通過(guò)管殼密閉封裝，整個(gè)裝置所有芯片均為密閉封裝，可靠性高。

技術(shù)特征：

1.光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，包括：輸入光纖(1)、電光調(diào)制芯片(2)、輸出光纖(3)、監(jiān)控光電探測(cè)器(4)、底座(5)、控制芯片(6)以及管殼(7)；底座(5)上沿軸線從上至下依次設(shè)置有頂腔(52)、內(nèi)腔(53)，底座(5)上位于內(nèi)腔(53)的下方開設(shè)有多組散熱通道(55)，內(nèi)腔(53)中粘接有控制芯片(6)，頂腔(52)中粘接有電光調(diào)制芯片(2)，電光調(diào)制芯片(2)的頂部粘接有監(jiān)控光電探測(cè)器(4)，底座(5)的頂部焊接有管殼(7)，管殼(7)上焊接有輸入光纖(1)和輸出光纖(3)；輸入光纖(1)輸入光垂直入射到電光調(diào)制芯片(2)的輸入光柵耦合端口(21)，電光調(diào)制芯片(2)的輸出光柵耦合端口(24)輸出光垂直入射到輸出光纖(3)中，電光調(diào)制芯片(2)與控制芯片(6)電性連接，監(jiān)控光電探測(cè)器(4)與控制芯片(6)電性連接，以實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制芯片(2)的偏壓控制閉環(huán)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，底座(5)的內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)第一金屬過(guò)孔(561)、多個(gè)第二金屬過(guò)孔(562)，底座(5)的底部設(shè)置有多個(gè)底部焊球(54)，一個(gè)第一金屬過(guò)孔(561)一一對(duì)應(yīng)連通有一個(gè)底部焊球(54)，兩個(gè)第二金屬過(guò)孔(562)的端部之間連接有內(nèi)部布線(57)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，電光調(diào)制芯片(2)的接口包括輸入光柵耦合端口(21)、輸出光柵耦合端口(24)、監(jiān)控光柵耦合端口(25)、射頻輸入端口(22)及偏置輸入端口(23)；電光調(diào)制芯片(2)的射頻輸入端口(22)通過(guò)第一金屬過(guò)孔(561)與底座(5)引線鍵合連接，外部射頻信號(hào)通過(guò)底座(5)的底部焊球(54)饋入，再經(jīng)過(guò)底部焊球(54)對(duì)應(yīng)的第一金屬過(guò)孔(561)傳輸至電光調(diào)制芯片(2)的射頻輸入端口(22)；電光調(diào)制芯片(2)的偏置輸入端口(23)通過(guò)底座(5)的第二金屬過(guò)孔(562)以及內(nèi)部布線(57)與控制芯片(6)的偏置輸出端口(62)電性連接；輸入光柵耦合端口(21)、輸出光柵耦合端口(24)及監(jiān)控光柵耦合端口(25)為陣列波導(dǎo)光柵，用于電光調(diào)制芯片(2)與輸入光、輸出光及監(jiān)控光之間光傳輸垂直耦合，射頻輸入端口(22)為射頻信號(hào)加載端口，偏置輸入端口(23)為偏置電壓加載端口。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，監(jiān)控光電探測(cè)器(4)接口包括監(jiān)控光端口及監(jiān)控輸出端口；監(jiān)控光端口位于監(jiān)控光電探測(cè)器(4)下表面，監(jiān)控輸出端口位于監(jiān)控光電探測(cè)器(4)上表面；監(jiān)控光電探測(cè)器(4)的監(jiān)控光端口與電光調(diào)制芯片(2)的監(jiān)控光柵耦合端口(25)重合布置，監(jiān)控光電探測(cè)器(4)的監(jiān)控輸出端口與底座(5)引線鍵合連接，監(jiān)控光電探測(cè)器(4)的監(jiān)控輸出端口通過(guò)第二金屬過(guò)孔(562)以及內(nèi)部布線(57)與控制芯片(6)的監(jiān)控輸入端口(61)電性連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，控制芯片(6)的接口包括監(jiān)控輸入端口(61)、偏置輸出端口(62)、下載輸入端口(63)、狀態(tài)輸出端口(64)，控制芯片(6)的監(jiān)控輸入端口(61)通過(guò)第二金屬過(guò)孔(562)以及內(nèi)部布線(57)與監(jiān)控光電探測(cè)器(4)的監(jiān)控輸出端口電性連接；控制芯片(6)的偏置輸出端口(62)通過(guò)通過(guò)第二金屬過(guò)孔(562)以及內(nèi)部布線(57)與電光調(diào)制芯片(2)的偏置輸入端口(23)電性連接；狀態(tài)輸出端口(64)通過(guò)第一金屬過(guò)孔(561)對(duì)應(yīng)的底部焊球(54)輸出控制芯片(6)的狀態(tài)信號(hào)；控制芯片(6)的控制程序更新及下載通過(guò)底部焊球(54)饋入，再通過(guò)底部焊球(54)對(duì)應(yīng)的第一金屬過(guò)孔(561)傳輸至下載輸入端口(63)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，輸入光纖(1)與輸出光纖(3)焊接在管殼(7)頂部，通過(guò)焊接帶(58)將底座(5)的上表面與管殼(7)焊接，以形成密閉腔體。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，電光調(diào)制芯片(2)上表面與頂腔(52)的上表面平齊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，包括：輸入光纖、電光調(diào)制芯片、輸出光纖、監(jiān)控光電探測(cè)器、底座、控制芯片以及管殼；底座上沿軸線從上至下依次設(shè)置有頂腔、內(nèi)腔，底座上位于內(nèi)腔的下方開設(shè)有多組散熱通道，內(nèi)腔中粘接有控制芯片，頂腔中粘接有電光調(diào)制芯片，電光調(diào)制芯片的頂部粘接有監(jiān)控光電探測(cè)器，底座的頂部焊接有管殼，管殼上焊接有輸入光纖和輸出光纖；輸入光纖輸入光垂直入射到電光調(diào)制芯片的輸入光柵耦合端口，電光調(diào)制芯片的輸出光柵耦合端口輸出光垂直入射到輸出光纖中。本申請(qǐng)的光垂直耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置集成度高、尺寸小，具備與微波電路焊接集成能力。

技術(shù)研發(fā)人員：張國(guó),田朝輝,王潤(rùn),崇毓華,童陽(yáng),楊振宇,王凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19