專利名稱：高速的基于to-can的光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光模塊，更具體地說(shuō)，涉及一種具有TO-can結(jié)構(gòu)的光模塊，其中，已經(jīng)對(duì)頻率特性進(jìn)行了改進(jìn)，以便實(shí)現(xiàn)高速傳輸。
背景技術(shù)：
如通常從現(xiàn)有技術(shù)可以知道，光模塊是光通信中的不可缺少的組成部分。隨著數(shù)據(jù)傳輸量的增長(zhǎng)，對(duì)于光模塊的高速傳輸?shù)男枨笠苍谠黾印Ｍ瑫r(shí)，需要確保光寬帶以便使頻率可適合于高速傳輸。當(dāng)前，廣泛采用TO-can結(jié)構(gòu)作為用于諸如光模塊中的激光二極管和光電二極管的光器件的封裝。
圖1顯示傳統(tǒng)的10Gbps(吉比特/秒)TO-can激光模塊。這樣的10Gbps TO-can激光模塊最近由Demeter科技公司制造。圖2顯示了由Sumitomo電子工業(yè)有限公司的IT器件公司開(kāi)發(fā)的另一傳統(tǒng)10Gbps TO-can激光模塊。
參考圖1和圖2，具有TO-can結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)光模塊包括在其上安裝有副底座20的芯柱(stem)40、接合在副底座(sub-mount)上的激光二極管10、安裝在芯柱40上的光電二極管30、穿過(guò)芯柱40布置的多個(gè)導(dǎo)線(lead)50，其中多個(gè)導(dǎo)線50與激光二極管10和光電二極管30進(jìn)行電連接?？梢杂芍T如AlN、SIC等材料形成副底座20，并且可以由諸如CuW、KOVAR、鐵等制成芯柱40。
然而，這樣的傳統(tǒng)光模塊遭受由于接合線(bonding wire)(例如對(duì)導(dǎo)線和副底座進(jìn)行連接、以及對(duì)激光二極管和導(dǎo)線進(jìn)行連接)的使用造成的寄生電容和電感。因此，會(huì)使RF特性惡化，從而在使用光模塊進(jìn)行占用10Gbps的高速傳輸系統(tǒng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生困難。原因在于由于在封裝自身中的寄生成分造成3dB的帶寬被限制在1或者2GHz的范圍內(nèi)。
此外，這樣的傳統(tǒng)光模塊使用設(shè)計(jì)為波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的副底座。因此，副底座在尺寸上會(huì)變大，以致于激光二極管和光電二極管之間的距離變長(zhǎng)，從而導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)合適的監(jiān)視光電電流上的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種既具有所需要的高頻特性，又能夠最有效地使用用于高速傳輸系統(tǒng)的TO-can結(jié)構(gòu)的光模塊。
在一個(gè)實(shí)施例中，光模塊包括硅光座(silicon optical bench)(SiOB)；其中形成了V形槽；布置在硅光座的V形槽上的激光二極管，用于發(fā)射光；光電二極管，用于接收從激光二極管發(fā)出的光，并且將光轉(zhuǎn)換為電流；芯柱，硅座和光電二極管已經(jīng)布置在該芯柱上；以及，與芯柱連接的多個(gè)導(dǎo)線，以便向激光二極管和光電二極管提供電信號(hào)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例可以包括(1)電感，以便可以將交流扼流圈(ACchoking)布置在硅光座之上，并且與激光二極管連接。而且，當(dāng)將螺旋型薄膜電感單塊集成到硅光座之上時(shí)，光模塊在尺寸上可以變得更加緊湊，(2)RF匹配電阻器，該電阻器也可以通過(guò)薄膜處理另外布置在硅光座上，并且與激光二極管連接，以及(3)可以通過(guò)進(jìn)行加熱匹配、并且使用芯柱材料密封按比例放大的玻璃粉，組合芯柱和導(dǎo)線。
另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)導(dǎo)線包括與激光二極管的陽(yáng)極進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)線；分別與激光二極管的RF端子和DC端子進(jìn)行電連接的第二和第三導(dǎo)線；以及分別與光電二極管的陽(yáng)極和陰極進(jìn)行電連接的第四和第五導(dǎo)線。優(yōu)選的是，將第一導(dǎo)線和第五導(dǎo)線制成公用導(dǎo)線。另外，優(yōu)選的是，可以通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或者焊錫，使導(dǎo)線和硅光座接合在一起。
另外，還可以將電感布置在光電二極管的陰極和激光二極管的陽(yáng)極之間，以便實(shí)現(xiàn)RF隔離。


從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明將變得更加明顯，圖1顯示傳統(tǒng)的10Gbps TO-can激光模塊；
圖2顯示另一傳統(tǒng)的10Gbps TO-can激光模塊；圖3是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的TO-can激光模塊的示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的TO-can激光模塊的詳細(xì)視圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的TO-can激光模塊的導(dǎo)線布置的頂視圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的TO-can激光模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的以下描述中，出于解釋性的而非限定性的目的，將闡明諸如特定的結(jié)構(gòu)、接口、技術(shù)等的具體細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的完全理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是可以在脫離這些具體細(xì)節(jié)的其他實(shí)施例中實(shí)施本發(fā)明。而且，將會(huì)理解出于解釋的目的，對(duì)圖中的特定方面進(jìn)行了簡(jiǎn)化，以及本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)環(huán)境將包括許多不需要在此示出的已知功能和配置。在圖中，即使在不同的圖中示出，由相同的參考符號(hào)來(lái)表示相同或者相似的元件。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的TO-can激光模型的示意圖。圖4是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的TO-can激光模塊的詳細(xì)視圖。
現(xiàn)在對(duì)圖3和4進(jìn)行參考，具有TO-can結(jié)構(gòu)的光激光模塊包括激光二極管10、光電二極管30、芯柱40、多個(gè)導(dǎo)線50、以及硅光座(SIOB)100。此外，本發(fā)明的光激光二極管模塊還包括RF匹配寄存器103、50Ω特征阻抗線104和105、以及電感102和106。
SIOB 100具有在其中形成的、用作副底座的V形槽101，其中該V形槽被芯片接合在與平坦的TO芯柱40垂直的散熱片60上。已經(jīng)對(duì)SiOB100和導(dǎo)線50進(jìn)行了電連接。通過(guò)提及電連接，我們想表示使用諸如InSn、PbSn等的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy)或者焊錫(solder)材料來(lái)對(duì)SiOB100和導(dǎo)線50等進(jìn)行固定。重要的是還沒(méi)有使用引線接合，從而降低了與大約為1nH/mm的每單位長(zhǎng)度電感相對(duì)應(yīng)的來(lái)自電線的電感。因此，改善了RF特性。作為替代，可以使用陶瓷饋通線(feed-through)來(lái)替代導(dǎo)線。然而，在這種情況下，封裝的成本可能會(huì)增加，因此，通過(guò)使用傳統(tǒng)的玻璃密封粉，將導(dǎo)線50加到芯柱40上。此時(shí)，選擇具有較低介電常數(shù)的玻璃，以便降低寄生電容。建議將屬于B2O2-SiO2系列、具有介電常數(shù)5.5(IMHz，25℃)的硬玻璃(BH-7/K)、以及屬于Na2O-BaO系列、具有介電常數(shù)6.7的軟玻璃(ST-4F/K)作為在本發(fā)明中使用的玻璃密封粉的代表性的實(shí)例。
現(xiàn)在參考圖4，激光二極管10發(fā)射光束，并且被布置在SiOB 100的V形槽中。
平行于芯柱40布置的光電二極管30接收回從激光二極管10發(fā)出的小平面光(facet light)，并且將接收到的光轉(zhuǎn)化為用于激光監(jiān)視目的的電流。光電二極管30通過(guò)收集在V形槽101的反射光，可以產(chǎn)生超過(guò)100μA的合適的監(jiān)視光電電流電平。在另一實(shí)施例中，可以將光電二極管30布置在SiOB 100之上，從而使該光電二極管位于V形槽101的另一端。
50Ω、或者可選擇為25Ω的特征阻抗線104、105由信號(hào)線104和接地平面105組成。信號(hào)線104通過(guò)引線接合107，與激光二極管10的陰極連接，并且將RF匹配電阻器103布置在信號(hào)線內(nèi)。接地平面105通過(guò)芯片接合(die bonding)，與激光二極管10的陽(yáng)極直接連接，并且還與芯柱40進(jìn)行電連接。螺旋電感102充當(dāng)扼流圈(choke)，并且通過(guò)引線接合107與激光二極管10連接?？梢詫⑵ヅ潆娮杵?03和螺旋電感102通過(guò)薄膜處理單塊地集成在SiOB 100上，以便更緊湊地構(gòu)造激光模塊封裝。
如圖5所示，導(dǎo)線50包括公用導(dǎo)線1，已經(jīng)使用該導(dǎo)線將激光二極管10的陽(yáng)極和光電二極管30的陰極連接在一起；用于激光二極管10的陰極的RF導(dǎo)線2；用于光電二極管30的陽(yáng)極導(dǎo)線3；以及，用于激光二極管10的陰極的DC導(dǎo)線4。
在傳統(tǒng)的高速的基于TO-can的激光模塊的情況下，DC電流導(dǎo)致了在匹配電阻器103中的熱量的產(chǎn)生。因此，通過(guò)在TO-can結(jié)構(gòu)中使用偏置的T形結(jié)構(gòu)(bias-tee)來(lái)分離用于激光二極管10的DC導(dǎo)線4和RF導(dǎo)線2，可以降低該熱量的產(chǎn)生。如果沒(méi)有內(nèi)部偏置的T形結(jié)構(gòu)，激光二極管10中的結(jié)溫的增加主要是由流過(guò)RF匹配電阻器的DC電流造成的，因此，例如，由于電光轉(zhuǎn)換效率的降低，會(huì)使未冷卻的光模塊的溫度特性受到致命的惡化。
此外，通過(guò)將激光二極管10的陽(yáng)極和光電二極管30的陰極連接到公用導(dǎo)線1，已經(jīng)降低了導(dǎo)線的數(shù)量。在這種情況下，可以使用表面貼裝(SMD)型電感106作為激光二極管10和光電二極管30之間的RF隔離，這防止了這兩個(gè)器件之間的RF串?dāng)_(cross talk)。在另一實(shí)施例中，激光二極管的陽(yáng)極和光電二極管30的陰極都可以單獨(dú)地具有它們自己的導(dǎo)線，而不使用用于RF隔離的電感106。
依據(jù)如上所述的光模塊的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造圖6所示的等價(jià)電路。如圖6所示，與導(dǎo)線4連接的電感102是充當(dāng)按照螺旋形狀形成的AC扼流圈的電感，并且與導(dǎo)線2連接的電阻器103是匹配電阻器。此外，在光電二極管30的陰極和激光二極管10之間連接的電感106由SMD電感構(gòu)成。其中，光電二極管30的陽(yáng)極已經(jīng)與導(dǎo)線3連接，以及激光二極管10的陰極與導(dǎo)線1連接。注意，可以顛倒SMD電感器106和光電二極管30的順序，而不會(huì)使隔離功能受到任何顯著的惡化。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的光模塊，通過(guò)將SiOB用作副底座，可以獲得10Gbps的操作，而保持了傳統(tǒng)的TO-can結(jié)構(gòu)，從而改善了RF特性。
此外，通過(guò)收集從V型槽101反射的背面光，可以獲得合適的監(jiān)視光電電流電平。
同時(shí)，通過(guò)將偏置的T形結(jié)構(gòu)嵌入到TO-can結(jié)構(gòu)內(nèi)，可以降低由DC電流(current flow)產(chǎn)生的熱量，從而可以抑制溫度的增加，這導(dǎo)致電光轉(zhuǎn)換效率的提高。
另外，通過(guò)將匹配電阻器和螺旋電感單塊地集成到SiOB上，可以使光模塊的尺寸變得緊湊，并且可以簡(jiǎn)化組合過(guò)程。
雖然出于說(shuō)明的目的，已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到在不脫離所附權(quán)利要求公開(kāi)的范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行各種修改、添加和替代。
權(quán)利要求
1.一種光模塊，包括芯柱；布置在芯柱上的硅光座，所述的硅光座具有V形槽；布置在V形槽中的激光二極管；布置在芯柱上的光電二極管，光電二極管將從激光二極管接收到的光轉(zhuǎn)換為電流；以及與芯柱連接的多個(gè)導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于還包括布置在硅光座上的作為扼流圈的電感，該電感與激光二極管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光模塊，其特征在于所述的電感是螺旋型薄膜電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于還包括布置在硅光座上的RF匹配電阻器，所述的電阻器與激光二極管進(jìn)行電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于光電二極管與硅光座接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于使用環(huán)氧樹(shù)脂或者焊錫，將多個(gè)導(dǎo)線與硅光座接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于使用具有比陶瓷材料低的介電常數(shù)的玻璃密封粉，將芯柱與導(dǎo)線進(jìn)行接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光模塊，其特征在于從屬于B2O3-SiO2系列的硬玻璃和屬于Na2O-BaO系列的軟玻璃構(gòu)成的組中選擇玻璃密封粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于多個(gè)導(dǎo)線包括與激光二極管的陽(yáng)極進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)線；分別與激光二極管的DC端子和RF端子進(jìn)行電連接的第二和第三導(dǎo)線；以及分別與光電二極管的陽(yáng)極和陰極進(jìn)行電連接的第四和第五導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光模塊，其特征在于第一導(dǎo)線和第五導(dǎo)線是公用的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光模塊，其特征在于還包括連接在光電二極管的陰極和激光二極管的陽(yáng)極之間的電感，以便實(shí)現(xiàn)RF隔離。
12.一種光模塊，包括芯柱；布置在芯柱上的硅光座，所述的硅光座具有V形槽；布置在V形槽中的激光二極管；布置在芯柱上的光電二極管，所述的光電二極管將從激光二極管接收到的光轉(zhuǎn)換為電流；以及與芯柱連接的多個(gè)陶瓷饋通線。
全文摘要
公開(kāi)了一種具有TO－can結(jié)構(gòu)的光模塊，其中，已經(jīng)對(duì)頻率特性進(jìn)行了改進(jìn)，以便可以進(jìn)行高速傳輸。光模塊包括硅光座，在其中形成V形槽；布置在硅光座的V形槽之上的激光二極管，用于發(fā)射光；光電二極管，用于接收光，并且將光轉(zhuǎn)換為電流；芯柱，在芯柱中已經(jīng)布置了硅座和光電二極管；以及與芯柱連接的多個(gè)導(dǎo)線，以便向激光二極管和光電二極管提供電信號(hào)。
文檔編號(hào)H01S5/022GK1512209SQ0315504
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者桂溶燦, 樸文圭, 桂溶 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社