專利名稱：晶體管外形罐型光模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及光模塊。尤其是，本發(fā)明涉及晶體管外形罐(Transistor-Outline-can)型光模塊。
背景技術：
光模塊是任何用于光傳輸的系統(tǒng)的基本部分。由于近來信息產業(yè)的迅速發(fā)展，光通信網絡上的信息傳輸的比例在增大，并且對信息的快速傳輸和大容量傳輸的需求也在增加。必須設計光模塊，以支持快速和大容量的信息傳輸。光器件例如用于光模塊的激光二極管(LD)或光電二極管(PD)，通?？捎糜诰w管外形罐(TO-can)封裝中。
圖1是常規(guī)TO-can光模塊封裝100的透視圖。參照圖1，常規(guī)TO-can光模塊封裝100包括被安裝在其表面上、且具有突出的散熱塊111的芯柱(stem)101，以及多個引線102。四個引線102由兩個用于驅動激光二極管103的引線和兩個用于偏置監(jiān)測光電二極管104的引線組成。LD 103和監(jiān)測光電二極管(MPD)104被布置在芯柱101的表面上。尤其是，LD103一般被布置在散熱塊111上。LD 103和MPD 104通過例如絲焊(wirebonding)連接到引線102。
引線102通過通孔113共軸對準，穿透芯柱101的兩面，并且通孔113充滿了玻璃密封劑105，玻璃密封劑105被熔化，由此將引線102固定到芯柱101上，同時密封通孔113。這種常規(guī)的TO-can封裝是由Luminent公司制造和銷售的C-13-DFB10-TJ-SLC21型封裝。
然而，由于以下原因，常規(guī)光模塊封裝不適用于10千兆比特每秒(Gbps)或更高速的傳輸1.引線中的固有寄生電感；2.引線和芯柱之間的寄生電容；3.通過引線的射頻(RF)信號的特征阻抗不匹配。
圖2是另一種常規(guī)TO-can光模塊封裝200的透視圖，其特征在于陶瓷饋通(feed-through)。參照圖2，TO-can光模塊封裝200包括一個具有突出的散熱塊211的芯柱201，以及一個被插入芯柱201中的陶瓷堆饋通(ceramic stack feed-through)203。位于散熱塊211上的饋通203在其表面上有一個共面波導(CPW)202。CPW型封裝200通過多個引線204接收外部RF信號。Kyocera公司的TO TX PKGA2527就是這種CPW型的封裝。
一般以陶瓷堆結構來制造饋通203。因為饋通203是通過低溫共燒陶瓷(LTCC)技術形成的，其處理溫度較高，例如在800℃至1000℃之間。從而，其制造成本比圖1所示的常規(guī)TO-can光模塊的成本高。
而且，當波導結構與光模塊被布置在一起以改進射頻特性時，必須增大副管座(sub-mount)的尺寸。在這種情況下，從激光二極管的背面發(fā)出的光在副管座的表面上被反射或散射，導致監(jiān)測光電流的減小。為解決該問題，Sumitomo公司推出一種具有象“□”形的副管座的TO-can型光模塊。然而，常規(guī)技術具有明顯的缺點，例如副管座制造成本的增加，以及難以組裝。更為不利的是，如果絲毫沒有考慮其它組件就將匹配電阻器安裝在副管座上，則在無冷卻操作的情況下，過熱問題可能變得較嚴重。當由外部的偏置T形接頭(bias-tee)產生的直流(DC)偏置(bias)和RF信號的混合通過匹配電阻器時，主要來自于DC電流的散熱直接增加了距匹配電阻器很近的LD的工作溫度，由此使TO-can型光模塊的性能嚴重惡化。

發(fā)明內容
本發(fā)明基本上解決了上述的常規(guī)TO-can光模塊的諸多問題和/或缺點，并提供下述的附加優(yōu)點。本發(fā)明的第一方面提供一種光模塊，其具有較高的頻率響應特性，同時仍然提供TO-can結構的好處。
本發(fā)明的另一方面是提供一種TO-can型光模塊，與以前周知的結構相比，所述TO-can型光模塊的制造更容易，成本更低，產量更高。
通過提供這樣一種TO-can型光模塊來實現以上方面，該TO-can型光模塊包括芯柱；被布置在芯柱中的副管座；以及被布置在副管座中的激光二極管(LD)。具有傾斜的光入射面的光電二極管(PD)將LD發(fā)出的光轉換成電流。多個引線延伸穿過芯柱，并且電連接到副管座。
優(yōu)選地，偏置T型接頭被安裝在副管座中，以便將射頻信號疊加到直流電流上，用于LD驅動。另外，提供共面波導和匹配電阻器，以便無失真地發(fā)送射頻信號，并且電感器用作阻流器(choke)，以阻礙來自直流電流通路的射頻信號。
本發(fā)明還包括制造TO-can模塊的方法。


由以下連同

的詳細說明，本發(fā)明的上述及其它方面、特征和優(yōu)點將變得更明顯，其中圖1顯示了一種常規(guī)的TO-can型光模塊封裝；圖2顯示了另一種常規(guī)的TO-can型光模塊封裝；圖3顯示了根據本發(fā)明一方面的TO-can型光模塊；圖4圖解說明了根據本發(fā)明的PD的結構(側視圖)；圖5是圖3所示的TO-can型光模塊的等效電路圖(陰極驅動的或用于直接調制激光驅動器的)；圖6顯示了根據本發(fā)明另一方面的TO-can型光模塊(陽極驅動的或用于電吸收調制激光驅動器的)；以及圖7顯示了根據本發(fā)明又一方面的TO-can型光模塊(差動驅動的)。
具體實施例方式
以下將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在以下說明中，當認為周知的功能或結構可能以本領域普通技術人員周知的不必要細節(jié)使本發(fā)明的說明不清楚時，將省略對這些功能或結構的詳細說明。
圖3顯示了根據本發(fā)明一方面的TO-can型光模塊。尤其是，注意用于直接調制激光(DML)驅動器或陰極驅動型的副管座的結構。
參照圖3，根據本發(fā)明的TO-can型光模塊300包括芯柱301，散熱片302，副管座303，LD 304，PD 305，以及多個引線315至319。TO-can型光模塊300還包括由306、307和308組成的CPW，PD 305的陽極線309，DC線310，匹配電阻器311，第一和第二螺旋電感器312和313，以及阻尼電阻器314。
副管座303包括一個陶瓷襯底，其被印模粘結到垂直于芯柱301的上表面的散熱片302上。該陶瓷襯底將導電的芯柱301電隔離，從而可以在副管座303上形成多種電氣圖案。陶瓷材料可以包括氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)和氧化鋁(Al2O3)等。與其它陶瓷材料相比，AlN顯示出良好的導熱性，因此是用作熱發(fā)生器(例如LD和匹配電阻器等)的副管座的優(yōu)選材料。AlN的導熱率為2.1W/cm℃，大約是硅的導熱率0.84W/cm℃的兩倍。而且，AlN副管座可以做得比硅副管座更薄。因此，鑒于向外的導熱率，優(yōu)選采用AlN。
LD 304發(fā)出取決于DC偏置和RF信號的激光束。由306、307和308組成的CPW和匹配電阻器311一起、PD線309以及DC線310通過薄膜處理被形成在副管座303上。匹配電阻器311電連接到CPW 307的信號線。(由306、307和308組成的)CPW和匹配電阻器311無失真地傳送外部10Gbps RF信號。鑒于功耗，作為副管座303的輸入阻抗，50歐姆要優(yōu)于25歐姆。副管座303的輸入阻抗是匹配電阻器311的阻抗與LD 304的動態(tài)電阻之和。由306、307和308組成的CPW的特征阻抗也與25歐姆匹配。
第一電感器312是螺旋型。其連接到DC線310，起阻礙來自DC通路的RF信號的阻流器的作用。
第二電感器313位于LD 304和PD 305之間。其把LD 304與PD 305隔離開，由此防止意外的RF信號泄漏。第二電感器313同第一電感器312一樣，也是螺旋型。匹配電阻器311及第一和第二電感器312和313可以通過薄膜處理被形成在副管座303上。因此，激光模塊封裝可以制造得較緊湊。
阻尼電阻器314并聯(lián)到第一電感器312，防止由寄生電容引起的電感電容(LC)諧振。
引線315至319被插入且穿過芯柱301，以致引線315至319每一個的一端都從芯柱301的一個表面伸出，而引線315至319每一個的另一端都穿過芯柱301的另一個表面伸出。第一引線315連接到LD 304的陽極，第二引線316連接到LD 304的陰極RF端，第三引線317連接到PD 305的陰極，第四引線318連接到PD 305的陽極，以及第五引線319連接到LD 304的陰極DC端。第一引線315和第三引線317共連。引線315至319由填充在通孔內的玻璃密封劑固定到芯柱301上。玻璃密封劑以玻璃密封粉的狀態(tài)填充到通孔中，并在大約500℃下被熔化，引線315和319與這些通孔對準?；蛘?，可以制備預先成形的玻璃密封劑，使得玻璃密封劑能夠固定引線315至319，且玻璃密封劑能夠被塞入晶體管外形(TO)芯柱301中。然后，在大約500℃下熔化玻璃密封劑，從而完成通孔的氣密封。
焊料圖案(例如AuSn)形成在副管座303上，用于印模粘結LD 304和PD 305。副管座303的結構可以隨LD驅動器的類型而變。
PD 305檢測從LD 304的背面發(fā)出的光，確定LD 304工作是否正常，以及相應地執(zhí)行自動功率控制(APC)操作。PD 305是具有圖4所示配置的反射鏡面(RMF)型MPD。
圖4圖解說明了RMF MPD 305的結構。LD 304發(fā)出的光入射到RMPMPD 305，如圖4所示。參照圖4，因為RMF MPD 305有一個傾斜的光入射面402，因此可以提高到達光吸收層403的光的接收效率，以及可以獲得足夠的監(jiān)測光電流。
而且，光入射面402允許LD 304的p型電極404的p側朝上粘結，由此增加塊上激光二極管(LOB)的邊模抑制比(SMSR)。分布反饋(DFB)激光器的SMSR隨其粘結結構而變。一般，對于p型電極，p側朝上粘結的情況下的SMSR比p側朝下粘結的情況下的SMSR高，顯示出較低的粘著應力級。
該PD結構抑制了由焊盤(pad)的寄生電容造成的電光響應的衰減，由此改善了RF特性。該PD結構還允許不利用如SiOB處理中的V形槽，就將LD和MPD粘結到平面上，簡化了副管座的制造和組裝，并消除了印模粘結期間的倒裝片粘結的需要。
圖5是圖3所示的TO-can型光模塊的等效電路圖。在此，顯示出第一引線315電連接到LD 304的陽極，第二引線316連接到LD 304的陰極RF端，第三引線317連接到PD 305的陰極，第四引線318連接到PD 305的陽極，以及第五引線319連接到LD 304的陰極DC端。第一引線315和第三引線317共連。
圖6顯示了根據本發(fā)明另一方面的TO-can型光模塊。尤其是，圖6是用于電吸收調制激光(EML)驅動器的或陽極驅動型的副管座的等效電路圖。
圖7顯示了根據本發(fā)明又一方面的TO-can型光模塊。尤其是，圖7是用于差動型激光驅動器的副管座的等效電路圖。
如上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點具有傾斜的光入射面的PD的使用提高了光接收效率，由此導致了足夠的監(jiān)測光電流。它還允許LD中的p型電極的p側朝上粘結，由此增大了SMSR。該PD結構抑制了由焊盤(pad)的寄生電容造成的電光響應的衰減，由此改善了RF特性。因為可以不利用V形槽就將LD和PD粘結到一個平面上，因此簡化了組裝。還有，不需要用于印模粘結的倒裝粘結。由此，減小了過程復雜性，且降低了成本。
通過將偏置T形接頭(bias tee)組合到TO can中來減少熱的產生，由此提高光電效率，且抑制LD芯片的溫度升高。通過在副管座上進行薄膜處理形成的電感器和匹配電阻器的集成使光模塊變得緊湊。
雖然以參照本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例顯示和說明了本發(fā)明，但是本領域技術人員應該理解，在不背離由權利要求定義的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種形式和細節(jié)上的修改。
權利要求
1.一種晶體管外形罐型光模塊，包括芯柱；被布置在芯柱中的副管座；被安裝在副管座中的激光二極管；具有傾斜的光入射面的光電二極管，所述光電二極管被布置成用于檢測從激光二極管的背面發(fā)出的光，以便將激光二極管發(fā)出的光轉換成電流；以及多個延伸穿過芯柱伸的引線，所述引線電連接到副管座。
2.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，其中副管座被布置成基本上垂直于芯柱的上表面。
3.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，還包括被布置在帶有激光二極管的副管座中的偏置T形接頭，所述偏置T形接頭將射頻信號疊加到激光二極管的直流電流上。
4.根據權利要求3所述的晶體管外形罐型光模塊，還包括被布置在副管座中、用于無失真地發(fā)送射頻信號的共面波導和匹配電阻器。
5.根據權利要求3所述的晶體管外形罐型光模塊，還包括射頻阻流器，所述射頻阻流器包括電連接的第一電感器，以阻礙來自直流電流通路的射頻信號。
6.根據權利要求5所述的晶體管外形罐型光模塊，還包括在電學上與第一電感器并聯(lián)的阻尼電阻器。
7.根據權利要求5所述的晶體管外形罐型光模塊，還包括第二電感器，所述第二電感器電連接在激光二極管與光電二極管之間，用于提供光電二極管與激光二極管的射頻信號隔離。
8.根據權利要求7所述的晶體管外形罐型光模塊，其中第一電感器和第二電感器之一由螺旋薄膜電感器組成。
9.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，其中激光二極管包括p型電極，通過使p型電極的p側朝向副管座來焊接p型電極。
10.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，其中副管座由陶瓷材料形成。
11.根據權利要求10所述的晶體管外形罐型光模塊，其中陶瓷材料包括AlN。
12.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，其中激光二極管和光電二極管通過焊料圖案被印模粘結到副管座上。
13.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，其中多個引線包括第一引線，連接到激光二極管的陽極；第二引線，連接到激光二極管的陰極射頻端；第三引線，連接到光電二極管的陰極；第四引線，連接到光電二極管的陽極；以及第五引線，連接到激光二極管陰極直流端。
14.根據權利要求13所述的晶體管外形罐型光模塊，其中第一引線和第三引線共連。
15.根據權利要求1所述的晶體管外形罐型光模塊，其中多個引線被布置成直線。
16.一種晶體管外形罐型光模塊，包括芯柱；被布置在芯柱中的副管座；被安裝在副管座中的激光二極管，所述激光二極管具有正面和背面；具有傾斜的光入射面的光電二極管，所述光電二極管被布置成用于檢測從激光二極管的背面發(fā)出的光，以便將激光二極管發(fā)出的光轉換成電流；被布置在副管座中的偏置T形接頭，用于將射頻信號疊加到激光二極管的直流電流上；以及多個延伸穿過芯柱的引線，所述引線電連接到副管座。
17.根據權利要求16所述的晶體管外形罐型光模塊，還包括被布置在副管座中的共面波導和匹配電阻器，用于無失真地發(fā)送射頻信號；以及射頻阻流器，所述射頻阻流器包括被布置在直流電流通路中的電感器，以阻礙來自直流電流的射頻信號。
18.一種提供晶體管外形罐型光模塊的方法，包括以下步驟(a)提供芯柱；(b)將副管座布置在芯柱中，并使副管座基本上垂直于芯柱的上表面；(c)將激光二極管布置在副管座中；(d)布置具有傾斜的光入射面的光電二極管，所述光電二極管被布置成用于檢測從激光二極管的背面發(fā)出的光，以便將激光二極管發(fā)出的光轉換成電流；以及(e)布置穿過芯柱延伸的多個引線，所述引線電連接到副管座。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括步驟(f)將共面波導和匹配電阻器布置在副管座中，用于無失真地發(fā)送射頻信號。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括步驟(g)將偏置T形接頭布置在帶有激光二極管的副管座中，所述偏置T形接頭將射頻信號疊加到激光二極管的直流電流上。
21.根據權利要求20所述的方法，還包括步驟(h)布置射頻阻流器，所述射頻阻流器包括電連接的第一電感器，以阻礙來自直流電流通路的射頻信號。
22.根據權利要求21所述的方法，還包括步驟(i)將阻尼電阻器布置成在電學上與第一電感器并聯(lián)。
23.根據權利要求22所述的方法，還包括步驟(j)將第二電感器布置成電連接在激光二極管和光電二極管之間，用于提供光電二極管與激光二極管的射頻信號隔離。
全文摘要
一種晶體管外形罐(TO－can)型光模塊，其包括芯柱、被布置在芯柱中的副管座，以及被安裝在副管座中的激光二極管(LD)。具有傾斜的光入射面的光電二極管(PD)將LD發(fā)出的光轉換成電流。多個引線延伸穿過芯柱，同時電連接到副管座。PD的傾斜的光入射面使得可以獲得足夠的監(jiān)測光電流，并且允許p型電極的p側朝上粘結。由此，塊上激光二極管的最小邊模抑制比增大了。偏置T形接頭被內置于晶體管外形罐中，以減少由直流電流造成的熱，以及提高光電效率，同時抑制LD芯片的溫度上升。
文檔編號H01S5/042GK1617402SQ20041004458
公開日2005年5月18日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權日2003年11月14日
發(fā)明者桂溶燦, 樸文圭, 辛斗植, 金維植 申請人:三星電子株式會社