光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装制造技术

一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装，其特点在于包括由上至下依次设置的级联调制器芯片层、硅基板、介质布线层、射频集成电路、围框和盖板。本发明专利技术将级联级联调制器芯片、射频集成电路集成在同一模块内，集成度较高，性能稳定。同时，本发明专利技术在硅基板的正面集成级联调制器芯片，背面集成射频集成电路，通过馈电网络传输微波信号，大大减小了微波信号的传输损耗。

Cascaded modulator of optical analog to digital converter and heterogeneous packaging of radio frequency integrated circuit

The utility model relates to a heterogeneous package of a cascaded modulator and a radio frequency integrated circuit of an optical analog-to-digital conversion chip, which is characterized in that the cascaded modulator chip layer, a silicon substrate, a medium wiring layer, a radio frequency integrated circuit, a enclosure and a cover plate are successively arranged from top to bottom. The invention integrates the cascaded cascaded modulator chip and the radio frequency integrated circuit in the same module, and has high integration degree and stable performance. At the same time, the invention integrates a cascade modulator chip on the front side of the silicon substrate and a radio frequency integrated circuit on the back side to transmit the microwave signal through the feed network, greatly reducing the transmission loss of the microwave signal.

【技术实现步骤摘要】
光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装
本专利技术涉及微波光子集成，特别是一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装。
技术介绍
随着光信号处理与转换、高分辨测量设备以及光信号质量检测等领域的不断发展，对模数转换技术的要求越来越高。由于传统电子技术遭遇“电子瓶颈”，进一步提升电子模数转换性能面临很大的挑战。光子模数转换技术(以下简称PADC)利用光子的高速、宽带的特点可以有效提升模数转换系统的性能，从而为新一代模数转换装置的发展提供了有效途径。随着PADC技术的不断发展，多种技术方案被提出，包括光学辅助的模数转换器、光采样电量化的模数转换器、电采样光量化的模数转换、光采样光量化的模数转换器及全光子模数转换器等。其中，光采样电量化的模数转换器同时兼顾光子学的大带宽、高精度以及成熟的电量化技术等优点，成为目前光电子领域的一大研究热门。目前主要有两种光采样电量化的模数转换器方案：基于波分复用技术的光采样电量化的模数转换器方案(参见T.R.Clark,J.U.KangandR.D.Esman,“Performanceofatimeandwavelengthinterleavedphotonicsamplerforanalog-digitalconversion,”IEEEPhoton.Tech.Lett.,vol.11,1168～1169,1999)、基于时分复用技术(A.YarivandR.G.M.P.Koumansetal.,“Timeinterleavedopticalsamplingforultra-highspeedA/Dconversion,”ElectronicsLetters,34(21):2012-2013,1998)。基于波分复用技术的解复用结构简单，但随着对超高采样速率的需求不断增加，需要更多的系统通道数，并且波分复用装置引起的光谱不均一加重了系统的失配，从而增加了系统复杂度。随着高重复频率光脉冲产生技术和高速光开关技术的不断发展，通过对采样后的高速光脉冲序列进行多通道解复用，实现并行化的数据处理，能够降低后端电光转换和电ADC的带宽和速率的压力(参见G.Yang,W.Zou,L.Yu,andJ.Chen,“Influenceofthesamplingclockpulseshapemismatchonchannel-interleavedphotonicanalog-to-digitalconversion,”Opt.Lett.43(15):3530-3533,2018)。基于高速光开关的PADC系统需要光模数转换装置采用高速率的脉冲激光器作为系统光源，通过高速光开关级联的方式对采样后的光脉冲序列进行多通道解复用，并通过并行的光电转换、并行电量化以及并行数据处理，最终实现高速率的光子模数转换。其中，用于采样与并行解复用的器件采用调制器拓扑结构；射频信号装置为调制器提供关键的驱动信号，其产生的信号质量是决定PADC系统性能的重要因素。另一方面，随着光电子集成技术的发展，调制器阵列与射频信号装置的小型化、轻型化和低功耗是其创新发展的必然趋势。现有技术将调制器拓扑结构芯片与微波芯片分别单独封装，通过电缆连接，面临着体积略大、微波传输损耗大、连接不稳定等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的技术不足，提出一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装。该系统通过TSV技术在高电阻率硅基板的单层双面同时集成调制器阵列和射频集成电路。这将大大减小调制器拓扑结构与射频信号装置的体积、降低微波传输损耗、减小时延，大大提高系统的稳定性。本专利技术的技术方案如下：一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装，其特点在于包括由上至下依次设置的级联调制器芯片层、硅基板、介质布线层、射频集成电路、围框和盖板，所述的级联调制器芯片层采用多个级联的调制波导，进光端口通过调制波导进行光栅或者端面耦合；所述的硅基板内部设置有垂直的TSV馈电网络，该TSV馈电网络的一端与所述的射频集成电路的微波信号的输出单元连接，另一端与所述的级联调制器芯片连接；所述的介质布线层设置在所述的硅基板的下表面贴合方，所述的介质布线层采用BCB，包括三层：下表面为微波芯片表贴层，中间层为数字信号和直流信号走线层，上层为接地层；所述的射频集成电路包括分频单元、功率放大单元、功率调节单元、滤波单元和功分单元，所述的分频单元将输入的射频信号进行分频形成3路输出；每路输出分别经所述的功率放大单元将分频后的信号进行放大，所述的功率调节单元对放大后的信号进行调控，所述的滤波单元滤除不需要的信号，所述的功分单元再将3路射频信号功分为8路输出；所述的射频集成电路倒装在所述的介质布线层的下表面上，正装于所述的围框构成的腔体中；所述的围框设置有垂直的TSV馈电网络和用于放置所述的介质布线层下表面微波芯片的腔体，所述的介质布线层下表面的输入口通过围框中的垂直TSV馈电网络与所述的盖板的RDL的布线层互连，实现微波信号的三维垂直传输；所述的射频信号与直流信号的输入端口在底层盖板的RDL布线层上，与外部接口互连，所述的盖板底面的对外接口包括微波接口、数字接口和电源接口。本专利技术具有以下优点：本专利技术将级联级联调制器芯片和射频集成电路集成在同一模块内，集成度较高，性能稳定。同时，本专利技术在所述的硅基板的正面集成级联调制器芯片，背面集成射频集成电路，通过馈电网络传输微波信号，大大减小了微波信号的传输损耗。附图说明图1为本专利技术基于光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装实施例的剖面图。图2为本专利技术实施例中的级联调制器芯片层的示意图图3为本专利技术实施例中的硅基板的结构示意图图4为本专利技术实施例中的介质布线层的层分布示意图图5为本专利技术实施例中的射频集成电路的布局图图6为本专利技术实施例中的围框和盖板具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例参阅图1，图1为本专利技术基于光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装实施例的剖面图。由图可见，本专利技术光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装，包括由上至下依次设置的级联调制器芯片层1、硅基板3、介质布线层4、射频集成电路2、围框5和盖板6。参阅图2，所述的级联调制器芯片层采用多个级联调制波导，进光端口通过调制波导进行光栅或者端面耦合；参阅图3，所述的硅基板3内部设置有TSV馈电网络，该TSV一端与射频集成电路2的微波信号输出单元连接，另一端与级联调制器芯片1连接；参阅图4，所述的介质布线层4设置在硅基板3的下方，介质布线层4采用BCB，包括三层走线，下表面为微波芯片表贴层，中间层为数字信号和直流信号走线层，上层为接地层；参阅图5，所述的射频集成电路2包括分频单元2-1、功率放大单元2-2、功率调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装，其特点在于包括由上至下依次设置的级联调制器芯片层(1)、硅基板(3)、介质布线层(4)、射频集成电路(2)、围框(5)和盖板(6),/n所述的级联调制器芯片层(1)采用多个级联的调制波导，进光端口通过调制波导进行光栅或者端面耦合；/n所述的硅基板(3)内部设置有垂直的TSV馈电网络，该TSV馈电网络的一端与所述的射频集成电路(2)的微波信号的输出单元连接，另一端与所述的级联调制器芯片(1)连接；/n所述的介质布线层(4)设置在所述的硅基板(3)的下表面贴合方，所述的介质布线层(4)采用BCB，包括三层：下表面为微波芯片表贴层，中间层为数字信号和直流信号走线层，上层为接地层；/n所述的射频集成电路(2)包括分频单元(2-1)、功率放大单元(2-2)、功率调节单元(2-3)，滤波单元(2-4)和功分单元(2-5)，所述的分频单元(2-1)将输入的射频信号进行分频形成3路输出；每路输出分别经所述的功率放大单元(2-2)将分频后的信号进行放大，所述的功率调节单元(2-3)对放大后的信号进行调控，所述的滤波单元(2-4)滤除不需要的信号，所述的功分单元(2-5)再将3路射频信号功分为8路输出；所述的射频集成电路(2)倒装在所述的介质布线层(4)的下表面上，正装于所述的围框(5)构成的腔中；/n所述的围框(5)设置有垂直的TSV馈电网络和用于放置所述的介质布线层(4)下表面微波芯片的腔体，所述的介质布线层(4)下表面的输入口通过围框(5)中的垂直TSV馈电网络与所述的盖板(6)的RDL的布线层互连，实现微波信号的三维垂直传输；/n所述的射频信号(RFin)与直流信号(DCin)的输入端口在底层盖板(6)的RDL布线层上，与外部接口互连，所述的盖板(6)底面的对外接口包括微波接口、数字接口和电源接口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装，其特点在于包括由上至下依次设置的级联调制器芯片层(1)、硅基板(3)、介质布线层(4)、射频集成电路(2)、围框(5)和盖板(6),
所述的级联调制器芯片层(1)采用多个级联的调制波导，进光端口通过调制波导进行光栅或者端面耦合；
所述的硅基板(3)内部设置有垂直的TSV馈电网络，该TSV馈电网络的一端与所述的射频集成电路(2)的微波信号的输出单元连接，另一端与所述的级联调制器芯片(1)连接；
所述的介质布线层(4)设置在所述的硅基板(3)的下表面贴合方，所述的介质布线层(4)采用BCB，包括三层：下表面为微波芯片表贴层，中间层为数字信号和直流信号走线层，上层为接地层；
所述的射频集成电路(2)包括分频单元(2-1)、功率放大单元(2-2)、功率调节单元(2-3)，滤波单元(2-4)和功分单元(2-5)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹卫文，李俊燕，李杏，于磊，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31