一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构技术方案

本发明专利技术公开了封装领域的一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，包括由金属管壳与金属盖板连接构成的封闭腔体；金属管壳的内底面上固定有薄膜基板，薄膜基板与金属管壳接地互连，薄膜基板上固定有功能芯片，功能芯片与薄膜基板信号互连，还与光纤耦合固定；薄膜基板上表面依次镀有薄膜陶瓷电阻层与第一薄膜金属层；金属管壳的侧面固定有同轴连接器，同轴连接器与第一薄膜金属层连接固定；第一薄膜金属层表面采用图形化设计构成共面波导；共面波导的地线与信号线之间的区域投影在薄膜陶瓷电阻层上形成有效的电阻匹配区域。本发明专利技术可有效减小高速信号在薄膜基板表面共面波导传输时的损耗，保证高速信号的传输速率和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构
本专利技术涉及光通信高速传输领域，具体是一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构,具体地说，涉及调制器和探测器的结构、工艺及多通道装配。
技术介绍
光电微系统光互连高速传输链路可广泛应用于大数据、云计算、物联网、量子通信、人工智能等
，也将成为未来军用领域信息化作战模式中“云、网、端”新一代网络信息体系的重要组成部分。在数据传输中采用光互连方式可扩大数据容量、降低能耗，促进大规模并行处理的提升，但迄今为止的光输入/输出都是以电路板上可插拔模块的形式与带有电链路的多芯片模块封装连接，当数据在传输时，电链路的功耗和密度将限制了相关整体的性能。为充分发挥光信号的潜在优势，将光子解决方案集成到微电子芯片封装中，用于芯片间高速数据光传输是硅光技术发展的重要趋势。构成光互连高速传输系统的基本器件包括：光源、电光调制器、光波导、光开关、滤波器、复用/解复用器和光电探测器等。其中调制器和探测器是整个光互连高速传输系统的重要组成部分。调制器和探测器的封装结构和工艺对高速信号在整个链路的传输至关重要，电链路和光链路的损耗和干扰会直接降低高速信号的传输速率和准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，包括由金属管壳与金属盖板连接构成的封闭腔体；所述金属管壳的内底面上固定有多层结构的薄膜基板，所述薄膜基板通过金属通孔与金属管壳接地互连，所述薄膜基板上表面的一侧固定有功能芯片，所述功能芯片与薄膜基板信号互连，还与光纤耦合固定；薄膜基板上表面的另一侧依次镀有薄膜陶瓷电阻层与第一薄膜金属层；所述金属管壳的侧面固定有同轴连接器，所述同轴连接器与第一薄膜金属层连接固定；所述第一薄膜金属层表面采用图形化设计构成共面波导；共面波导的地线与信号线之间的区域投影在薄膜陶瓷电阻层上形成有效的电阻匹配区域；每条地线上都分布有若干接地通孔，所述接地通孔的数量最大化设置并最大程度地靠近信号线。作为本专利技术的改进方案，为了使共面波导与高速传输信号匹配，共面波导中的两条信号线关于中间的地线对称布置，信号线包括远离功能芯片的第一部分、靠近功能芯片的第二部分以及连接第一部分与第二部分的第三部分，两条信号线的第一部分之间的间距大于第二部分之间的间距，第三部分倾斜设置。作为本专利技术的改进方案，为了降低高速传输的损耗，共面波导的线路的拐角处采用弧形圆角设计。作为本专利技术的改进方案，所述金属管壳的顶部以及一侧部共同形成L型的开口，所述金属盖板为与L型开口对应配合的L型结构，所述金属盖板与金属管壳粘接固定。作为本专利技术的改进方案，所述薄膜基板上表面的边部设有若干接地孔。作为本专利技术的改进方案，所述薄膜基板下表面镀有第二薄膜金属层。作为本专利技术的改进方案，所述金属管壳的至少一个侧面上设有与封闭腔体连通的光纤尾管，光纤通过光纤尾管进入密闭腔体与功能芯片光栅耦接，所述光纤尾管中还灌入有紫外胶，紫外胶通过紫外线照射固化，在光纤与功能芯片耦接效率最大时刻形成光路互连。作为本专利技术的改进方案，所述金属管壳的一侧面预留有至少一个孔洞，所述同轴连接器通过穿墙焊接的方式镶嵌在所述孔洞内。有益效果：本专利技术通过对薄膜基板上的薄膜陶瓷电阻层、第一薄膜金属层进行特殊化的图形设计和接地通孔的设计分布，可有效减小高速信号在薄膜基板表面共面波导传输时的损耗，保证高速信号的传输速率和准确性。附图说明图1为本专利技术调制器的整体结构示意图；图2为本专利技术调制器的分解示意图；图3为本专利技术调制器(不包括金属盖板)的结构示意图；图4为本专利技术调制器中金属管壳一的结构示意图；图5为本专利技术调制器中薄膜基板一的结构示意图；图6为本专利技术调制器中调制器芯片的结构示意图；图7为本专利技术四通道调制器装配固定板的结构示意图；图8为本专利技术四通道调制器装配的结构示意图；图9为本专利技术探测器的整体结构示意图；图10为本专利技术探测器的分解示意图；图11为本专利技术探测器(不包括金属盖板)的结构示意图；图12为本专利技术探测器中薄膜基板二的结构示意图；图13为本专利技术探测器中探测器芯片的结构示意图；图14为本专利技术探测器中金属管壳二的结构示意图；图15为本专利技术四通道探测器装配固定板的结构示意图；图16为本专利技术四通道探测器装配的结构示意图；图17为本专利技术调制器高频传输S参数仿真结果；图18为本专利技术探测器高频传输S参数仿真结果。图中：1-薄膜基板一；2-调制器芯片；3-金属管壳一；4-同轴连接器；5-光纤；6-金属盖板；7-薄膜基板二；8-探测器芯片；9-金属管壳二；10-接地孔；11-调制器装配固定板；12-调制器；13-接地通孔；14-光纤尾管；15-探测器装配固定板；16-探测器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1，以调制器的封装结构为例，如图1-2所示，调制器12包括薄膜基板一1,、调制器芯片2、金属管壳一3、同轴连接器4、光纤5与金属盖板6。如图3所示，薄膜基板一1通过焊接的方式固定在金属管壳一3的内底面上，薄膜基板一1为氧化铝材质，采用多层结构，内部之间采用金属通孔互连，薄膜基板一1的下表面镀有第二薄膜金属层，第二薄膜金属层与金属管壳一3接地互连。如图5所示，薄膜基板一1的上表面的一侧依次镀有薄膜陶瓷电阻层与第一薄膜金属层。如图6所示，调制器芯片2通过粘接或者焊接方式固定在薄膜基板一1上表面的另一侧，并且通过金丝键合的方式与薄膜基板一1上面的焊盘进行互连。第一薄膜金属层表面采用图形化设计构成高速电信号传输的共面波导，共面波导线路形式为G-S-G-S-G，G表示地线，S表示信号线。地线与信号线采用的线宽线间距经过特殊设计，其特性阻抗为适用于高速传输的50欧姆。具体来说，两条信号线关于中间的地线对称布置，信号线包括远离调制器芯片2的第一部分、靠近功能芯片的第二部分以及连接第一部分与第二部分的第三部分。由于信号线的第一部分需要与高频信号传输线连接，第二部分需要与调制器芯片2的焊盘连接，而高频信号传输线的接头较大，调制器芯片2上的焊盘较小，因此两条信号线的第一部分之间的间距大于第二部分之间的间距，第三部分倾斜设置，地线的线路走向与信号线的相同，以适应与高频信号传输线、调制器芯片2的匹配需求，实现高速信号传输。优选地，信号线中，第一部分、第二部分、第三部分连接的拐角处采用弧形圆角设计，地线的拐角处同样采用弧形圆角设计，呈现平滑的状态，降低了高速传输的损耗。...

【技术保护点】
1.一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，包括由金属管壳与金属盖板连接构成的封闭腔体；其特征在于，/n所述金属管壳的内底面上固定有多层结构的薄膜基板，所述薄膜基板通过金属通孔与金属管壳接地互连，薄膜基板上表面的一侧固定有功能芯片，所述功能芯片与薄膜基板信号互连，还与光纤耦合固定；薄膜基板上表面的另一侧依次镀有薄膜陶瓷电阻层与第一薄膜金属层；所述金属管壳的侧面固定有同轴连接器，所述同轴连接器与第一薄膜金属层连接固定；/n所述第一薄膜金属层表面采用图形化设计构成共面波导；共面波导的地线与信号线之间的区域投影在薄膜陶瓷电阻层上形成有效的电阻匹配区域；每条地线上都分布有若干接地通孔，所述接地通孔的数量最大化设置并最大程度地靠近信号线。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，包括由金属管壳与金属盖板连接构成的封闭腔体；其特征在于，
所述金属管壳的内底面上固定有多层结构的薄膜基板，所述薄膜基板通过金属通孔与金属管壳接地互连，薄膜基板上表面的一侧固定有功能芯片，所述功能芯片与薄膜基板信号互连，还与光纤耦合固定；薄膜基板上表面的另一侧依次镀有薄膜陶瓷电阻层与第一薄膜金属层；所述金属管壳的侧面固定有同轴连接器，所述同轴连接器与第一薄膜金属层连接固定；
所述第一薄膜金属层表面采用图形化设计构成共面波导；共面波导的地线与信号线之间的区域投影在薄膜陶瓷电阻层上形成有效的电阻匹配区域；每条地线上都分布有若干接地通孔，所述接地通孔的数量最大化设置并最大程度地靠近信号线。


2.根据权利要求1所述的一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，其特征在于，共面波导中的两条信号线关于中间的地线对称布置，信号线包括远离功能芯片的第一部分、靠近功能芯片的第二部分以及连接第一部分与第二部分的第三部分，两条信号线的第一部分之间的间距大于第二部分之间的间距，第三部分倾斜设置。


3.根据权利要求2所述的一种基于混合集成工艺的光电微系统封装结构，其特征在于，共面波导的线路的拐角处采用弧形圆角设计。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，汪冰，庄永河，乔鹏飞，杨鹏毅，李奇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十三研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34