本发明专利技术为一种高速光电组件及其芯片倒装结构，其中，所述的芯片倒装结构包括：一绝缘基板；一光电转换芯片，其倒装面通过至少一焊盘与所述的绝缘基板相连接；至少一关联的电子芯片，其倒装面通过至少一焊盘与所述的绝缘基板相连接，并与所述光电转换芯片之间设有高速传输电路；所述关联的电子芯片与封装器件高速电信号端口之间设有高速传输电路，所述光电转换芯片及关联的电子芯片与封装器件其它部分之间设有芯片的外围电路，其中，所述的焊盘、高速传输电路和芯片的外围电路形成所述绝缘基板上的金属薄膜电路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种光通信用光电子器件结构的改进，特别涉及的是一种 应用于高速光通信领域中的新型芯片倒装结构以及对应的高速光电组件。
技术介绍
在现代生活中，随着通信业务量的持续增长，作为干路信息传输与处理的 主要载体光纤通信系统，其解决扩容增速的办法，除了可增设新的光缆线路外， 一个经济的办法是使原有光纤线路的信息传输和处理速度得到提高。在通信信 道数目不变的情况下，这种速度的提高要求光纤通信系统内涉及的相关设备使 用可于更高速率下工作的光电子器件，包括光发射的器件和光接收的器件。决 定这些光电子器件能否工作于高速的因素，其中一个因素在于其是否使用了具 有相应高速性能的光电转换芯片和关联的电子的芯片。光电转换芯片用于实现 高速电信号到高速光信号、以及由高速光信号到高速电信号之间的信号能量转 换，关联的电子芯片则用于提供高速电信号源或者对转换得到的高速电信号进 行处理。除此之外另 一重要因素，为包括这些芯片元件在内的器件各组成部分的组 装，称为器件的封装。随着速率向着更高程度的发展，封装的因素在器件高速 性能中所起的作用已经越来越突出。首先需要解决的就是高速光电转换芯片与 高速电子芯片之间、以及它们到电路的其它各组成部分之间高速电信号的有效 传递问题，即高速光电子器件的电学封装，这是非常重要的。其次一个伴随的 问题，就是如何实现针对高速光电转换芯片的有效和稳定的光信号连接，即高 速光电子器件的光学封装，或称光耦合封装。这两个方面构成了高速光电子器 件封装的核心内容。其中，光学封装方面的变化更多地体现在光接收器件方面， 因为随着速率的增加，光接收芯片用于光耦合的工作区面积会逐渐减小，使光纤耦合的难度和要求发生变化。比如对速率为10G(1G=109)比特每秒的数字 光信号，常用面型光接收芯片的光耦合工作区直径为30微米左右，即0.03毫米，而速率达到下一代升级系统所要求的40G时，光耦合工作区的直径就下降至12微米左右，已经与所用单模光纤内传输的9 10微米的光束直径相当，因此器件对光纤耦合的对准和稳定程度要求大大增加。请参阅图l所示，其为现有技术中高速光电子器件蝶形封装的立体示意图； 其基于的是一种称为蝶型管壳100的封装管体结构，称为蝶形封装。其中关键 部件包括光电转换芯片110、电子芯片120、高速传输电路130、耦合光纤140 以及芯片安装基板150、高速传输电路基板160、管壳光纤固定通孔170。请参 阅图2所示，其为图1中关键部件在现有技术中光电组件封装的侧视示意图。 这里所指的光电转换芯片110,是指安装后其发射或接收光信号的方向为垂直于 芯片安装基板150表面的情形，包括通常的面型光电转换芯片的安装，和波导 型光电转换芯片在经芯片结构或安装结构的处理后，转变成垂直于芯片安装基 板150表面发射或接收光信号的安装。高速传输电路130是可在高速传输电路 基板160上实现的以有效传输高速信号的专门电路，称为微波传输线。由于高 速传输电路130连同基板160的安装会占用相当的空间体积，因此高速光电子 器件需要用到图1所示的这种蝶形管壳100封装的结构，以提供安装空间，并 且可在管壳上提供专门的用于高速电信号的连接端口 ，为业界普遍使用的一种 管壳封装形式。在现有技术下，光电转换芯片110、电子芯片120和高速传输电路130之间 电信号的连接采用的是引线键合连接的方式，包括高速传输电路130到管壳高 速电信号端口间的连接。所用的键合连接引线180 —般为极细的金丝，标准直 径如25.4微米、31.8微米，键合连接由专门的引线键合机完成。这种连接方式 简单灵活， 一般应用于连接点较少的电路，并且对于高速应用可实现达到10G 比特每秒的连接工艺要求，因此是目前光电子器件行业中普遍使用的一种电连 接的方式。除此之外，电路元件通过导电胶粘接和金属合金焊料焊接的方式将 元件自身固定安装于基板上，并且实现底部电极与基板电路的直接连接。通过引线键合机完成的引线键合工艺，有一个技术特点，就是要求所需键 合连接的两个电极表面之间同为朝上的水平表面。换言之，引线键合连接不能 够在相互成垂直或夹角的表面间进行，也不能够在同一个物件的上下或正反两 个表面间进行。这种工艺技术的特点决定了使用引线键合连接的器件封装结构 内部各连接元件之间的基本摆放形式。因此在上述图l和图2采用的蝶形管壳IOO的封装平台中，由于光电芯片110以及电子芯片120需平放于芯片安装基板150上，以实现引线键合， 因此通过管壳光纤固定通孔170的光纤140,与光电转换芯片110之间就不能采 取直接的轴向耦合的形式，而需采用图中所示的使用斜端面光纤侧向耦合的形 式。在特定的斜端面角度的设计下，光纤140斜端面上将可以发生纤芯内光束 的全反射，因此不会有能量的透射损失。对光通信所用的石英材料光纤而言， 在石英纤芯与外界空气媒质所形成的界面条件下，光纤斜端面发生这种全内反 射的临界角正好位于45度角附近，使光束发生一个接近垂直的偏转。除此之外， 由于现有技术下耦合光纤140的定位和固定需依赖封装管体100，即需通过封装 管体100上的光纤固定通孔170进行，因此为实施观察和对准，耦合光纤140 需置于光电转换芯片110的上方，与此相对应的，光电转换芯片110的光耦合 面需同时为朝上放置。对于芯片的正面，即芯片基底材料形成芯片结构的一侧，与芯片的背面即 底面都可以制作有电极。用于信号连接的电极通常位于芯片的正面，连同接地 和偏置电极一起通常呈多电极的图形化分布结构。背面如制作有电极，则通常 情况下为接地或简单直流偏置的整面电极结构，通过导电胶或合金焊料工艺与 芯片基座或安装基板上的电路连接。光电转换芯片110根据光耦合面与芯片正 面之间的位置关系，有两种类型， 一种是光耦合面与芯片正面处于同一面的情 形，称为正面进出光类型；另一种是光耦合面位于底面的情形，称为背面进出 光类型。在现有技术下，对于正面进出光类型，光电转换芯片110的安装为直 接的正向安装，芯片正面的信号电极与电子芯片120正面的信号电极间以引线 键合直接连接，如图1、图2中所示。这是光电子器件目前最主要的一种实施情 形。在现有技术下，对于背面进出光类型，由于位于芯片底面的光耦合面需朝 上放置以与光纤140耦合，因此其正面的信号电极需朝下，因此要实现这种情 形的光电转换芯片110与电子芯片120间的引线键合连接，就需要引入一过渡 基座元件101。请参阅图3所示，其为针对背面进出光类型光电转换芯片的现有 技术的光电组件封装的侧视示意图；其用到的过渡基座101 —般为绝缘体，表 面制作有转接电极102,背面进出光光电转换芯片IIO正面电极朝下进行安装， 通过导电胶或合金焊料使正面电极与过渡基座101上的转接电极102连接在一 起，然后再通过转接电极102实现与电子芯片120的引线键合连接。这相当于 用一个过渡基座101将背面进出光的光电转换芯片转化成图2所示的正面进出 光的类型。然而在电学封装方面，随着信号频率的增加，引线连接对高频信号的阻挡 和寄生效应将越来越突出。阻挡体现在使信号的强度发生衰减，包括引线电抗 随着频率上升的增加，以及引线的天线效应使高频的信号成份以电磁波的能量 辐本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高速光电组件的芯片倒装结构，其特征在于，其包括： 一绝缘基板； 一光电转换芯片，其倒装面通过至少一焊盘与所述的绝缘基板相连接； 至少一关联的电子芯片，其倒装面通过至少一焊盘与所述的绝缘基板相连接，并与所述光电转换芯片之 间设有高速传输电路； 所述关联的电子芯片与封装器件高速电信号端口之间设有高速传输电路，所述光电转换芯片及关联的电子芯片与封装器件其它部分之间设有芯片的外围电路，其中，所述的焊盘、高速传输电路和芯片的外围电路形成所述绝缘基板上的金属薄膜 电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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