專利名稱：10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構。
背景技術：
在傳輸速率達10Gb/s的光通信系統中，高靈敏度的光接收組件是其關鍵的部件之一。高速光通信網一般要求光接收組件的靈敏度優于-26. 5dBm，光響應在輸出強度為-3dB處的帶寬大于7.5GHz。在這種高靈敏的光接收組件中，幾乎無例外地釆用雪崩光電二極管(APD)芯片l和低噪聲跨阻抗放大器(TIA)芯片2,其中APD芯片1也叫雪崩光電探測器，如圖l所示。
通常背面進光的10Gb/sAPD-TIA組件是在單一平面陶瓷電路基板上進行加工組裝的。首先將單一平面陶瓷電路基板加工成連體臺階狀的基板，然后將10Gb/s APD芯片1和10Gb/s TIA芯片2粘連在臺階狀陶瓷電路基板的低階部分上，光接收組件中的其余元器件則集成在臺階狀陶瓷電路基板的高階部分。APD、 TIA芯片厚度為120-150微米。APD芯片、TIA芯片和陶瓷基板高階部分之間的連接采用電路金絲焊接。由于APD芯片、TIA芯片以及陶瓷基板高階部分的高度不一致，因而這三者的上表面不在一個水平面上，從而導致焊接后的電路金絲連線的長度要比在同一水平面上金絲連線長150微米以上。
光接收組件的光響應速率(或帶寬)，不僅與APD內部的載流子渡越時間和PN結電容有關，還與外部金絲連線參數和寄生參數有關。對于10Gb/sAPD-TIA組件來說，其數字信號傳輸速率達10Gb/s，脈寬0. lns(100ps)，脈碼信號上/下邊沿時間通常僅0. 02ns (即20ps)左右。如果信號傳輸線上的傳輸時間大于O.Ol ns，則傳輸信號還未達終點，其始端的信號瞬時狀態已經改變了，從而使終端接收的邏輯狀態發生變化，這將導致信號失真，并產生誤碼。由此可見，上述電路金絲聯線的長度以及附加的寄生參數，對于10Gb/s信號傳輸來說，將足以影響其傳輸幅-頻特性，從而影響整個組件的帶寬和靈敏度。
此外，金絲連線很容易引起信號延遲。若連接在APD和TIA之間的金絲采用球焊，其總長度在0. 5-1. 0毫米，如信號以光速3Xl08m/s傳輸，則傳輸時間為1. 7-3. 3ps，加上APD結電容、TIA前端等效電容和其它雜散電容所引起的傳輸延遲時間，則遠遠大于20 ps 了。還應注意的是，在APD和TIA之間采用球焊,金絲連線將產生彎折，這將引起信號的電磁輻射和相互間耦合，勢必引起電磁干擾和信號衰減。
由上可得，對10Gb/sAPD-TIA組件來說，金絲連線應盡量走直線，其長度、直徑、走向與信號傳輸帶寬、光接收組件的靈敏度緊密相關。然而現有的背面進光10Gb/s APD-TIA組件
的組裝方式，難以避免不采用彎折的金絲連線進行芯片之間的焊接；而彎折的金絲連線將很
容易引起信號失真，帶寬變窄，誤碼率增加，使光接收組件的靈敏度下降。
此外，很難將單一平面陶瓷電路基板加工成連體臺階狀陶瓷基板，即便能加工成臺階狀的基板，其表面平整度和電路制作也很困難，成本很高。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種10Gb/sAPD-TIA光接收組件的組裝結構，有效地減小金絲連線的長度，以及改善金絲連線的彎折狀況，從而減少金絲連線所引起的信號延遲、電磁輻射和信號干擾問題。
為了解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，兩塊陶瓷基板的底面水平拼接；第一塊陶瓷基板上貼裝APD芯片和TIA芯片；且第一塊陶瓷基板貼裝上APD芯片和TIA芯片后，與第二塊陶瓷基板的高度差小于土30微米；APD芯片與TIA芯片之間，以及TIA芯片與第二塊陶瓷基板之間均采用焊接金絲連接。
較佳地，所述陶瓷基板的拋光表面不平度小于1微米。
進一步地，上述第一塊陶瓷基板上設有貼裝APD芯片的對準標記。由于APD管芯是從背面進光的，在陶瓷基板上設置的對準標記，方便了APD管芯的精確貼裝。優選地，APD芯片與TIA芯片之間的焊接金絲為楔焊金絲。
本實用新型采用分離式的臺階狀陶瓷基板，從而使APD、 TIA芯片上表面電極或連線與陶瓷基板上電路連線在同一水平面上，即使10Gb/s APD-TIA光接收組件的信號線保持在一準平面上，有效地減少金絲連線的長度。進一步地，由于信號線保持在同一準平面上，因而兩芯片的金絲連線可以采用雙頭楔焊焊接，有效地改善了金絲連線的彎折狀況，從而減少了金絲連線彎折引起的電磁輻射和信號干擾問題。
圖1為10Gb/s APD-TIA光接收組件的電原理圖；圖2為組裝結構示意圖；圖3為第一塊陶瓷電路基板的布線示意圖；圖4為第二塊陶瓷電路基板的布線示意圖；圖5示意了 APD管芯對準標記在第一塊陶瓷電路基板的位置。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，第一塊陶瓷基板31厚度為380士20微米，第二塊陶瓷基板32厚度為500±20微米。兩塊陶瓷基板的表面拋光后不平度小于1微米，且底面進行水平拼接，拼接的傾角小于5度，縫隙小于20微米。拼接后的陶瓷基板形成臺階狀，其中低階部分即第一塊陶瓷基板31上貼裝APD芯片1和TIA芯片2，且貼裝上兩塊芯片后，與高階部分即第二塊陶瓷基板32的高度差小于士30微米；而第二塊陶瓷基板32用于封裝10Gb/s APD-TIA光接收組件的其它電路。第一塊陶瓷基板31與第二塊陶瓷基板32在貼裝完APD和TIA芯片后，構成一個準平面電路。而APD芯片1與TIA芯片2之間采用金絲41連接，TIA芯片2與第二塊陶瓷基板32之間采用金絲42連接。此外，第一塊陶瓷基板31的側面還插接楔型光纖5,光線經光纖5反射后，從APD芯片1的背面入射。
由于陶瓷基板貼裝上APD、 TIA芯片后構成準平面電路，因此APD芯片與TIA芯片之間的金絲41可采用楔焊金絲，即利用雙頭楔焊焊接上去。從而減少金絲41的彎折度，同時也縮短了金絲41的長度。
本實用新型分離式臺階狀陶瓷基板的設計與制作過程如下
1. 在第一塊陶瓷基板31上設置好APD芯片1的第一貼裝位置312及TIA芯片2的第二貼裝位置313;并在第一塊陶瓷基板31的側面開設一U形通槽311，使其通入第一貼裝位置312內，如圖3所示。同時使兩塊陶瓷基板的上表面不平度小于l微米。
根據圖1所示的光接收組件的電原理圖，將光接收組件除APD和TIA兩塊芯片外的其余元器件的連線布局在第二塊陶瓷基板32上。并通過印制、燒成等工藝，在兩塊陶瓷基板上制作金屬連線314和321，如圖3、 4所示。
2. 在第一貼裝位置312上，設置為了便于精確地貼裝APD管芯的三個對準標記315，如圖5所示。三個對準標記315在第一貼裝位置312的邊緣處，呈三角形分布。
3. 用H20E導電膠把10Gb/sAPD芯片l水平粘接在第一貼裝位置312上，粘接時應使其與對準標記315—致。然后在(85-110) 。C的烘箱中烘烤(1-2)小時。
4. 用H20E導電膠把10Gb/s TIA芯片2水平粘結在第二貼裝位置313上，應使APD、 TIA的上表面在同一高度，其水平高度差應小于士30微米，然后在(85-110)。C的烘箱中烘烤(l-2)小時。
5. 用353ND膠把粘結有10Gb/s APD、 TIA芯片的第一塊陶瓷基板31，粘結在蝶形管殼基底上，然后在(90-110) 。C的烘箱中烘烤(0.5-1)小時。
6. 用353ND膠把第二陶瓷基板32粘結在蝶形管殼基底上，粘結時應使該陶瓷基板和粘結有10Gb/sAPD、 TIA芯片的第一陶瓷基板31的上表面在同一水平面上，兩者的水平高度差應小于+/-30微米，水平傾角小于5度，縫隙小于20微米。然后在(90-110) 。C的烘箱中烘烤(0.5-1)小時。
7. 采用楔形焊接機把直徑為25微米的金絲將APD芯片上焊盤和TIA芯片上輸入焊盤焊接起來，APD芯片上電極焊點與TIA焊點高度差不超過30微米。
8. 釆用三維精密微調架進行楔形端頭光纖耦合，使耦合后APD光響應度達O. 75A/W以上。然后采用激光焊(YIG)將光纖5固定。
9. 采用充氮熱阻焊進行管殼封蓋；最后進行光電性能檢測和老化篩選。
權利要求1. 10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，其特征在于包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，兩塊陶瓷基板的底面水平拼接；第一塊陶瓷基板上貼裝APD芯片和TIA芯片；且第一塊陶瓷基板貼裝上APD芯片和TIA芯片后，與第二塊陶瓷基板的高度差小于±30微米；APD芯片與TIA芯片之間，以及TIA芯片與第二塊陶瓷基板之間均采用焊接金絲連接。
2. 根據權利要求1所述的10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，其特征在于第一 塊陶瓷基板厚度為380±20微米；第二塊陶瓷基板厚度為500±20微米。
3. 根據權利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，其特征在于所述 陶瓷基板的拋光表面不平度小于1微米。
4. 根據權利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，其特征在于第一 塊陶瓷基板上設有貼裝APD芯片的對準標記。
5. 根據權利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，其特征在于APD 芯片與TIA芯片之間的焊接金絲為楔焊金絲。
6. 根據權利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，其特征在于第一 塊陶瓷基板與第二塊陶瓷基板拼接傾角小于5度，縫隙小于20微米。
專利摘要本實用新型公開了一種10Gb/s APD-TIA光接收組件的組裝結構，包括兩塊厚度不同的陶瓷基板，兩塊陶瓷基板的底面水平拼接；第一塊陶瓷基板上貼裝APD芯片和TIA芯片；且第一塊陶瓷基板貼裝上APD芯片和TIA芯片后，與第二塊陶瓷基板的高度差小于±30微米；APD芯片與TIA芯片之間，以及TIA芯片與第二塊陶瓷基板之間均采用焊接金絲連接。它將臺階狀陶瓷基板設置成分離式的，使10Gb/s APD-TIA光接收組件的信號線保持在一準平面上，從而使該組件具有寄生參數小、高頻特性好、傳輸帶寬寬、光接收靈敏度高、便于組裝等特點。
文檔編號H04B10/142GK201289534SQ20082020096
公開日2009年8月12日 申請日期2008年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者丁國慶 申請人:廣州南沙慧視通訊科技有限公司