专利名称：高速的基于to-can的光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光模块，更具体地说，涉及一种具有TO-can结构的光模块，其中，已经对频率特性进行了改进，以便实现高速传输。
背景技术：
如通常从现有技术可以知道，光模块是光通信中的不可缺少的组成部分。随着数据传输量的增长，对于光模块的高速传输的需求也在增加。同时，需要确保光宽带以便使频率可适合于高速传输。当前，广泛采用TO-can结构作为用于诸如光模块中的激光二极管和光电二极管的光器件的封装。
图1显示传统的10Gbps(吉比特/秒)TO-can激光模块。这样的10Gbps TO-can激光模块最近由Demeter科技公司制造。图2显示了由Sumitomo电子工业有限公司的IT器件公司开发的另一传统10Gbps TO-can激光模块。
参考图1和图2，具有TO-can结构的传统光模块包括在其上安装有副底座20的芯柱(stem)40、接合在副底座(sub-mount)上的激光二极管10、安装在芯柱40上的光电二极管30、穿过芯柱40布置的多个导线(lead)50，其中多个导线50与激光二极管10和光电二极管30进行电连接。可以由诸如AlN、SIC等材料形成副底座20，并且可以由诸如CuW、KOVAR、铁等制成芯柱40。
然而，这样的传统光模块遭受由于接合线(bonding wire)(例如对导线和副底座进行连接、以及对激光二极管和导线进行连接)的使用造成的寄生电容和电感。因此，会使RF特性恶化，从而在使用光模块进行占用10Gbps的高速传输系统时会产生困难。原因在于由于在封装自身中的寄生成分造成3dB的带宽被限制在1或者2GHz的范围内。
此外，这样的传统光模块使用设计为波导结构的副底座。因此，副底座在尺寸上会变大，以致于激光二极管和光电二极管之间的距离变长，从而导致在实现合适的监视光电电流上的困难。
发明内容
本发明提供了一种既具有所需要的高频特性，又能够最有效地使用用于高速传输系统的TO-can结构的光模块。
在一个实施例中，光模块包括硅光座(silicon optical bench)(SiOB)；其中形成了V形槽；布置在硅光座的V形槽上的激光二极管，用于发射光；光电二极管，用于接收从激光二极管发出的光，并且将光转换为电流；芯柱，硅座和光电二极管已经布置在该芯柱上；以及，与芯柱连接的多个导线，以便向激光二极管和光电二极管提供电信号。
本发明的另一实施例可以包括(1)电感，以便可以将交流扼流圈(ACchoking)布置在硅光座之上，并且与激光二极管连接。而且，当将螺旋型薄膜电感单块集成到硅光座之上时，光模块在尺寸上可以变得更加紧凑，(2)RF匹配电阻器，该电阻器也可以通过薄膜处理另外布置在硅光座上，并且与激光二极管连接，以及(3)可以通过进行加热匹配、并且使用芯柱材料密封按比例放大的玻璃粉，组合芯柱和导线。
另外，在本发明的一个实施例中，多个导线包括与激光二极管的阳极进行电连接的第一导线；分别与激光二极管的RF端子和DC端子进行电连接的第二和第三导线；以及分别与光电二极管的阳极和阴极进行电连接的第四和第五导线。优选的是，将第一导线和第五导线制成公用导线。另外，优选的是，可以通过环氧树脂或者焊锡，使导线和硅光座接合在一起。
另外，还可以将电感布置在光电二极管的阴极和激光二极管的阳极之间，以便实现RF隔离。
从结合附图进行的以下详细描述中，本发明将变得更加明显，图1显示传统的10Gbps TO-can激光模块；
图2显示另一传统的10Gbps TO-can激光模块；图3是依据本发明的优选实施例的TO-can激光模块的示意图；图4是依据本发明的优选实施例的TO-can激光模块的详细视图；图5是依据本发明的优选实施例的TO-can激光模块的导线布置的顶视图；图6是依据本发明的优选实施例的TO-can激光模块的电路图。
具体实施例方式
在本发明的以下描述中，出于解释性的而非限定性的目的，将阐明诸如特定的结构、接口、技术等的具体细节，以便提供对本发明的完全理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实施本发明。而且，将会理解出于解释的目的，对图中的特定方面进行了简化，以及本发明的整个系统环境将包括许多不需要在此示出的已知功能和配置。在图中，即使在不同的图中示出，由相同的参考符号来表示相同或者相似的元件。
图3是依据本发明的优选实施例的TO-can激光模型的示意图。图4是依据本发明的优选实施例的TO-can激光模块的详细视图。
现在对图3和4进行参考，具有TO-can结构的光激光模块包括激光二极管10、光电二极管30、芯柱40、多个导线50、以及硅光座(SIOB)100。此外，本发明的光激光二极管模块还包括RF匹配寄存器103、50Ω特征阻抗线104和105、以及电感102和106。
SIOB 100具有在其中形成的、用作副底座的V形槽101，其中该V形槽被芯片接合在与平坦的TO芯柱40垂直的散热片60上。已经对SiOB100和导线50进行了电连接。通过提及电连接，我们想表示使用诸如InSn、PbSn等的导电环氧树脂(epoxy)或者焊锡(solder)材料来对SiOB100和导线50等进行固定。重要的是还没有使用引线接合，从而降低了与大约为1nH/mm的每单位长度电感相对应的来自电线的电感。因此，改善了RF特性。作为替代，可以使用陶瓷馈通线(feed-through)来替代导线。然而，在这种情况下，封装的成本可能会增加，因此，通过使用传统的玻璃密封粉，将导线50加到芯柱40上。此时，选择具有较低介电常数的玻璃，以便降低寄生电容。建议将属于B2O2-SiO2系列、具有介电常数5.5(IMHz，25℃)的硬玻璃(BH-7/K)、以及属于Na2O-BaO系列、具有介电常数6.7的软玻璃(ST-4F/K)作为在本发明中使用的玻璃密封粉的代表性的实例。
现在参考图4，激光二极管10发射光束，并且被布置在SiOB 100的V形槽中。
平行于芯柱40布置的光电二极管30接收回从激光二极管10发出的小平面光(facet light)，并且将接收到的光转化为用于激光监视目的的电流。光电二极管30通过收集在V形槽101的反射光，可以产生超过100μA的合适的监视光电电流电平。在另一实施例中，可以将光电二极管30布置在SiOB 100之上，从而使该光电二极管位于V形槽101的另一端。
50Ω、或者可选择为25Ω的特征阻抗线104、105由信号线104和接地平面105组成。信号线104通过引线接合107，与激光二极管10的阴极连接，并且将RF匹配电阻器103布置在信号线内。接地平面105通过芯片接合(die bonding)，与激光二极管10的阳极直接连接，并且还与芯柱40进行电连接。螺旋电感102充当扼流圈(choke)，并且通过引线接合107与激光二极管10连接。可以将匹配电阻器103和螺旋电感102通过薄膜处理单块地集成在SiOB 100上，以便更紧凑地构造激光模块封装。
如图5所示，导线50包括公用导线1，已经使用该导线将激光二极管10的阳极和光电二极管30的阴极连接在一起；用于激光二极管10的阴极的RF导线2；用于光电二极管30的阳极导线3；以及，用于激光二极管10的阴极的DC导线4。
在传统的高速的基于TO-can的激光模块的情况下，DC电流导致了在匹配电阻器103中的热量的产生。因此，通过在TO-can结构中使用偏置的T形结构(bias-tee)来分离用于激光二极管10的DC导线4和RF导线2，可以降低该热量的产生。如果没有内部偏置的T形结构，激光二极管10中的结温的增加主要是由流过RF匹配电阻器的DC电流造成的，因此，例如，由于电光转换效率的降低，会使未冷却的光模块的温度特性受到致命的恶化。
此外，通过将激光二极管10的阳极和光电二极管30的阴极连接到公用导线1，已经降低了导线的数量。在这种情况下，可以使用表面贴装(SMD)型电感106作为激光二极管10和光电二极管30之间的RF隔离，这防止了这两个器件之间的RF串扰(cross talk)。在另一实施例中，激光二极管的阳极和光电二极管30的阴极都可以单独地具有它们自己的导线，而不使用用于RF隔离的电感106。
依据如上所述的光模块的结构，构造图6所示的等价电路。如图6所示，与导线4连接的电感102是充当按照螺旋形状形成的AC扼流圈的电感，并且与导线2连接的电阻器103是匹配电阻器。此外，在光电二极管30的阴极和激光二极管10之间连接的电感106由SMD电感构成。其中，光电二极管30的阳极已经与导线3连接，以及激光二极管10的阴极与导线1连接。注意，可以颠倒SMD电感器106和光电二极管30的顺序，而不会使隔离功能受到任何显著的恶化。
如上所述，依据本发明的光模块，通过将SiOB用作副底座，可以获得10Gbps的操作，而保持了传统的TO-can结构，从而改善了RF特性。
此外，通过收集从V型槽101反射的背面光，可以获得合适的监视光电电流电平。
同时，通过将偏置的T形结构嵌入到TO-can结构内，可以降低由DC电流(current flow)产生的热量，从而可以抑制温度的增加，这导致电光转换效率的提高。
另外，通过将匹配电阻器和螺旋电感单块地集成到SiOB上，可以使光模块的尺寸变得紧凑，并且可以简化组合过程。
虽然出于说明的目的，已经描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到在不脱离所附权利要求公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替代。
权利要求
1.一种光模块，包括芯柱；布置在芯柱上的硅光座，所述的硅光座具有V形槽；布置在V形槽中的激光二极管；布置在芯柱上的光电二极管，光电二极管将从激光二极管接收到的光转换为电流；以及与芯柱连接的多个导线。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于还包括布置在硅光座上的作为扼流圈的电感，该电感与激光二极管连接。
3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于所述的电感是螺旋型薄膜电感。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于还包括布置在硅光座上的RF匹配电阻器，所述的电阻器与激光二极管进行电连接。
5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于光电二极管与硅光座接合。
6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于使用环氧树脂或者焊锡，将多个导线与硅光座接合。
7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于使用具有比陶瓷材料低的介电常数的玻璃密封粉，将芯柱与导线进行接合。
8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于从属于B2O3-SiO2系列的硬玻璃和属于Na2O-BaO系列的软玻璃构成的组中选择玻璃密封粉。
9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于多个导线包括与激光二极管的阳极进行电连接的第一导线；分别与激光二极管的DC端子和RF端子进行电连接的第二和第三导线；以及分别与光电二极管的阳极和阴极进行电连接的第四和第五导线。
10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于第一导线和第五导线是公用的。
11.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于还包括连接在光电二极管的阴极和激光二极管的阳极之间的电感，以便实现RF隔离。
12.一种光模块，包括芯柱；布置在芯柱上的硅光座，所述的硅光座具有V形槽；布置在V形槽中的激光二极管；布置在芯柱上的光电二极管，所述的光电二极管将从激光二极管接收到的光转换为电流；以及与芯柱连接的多个陶瓷馈通线。
全文摘要
公开了一种具有TO－can结构的光模块，其中，已经对频率特性进行了改进，以便可以进行高速传输。光模块包括硅光座，在其中形成V形槽；布置在硅光座的V形槽之上的激光二极管，用于发射光；光电二极管，用于接收光，并且将光转换为电流；芯柱，在芯柱中已经布置了硅座和光电二极管；以及与芯柱连接的多个导线，以便向激光二极管和光电二极管提供电信号。
文档编号H01S5/022GK1512209SQ0315504
公开日2004年7月14日 申请日期2003年8月26日 优先权日2002年12月27日
发明者桂溶燦, 朴文圭, 桂溶 申请人:三星电子株式会社