专利名称：具有顶开容器结构的光接收器模块的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及光接收器模块，尤其涉及用于高速光通信的具有顶开容器(下文称作“TO-Can”)结构的光接收器模块。所述光接收器模块可以包括用于将光输入信号转换为电流的光电二极管。
背景技术：
为了满足光通信容量日益增长的需要，已经开发出能够支持10GHz或更高速度的高速光通信系统。这种系统可以包括具有蝶形结构和TO-Can结构的光通信模块，在所述蝶形结构中用于光发射/接收的有源器件集成在扁平形状型的基底上，在所述TO-Can结构中晶体管座的上侧被覆盖，用于光发射/接收的有源器件集成在所述晶体管座上。这种光模块具有低制造成本并可以广泛地应用在各种类型的高速光通信系统中。
图1是说明了具有TO-Can结构的传统光接收器模块100的透视图。请参看图1，传统光接收器模块100包括上侧形成有多个孔的晶体管座101、多个引线102、光电二级管(PD)或POB(PD on block)130和跨阻抗放大器(TIA)110。
光电二级管130安装在晶体管座101的上侧，并将光输入信号转换为电流。光电二级管130具有两个端子一个是正极，一个是负极。跨阻抗放大器110将从光电二级管130接收到的电流放大并转换为具有相反相位的高频(RF)信号，并将放大的RF信号传导(或发射)至各个引线102。为了输出RF信号，跨阻抗放大器110包括两个输出端子111，用于输出具有相反相位的RF信号。
引线102通过的孔103(如图2所示)充满了密封玻璃(未示出)。引线102可以在孔103被密封的同时固定至晶体管座101。引线102连接至跨阻抗放大器110，并被划分为信号引线和直流(DC)引线，所述信号引线用于将RF信号输出至光接收器模块外部，所述直流引线用于为光电二级管130和跨阻抗放大器110提供电力。信号引线和DC引线具有相同形状。
跨阻抗放大器110通过导线接合法用导线105连接至光电二级管或POB(PD on block)130。并且，从晶体管座101的上侧凸出的引线102通过导线接合法用导线105连接至跨阻抗放大器110。
但是，在传统光接收器模块中，跨阻抗放大器110直接连接至导线105，导致导线长度大量增加。导线105长度的增加使阻抗和电感增加。导线105阻抗的增加导致跨阻抗放大器110与引线之间的阻抗失配。从晶体管座101的上侧凸出的引线102增加了所述电感。一般地，被玻璃密封103环绕的引线不等于50ohm。
由于跨阻抗放大器与引线之间的阻抗失配，从跨阻抗放大器110输出的部分RF信号从引线反射回跨阻抗放大器110。由于部分RF信号被反射，输出至光接收器模块外部的RF信号的信号强度和带宽被削弱。
另外，在所述光接收器模块用于高速光通信网络时跨阻抗放大器与信号引线之间的阻抗失配增加。因此，在本技术领域中需要一种能够用于高速光通信网络的具有TO-Can结构的光接收器模块。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有TO-Can结构的光接收器模块，其能够稳定匹配跨阻抗放大器与各个信号引线之间的阻抗。
本发明的一个实施例涉及一种具有TO-Can结构的光接收器模块，包括其中具有孔的晶体管座，所述孔通过所述晶体管座的两侧；安装在所述晶体管座上侧上的光电二极管或POB(PD on block)，其用于将光输入信号转换为电流。所述光接收器模块包括安装在所述晶体管座上侧上的跨阻抗放大器，用于将从光电二极管输出的电流转换并放大为具有相反相位的无线电频率(RF)信号，并将所述RF信号通过相应的输出端子输出至外部；通过形成在所述晶体管座上形成在所述孔的信号引线，用于将由跨阻抗放大器放大的具有相反相位的RF信号输出至从所述晶体管座的下部延伸出来的外部接地引线，所述外部接地引线用于将所述晶体管座接地至所述光接收器模块外部；和安装在所述晶体管座上侧预定位置上的波导，用来使跨阻抗放大器与引线之间的阻抗匹配。所述波导通过相应的电路将跨阻抗放大器的输出端子输出的所述RF信号传导至各个引线。在晶体管座上形成的所述孔中的信号引线部分用玻璃密封并等于50ohm。
在另一个实施例中，接地引线和信号引线设置在晶体管座的中心。这使得很容易对准所述光接收器模块的光学轴线与所述光发射器模块的光学轴线。在另一个实施例中，光发射器模块包括安装在所述晶体管座中心上的激光器二极管，并且信号引线设置在所述晶体管座中心，以减小它们离开激光器二极管的距离和阻抗失配。
下面通过参附图详细描述优选实施例本发明的上述方面和其它特性将变得更加明显。
图1是说明了具有TO-Can结构的传统光接收器模块的透视图；图2是图1所示光接收器模块中晶体管座上侧和通过所述上侧的引线的部分放大截面图；图3是根据本发明实施例的具有TO-Can结构的光接收器模块的透视图；图4是图3所示的第一波导的放大透视图；图5是图3所示的第二波导的放大透视图；图6是曲线图，说明了当跨阻抗放大器通过导线接合连接至具有长度为1mm的导线的每个信号引线时来自具有TO-Can结构的光接收器模块的RF信号输出的阻抗匹配特性；图7是曲线图，说明了当第一波导的第一金属板的宽度设定为250μm并且第二波导的第一金属板的宽度设定为300μm时的阻抗匹配特性。
具体实施例方式
以下将参照附图详细说明本发明的优选实施例。为了清楚并简洁，文中包含的已知功能和结构的详细说明将被省略，因为它们将使本发明的主题不清楚。
图3是根据本发明实施例的具有TO-Can结构的光接收器模块的透视图。请参看图3，具有TO-Can结构的光接收器模块200包括晶体管座201，其中孔203通过所述晶体管座的两侧；安装在晶体管座201上侧上的光电二极管(PD)或POB(PD on block)210；也安装在晶体管座201上侧上的跨阻抗放大器(TIA)220；通过晶体管座201的孔203的DC引线202a；也通过晶体管座201的孔203的信号引线202b；第一波导230和第二波导240。
光电二极管210将光输入信号转换为电流，并且从光电二极管210输出的电流施加在跨阻抗放大器220上。光电二极管210通过导线205将其内部电流输出至跨阻抗放大器220，导线205通过导线接合连接至跨阻抗放大器220。光电二极管210具有端子211，用于方向偏置并传输信号至TIA，端子211分别用作正极和负极。
跨阻抗放大器220将从光电二极管210接收的所述电流放大并转换为具有相反相位的高频信号。由跨阻抗放大器220放大的RF信号通过跨阻抗放大器220的输出端子被输出至第一波导230。跨阻抗放大器220的输出端子以导线205通过导线接合连接至第一波导230。
图4是图3所示的第一波导230的放大透视图。如图4所示，第一波导230包括绝缘层232和两个第一金属板231，第一金属板231在绝缘层232的上侧彼此分离。在绝缘层232的整个下侧形成了第二金属板233。第二金属板233接合(bonding)至晶体管座201的上侧以将第一波导230接地至晶体管座201。当波导的绝缘层232用导电粘合剂直接粘合至晶体管座上侧时第二金属板233可以除去。
第一波导230的第一金属板231采用导线205通过导线接合(bonding)至跨阻抗放大器220的输出端子。第一金属板231也采用导线205通过导线接合连接至它们相关的第二波导240。通过这种做法，从跨阻抗放大器220输出的具有相反相位的RF信号被传导至相应的波导240。
图5是图3所示的第二波导240的放大透视图。请参看图5，每个安装在晶体管座201上侧，位于第一波导230和相应信号引线220b之间。并且第二波导包括绝缘层242、用于将从第一波导230传导过来的相应RF信号传导至相应信号引线202b的第一金属板241和在绝缘层24的下侧形成的第二金属板243。
每个第二波导240安装在晶体管座201的上侧，位于第一波导230和相应信号引线220b之间。第二波导240的第一金属板241的一端连接至第一波导230的相应第一金属板241，其另外一端采用导线205通过导线接合连接至相应信号引线220b。。第二波导240将从第一波导230的第一金属板241传输过来的相应RF信号传导至相应信号引线220b。
结果，第一波导230和第二波导240安装在晶体管座201的上侧，用于跨阻抗放大器220与信号引线220b之间的阻抗匹配。这样，它们通过相应电路将从跨阻抗放大器220的输出端子输出的RF信号传导至相应信号引线220b。
每个信号引线220b通过导线接合连接至相应的第二波导240，以将从相应第二波导240的第一金属板241传导过来的具有相应相位的RF信号输出至具有TO-Can结构的光接收器模块外部。
DC引线202a分别连接至光电二极管210和TIA220，以为光电二极管210和TIA220提供DC电源。DC引线202a与信号引线220b分开大约1.1mm的距离。这使具有大约1mm厚度的印刷电路板(PCB)可以插入信号引线220b与DC引线202a之间。
信号引线220b与通过晶体管座201两侧的孔203同轴对准。孔203填满密封玻璃(未示出)，从而引线202固定至晶体管座201，同时孔203被密封。密封的孔203具有同轴结构，所述结构通过相应信号引线220b的直径、孔203的直径以及密封剂介电常数而调整得与跨阻抗放大器220的输出阻抗值具有相同特征阻抗。相反，由于DC引线202a不需要阻抗匹配，它们具有通过孔203的结构。
波导在需要时还可以弯曲。但是，为了便于制造，可以按照分离结构形成波导，其中第一波导230与第二波导240分开，而不是弯曲结构，并且波导通过导电粘合剂连接至晶体管座201的上侧。波导的外形和尺寸可以根据晶体管座201的尺寸以及设置在晶体管座201上的每个元件的尺寸和位置适当地确定。
在本发明的这个实施例中，信号引线220b连接至跨阻抗放大器220，第一波导230和第二波导240具有微带线结构，调节得具有比跨阻抗放大器220的输出阻抗值低的特征阻抗值。这防止RF信号由于信号引线220b与跨阻抗放大器220之间的阻抗失配而造成的降低或损耗。
第一波导230和第二波导240的特征阻抗可以由以下等式(1)确定。当第一波导230和第二波导240具有与跨阻抗放大器220相同的特征阻抗时，在RF信号只在波导中传输的过程中RF信号的损耗可以被最小化。
z0=(L0C0)······(1)]]>在等式(1)中，Z0表示波导的特征阻抗，L0表示单位长度感应系数，C0表示单位长度电容。
在绝缘体具有非常宽的宽度We(We＞＞W(第一金属的宽度))的状态下制成普通微带线。但是，用在具有TO-Can结构的光接收器模块上的第一波导230和第二波导240由于TO-Can的内部空间限制而在它们的尺寸上受到限制。例如，如果宽度W为170μm(这一宽度在普通微带线的情况下是最优值)的第一金属板231和241用于宽度为320μm、厚度为127μm、介电常数为6.15的绝缘层232和242上，电场不能广泛扩散并且被限制在绝缘层232和242内部。因此，单位长度电容减小，很难实现50Ω的特征阻抗。但是，在这种情况下，如果第一金属板231和241的宽度W被加大到180μm，则有可能实现具有50Ω特征阻抗的第一波导230和第二波导240。
当RF信号从跨阻抗放大器220通过相应波导230和240传送至信号引线220b时，RF信号由于导线接合的导线205的部分和从晶体管座201的上侧凸出的信号引线220b感应系数而经历衰减和阻抗失配。感应系数带来的衰减通过增加各个波导230和240的第一金属板231和241的宽度W而提高。在这个方面，第一金属板231和241宽度W的增加导致第一波导230和第二波导240电容值增加。通过这种做法，由感应系数带来的阻抗增加得到补偿，这减小了阻抗失配。
图6是曲线图，说明了当跨阻抗放大器通过导线接合连接至具有长度为1mm的导线的每个信号引线时来自根据本发明实施例的具有TO-Can结构的光接收器模块的RF信号输出的阻抗匹配特性。
图7是曲线图，说明了当第一波导的第一金属板的宽度设定为250μm并且第二波导的第一金属板的宽度设定为300μm时的阻抗匹配特性。图7显示了与图6相比改善的阻抗匹配特性。
在用于图6和图7的第一波导230和第二波导240中，由Rosers公司制造的Ro3006用作绝缘层232和242，其介电常数εr＝6.15，损耗因数＝0.002，厚度d＝0.127mm。
第一波导230包括第一金属板231，第一金属板231是两个厚度为17.5μm的铜层，所述铜层上镀金用于导线接合，第一金属板231形成得在绝缘层232上侧分离，绝缘层232采用Rosers公司制造的Ro3006，并且在绝缘层232的底侧形成了第二金属板233，第二金属板233是铜层。绝缘层232宽度We为0.32mm，长度L为1.1mm，并且在绝缘层232上形成的第一金属板231的宽度W为0.25mm，其略窄于绝缘层232的宽度We。
第二波导240的绝缘层242长度为1,000μm，并且第二波导240的绝缘层242的宽度We和厚度d与第一波导230的绝缘层232相同。第二波导240的绝缘层242上形成了第一金属板241，第一金属板241的宽度W为0.3mm。
第一波导230的第二金属板233可以采用导电粘合剂粘合，第一波导230可以采用导电粘合剂粘合至晶体管座201上侧。
接合线和从晶体管座上侧凸出的引线的感应系数值大约为0.2-0.6nH，第一和第二波导的特征阻抗分别是44ohm和40ohm。根据本发明各方面的光接收器模块将波导用于跨阻抗放大器与信号引线之间的阻抗失配。这防止了RF信号由于跨阻抗放大器与信号引线之间的阻抗失配造成的损耗。另外，当所述光接收器模块安装在PCB上时，从晶体管座下部伸出的比信号引线大的多个接地引线增加了对地的电连接特性。设置在晶体管座中心的信号引线与光发射器模块的光学轴线对准，在所述光发射器模块中信号线设置在晶体管座中心，从而当它们同时安装在PCB中时使特征损失最小化。
如上所述，本发明提供的接地引线具有比信号引线大的横截面。结果，当光接收器模块安装在根据本发明的印刷电路板(PCB)上时，感应系数的产生被最小化，从而改善了光接收器模块与印刷电路板(PCB)之间的机械粘连。接地引线的截面可以是圆形或者矩形。
尽管上面为了示例和说明的目的描述了优选实施例，但不应当认为本发明限于上述说明，而是应当认为本发明包括任何修改，变化和替换并且本发明仅仅由权利要求限定。
权利要求
1.一种具有顶开容器(TO-Can)结构的光接收器模块，包括其上具有孔的晶体管座，所述孔通过所述晶体管座的两侧，和安装在所述晶体管座上侧的光电二极管，其用于将光输入信号转换为电流，所述光接收器模块包括安装在所述晶体管座上的跨阻抗放大器，用于将从光电二极管输出的电流转换并放大为具有相反相位的无线电频率(RF)信号，并将所述无线电频率信号通过相应的输出端子输出至外部；穿过形成在所述晶体管座上的孔的信号引线，用于将由跨阻抗放大器放大的具有相反相位的无线电频率信号输出至外部；从所述晶体管座延伸的接地引线，用于将所述晶体管座接地至所述光接收器模块外部；和安装在所述晶体管座上预定位置上的波导，用来使跨阻抗放大器与引线之间的阻抗匹配，所述波导通过相应的电路将跨阻抗放大器的输出端子输出的所述无线电频率信号传导至各个引线。
2.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，所述波导包括第一波导，用于通过相应的电路传导通过跨阻抗放大器的输出端子输出的具有相反相位的无线电频率信号；第二波导，其介于所述第一波导和引线之间，用于将从所述第一波导传导过来的具有相反相位的无线电频率信号传导至相应的信号引线。
3.根据权利要求2所述的光接收器模块，其特征在于，所述第一波导包括绝缘层；两个第一金属板，它们在所述绝缘层上相互分离，第一金属板导线接合至所述跨阻抗放大器的输出端子，从而通过相应的电路将从所述跨阻抗放大器的输出端子输出的具有相反相位的无线电频率信号传导至第二波导；和形成在绝缘层下侧的第二金属板，所述第二金属板接合至所述晶体管座的上侧，以将所述第一波导接地至所述晶体管座。
4.根据权利要求2所述的光接收器模块，其特征在于，每个第二波导包括绝缘层；第一金属板，其用于将从所述第一波导传导过来的相应无线电频率信号传导至相应的引线；和形成在所述绝缘层下侧的第二金属板，所述第二金属板接合至所述晶体管座的上侧以将所述第一波导接地至所述晶体管座。
5.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，还包括设置在所述孔与引线之间的空区中的密封玻璃，用于将信号引线固定在所述晶体管座上。
6.根据权利要求3或4所述的光接收器模块，其特征在于，所述第二金属板是施加在所述绝缘层与晶体管座上侧之间的导电粘合剂。
7.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，从所述晶体管座延伸的所述信号引线具有同轴电缆结构，并且与所述跨阻抗放大器阻抗匹配。
8.根据权利要求3所述的光接收器模块，其特征在于，所述第一波导的绝缘层的宽度形成得近似于第一金属板的宽度，从而电场被限制在所述绝缘层内部。
9.根据权利要求4所述的光接收器模块，其特征在于，所述第二波导的绝缘层的宽度形成得近似于第一金属板的宽度，从而电场被限制在所述绝缘层内部。
10.根据权利要求3或4所述的光接收器模块，其特征在于，所述第一和第二波导通过调节第一金属板的宽度和绝缘层的介电常数和厚度而调节所述第一和第二波导的阻抗。
11.根据权利要求3或4所述的光接收器模块，其特征在于，通过调节所述第一金属板的宽度和绝缘层的介电常数和/或绝缘层的厚度而调节第一和第二波导的阻抗，所述阻抗比跨阻抗放大器的阻抗低，从而所述第一和第二波导降低了由于从所述晶体管座上部凸出的信号引线和导线接合的导线的感应元件造成的信号损耗和阻抗失配。
12.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，所述第一和第二波导通过调节第一和第二波导的特征阻抗而防止由于从所述晶体管座上部凸出的信号引线和导线接合的导线的感应元件造成的信号损耗和阻抗失配。
13.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，还包括从所述晶体管座上部凸出的直流引线，以对光电二极管和跨阻抗放大器施加直流电源。
14.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，第一波导与第二波导之间的电连接、第一波导与跨阻抗放大器之间的电连接以及信号引线与相应第二波导之间的电连接通过导线接合用导线制成。
15.根据权利要求1或13所述的光接收器模块，其特征在于，所述光电二极管的各个端子通过导线接合用导线电连接至直流引线。
16.根据权利要求1所述的光接收器模块，其特征在于，所述信号引线和接地引线设置在所述晶体管座中心，以将光接收器模块的光学轴线与光发射器模块的光学轴线对准，从而当它们安装在一个印刷电路板上时，无线电频率信号损耗和阻抗失配被最小化。
17.根据权利要求16所述的光接收器模块，其特征在于，横截面比信号引线大的所述接地引线为圆形截面。
18.根据权利要求16所述的光接收器模块，其特征在于，横截面比信号引线大的所述接地引线为矩形截面。
全文摘要
一种具有顶开容器(TO－Can)结构的光接收器模块，包括其上具有孔的晶体管座。所述孔通过所述晶体管座的两侧。光电二极管安装在所述晶体管座上侧上。光接收器模块包括安装在所述晶体管座上的跨阻抗放大器；通过形成在所述晶体管座上的孔的信号引线；从所述晶体管座延伸的接地引线，用于将所述晶体管座接地至所述光接收器模块外部；和安装在所述晶体管座上预定位置上的波导，用来使跨阻抗放大器与引线之间的阻抗匹配，所述波导通过相应的电路将跨阻抗放大器的输出端子输出的所述无线电频率信号传导至各个引线。
文档编号H01L31/02GK1574711SQ20041000124
公开日2005年2月2日 申请日期2004年1月5日 优先权日2003年6月20日
发明者白宰明, 徐昊成, 金维植 申请人:三星电子株式会社