一种50g pam4发射激光器同轴封装结构及方法
技术领域
1.本发明属于光纤通信领域，具体涉及一种50g pam4发射激光器同轴封装结构及方法。
背景技术：
2.当今社会对数据的渴望不断增长，不仅数据越来越多，而且数据传输速度越快，因此基于nrz类型编码的旧调制方案越来越不充分。我们需要尽可能有效地从a点到b点获取数据，无论是pc板上的芯片还是长途光纤的一端到另一端。在许多方面受到青睐的调制方案是pam4。
3.pam4信号采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息（0、1、2、3）。由于pam4信号每个符号周期可以传输2bit的信息，因此要实现同样的信号传输能力，pam4信号的符号速率只需要达到nrz信号的一半即可，因此传输通道对其造成的损耗大大减小。随着未来技术的发展，也不排除采用更多电平的pam8甚至pam16信号进行信息传输的可能性。
4.to（transistor outline），即晶体管外形。早期晶体管大都采用同轴封装，后来被借用到光通信中，叫做to封装，即同轴封装。同轴是从激光器、透镜到光纤，每个光路的中心线在同一直线上。所以to封装的光组件也叫做同轴封装。目前来说同轴器件因为易于制造和成本优势，基本霸占了主流的光器件市场应用。to
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can，can的英文释义即罐子，将激光器芯片和探测器芯片装在一个罐子里。to38、to46、to56，其数字代表这个罐子底座（to底座）的直径，分别为3.8mm、4.6mm、5.6mm，光通信行业多用到这三个尺寸。蝶形封装（也叫box package），壳体通常为长方体，管壳可伐，低温焊接玻璃，高频陶瓷烧结，结构及实现功能通常比较复杂，并且可以支持所有以上部件的键合引线，壳体面积大，散热好，可以用于各种速率及80km长距离传输。
5.在现有技术中，pam4发射激光器同轴封装结构主要由激光二极管芯片ld chip、汇聚耦合透镜lens、用来装载保护光电零件的盒子box、支撑coc（chip on chip）的垫片coc submount、支撑ld chip 的垫片ld submount、激光器和rf circuit连接线golden wire、高频柔性线路板fpc（flexible printed circuit）、高频陶瓷上的高频线路图案rf circuit和高频陶瓷rf ceramic组成，其结构如图1所示。其光路原理为：ld chip 发射出发散光，发散光通过lens进行汇聚，汇聚光通过box 窗口，入射到单模光纤中。其电路原理为：fpc和驱动电路通过焊接连接在一起；rf circuit和fpc通过焊接，连接在一起；ld chip 和rf circuit通过金丝键合，连接在一起；rf ceramic上的rf circuit是差分100欧姆的高频信号，nrz 25g bps，pam4 50g bps。现有技术存在的问题是：50g pam4基于5g 基站的应用，是一个海量的应用。目前量产只能使用box结构来进行设计，物料成本高，box封装成本高。回顾光通信以往使用的同轴封装方案，发射管座使用的信号输出模式是差分50欧姆，对于管座输出差分100欧姆的信号是可以实现的，但是换来是管座体积的增大，其体积接近直径9mmmm，远超模块壳子空间尺寸。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于提供一种50g pam4发射激光器同轴封装结构及方法，该封装结构及方法有利于优化信号，并降低物料成本和封装成本。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种50g pam4发射激光器同轴封装结构，包括激光二极管芯片、汇聚耦合透镜帽、激光二极管垫片、片上芯片垫片、键合金丝、管座和高频柔性线路板，所述激光二极管芯片固定于激光二极管垫片上形成片上芯片，所述片上芯片固定于片上芯片垫片上，所述片上芯片垫片固定于管座上，所述高频柔性线路板穿设于管座上，所述激光二极管芯片通过键合金丝连接高频柔性线路板，所述汇聚耦合透镜帽固定于管座上；所述激光二极管芯片发射出高斯光束，高斯光束通过汇聚耦合透镜帽进行汇聚，汇聚光汇聚成与单光纤匹配的模式，入射到单模光纤中。
8.进一步地，所述汇聚耦合透镜帽为由汇聚耦合透镜构成的半帽型结构，所述汇聚耦合透镜帽罩设于激光二极管芯片外侧部，以对激光二极管芯片发射出的高斯光束进行汇聚。
9.进一步地，所述激光二极管芯片的光通信波长为1310nm。
10.进一步地，所述管座采用可伐和不锈钢制成。
11.进一步地，所述高频柔性线路板为差分100欧姆的高频信号，nrz 25g bps，pam4 50g bps。
12.进一步地，所述高频柔性线路板与驱动电路通过焊接连接在一起。
13.本发明还提供了一种50g pam4发射激光器同轴封装方法，包括以下步骤：1）贴片：使用银胶将高频柔性线路板贴附在管座上并烘烤固定；通过高温共晶焊接，将激光二极管芯片固定在激光二极管垫片上，得到片上芯片，并将片上芯片固定在片上芯片垫片上；然后使用银胶将片上芯片垫片贴附在管座上并烘烤固定；2）金丝键合：利用翻转打线，使用键合金丝焊接，从激光二极管垫片焊盘焊接到高频柔性线路板上；3）封盖：采用封帽机汇聚耦合透镜帽电阻焊接在管座上。
14.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明减少了一步电气连接，高频柔性线路板直接通过键合金丝连接激光二极管垫片，不仅高频信号会更好，而且降低了物料成本和封装成本。
附图说明
15.图1是现有技术的结构示意图。
16.图2是本发明实施例的结构示意图。
17.图3是本发明实施例中汇聚耦合透镜帽和管座的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
19.如图2所示，本实施例提供了一种50g pam4发射激光器同轴封装结构，包括激光二极管芯片1、汇聚耦合透镜帽2、激光二极管垫片3、片上芯片垫片4、键合金丝5、管座6和高频柔性线路板7，所述激光二极管芯片1固定于激光二极管垫片3上形成片上芯片，所述片上芯
片固定于片上芯片垫片4上，所述片上芯片垫片4固定于管座6上，所述高频柔性线路板7穿设于管座6上，所述激光二极管芯片3通过键合金丝5连接高频柔性线路板7，所述汇聚耦合透镜帽2固定于管座6上；所述激光二极管芯片1发射出高斯光束，高斯光束通过汇聚耦合透镜帽2进行汇聚，汇聚光汇聚成与单光纤匹配的模式，入射到单模光纤中。
20.所述激光二极管芯片的光通信波长为1310nm。
21.如图3所示，在本实施例中，所述汇聚耦合透镜帽2为由汇聚耦合透镜构成的半帽型结构，所述汇聚耦合透镜帽2罩设于激光二极管芯片1外侧部，以对激光二极管芯片1发射出的高斯光束进行汇聚。
22.所述管座6采用可伐和不锈钢制成。
23.在本实施例中，汇聚耦合透镜帽2和管座6的各尺寸参数的取值范围为：3.3＜a＜7mm，0.5＜b＜6mm，0＜c＜3mm，0＜d＜5mm，1＜e＜6mm，0.1＜f＜7mm，0.5＜g＜7mm，0.5＜h＜7mm。
24.所述高频柔性线路板为差分100欧姆的高频信号，nrz 25g bps，pam4 50g bps。所述高频柔性线路板与驱动电路通过焊接连接在一起。
25.本发明还提供了用于实现上述封装结构的50g pam4发射激光器同轴封装方法，包括以下步骤：1）贴片：使用银胶将高频柔性线路板贴附在管座上并烘烤固定；通过高温共晶焊接，将激光二极管芯片固定在激光二极管垫片上，得到片上芯片，并将片上芯片固定在片上芯片垫片上；然后使用银胶将片上芯片垫片贴附在管座上并烘烤固定；2）金丝键合：利用翻转打线，使用键合金丝焊接，从激光二极管垫片焊盘焊接到高频柔性线路板上；3）封盖：采用封帽机汇聚耦合透镜帽电阻焊接在管座上。
26.以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。