一种具备优化电路的陶瓷垫块及其制备方法与流程

1.本发明涉及光通信技术领域，更具体的说，本发明涉及一种具备优化电路的陶瓷垫块及其制备方法。


背景技术：

2.在高速光器件封装过程中，会使用电容、电阻等电子元器件对高速调制电信号进行优化。
3.现有方案均在光器件内部的陶瓷垫块上贴装相应的电阻、电容、电感等元器件，并通过金线打线连接，贴装占据内部空间，需要多次贴片、打线，工艺复杂且烘烤时耗费时间多。现有技术的缺陷和不足主要有以下几点：
4.1、现有内部贴装电容电阻的方案工艺复杂，生产效率低下；
5.2、元器件通过其他的固化胶水粘接，可靠性受工艺及胶水性能等因素的影响；
6.3、贴装电阻电容元器件后还需使用金线打线连接，造成器件内部打线数量多，形状复杂，容易引起高速信号相互干扰、衰减等不良影响；
7.4、现有电阻、电容、电感等元器件会在陶瓷垫块上占据一定的空间位置，导致光器件内部空间被压缩，排布困难；
8.因此，如何提高元器件的集成度，减少了光器件内部元器件的贴装，是本技术领域待解决的问题。


技术实现要素：

9.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
10.为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具备优化电路的陶瓷垫块，包括陶瓷垫块，以及设置在所述陶瓷垫块上的光芯片；
11.所述陶瓷垫块上分别涂覆设置有薄膜电阻和薄膜电感；
12.所述陶瓷垫块上还嵌入设置平板电容；
13.且所述薄膜电阻、薄膜电感、平板电容分别与所述光芯片连接后形成优化电路。
14.优选的是，其中，所述陶瓷垫块上嵌入设置平板电容的方式为：
15.所述陶瓷垫块分别嵌入有第一平行板电极和第二平行板电极，且所述第一平行板电极和所述第二平行板电极平行设置；所述陶瓷垫块上还涂覆有输入端金层，且所述输入端金层与所述第一平行板电极抵靠，所述陶瓷垫块上还涂覆有接地金层，且所述接地金层与所述第二平行板电极抵靠。
16.优选的是，其中，所述薄膜电阻的涂覆材料设置为镍铬。
17.优选的是，其中，所述薄膜电感设置为矩形线圈状薄膜电感。
18.优选的是，其中，所述薄膜电阻的涂覆方式为喷涂、印刷、激光光刻中的任意一种，所述薄膜电感的涂覆方式为喷涂、印刷、激光光刻中的任意一种。
19.优选的是，其中，所述优化电路的连接方式为：
20.所述薄膜电阻的一端用于接地，所述薄膜电阻的另一端与所述光芯片的调制器输出端连接；所述薄膜电感的一端用于连接电源，所述薄膜电感的另一端连接所述光芯片的激光发光器输入端，所述平板电容的一端与所述薄膜电感的一端连接，所述平板电容的另一端接地。
21.一种具备优化电路的陶瓷垫块制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
22.步骤一、选定陶瓷垫块材料，设定第一平行板电极和第二平行板电极的面积和间距，并计算确定平板电容的电容量，再将第一平行板电极和第二平行板电极按照间距平行嵌入陶瓷垫块内，并沿第一平行板电极涂覆输入端金层，沿第二平行板电极涂覆接地金层；
23.步骤二、设定电阻值，选定薄膜电阻涂覆材料，设置薄膜电阻涂覆厚度和宽度，计算得出薄膜电阻的长度，并在陶瓷垫块上涂覆薄膜电阻；
24.步骤三、设定矩形线圈直径、螺旋线宽度、相隔外沿间距，并计算确定电感量，随后在陶瓷垫块上涂覆矩形线圈状薄膜电感；
25.步骤四、将光芯片固定在陶瓷垫块上，并通过金线分别将输入端金层、接地金层、薄膜电阻、薄膜电感与光芯片进行连接。
26.优选的是，其中，计算确定平板电容电容量的公式为：
[0027][0028]
其中c为容值，单位f；l为介质有效长度，单位m；w为介质有效宽度，单位m；k为等效介电常数，单位f/m；d为介质厚度，单位m。
[0029]
优选的是，其中，计算得出薄膜电阻长度的公式为：
[0030][0031]
其中，r为电阻，单位为ω；ρ为导体的电阻率，单位为ω
·
m；l为导体的长度，单位为m；s为导体的横截面积，单位为m2。
[0032]
优选的是，其中，计算确定电感量的公式为：
[0033]
电感l＝85*10-10
*d*n
5/3
＝27*10-10
*(d
8/3
/p
5/3
)*(1+1/r)
5/3
[0034]
其中，r＝p/q
[0035]
圈数n＝(d/2)/(q+p)＝d/(2p*(1+1/r))
[0036]
r为螺旋线宽和螺旋线间隔之比；q为相隔外沿距离；p为螺旋线宽度；d为线圈直径。
[0037]
本发明至少包括以下有益效果：
[0038]
其一，本发明，在陶瓷垫块上集成电阻、电容、电感等元器件，减少了光器件内部元器件的贴装，具有提高生产效率、提高集成度、提升产品可靠性的有益效果。
[0039]
其二，通过本发明，减少了高速光器件内部的贴片数量，提高光器件内部的空间利用率；减少了高速光器件的内部工序，提高生产效率；简化了高速光器件的内部结构，提高产品的可靠性；并通过一体化设计，可以使pad间的距离更优，减少金线长度或优化金线弧度，优化高速信号参数。
[0040]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0041]
图1为本发明的结构示意图。
[0042]
图2为本发明的平板电容结构示意图。
[0043]
图3为本发明的薄膜电阻结构示意图。
[0044]
图4为本发明的薄膜电感结构示意图。
[0045]
图5为本发明的优化电路电路示意图。
[0046]
图6为本发明的矩形线圈状薄膜电感参数取值示意图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0048]
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0049]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0050]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0051]
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0052]
图1示出了本发明的一种实现形式，其中包括陶瓷垫块1，以及设置在所述陶瓷垫块1上的光芯片2；
[0053]
所述陶瓷垫块1上分别涂覆设置有薄膜电阻3和薄膜电感4；
[0054]
所述陶瓷垫块1上还嵌入设置平板电容5；
[0055]
且所述薄膜电阻3、薄膜电感4、平板电容5分别与所述光芯片2连接后形成优化电路。
[0056]
工作原理：通过在陶瓷垫块1上还嵌入设置平板电容5的方式，保障平板电容5与陶瓷垫块1连接稳定，同时极大的减小平板电容5在陶瓷垫块1上的空间占用面积，通过在陶瓷垫块1上涂覆设置薄膜电阻3，保障薄膜电阻3与陶瓷垫块1连接稳定，同时极大的减小薄膜
电阻3在陶瓷垫块1上的空间占用面积，通过在陶瓷垫块1上涂覆设置薄膜电感4，保障薄膜电感4与陶瓷垫块1连接稳定，同时极大的减小薄膜电感4在陶瓷垫块1上的空间占用面积；并通过薄膜电阻3、薄膜电感4、平板电容5分别与光芯片2连接后形成的优化电路，对高速调制电信号进行优化；在这种技术方案中，在陶瓷垫块1上集成薄膜电阻3、平板电容5、薄膜电感4，减少了光器件内部元器件的贴装，具有提高生产效率、提高集成度、提升产品可靠性的有益效果。
[0057]
如上述方案中，所述陶瓷垫块1上嵌入设置平板电容5的方式为：
[0058]
所述陶瓷垫块1分别嵌入有第一平行板电极51和第二平行板电极52，且所述第一平行板电极51和所述第二平行板电极52平行设置；所述陶瓷垫块1上还涂覆有输入端金层53，且所述输入端金层53与所述第一平行板电极51抵靠，所述陶瓷垫块1上还涂覆有接地金层54，且所述接地金层54与所述第二平行板电极52抵靠。
[0059]
工作原理：利用陶瓷垫块1本身的绝缘性，在陶瓷垫块1上嵌入第一平行板电极51和第二平行板电极52，以此形成平板电容5，通过输入端金层53与第一平行板电极51抵靠形成平板电容5的输入端，通过接地金层54与第二平行板电极53抵靠以此形成平板电容5的接地端，以此便于平板电容5的两端连接，并且在需要集成不同容值的平板电容5，调整第一平行板电极51和第二平行板电极52的面积，调整第一平行板电极51和第二平行板电极52之间的间距和板间的介质即可，具有提升集成度、提升产品可靠性的有利之处。
[0060]
如上述方案中，所述薄膜电阻3的涂覆材料设置为镍铬。常用薄膜类电阻3材料分为三种，镍铬、铬硅和铬一氧化硅，其中镍铬属于低阻类材料，而铬硅和铬氧化硅属于高阻类材料，所以根据优化电路的阻值需求选取镍铬为薄膜电阻，具有保障优化效果、提升产品可靠性的有利之处。
[0061]
如上述方案中，所述薄膜电感4设置为矩形线圈状薄膜电感。通过将薄膜电感4设置为矩形线圈状薄膜电感，实现等效的电感线圈结构，同时便于电感量的计算，具有提升集成度、便于加工的有利之处。
[0062]
如上述方案中，所述薄膜电阻3的涂覆方式为喷涂、印刷、激光光刻中的任意一种，所述薄膜电感4的涂覆方式为喷涂、印刷、激光光刻中的任意一种。通过将薄膜电阻3和薄膜电感4的涂覆方式，设置为喷涂、印刷、激光光刻中的任意一种，以保障薄膜电阻3和薄膜电感4的成型效果，从而保障对光芯片2的优化性能。
[0063]
如上述方案中，所述优化电路的连接方式为：
[0064]
所述薄膜电阻3的一端用于接地，所述薄膜电阻3的另一端与所述光芯片2的调制器输出端连接；所述薄膜电感4的一端用于连接电源，所述薄膜电感4的另一端连接所述光芯片2的激光发光器输入端，所述平板电容5的一端与所述薄膜电感4的一端连接，所述平板电容5的另一端接地。通过薄膜电感4、薄膜电阻3、平板电容5对流经光芯片2的高速调制电信号进行优化，此处仅是一种实现形式；薄膜电感4、薄膜电阻3和平板电容5的数量，可以更具实际使用需求进行对应的调整；薄膜电感4、薄膜电阻3、平板电容5与光芯片2的连接方式，也可以更具实际使用需求进行对应的调整；具有保障优化效果、提升产品可靠性的有利之处。
[0065]
实施例：
[0066]
步骤一、选定陶瓷垫块1材料为氮化铝，其等效介电常数为1
×
10-11
(f/m)，设定第
一平行板电极51和第二平行板电极52的尺寸为1mm*0.2mm的，第一平行板电极51和第二平行板电极52之间的间距为0.02mm，随后计算确定平板电容5的电容量；
[0067]
平板电容5的计算公式为：
[0068][0069]
其中c为容值，单位f；
[0070]
l为介质有效长度，单位m；
[0071]
w为介质有效宽度，单位m；
[0072]
k为等效介电常数，单位f/m；
[0073]
d为介质厚度，单位m；
[0074]
在陶瓷垫块1的材料为氮化铝，其等效介电常数为1
×
10-11
(f/m)，第一平行板电极51和第二平行板电极52尺寸均为1mm*0.2mm，第一平行板电极51和第二平行板电极52之间的间距为0.02mm时，根据电容公式2计算可得c＝1
×
10-13
(f)；再将第一平行板电极51和第二平行板电极52按照间距平行嵌入陶瓷垫块1内，并沿第一平行板51电极涂覆输入端金层53，沿第二平行板电极51涂覆接地金层54；集成不同容值的平板电容5时，只需要调整第一平行板电极51和第二平行板电极52的面积、间距参数和板间介质即可；
[0075]
步骤二、设定电阻值为590ω，选定薄膜电阻3涂覆材料为镍铬合金cr30ni70，设置薄膜电阻3涂覆厚度为1μm、宽度为1mm；
[0076]
电阻值计算公式为：
[0077][0078]
其中：
[0079]
r为电阻，单位为ω；
[0080]
ρ为导体的电阻率，单位为ω
·
m；
[0081]
l为导体的长度，单位为m；
[0082]
s为导体的横截面积，单位为m2；
[0083]
镍铬合金cr30ni70的电阻率ρ＝1.18
×
10-6
ω
·
m，根据薄膜电阻3计算公式可得通过计算可知薄膜电阻3长度l＝0.5mm，再通过喷涂、印刷、激光光刻中的任意一种方式，在陶瓷垫块1上涂覆长0.5mm、宽1mm、厚1μm的薄膜电阻3；
[0084]
步骤三、设定矩形线圈4直径为1mm、螺旋线宽度0.1mm、相隔外沿间距0.1mm；
[0085]
薄膜电感计算公式为：
[0086]
r＝p/q
[0087]
薄膜电感4面积s＝d2[0088]
圈数n＝(d/2)/(q+p)＝d/(2p*(1+1/r))
[0089]
螺旋线长度li＝4(d/2)n＝d2/(p*(1+1/r))
[0090]
电感l＝85*10-10
*d*n
5/3
＝27*10-10
*(d
8/3
/p
5/3
)*(1+1/r)
5/3
[0091]
其中：
[0092]
r为螺旋线宽和螺旋线间隔之比；
[0093]
q为相隔外沿距离；
[0094]
p为螺旋线宽度；
[0095]
d为线圈直径(近似于矩形线圈最外层线圈的边长)；
[0096]
将d＝1mm、p＝0.1mm、q＝0.1mm带入电感计算公式可以就算出：l＝4
×
10-10
(h)
[0097]
随后在陶瓷垫块1上涂覆直径为1mm、螺旋线宽度0.1mm、相隔外沿间距0.1mm的矩形线圈状薄膜电感4；
[0098]
步骤四、将光芯片2固定在陶瓷垫块1上，并通过金线6分别将输入端金层53、接地金层54、薄膜电阻3、薄膜电感4与光芯片2进行连接。
[0099]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。