专利名称：10Gb/s APD-TIA光接收组件的组装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种10Gb/s APD-TIA光接收组件的组装结构。
背景技术：
在传输速率达10Gb/s的光通信系统中，高灵敏度的光接收组件是其关键的部件之一。高速光通信网一般要求光接收组件的灵敏度优于-26. 5dBm，光响应在输出强度为-3dB处的带宽大于7.5GHz。在这种高灵敏的光接收组件中，几乎无例外地釆用雪崩光电二极管(APD)芯片l和低噪声跨阻抗放大器(TIA)芯片2,其中APD芯片1也叫雪崩光电探测器，如图l所示。
通常背面进光的10Gb/sAPD-TIA组件是在单一平面陶瓷电路基板上进行加工组装的。首先将单一平面陶瓷电路基板加工成连体台阶状的基板，然后将10Gb/s APD芯片1和10Gb/s TIA芯片2粘连在台阶状陶瓷电路基板的低阶部分上，光接收组件中的其余元器件则集成在台阶状陶瓷电路基板的高阶部分。APD、 TIA芯片厚度为120-150微米。APD芯片、TIA芯片和陶瓷基板高阶部分之间的连接采用电路金丝焊接。由于APD芯片、TIA芯片以及陶瓷基板高阶部分的高度不一致，因而这三者的上表面不在一个水平面上，从而导致焊接后的电路金丝连线的长度要比在同一水平面上金丝连线长150微米以上。
光接收组件的光响应速率(或带宽)，不仅与APD内部的载流子渡越时间和PN结电容有关，还与外部金丝连线参数和寄生参数有关。对于10Gb/sAPD-TIA组件来说，其数字信号传输速率达10Gb/s，脉宽0. lns(100ps)，脉码信号上/下边沿时间通常仅0. 02ns (即20ps)左右。如果信号传输线上的传输时间大于O.Ol ns，则传输信号还未达终点，其始端的信号瞬时状态已经改变了，从而使终端接收的逻辑状态发生变化，这将导致信号失真，并产生误码。由此可见，上述电路金丝联线的长度以及附加的寄生参数，对于10Gb/s信号传输来说，将足以影响其传输幅-频特性，从而影响整个组件的带宽和灵敏度。
此外，金丝连线很容易引起信号延迟。若连接在APD和TIA之间的金丝采用球焊，其总长度在0. 5-1. 0毫米，如信号以光速3Xl08m/s传输，则传输时间为1. 7-3. 3ps，加上APD结电容、TIA前端等效电容和其它杂散电容所引起的传输延迟时间，则远远大于20 ps 了。还应注意的是，在APD和TIA之间采用球焊,金丝连线将产生弯折，这将引起信号的电磁辐射和相互间耦合，势必引起电磁干扰和信号衰减。
由上可得，对10Gb/sAPD-TIA组件来说，金丝连线应尽量走直线，其长度、直径、走向与信号传输带宽、光接收组件的灵敏度紧密相关。然而现有的背面进光10Gb/s APD-TIA组件
的组装方式，难以避免不采用弯折的金丝连线进行芯片之间的焊接；而弯折的金丝连线将很
容易引起信号失真，带宽变窄，误码率增加，使光接收组件的灵敏度下降。
此外，很难将单一平面陶瓷电路基板加工成连体台阶状陶瓷基板，即便能加工成台阶状的基板，其表面平整度和电路制作也很困难，成本很高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种10Gb/sAPD-TIA光接收组件的组装结构，有效地减小金丝连线的长度，以及改善金丝连线的弯折状况，从而减少金丝连线所引起的信号延迟、电磁辐射和信号干扰问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案10Gb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，包括两块厚度不同的陶瓷基板，两块陶瓷基板的底面水平拼接；第一块陶瓷基板上贴装APD芯片和TIA芯片；且第一块陶瓷基板贴装上APD芯片和TIA芯片后，与第二块陶瓷基板的高度差小于土30微米；APD芯片与TIA芯片之间，以及TIA芯片与第二块陶瓷基板之间均采用焊接金丝连接。
较佳地，所述陶瓷基板的抛光表面不平度小于1微米。
进一步地，上述第一块陶瓷基板上设有贴装APD芯片的对准标记。由于APD管芯是从背面进光的，在陶瓷基板上设置的对准标记，方便了APD管芯的精确贴装。优选地，APD芯片与TIA芯片之间的焊接金丝为楔焊金丝。
本实用新型采用分离式的台阶状陶瓷基板，从而使APD、 TIA芯片上表面电极或连线与陶瓷基板上电路连线在同一水平面上，即使10Gb/s APD-TIA光接收组件的信号线保持在一准平面上，有效地减少金丝连线的长度。进一步地，由于信号线保持在同一准平面上，因而两芯片的金丝连线可以采用双头楔焊焊接，有效地改善了金丝连线的弯折状况，从而减少了金丝连线弯折引起的电磁辐射和信号干扰问题。
图1为10Gb/s APD-TIA光接收组件的电原理图；图2为组装结构示意图；图3为第一块陶瓷电路基板的布线示意图；图4为第二块陶瓷电路基板的布线示意图；图5示意了 APD管芯对准标记在第一块陶瓷电路基板的位置。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型包括两块厚度不同的陶瓷基板，第一块陶瓷基板31厚度为380士20微米，第二块陶瓷基板32厚度为500±20微米。两块陶瓷基板的表面抛光后不平度小于1微米，且底面进行水平拼接，拼接的倾角小于5度，缝隙小于20微米。拼接后的陶瓷基板形成台阶状，其中低阶部分即第一块陶瓷基板31上贴装APD芯片1和TIA芯片2，且贴装上两块芯片后，与高阶部分即第二块陶瓷基板32的高度差小于士30微米；而第二块陶瓷基板32用于封装10Gb/s APD-TIA光接收组件的其它电路。第一块陶瓷基板31与第二块陶瓷基板32在贴装完APD和TIA芯片后，构成一个准平面电路。而APD芯片1与TIA芯片2之间采用金丝41连接，TIA芯片2与第二块陶瓷基板32之间采用金丝42连接。此外，第一块陶瓷基板31的侧面还插接楔型光纤5,光线经光纤5反射后，从APD芯片1的背面入射。
由于陶瓷基板贴装上APD、 TIA芯片后构成准平面电路，因此APD芯片与TIA芯片之间的金丝41可采用楔焊金丝，即利用双头楔焊焊接上去。从而减少金丝41的弯折度，同时也縮短了金丝41的长度。
本实用新型分离式台阶状陶瓷基板的设计与制作过程如下
1. 在第一块陶瓷基板31上设置好APD芯片1的第一贴装位置312及TIA芯片2的第二贴装位置313;并在第一块陶瓷基板31的侧面开设一U形通槽311，使其通入第一贴装位置312内，如图3所示。同时使两块陶瓷基板的上表面不平度小于l微米。
根据图1所示的光接收组件的电原理图，将光接收组件除APD和TIA两块芯片外的其余元器件的连线布局在第二块陶瓷基板32上。并通过印制、烧成等工艺，在两块陶瓷基板上制作金属连线314和321，如图3、 4所示。
2. 在第一贴装位置312上，设置为了便于精确地贴装APD管芯的三个对准标记315，如图5所示。三个对准标记315在第一贴装位置312的边缘处，呈三角形分布。
3. 用H20E导电胶把10Gb/sAPD芯片l水平粘接在第一贴装位置312上，粘接时应使其与对准标记315—致。然后在(85-110) 。C的烘箱中烘烤(1-2)小时。
4. 用H20E导电胶把10Gb/s TIA芯片2水平粘结在第二贴装位置313上，应使APD、 TIA的上表面在同一高度，其水平高度差应小于士30微米，然后在(85-110)。C的烘箱中烘烤(l-2)小时。
5. 用353ND胶把粘结有10Gb/s APD、 TIA芯片的第一块陶瓷基板31，粘结在蝶形管壳基底上，然后在(90-110) 。C的烘箱中烘烤(0.5-1)小时。
6. 用353ND胶把第二陶瓷基板32粘结在蝶形管壳基底上，粘结时应使该陶瓷基板和粘结有10Gb/sAPD、 TIA芯片的第一陶瓷基板31的上表面在同一水平面上，两者的水平高度差应小于+/-30微米，水平倾角小于5度，缝隙小于20微米。然后在(90-110) 。C的烘箱中烘烤(0.5-1)小时。
7. 采用楔形焊接机把直径为25微米的金丝将APD芯片上焊盘和TIA芯片上输入焊盘焊接起来，APD芯片上电极焊点与TIA焊点高度差不超过30微米。
8. 釆用三维精密微调架进行楔形端头光纤耦合，使耦合后APD光响应度达O. 75A/W以上。然后采用激光焊(YIG)将光纤5固定。
9. 采用充氮热阻焊进行管壳封盖；最后进行光电性能检测和老化筛选。
权利要求1. 10Gb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，其特征在于包括两块厚度不同的陶瓷基板，两块陶瓷基板的底面水平拼接；第一块陶瓷基板上贴装APD芯片和TIA芯片；且第一块陶瓷基板贴装上APD芯片和TIA芯片后，与第二块陶瓷基板的高度差小于±30微米；APD芯片与TIA芯片之间，以及TIA芯片与第二块陶瓷基板之间均采用焊接金丝连接。
2. 根据权利要求1所述的10Gb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，其特征在于第一 块陶瓷基板厚度为380±20微米；第二块陶瓷基板厚度为500±20微米。
3. 根据权利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，其特征在于所述 陶瓷基板的抛光表面不平度小于1微米。
4. 根据权利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，其特征在于第一 块陶瓷基板上设有贴装APD芯片的对准标记。
5. 根据权利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，其特征在于APD 芯片与TIA芯片之间的焊接金丝为楔焊金丝。
6. 根据权利要求1所述的lOGb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，其特征在于第一 块陶瓷基板与第二块陶瓷基板拼接倾角小于5度，缝隙小于20微米。
专利摘要本实用新型公开了一种10Gb/s APD-TIA光接收组件的组装结构，包括两块厚度不同的陶瓷基板，两块陶瓷基板的底面水平拼接；第一块陶瓷基板上贴装APD芯片和TIA芯片；且第一块陶瓷基板贴装上APD芯片和TIA芯片后，与第二块陶瓷基板的高度差小于±30微米；APD芯片与TIA芯片之间，以及TIA芯片与第二块陶瓷基板之间均采用焊接金丝连接。它将台阶状陶瓷基板设置成分离式的，使10Gb/s APD-TIA光接收组件的信号线保持在一准平面上，从而使该组件具有寄生参数小、高频特性好、传输带宽宽、光接收灵敏度高、便于组装等特点。
文档编号H04B10/142GK201289534SQ20082020096
公开日2009年8月12日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者丁国庆 申请人:广州南沙慧视通讯科技有限公司