用於光學收發器模塊的封裝的製作方法
2023-10-05 12:25:04 2
專利名稱：用於光學收發器模塊的封裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於光學半導體器件的封裝，更具體而言，涉及用於單片集成雙向光學收發器模塊的高密度小型封裝。
背景技術：
目前，儘管新的服務逐漸實現並且骨幹網的傳輸能力顯著增大，但用戶網絡的傳輸能力幾乎未改變，所述新的服務比如是高速多媒體網際網路、視頻會議、網際網路協議(IP)電話、視頻點播、網際網路遊戲、家庭辦公、電子商務、遠程教育、電子教學、遠程教學、遠程醫療等等。這意味著在利用用戶網絡提供各種多媒體服務時，在用戶與骨幹網之間可能發生瓶頸現象。即使是作為目前最為廣泛應用的用戶網絡解決方案的x數字用戶線路(xDSL)和電纜數據機網絡也不能提供上述服務。因而需要一種新的技術，其能夠接納所有的數據、聲音和視頻服務並具有廉價、簡單的網絡結構和優異的可擴展性。
近來，乙太網無源光網絡(PON)技術作為一項新的用戶網絡技術已受到關注。PON大致包括異步傳輸模式(ATM)PON和乙太網PON(E-PON)。ATM PON已經發展為以低成本和高速度提供所有的IP數據服務、視頻服務和高速服務，比如10/100Mbps乙太網。然而，由於其視頻傳輸能力和帶寬不足以及高的複雜度和成本，ATM-PON標準不適於用戶網絡。因此，發展了高速乙太網、千兆字節乙太網等，並最終出現了帶寬為1.25Gbps的乙太網PON。
用於乙太網PON的單片集成雙向光學收發器模塊包括在單一半導體晶片上的用於接收光信號的光探測器、用於發送光信號的雷射二極體、用於監控雷射二極體操作的監控光探測器、電子器件以及封裝部件。單片集成雙向光學收發器模塊意於將通過光探測器從光信號轉換成的電信號輸入到設置在模塊中的電子器件，由此放大並調製所述電信號，並意於將輸入到電子器件中的電信號通過雷射二極體轉換成光信號，由此將該光信號傳輸到光纖。因此，在用於單片集成雙向光學收發器模塊的封裝中，增加了引線框的數目。因此，直徑為4.6mm或5.6mm的小型TO(收發器光學)-罐型封裝(Transceiver Optical can package)的信號線應當以高密度設置從而以小的尺寸實現所述模塊。
用於光傳輸模塊的常規的TO-罐型封裝如圖1A和1B所示。如圖1A和1B所示，利用管座(stem)113來構造常規的TO-罐型封裝。用於光電二極體的一對引線端子105和用於信號傳輸的引線端子112穿過管座113並通過玻璃材料106與管座113隔離。此外，在管座113的上表面上，其上安裝有子座(sub-mount)102和半導體雷射器103的金屬座(metal mount)901與用於信號傳輸的引線端子112相鄰地安裝。並且，用於監控的光電二極體107和另一子座108安裝在所述上表面的凹入面109上。此處，用於監控的光電二極體107安裝在雷射束輸入的位置，所述雷射束從與半導體雷射器103的發射表面相對的表面被發射。在圖1A中，附圖標記114表示用於接地的引線端子。
以這種方式，通過以下步驟來構造上述常規光傳輸模塊，即，提供用於TO-罐型封裝的管座113，將半導體雷射器103與位於金屬座901一側的子座102安裝在一起，將用於監控的光電二極體107安裝在具有子座108的凹入面109上，並通過連線104、110和111在半導體雷射器103/光電二極體107與引線端子之間進行連接。
圖2A和2B示出了用於光傳輸模塊的另一常規TO-罐型封裝。圖2A和2B所示的TO-罐型封裝具有與以上參照圖1A和1B描述的常規TO-罐型封裝相同的結構，除了其利用了新的座101以提高射頻(RF)特性。因此，圖1A和1B中使用的附圖標記也用於圖2A和2B中。在圖2A和2B中，座101由具有優良電導率和熱導率的金屬形成。座101具有其上安裝了半導體雷射器103的側表面101b，以及包圍用於信號傳輸的引線端子112的圓周表面101a。利用子座102將半導體雷射器安裝在側表面101b上。將座101設置在管座113的上表面上，使得半導體雷射器103基本位於管座113上側的中心且圓周表面101a與用於信號傳輸的引線端子112同心。在這種TO-罐型封裝中，座101的圓周表面101a形成為與其中插入了用於信號傳輸的引線端子112的穿通孔具有基本相同的直徑。
然而，上述常規技術意於發展用於光學半導體雷射器或光學半導體光電二極體的TO-罐型封裝。更具體而言，僅用於光學半導體雷射器或光學半導體光電二極體的TO-罐型封裝通常包括一條或兩條高速信號引線、一條直流(DC)信號引線以及一條接地引線。因此，這樣的TO-罐型封裝的缺點在於，在直徑為4.6mm或5.6mm的管座上的信號線的密度是非常低的。因此，由於上述TO-罐型封裝難以用於單片集成雙向光學收發器模塊，所以需要一種新的TO-罐型封裝。
換言之，單片集成雙向光學收發器模塊包括互阻抗放大器(trans-impedance amplifier)晶片和單一光學半導體晶片，所述互阻抗放大器晶片主要用於放大被光學半導體光電二極體所光電轉換的信號，所述單一光學半導體晶片包括光學半導體雷射器、監控光電二極體和光學半導體光電二極體。因此，用於所述模塊的封裝總共需要九條信號引線，包括用於光學半導體雷射器的至少一條高速信號傳輸引線，用於監控光電二極體的一條引線，用於互阻抗放大器的兩條高速信號傳輸引線，用於互阻抗放大器的一條DC信號引線，以及用於控制光學半導體雷射器和光學半導體光電二極體之間的信號幹擾的四條接地引線。所述單一光學半導體晶片可以根據需要進一步包括光放大器。在這種情況下，所述封裝可能還需要用於光放大器的一條信號引線和用於檢查互阻抗放大器的操作性能的一條信號引線。因此，該封裝需要總數為十一條的信號引線。
然而，如圖1A、1B、2A和2B所示，常規技術的局限之處在於，在相同的封裝尺寸、例如4.6mm或5.6mm的直徑之內僅允許形成四條或五條引線，因為其僅利用了形成在管座113上的金屬座901或101的上表面和一個側表面。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種使發展為實現乙太網無源光網絡(PON)的單片集成雙向光學收發器模塊小型化的高密度封裝。換言之，本發明旨在提供一種能夠在相同的尺寸內顯著增大信號密度的用於光學收發器模塊的封裝。
本發明的一個方面提供了一種用於光學收發器模塊的封裝，包括具有穿通孔的管座；位於所述管座上表面上的金屬座；設置在所述金屬座中的信號線；以及多條引線，所述多條引線通過所述穿通孔從所述管座的下表面突出並電連接到安裝在所述金屬座上的光學器件。
所述信號線可以穿過所述金屬座並通過絕緣體與所述金屬座隔離。
所述信號線可以被單獨製造，並設置在所述金屬座的槽中。
所述引線可以平行於所述金屬座的最大表面延伸。
所述引線之一可以穿過所述金屬座並為了高速信號傳輸時的預期阻抗匹配而設置。
所述引線之一的一端可以為了高速信號傳輸時的預期阻抗匹配而暴露於所述金屬座的側表面上。
所述引線可以聯合成(be united as)具有相同特性的引線組。
所述光學器件可以包括雙向半導體器件，在該雙向半導體器件中，用於發射光信號的光電子器件、用於監控所述光電子器件的操作的監控光電子器件和用於接收光信號的光電子器件被單片集成。
所述金屬座可以具有安裝於其上的互阻抗放大器，所述互阻抗放大器放大並調製被所述光電器件轉換的電信號。
通過參照附圖對其優選實施例的詳細描述，本發明的以上和其他特徵及優點將對於本領域普通技術人員而言變得更加明顯，其中圖1A和1B是示出用於光傳輸模塊的常規TO-罐型封裝的圖；圖2A和2B是示出用於光學收發器模塊的另一常規TO-罐型封裝的圖；圖3A是根據本發明第一示範性實施例的用於光學收發器模塊的封裝的透視圖；圖3B是當從相對一側觀察時，圖3A的封裝的另一透視圖；圖4A是根據本發明第二示範性實施例的用於光學收發器模塊的封裝的透視圖；圖4B是當從相對一側觀察時，圖4A的封裝的另一透視圖；以及圖5是根據本發明第三示範性實施例的用於光學收發器模塊的封裝的透視圖。
具體實施例方式
以下，將詳細描述本發明的示範性實施例。然而，本發明並非受限於以下公開的實施例，而是能夠以各種類型實現。因此，提供這些實施例是為了完全公開發明並將本發明的範圍充分告知本領域普通技術人員。在所有圖中，相同的元件由相同的附圖標記來表示。當認為對於與本發明相關且在現有技術中公知內容的說明會有損於公開的清楚和簡潔時，將不會詳細描述這些內容。
圖3A是根據本發明第一示範性實施例的用於光學收發器模塊的封裝的透視圖；圖3B是當從相對一側觀察時，圖3A的封裝的另一透視圖。
參照圖3A和3B，根據本實施例的用於光學收發器模塊的封裝包括管座213、金屬座201、信號線204(下文中被稱為「連接信號線」以區別於其他信號線或引線)以及多條引線206、207、207a、208和209。
管座213是TO(收發器光學)-罐型封裝的部件，並具有通過其上表面和下表面的穿通孔。所述穿通孔可以形成為具有圓形、橢圓形等的截面。管座213還包括在其上表面中用於與管帽(cap)或光纜(在圖中未示出)連接的臺階(step)部分213a。
金屬座201由具有良好耐久性和熱導性的金屬或合金製成，並安裝在管座213的上表面上。在金屬座201的一個側表面上安裝雷射二極體、監控光探測器和光探測器。雷射二極體將比如射頻(RF)信號的電信號轉換成光信號並發射該光信號，監控光探測器監控雷射二極體的工作，光探測器接收光信號並將該光信號轉換成電信號。在本實施例中，使用了雙向半導體器件202，其中雷射二極體、監控光探測器和光探測器被單片地集成。在圖3A中，附圖標記202a、202b和202c分別表示單片集成雙向半導體器件202中的雷射二極體、監控光探測器和光探測器。並且，金屬座201的所述一個側表面表示為最大表面，該最大表面與管座213的上表面近似正交並且在其上安裝了光學器件202。
此外，在金屬座201的所述一個側表面上或者面對所述一個側表面的其另一側表面上安裝互阻抗放大器203以及電容器205a和205b。互阻抗放大器203放大並調製被雷射二極體202a轉換的電信號，電容器205a去除了互阻抗前置放大器203的噪聲，電容器205b為了直流(DC)穩定性而去除噪聲。設置三條連接信號線204，使其穿過金屬座201並暴露於所述一個側表面和所述另一側表面上。同時，可以根據需要，在金屬座201的所述一個側表面或所述另一側表面上額外地安裝阻抗匹配電阻器和電容器。
設置引線206、207、207a、208和209，使其基本平行於金屬座201的所述一個側表面和所述另一側表面延伸。此外，引線206、207、207a、208和209從管座213的下表面突出，延伸通過管座的穿通孔，並通過結合連線210、211和212(下文中也稱為連線)電連接到安裝在金屬座201的所述一個側表面上的光學器件202。
引線之中的一條引線206設置成穿過金屬座201，引線206的一端從與連接於管座213上表面的側表面相對的另一側表面突出。這是考慮用於高速信號傳輸的預期的阻抗。引線206的所述一端通過連線210連接到位於金屬座201的所述另一側表面上的雷射二極體202a。
引線之中的兩條引線207通過連線211連接到互阻抗放大器203。互阻抗放大器203通過其他連線連接到用於光信號接收的光探測器202c、三條連接信號線204中的中部連接信號線的一端以及用於去除阻抗放大器的噪聲的電容器205a。
引線之中的一條引線207a傳輸DC信號，並通過連線211連接到用於去除阻抗放大器的噪聲的電容器205a。
引線之中的三條引線208通過連線212分別連接到三條連接信號線204的其他端部。此處，三條引線208之一通過用於DC穩定的噪聲去除電容器205b連接到三條連接信號線204中的中部連接信號線的另一端，而三條引線208中的另一條通過連接信號線204電連接到監控光探測器202b。
引線之中的其餘四條引線209是接地引線，其用於控制雷射二極體202a和光探測器202c之間的信號幹擾。除了接地引線之外的每條引線通過比如玻璃絕緣體和陶瓷絕緣體的絕緣體214與管座213隔離。類似地，連接信號線204通過比如玻璃絕緣體和陶瓷絕緣體的絕緣體214與金屬座201隔離。
通過同軸電纜阻抗匹配將上述每條引線設計成具有特定的預定阻抗。例如，通過從管座213的下表面突出的引線尺寸以及通過引線之間的間隔將每條引線設計成具有預定的阻抗。此外，在本發明中，具有相同特性的引線以橢圓形狀被聯合(united)，從而增大了信號密度。
圖4A是根據本發明第二示範性實施例的用於光學收發器模塊的封裝的透視圖，圖4B是當從相對一側觀察時，圖4A的封裝的另一透視圖。
參照圖4A和4B，與第一實施例的用於光學收發器模塊的封裝不同，根據第二實施例的用於光學收發器模塊的封裝的特徵在於，連接信號線被單獨製造並設置於金屬座201的槽201a中。
換言之，在本實施例中，連接信號線並不與金屬座201一起製造。在於金屬座201中形成「」形的槽201a之後，安裝被單獨製造的連接信號線塊204a。與第一實施例相比，這樣的結構使製造設置於金屬座中的連接信號線容易且簡單，由此能夠簡化封裝製造工藝。
同時，除了上述形狀之外，金屬座的槽201a能夠形成為如同「」的適當的形狀。與第一實施例的連接信號線類似，連接信號線可以由塗敷在具有圓形截面的通孔的內圓周表面上或者填充於其中的導體、或者由具有四邊形截面的導體形成。類似地，除了四邊形截面之外，引線可以形成為具有其他截面，比如圓形截面。
圖5是根據本發明第三示範性實施例的用於光學收發器模塊的封裝的透視圖。
參照圖5，與第一實施例的封裝不同，根據第三實施例的用於光學收發器模塊的封裝的特徵在於，穿過金屬座201的引線206沒有暴露於金屬座201的上側表面上，而引線206的端部206a暴露於所述一個側表面上。這裡，金屬座201的所述一個側表面指的是其上安裝了單片集成雙向半導體器件202的表面。
考慮到高速信號傳輸時的預期阻抗來設計引線206。具有上述結構使引線206能夠被設計成穿過金屬座201或暴露於金屬座201的一個表面上，由此增大了設計的自由度。
同時，與第二實施例的連接信號線塊相同，可以實現根據第三實施例的用於光學收發器模塊的封裝，使得在金屬座201的槽中設置單獨製造的連接信號線塊。
如上所述，本發明使得引線被連接到安裝在管座上的金屬座的一個側表面和相對的表面這兩者上，由此在具有相同尺寸的封裝中，增大了多於兩倍的信號密度。換言之，本發明能夠增大包括在直徑為4.6mm或5.6mm的TO-罐型封裝中的引線的密度，從而使用於1.25Gbps乙太網無源光網絡的單片集成雙向模塊小型化。
儘管已經參照其某些示範性實施例表示並描述了本發明，但本領域技術人員應理解的是，在不偏離由權利要求限定的本發明的精神和範圍的前提下，可以對本發明進行形式和細節上的各種變化。
本申請要求於2005年11月24日提交的韓國專利申請No.2005-113006的優先權和權益，其公開的全部內容在此引入作為參考。
權利要求
1.一種用於光學收發器模塊的封裝，包括具有穿通孔的管座；位於所述管座上表面上的金屬座；安裝在所述金屬座上的信號線；以及多條引線，所述多條引線通過所述穿通孔從所述管座的下表面突出並電連接到安裝在所述金屬座上的光學器件。
2.根據權利要求1所述的封裝，其中所述信號線穿過所述金屬座並通過絕緣體與所述金屬座隔離。
3.根據權利要求1所述的封裝，其中所述信號線被單獨製造，並設置在所述金屬座的槽中。
4.根據權利要求1所述的封裝，其中所述多條引線平行於所述金屬座的最大表面延伸。
5.根據權利要求4所述的封裝，其中所述多條引線之一穿過所述金屬座以用於高速信號傳輸時的預期阻抗匹配。
6.根據權利要求4所述的封裝，其中所述多條引線之一具有暴露於所述金屬座的一個表面上的端部以用於高速信號傳輸時的預期阻抗匹配。
7.根據權利要求4所述的封裝，其中所述多條引線聯合成具有相同特性的引線組。
8.根據權利要求1所述的封裝，其中所述光學器件包括雙向半導體器件，在該雙向半導體器件中，用於發射光信號的光電子器件、用於監控所述光電子器件操作的監控光電子器件和用於接收光信號的光電子器件被單片集成。
9.根據權利要求8所述的封裝，其中所述金屬座具有安裝於其上的互阻抗放大器，所述互阻抗放大器放大並調製被所述光電器件轉換的電信號。
全文摘要
提供了一種用於光學收發器模塊的具有高密度引線的封裝。所述用於光學收發器模塊的封裝包括含有穿通孔的管座；位於所述管座上表面上的金屬座；設置在所述金屬座中的信號線；以及多條引線，所述多條引線從所述管座的下表面突出並通過所述穿通孔電連接到安裝在所述金屬座上的光學器件。由此，所述引線可以連接到所述金屬座的上表面和下表面兩者，由此增大了封裝中的信號密度。
文檔編號H01L25/16GK1971909SQ200610109200
公開日2007年5月30日 申請日期2006年8月9日 優先權日2005年11月24日
發明者金星一, 文種太 申請人:韓國電子通信研究院