垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊及製作方法
2023-10-11 20:28:14 1
專利名稱：垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊及製作方法
技術領域：
本發明涉及光通信用發射模塊，更具體地說，是涉及基於垂直腔面發射雷射器(VCSEL)列陣的並行光發射模塊及製作方法。
背景技術：
傳統光發射模塊的光源採用的都是邊發射雷射器。邊發射雷射器的特點是輸出光垂直於解理面，其光束髮散角過大，且在晶片解理前，不能進行單個器件的基本性能測試，不易實現大規模集成，製造成本高。與之相比，垂直腔面發射雷射器(VCSEL)具有非常優越的性能和及其低廉的價格。其輸出光垂直於襯底，這種獨特的表面發光器件結構具有小發散角和對稱的遠近場分布，能發射高質量的園形光束，使得其與光纖的耦合效率大為提高。由於其體積小，能夠實現極小電流的工作，可大大降低對驅動電路晶片的要求，降低模塊的功耗和改善熱特性。由於垂直腔面發射雷射器是表面發光器件，製備和測試工藝完成在分管和封裝工藝之前，可以進行在片測試，與微電子平面工藝完全兼容，滿足了低成本、大規模製備這一現代工業的關鍵要求。作為低成本高性能的雷射光源，在光纖通信網絡、區域網、高速數據傳輸、並行光互連方面將具有重大的應用前景。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其是應用於短距離(300米以內)傳輸的並行光發射模塊，通過並行光傳輸方案設計在性能和成本上的優勢，實現高帶寬，低成本的光傳輸系統。
本發明一種垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中包括一高頻印製電路板，在該高頻印製電路板的一端形成有一信號輸入埠，該信號輸入埠採用鍍金的插板結構；一垂直腔面發射雷射器列陣，該垂直腔面發射雷射器列陣以裸片的形式直接集成在一矽片底座上，再用粘接的方式粘接在高頻印製電路板上面；一驅動電路晶片，該驅動電路晶片以裸片的形式直接集成在高頻印製電路板上面；該垂直腔面發射雷射器列陣與驅動電路晶片用金絲連接，該驅動電路晶片與高頻印製電路板用金絲連接，構成並行光發射模塊。
其中所述的垂直腔面發射雷射器列陣為1×12線性列陣，是採用金屬有機化學汽相沉積工藝實現的，單個垂直腔面發射雷射器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
其中所述的高頻印製電路板採用4層板結構設計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
其中所述的並行光發射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
其中所述的垂直腔面發射雷射器列陣在工作中激射出光，為高質量的圓形光束，通過有源對準技術直接耦合進入光纖列陣並在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結構與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
本發明一種垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊的製作方法，其特徵在於，其中包括如下步驟1)取一高頻印製電路板，在該高頻印製電路板的一端形成有一信號輸入埠，該信號輸入埠採用鍍金的插板結構；2)將一垂直腔面發射雷射器列陣以裸片的形式直接集成在一矽片底座上，再用粘接的方式粘接在高頻印製電路板上面；3)將一驅動電路晶片以裸片的形式直接集成在高頻印製電路板上面；4)將該垂直腔面發射雷射器列陣與驅動電路晶片用金絲連接，該驅動電路晶片與高頻印製電路板用金絲連接，構成並行光發射模塊。
其中步驟2)所述的垂直腔面發射雷射器列陣為1×12線性列陣，是採用金屬有機化學汽相沉積工藝實現的，單個垂直腔面發射雷射器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
其中步驟3)所述的高頻印製電路板採用4層板結構設計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
其中步驟4)所述的並行光發射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
其中步驟2)所述的垂直腔面發射雷射器列陣在工作中激射出光，為高質量的圓形光束，通過有源對準技術直接耦合進入光纖列陣並在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結構與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如下，其中圖1是本發明的實施例三維結構示意圖；圖2是本發明單個垂直腔面發射雷射器(VCSEL)的結構示意圖。
具體實施例方式
現在參考圖1，將採用金屬有機化學氣相沉積方法生長的1×12的垂直腔面發射雷射器(VCSEL)列陣107置於一個矽(Si)片底座102上面，再將該底座102與驅動電路晶片103用絕緣膠粘合在高頻印製電路板105上面，高頻印製電路板105的信號輸入端104為插板結構，與其對應的是AMP公司的專用電連接器，載入的數據信號為低壓差分信號(LVDS)，經過高頻印製電路板105上的傳輸線到達驅動電路晶片，由於垂直腔面發射雷射器(VCSEL)工作需要的閾值電壓高於電路板的輸入信號電壓，所以驅動電路晶片的功能是將低壓差分信號轉換為較高的電流信號注入到垂直腔面發射雷射器(VCSEL)列陣的電極。其中雷射器列陣107和驅動電路晶片103及印製電路板上的匹配電路是通過金絲106壓焊連接。出於高頻信號的完整性考慮，印製電路板105需採用高頻陶瓷材料，並按4層板結構設計，外面的兩層為信號層，中間的兩層分別為電源層和地層，電源層和地層之間需加上去耦電容。由於垂直腔面發射雷射器(VCSEL)列陣107能發射高質量的園形光束，所以出光可以直接耦合進入多模光纖列陣101。
圖2為單個垂直腔面發射雷射器(VCSEL)的結構，出光孔201為雷射器激射發光的出光位置，直徑為5μm，其電極202為電流注入端，與驅動電路晶片103相連，其尺寸為100×80μm2，雷射器的激射光波波長為850nm。
請再結合參閱圖1、圖2，本發明一種垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊的製作方法，包括如下步驟1)取一高頻印製電路板105，在該高頻印製電路板105的一端形成有一信號輸入埠，該信號輸入埠採用鍍金的插板結構104；2)將一垂直腔面發射雷射器列陣107以裸片的形式直接集成在一矽片底座102上，再用粘接的方式粘接在高頻印製電路板105上面；該垂直腔面發射雷射器列陣107為1×12線性列陣，是採用金屬有機化學汽相沉積工藝實現的，單個垂直腔面發射雷射器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2；3)將一驅動電路晶片103以裸片的形式直接集成在高頻印製電路板105上面；4)將該垂直腔面發射雷射器列陣107與驅動電路晶片103用金絲106連接，該驅動電路晶片103與高頻印製電路板105用金絲106連接，構成並行光發射模塊。
垂直腔面發射雷射器列陣107為1×12線性列陣，是採用金屬有機化學汽相沉積工藝實現的，單個垂直腔面發射雷射器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
8、根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟3)所述的高頻印製電路板105採用4層板結構設計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
9、根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟4)所述的並行光發射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
10、根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟2)所述的垂直腔面發射雷射器列陣107在工作中激射出光，為高質量的圓形光束，通過有源對準技術直接耦合進入光纖列陣101並在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結構與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
本發明工藝簡單，由於是將垂直腔面發射雷射器(VCSEL)列陣和驅動電路晶片直接在裸片基礎上集成，省卻了傳統的晶片封裝工序，操作簡便，可以大大降低加工成本；安全可靠，具有極強的實用性；可以減小封裝後模塊的尺寸，更好的適應了光發射模塊小型化的趨勢。
前面已經描述了本發明的特殊實施例，對於熟悉本領域的人可以做進一步的修改和改進。我們有理由認為，本發明不僅僅限於所描述的特殊形式。凡是本領域的技術人員看過本發明說明書後，所能想到的其它不超出本發明思路和範圍的所有修改情形，都應看成是在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中包括一高頻印製電路板，在該高頻印製電路板的一端形成有一信號輸入埠，該信號輸入埠採用鍍金的插板結構；一垂直腔面發射雷射器列陣，該垂直腔面發射雷射器列陣以裸片的形式直接集成在一矽片底座上，再用粘接的方式粘接在高頻印製電路板上面；一驅動電路晶片，該驅動電路晶片以裸片的形式直接集成在高頻印製電路板上面；該垂直腔面發射雷射器列陣與驅動電路晶片用金絲連接，該驅動電路晶片與高頻印製電路板用金絲連接，構成並行光發射模塊。
2.根據權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中所述的垂直腔面發射雷射器列陣為1×12線性列陣，是採用金屬有機化學汽相沉積工藝實現的，單個垂直腔面發射雷射器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
3.根據權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中所述的高頻印製電路板採用4層板結構設計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
4.根據權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中所述的並行光發射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
5.根據權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中所述的垂直腔面發射雷射器列陣在工作中激射出光，為高質量的圓形光束，通過有源對準技術直接耦合進入光纖列陣並在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結構與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
6.一種垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊的製作方法，其特徵在於，其中包括如下步驟1)取一高頻印製電路板，在該高頻印製電路板的一端形成有一信號輸入埠，該信號輸入埠採用鍍金的插板結構；2)將一垂直腔面發射雷射器列陣以裸片的形式直接集成在一矽片底座上，再用粘接的方式粘接在高頻印製電路板上面；3)將一驅動電路晶片以裸片的形式直接集成在高頻印製電路板上面；4)將該垂直腔面發射雷射器列陣與驅動電路晶片用金絲連接，該驅動電路晶片與高頻印製電路板用金絲連接，構成並行光發射模塊。
7.根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟2)所述的垂直腔面發射雷射器列陣為1×12線性列陣，是採用金屬有機化學汽相沉積工藝實現的，單個垂直腔面發射雷射器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
8.根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟3)所述的高頻印製電路板採用4層板結構設計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
9.根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟4)所述的並行光發射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
10.根據權利要求6所述的垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其特徵在於，其中步驟2)所述的垂直腔面發射雷射器列陣在工作中激射出光，為高質量的圓形光束，通過有源對準技術直接耦合進入光纖列陣並在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結構與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
全文摘要
本發明一種垂直腔面發射雷射器列陣的並行光發射模塊，其中包括一高頻印製電路板，在該高頻印製電路板的一端形成有一信號輸入埠，該信號輸入埠採用鍍金的插板結構；一垂直腔面發射雷射器列陣，該垂直腔面發射雷射器列陣以裸片的形式直接集成在一矽片底座上，再用粘接的方式粘接在高頻印製電路板上面；一驅動電路晶片，該驅動電路晶片以裸片的形式直接集成在高頻印製電路板上面；該垂直腔面發射雷射器列陣與驅動電路晶片用金絲連接，該驅動電路晶片與高頻印製電路板用金絲連接，構成並行光發射模塊。
文檔編號G02B6/42GK1530681SQ0312059
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月14日 優先權日2003年3月14日
發明者陳弘達, 申榮鉉, 毛陸虹, 唐君, 裴為華, 高鵬, 崔增文 申請人:中國科學院半導體研究所