TO-罐型半导体封装件的阻抗信号线的结构的制作方法

to-罐型半导体封装件的阻抗信号线的结构
技术领域
1.实施例涉及一种晶体管轮廓(to)-罐型半导体封装件的阻抗信号线的结构。


背景技术：

2.随着近来光学器件的需求扩大和广泛使用，在诸如局域网(lan)的各种网络中对使用光纤进行的数据传输的需求已经迅速增加。特别地，与高速数据传输相关的研究已经在积极地进行，并因此已经发布了各种封装型半导体激光二极管。
3.图1a至图1c是示出常规to-罐型模块封装件的信号线结构的图，并且图2a和2b是示出模拟常规信号线结构的rf特性的结果的图。
4.参考图1a至1c，该结构包括具有特定阻抗的头部10和贯穿馈通件的信号线20。贯穿信号线20包括单线或双线，彼此不相连，用于处理差分信号。必要时，彼此不连接的多条信号线可以一起贯穿头部10。在这种情况下，穿透部分填充有通常由玻璃材料制成的电介质11，以便贯穿信号线可以不连接到头部部分而是与头部部分隔离。通过调整玻璃材料的介电常数、馈通孔的尺寸、贯穿信号线20的厚度以及两条或更多条贯穿信号线20之间的距离，可以设计出期望的特性阻抗。为了更容易地将半导体激光器或类似部件安装到头部，信号线20已经被加长使用，如图1b所示。
5.当半导体部件40实际被安装到to-罐上时，半导体激光二极管43或类似器件被附接到陶瓷板42上，并且然后将这个陶瓷板42安装到头部10。此外，当需要通过热电冷却器(tec)41控制半导体激光二极管43的温度时，tec 41被附接到头部10，并且然后将陶瓷板42附接到其上。在这种情况下，如图1b和1c所示，贯穿头部10的信号线20在头部10上方延长并通过接合线连接到诸如陶瓷板的激光二极管或信号线的部件。
6.利用这种结构，信号线部分和头部部分的阻抗不同。如图1b和1c所示，信号线20被暴露于空气，并且信号线20周围没有其他材料。因此，信号线20通常用作电感器并且随着频率变高而增加电感，因此导致一个问题：来自头部部分的信号不能被很好地传输到陶瓷板上的半导体激光器或其他部件。
7.图2a和2b示出了有附加信号线的头部和没有附加信号线的头部的s参数。这里，没有附加信号线的头部的s11示出了在30ghz处的-20db或甚至更低的特性，但是有附加信号线的头部的s11(即信号线延长1mm的头部)示出了快速退化的特性。
8.此外，没有附加信号线的头部的s21示出了在30ghz或更高频率处几乎平坦的特性，但是有附加信号线的头部的s21示出了-3db的带宽被限制在大约25ghz的特性。
9.图3a和3b是示出了常规to-罐型模块封装件的信号线的另一种结构的图，并且图4a和4b是示出了模拟另一种信号线结构的rf特性的结果的图。
10.参考图3a和3b，在两条差分信号线20a和20b之间插入电介质30以便解决图1a至1c所示结构的问题。
11.在两条差分信号线20a和20b之间插入电介质30，并且正确选择电介质30的介电常数和厚度。两条差分信号线20a和20b与电介质30用它们之间的焊料31粘附。以这种方式，信
号线20的部分被设计成具有与头部10的部分相同的阻抗，从而包括头部10和信号线20的整个结构可以具有期望的阻抗。
12.参考图4a和4b，与没有附加信号线的头部相比，s11略有改善。-3db的带宽出现在30ghz或更高频率处，但直到20ghz降低2db。因此，当添加陶瓷板、半导体器件和接合线时，整体带宽难以满足20ghz。
13.此外，s21比图2b的只有头部没有附加信号线的带宽更退化(deteriorated)。
14.在插入电介质的结构中，当头部部分被设计为具有期望的阻抗时，信号线的直径、两条信号线之间的距离以及电介质的介电常数被确定。因此，信号线之间的间距已经基于头部的设计阻抗被确定并固定，并且因此信号线部分的阻抗取决于插入在信号线之间的介电材料而变化。虽然由于在信号线之间填充电介质和焊料而改善阻抗，但改善的效果并不显著。此外，带宽比只有头部而没有附加信号线的带宽更退化。
15.因此，需要在维持头部和信号线之间的结构的同时提高rf特性。


技术实现要素：

16.实施例提供一种to-罐型半导体封装件的阻抗信号线的结构。
17.本实施例的目的不限于此，并且可以包括虽然没有明确提及但可以从本文描述的问题或实施例的技术解决方案中认识到的目的或效果。
18.根据一个实施例，晶体管轮廓(to)-罐型半导体封装件包括：头部，其包括设置在其一侧的半导体激光二极管；信号线，其贯穿头部并且包括从头部一侧凸出的一端；以及边缘耦合微带(edge-coupled microstrip,ecm)部分，其被连接到信号线，ecm部分包括电介质和ecm线，其在电介质的第一侧上被形成为具有预定宽度并且其间具有预定间距的导电图形(conductive patterns)并且被分别连接到信号线。
19.ecm线可以包括被形成为以预定间距彼此隔开的两条ecm线，并且电介质可以具有预定的厚度。
20.ecm部分还可以包括至少部分地形成在电介质的第二侧上的接地面。
21.信号线包括差分信号线，其特性阻抗取决于以下至少一个而变化：ecm线的宽度、ecm线之间的间距、电介质的厚度、电介质的种类以及电介质的介电常数。
22.ecm线可以被焊接到差分信号线。
23.ecm线可以形成为具有相同的长度和相同的宽度。
24.包括ecm线和信号线的总阻抗可以通过调整ecm线的宽度、ecm线之间的间距、电介质的厚度、电介质的种类和电介质的介电常数来确定。
附图说明
25.图1a至图1c是示出了常规to-罐型模块封装件的信号线结构的图。
26.图2a和2b是示出了模拟常规信号线结构的rf特性的结果的图。
27.图3a和3b是示出了常规to-罐型模块封装件的信号线的另一种结构的图。
28.图4a和4b是示出了另一种信号线结构的rf特性的模拟结果的图。
29.图5a和5b是示出了根据实施例的to-罐型半导体封装件的信号线结构的图。
30.图6a至6d是示出了图5所示的边缘耦合微带(ecm)部分的结构的图。
31.图7a和7b是示出了模拟所提出的信号线结构的rf特性的结果的第一图。
32.图8a至8c是示出了所提出的信号线结构的rf特性的模拟结果的第二图。
具体实施方式
33.下面将参考附图详细描述本公开的实施例。
34.然而，本公开的技术思想不限于本文阐述的一些实施例，而是可以以各种不同的形式来体现，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可以在实施例之间选择性地组合和替换元件中的一个或多个。
35.此外，除非另有明确定义和描述，否则在本公开的实施例中使用的术语(包括技术和科学术语)可以被解释为本公开所属领域的普通技术人员能够普遍理解的含义并且可以考虑相关技术的上下文含义来解释常用的术语，诸如在字典中定义的术语。
36.此外，在本公开的实施例中所使用的术语仅被用于描述实施例的目的，并不旨在限制本公开。
37.在本说明书中，单数形式也可以包括复数形式，除非另有特别提及，并且“a、b和c中的至少一个(或一个或多个)”的描述可以包括a、b和c的所有可能组合中的一个或多个。
38.此外，在描述本公开的实施例中的元件时，可以使用术语第一、第二、a、b、(a)、(b)等。
39.这些术语只是用于将元件与其他元件区分开来，并不限制元件的性质、顺序、序列等。
40.当描述一个元件“被连接到”、“被耦合到”或“访问”另一元件时，这些元件不仅可以直接地而且还可以通过在它们之间设置的另一个元件“连接”、“耦合”或“访问”。
41.此外，当描述一个元件形成或布置在另一个元件“上(上方)或下(下方)”时，这些元件不仅可以形成或布置为彼此直接接触，而且可以与它们之间的一个或多个其他元件接触。另外，表述“上(上方)或下(下方)”不仅可以包括相对于一个元件向上方向的含义，还可以包括向下方向的含义。
42.根据一个实施例，提出了一种新结构，其中边缘耦合微带(ecm)线被并排布置在贯穿to-罐式头部的两条信号线的一侧，并且ecm线被附接到每条信号线。
43.近来的光学通信技术，传输速度高于每秒数十千兆比特，并且因此包括信号线的晶体管轮廓(to)-罐型半导体封装件也需要具有数十千兆赫兹或更高的带宽，以便制造传输速度所需的发射器光学子组件(tosa)和类似光学部件。因此，本公开提出一种结构，使信号线的阻抗尽可能与头部的阻抗相似。
44.图5a和5b是示出了根据实施例的to-罐型半导体封装件的信号线的结构的图，并且图6a至6d是示出了图5所示的ecm部分的结构的图。
45.参考图5a和5b，根据本公开的实施例的to-罐型半导体封装件可以包括头部100、多条信号线200和ecm部分300。
46.头部100可以包括半导体部件400，即，热电冷却器(tec)410、陶瓷基板420和半导体激光二极管430，它们被依次布置在一侧。头部100包括形成为贯穿两侧的通孔，并且信号线200经由通孔连接。
47.多条信号线200可以通过线接合方法连接到半导体激光。在此，使用线接合方法，
但不限于此。例如，多条信号线200可以包括彼此不连接以处理差分信号的两条差分信号线200a和200b。
48.在这种情况下，多条信号线200穿过通孔，使得第一端部可以从头部100的一侧凸出，并且第二端部可以穿过通孔并朝着头部100的另一侧延长。多条信号线200可以通过填充在通孔中的玻璃材料固定到头部100。
49.例如，可以将粉末形式的玻璃材料填充在多条信号线200穿过的通孔中，并在预设温度下熔化，从而密封通孔。
50.ecm部分300可以被并排布置在多条信号线200的一侧，并且粘附到信号线200。换言之，由金属制成并且在ecm部分300中形成的ecm线可以被分别连接到信号线200a和200b。这里，金属材料可以是导电材料，例如可以包括铜(cu)、银(ag)等。
51.ecm部分300可以相对于信号线200被设置在与半导体部件400相对的一侧。
52.在这种情况下，之前已经计算出阻抗的ecm线可以通过例如锡球(但不限于此)焊接到信号线200。可替代地，ecm线可以通过基于激光的点焊粘附到信号线200。
53.参考图6a和6b，根据本公开的第一实施例的ecm部分300可以包括陶瓷基板或电介质310以及ecm线320，并且ecm线320可以包括两条ecm线320a和320b。
54.在电介质310的一侧，可以并排形成导电图形，即两条ecm线320a和320b。电介质310可以被形成为具有例如200μm的预定厚度，但是可以根据需要改变。电介质310的形状例如可以是六面体，但不限于此。可替代地，电介质319可以具有各种形状。
55.两条ecm线320a和320b被形成为在电介质310的一侧的中心处具有预设宽度w，并且可以具有相同的宽度。两条ecm线320a和320b以预定距离s(例如彼此相距10μm)隔开，但是距离s可以根据需要改变。
56.两条ecm线320a和320b可以具有相同的宽度w和相同的长度l。两条ecm线320a和320b的长度l可以短于或等于信号线的凸出长度。这里，凸出长度可以指信号线从头部的一侧凸出的长度。
57.参考图6c和6d，根据本公开的第二实施例的ecm部分300可以包括陶瓷基板或电介质310和ecm线320，并且还可以包括金属接地面330。
58.两条ecm线320a和320b可以被并排形成在电介质310的一侧，并且接地面330可以形成在至少一部分中，即在电介质310的另一侧上的部分区域或整个区域。
59.可以在具有或不具有被添加到电介质的另一侧的接地面的情况下使用根据实施例的ecm部分300。有或没有接地面的ecm线被制造并附接到头部的信号线，以便将头部的信号线添加到ecm的信号线图形部分，从而等效形成对改变ecm线的金属厚度有作用的ecm。在这种情况下，设计为具有特定阻抗的ecm线的整体特性阻抗可能与最初设计的阻抗略有不同，这是因为添加了头部的信号线。
60.此外，根据实施例的ecm被构造为传输差分信号，并且在包括头部的整体结构的特性阻抗方面比常规结构更加改善，或者被配置为通过调整ecm的宽度或调整ecm之间的间距将包括两条信号线和ecm的结构的特性阻抗调整成期望的阻抗。更准确地说，为了将阻抗值优化为期望的阻抗值，在计算或模拟ecm线的阻抗时，模拟了将信号线添加到ecm上的结构。
61.这里，ecm传输线被描述为一个示例，但不限于此。可替代地，可以考虑其他传输线。例如，传输线可以被设计成差分共面波导类型的形式。
62.当需要像tosa那样的气密密封时，重要的是选择不从陶瓷板散发气体等的材料。此外，部件的制造是几十千兆赫兹，并且因此当使用陶瓷或其他介电材料时，选择具有低射频损耗(即低损耗正切)的介电材料。可以使用任何类型的电介质，只要该电介质满足直到期望使用的频率的这些条件。这里，损耗正切可以指表示电介质的损耗特性的指数(index)。
63.通过将根据实施例的ecm线320连接到信号线200，可以改善头部和信号线的总阻抗。换言之，ecm线的宽度、ecm线之间的距离、电介质的厚度、电介质的类型以及电介质的介电常数可以被控制为调节信号线的特性阻抗，以便类似于头部部分的阻抗。因此，to-罐型半导体封装件的rf特性可以被改善。
64.图7a和7b是示出了模拟所提出的信号线结构的rf特性的结果的第一图。
65.参考图7a和7b，在作为一个示例的头部具有34[ohm]的差分特性阻抗和差分信号线从头部上方凸出的情况下，差分信号线具有与如上所述头部具有的34[ohm]特性阻抗显著不同的差分特性阻抗。如本公开所提出的，通过将ecm添加到差分信号线并调整ecm线的宽度，对包括头部和差分信号线的整体结构的s参数进行模拟，并与模拟图1b和3a所示的结构的结果进行比较。在这种情况下，从头部上方凸出的信号线被设计为具有1.1mm的长度，陶瓷基板被设计为具有200μm的厚度并且介电常数为8.8，并且ecm被设计为具有575μm的宽度并且ecm线之间的距离为10μm。此外，所提出的结构1在陶瓷板的背面不包括接地面，但所提出的结构2包括接地面。
[0066]
如与图1b的结构和图3a的结构相比，可以理解，所提出的结构1和所提出的结构2在rf特性方面显著改善。在提出的结构1和提出的结构2的情况下，将理解的是，s11直到30ghz大约维持-10db或以下，并且s21在30ghz或更高下具有-1db的带宽。
[0067]
应当理解，与常规方法相比，s11、s21和特性阻抗均得到显著改善。
[0068]
图8a至8c是示出了模拟所提出的信号线结构的rf特性的结果的第二图。
[0069]
参考图8a至8c，在作为另一示例的头部具有50[ohm]的差分特性阻抗和差分信号线从头部上方凸出的情况下，差分信号线具有与头部具有的50[ohm]特性阻抗显著不同的差分特性阻抗。如本公开所提出的，通过将ecm添加到差分信号线并调整ecm线的宽度，对包括头部和差分信号线的整体结构的s参数进行模拟，并与模拟图1b和3a所示的结构的结果进行比较。在这种情况下，从头部上方凸出的信号线被设计为具有1mm的长度，陶瓷基板被设计为具有250μm的厚度并且介电常数为8.8，以及ecm被设计为具有500μm的宽度并且ecm线之间的距离为60μm。此外，所提出的结构1在陶瓷板的背面上不包括接地面，但所提出的结构2包括接地面。
[0070]
如与图1b的结构和图3a的结构相比，将理解的是，所提出的结构1和所提出的结构2在rf特性方面显著改善。在提出的结构1和提出的结构2的情况下，将理解s11直到30ghz大约维持-10db或以下，并且s21在30ghz或更高下具有-1db的带宽。此外，基于时域反射计(tdr)的特性阻抗模拟结果显示，与常规方法和其他公司的结果相比，变化量很小。
[0071]
应当理解，s11、s21、特性阻抗和tdr特性都得到了显著改善。
[0072]
根据一个实施例，ecm线被并排布置在贯穿to-罐式头部的两条信号线的一侧，并且ecm线被分别附接到信号线，从而在维持头部和信号线之间的结构的同时显著改善rf特性。
[0073]
根据一个实施例，通过改变ecm线的宽度、ecm线之间的距离、电介质的厚度、种类和介电常数等来调整信号线的特性阻抗值，从而减少头部和信号线之间的阻抗差异。
[0074]
本公开的各种优点和效果不限于上述描述，而是在描述本公开的实施例时将变得显而易见。
[0075]
尽管已经描述了本公开的多个实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中限定的本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改和改变。
[0076]
对附图标记的描述
[0077]
100：头部
[0078]
200：信号线
[0079]
300：ecm部分
[0080]
310：电介质
[0081]
320：ecm线
[0082]
330：接地面