一种微型化超低噪声光电集成组件的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种微型化超低噪声光电集成组件。


背景技术：

2.射频光通信(rof)是一种射频和光纤相结合的技术，利用光纤的超宽带、低插损以及抗电磁干扰能力强、隐蔽性好等特点近年来受到广泛运用。
3.目前对于主流模拟光通信用的光源都是独立封装的，主要有蝶形和同轴两种封装形式，由于本身的封装管壳相对较大，加之需要搭建外围电路对光源进行apc控制电路、atc控制电路等功能控制，另外为了补偿电光变换的损耗、实现低噪声以大动态范围的要求，往往在光源前端需要加入微波模块，这就导致整个组件的体积庞大，很难适应机载、舰载等对设备体积要求高的应用环境。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种微型化超低噪声光电集成组件，具有体积小的特性，能够符合机载、舰载的设备需求。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种微型化超低噪声光电集成组件，包括壳体、第一芯片载体基板、低噪声放大器、压控衰减器、驱动放大器、激光器光芯片、第二芯片载体基板、apc控制电路和atc控制电路；
6.所述壳体具有顶层和底层，所述第一芯片载体基板设置在所述顶层，所述低噪声放大器、所述压控衰减器、所述驱动放大器、所述激光器光芯片分别共晶焊接在所述第一芯片载体基板上，所述第二芯片载体基板设置在所述底层，所述低噪声放大器、所述压控衰减器、所述驱动放大器、所述激光器光芯片采用金丝键合依次互连，所述apc控制电路和所述atc控制电路分别设置在所述第二芯片载体基板上，所述apc控制电路和所述atc控制电路分别与所述激光器光芯片连接。
7.其中，所述第一芯片载体基板、所述低噪声放大器、所述压控衰减器、所述驱动放大器、所述激光器光芯片采用薄膜工艺封装在所述壳体中。
8.其中，所述apc控制电路和所述atc控制电路采用厚膜工艺集成在所述第二芯片载体基板上。
9.本发明的一种微型化超低噪声光电集成组件，所述低噪声放大器、所述压控衰减器、所述驱动放大器、所述激光器光芯片采用薄膜工艺封装在所述壳体中，所述apc控制电路和所述atc控制电路采用厚膜工艺集成在所述第二芯片载体基板上，突破了以往纯电芯片的多芯集成，实现了光电的多芯集成；以微组装的方式，采用薄膜工艺在ltcc基板上混合集成光电芯片，控制电路采用厚膜工艺进行小型化设计，设计的微型化光电集成组件的工作带宽高达18ghz，具有体积小、质量轻功耗低等特性，可很好的符合机载、舰载的设备需求。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明的一种微型化超低噪声光电集成组件不包含壳体的结构示意图。
12.图2是本发明的激光器光芯片的等效电路的结构示意图。
13.图3是本发明的壳体的结构示意图。
14.1-壳体、9-第一芯片载体基板、2-低噪声放大器、3-压控衰减器、4-驱动放大器、5-激光器光芯片、6-第二芯片载体基板、7-apc控制电路、8-atc控制电路、11-顶层、12-底层。
具体实施方式
15.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
16.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等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，而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，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
17.请参阅图1～图3，本发明提供一种微型化超低噪声光电集成组件：包括壳体1、第一芯片载体基板9、低噪声放大器2、压控衰减器3、驱动放大器4、激光器光芯片5、第二芯片载体基板6、apc控制电路7和atc控制电路8；
18.所述壳体1具有顶层11和底层12，所述第一芯片载体基板9设置在所述顶层11，所述低噪声放大器2、所述压控衰减器3、所述驱动放大器4、所述激光器光芯片5分别共晶焊接在所述第一芯片载体基板9上，所述第二芯片载体基板6设置在所述底层12，所述低噪声放大器2、所述压控衰减器3、所述驱动放大器4、所述激光器光芯片5采用金丝键合依次互连，所述apc控制电路7和所述atc控制电路8分别设置在所述第二芯片载体基板6上，所述apc控制电路7和所述atc控制电路8分别与所述激光器光芯片5连接。
19.在本实施方式中，所述壳体1分为顶层11和底层12，采用金属烧结工艺，所述壳体1中间层采用散热性能好、热膨胀系数与芯片比较接近的钨铜；所述壳体1侧壁采用易于加工的可伐合金，所述底层12用于安装固定厚薄电路(即第二芯片载体基板6、apc控制电路7和atc控制电路8)，所述顶层11用于装配薄膜电路(即第一芯片载体基板9、低噪声放大器2、压控衰减器3、驱动放大器4、激光器光芯片5)，上下两层之间的通信采用烧结玻璃绝缘子的方式，可保证所述顶层12气密性封装。所述低噪声放大器2、所述压控衰减器3、所述驱动放大器4、所述激光器光芯片5采用薄膜工艺集成在所述第一芯片载体基板9上，所述apc控制电路7和所述atc控制电路8采用厚膜工艺集成在所述第二芯片载体基板6上，突破了以往纯电芯片的多芯集成，实现了光电的多芯集成。
20.所述激光器光芯片5采用dfb芯片，dfb芯片的发光面为椭球形，水平面和垂直面的
发散角相差很大，与单模光纤模场完全不匹配，需要通过光束整形后才可高效的耦合进入光纤中，而该光电集成组件与常规的光模块封装外形结构完全不一致，且空间非常狭小，所以比传统的封装耦合更加困难，为了提高激光器光芯片5的耦合效率，减小耦合损耗和反射光。采用双透镜的加隔离器方式，第一透镜用于准直，第二透镜用于聚焦，隔离器至于两个透镜之间；采用光学仿真软件(zemax)对整个光路设计进行仿真，模拟得到耦合效率大于82％；所述激光器光芯片5在阈值电流以上工作时动态阻抗相对较小，一般在2～10ω左右，且为复阻抗，而微波器件内配一般为50ω阻抗，因此两者之间存在严重的阻抗失配问题，为了实现最大功率传输需要进行阻抗匹配设计，然而当激光器光芯片5调制频率达到ghz时，再加上封装寄生网路、芯片寄生网络等分布参数的影响，要实现50ω的宽带匹配难度系数非常大；首先在仿真软件中建立所述激光器光芯片5的等效电路如图2所示，其中c1，r1，l1代表封装寄生网络中载体和金丝的等效电路元件，c2，r2代表芯片寄生网络等效电路元件，r3，c3，l2，r4代表激光器光芯片5芯片本征响应等效电路元件。aln陶瓷载体的等效电容约为99.4ff，直径1mil的金丝等效电感约为0.96nh/mm，等效电阻约为1.38ω/mm，通过仿真可以计算出芯片的负载阻抗，然后利用阻抗匹配软件对链路中的阻抗进行匹配设计。
21.由于所述激光器光芯片5对温度非常的敏感，随着环境温度的变化，所述激光器光芯片5的发射光功率和光波长会发生相应变化，影响所述激光器光芯片5的对信号的传输；另外所述激光器光芯片5长期工作在恶劣环境下，还会影响所述激光器光芯片5的使用寿命，为了克服些不利因素，本发明设置所述atc控制电路8，同时在所以激光器光芯片5封装时内部集成热电制冷器(tec)，通过ld载体上的热敏电阻感知激光器光芯片5的工作温度，可使激光器光芯片5长期工作在恒定常温下，温度控制精度高达到0.1℃。
22.为了实现所述激光器光芯片5的自动功率控制，本发明设置所述apc控制电路7，同时在所述激光器光芯片5封装内部设计集成背光探测芯片(mpd)，来监控所述激光器光芯片5的发光功率的值，在所述激光器光芯片5发光功率发生变化时，背光探测芯片感应电压发生变化，提供给外围电路进行时时调整所述激光器光芯片5的偏置电流来控制所述激光器光芯片5的发光功率，保持所述激光器光芯片5发光功率稳定。
23.本发明通过设置所述低噪声放大器2、所述压控衰减器3、所述驱动放大器4、所述激光器光芯片5、所述apc控制电路7和所述atc控制电路8，在信号进入模块后首先经过所述低噪声放大器2对信号进行放大，以及抑制模块后级的链路噪声，为了使模块适应大动态范围的需求，在低噪放后集成了一个所述压控衰减器3，用于调节链路的增益，在所述压控衰减器3之后再集成一级驱动放大器4，最后在把射频信号送入所述激光器光芯片5上进行电光调制，可实现对射频信号的放大、射频链路增益的调节、所述激光器光芯片5的自动功率控制和自动温度控制，以及实现最基本的电光变化功能。
24.本发明以微组装的方式，采用薄膜工艺在ltcc基板上混合集成光电芯片，控制电路采用厚膜工艺进行小型化设计，设计的微型化光电集成组件的工作带宽高达18ghz，具有体积小、质量轻功耗低等特性，可很好的符合机载、舰载的设备需求。
25.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。