本發(fā)明涉及光電混合集成封裝，尤其涉及光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電子信息系統(tǒng)向高集成高頻寬帶方向發(fā)展，微波光子學(xué)技術(shù)因其具備高頻寬帶性能在其中發(fā)揮越來越重要的作用。電光調(diào)制器是實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的器件，是連接微波與光波的重要一環(huán)，因此提出一種與高集成微波電路接口適配的高集成電光調(diào)制器顯得尤為重要。目前高集成微波電路為了避免射頻連接器尺寸限制，常采用將微波元件表貼在印制電路板上進(jìn)行集成封裝的形式，從而進(jìn)一步提高微波系統(tǒng)集成度。

2、然而，目前電光調(diào)制器尺寸較大，不易于微波器件共封裝設(shè)計(jì)，主要有兩方面原因：一方面電光調(diào)制器的偏置工作點(diǎn)會隨溫度等環(huán)境因素的變化而緩慢漂移，因此需要外部控制環(huán)路進(jìn)行閉環(huán)控制，該控制環(huán)路包括光分束器、監(jiān)控光電探測器、控制電路等分立器件，這些分立器件具有各自獨(dú)立封裝，導(dǎo)致整個控制環(huán)路體積較大；另一方面電光調(diào)制器的射頻接口為sma、smp、ssmp等接口，這些接口尺寸較大，與印制電路板等連接時需要相應(yīng)的射頻連接器進(jìn)行轉(zhuǎn)接，會導(dǎo)致整個微波系統(tǒng)尺寸較大。此外，常用的集成微波器件高度在1cm左右，若將電光調(diào)制器與微波器件進(jìn)行垂直方向適配的共封裝設(shè)計(jì)，光器件需要減小整個光電模塊的高度尺寸。將電光調(diào)制芯片與偏壓控制芯片共封裝設(shè)計(jì)是縮小電光調(diào)制器尺寸的有效手段，但是直接共封裝又存在控制芯片的散熱問題。因此提出一種可與印制電路板直接焊接、具備散熱通道、高度與微波器件適配的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置。

2、本發(fā)明提出的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，包括輸入光纖、電光調(diào)制芯片、輸出光纖、監(jiān)控光電探測器、底座、控制芯片、管殼、射頻負(fù)載、底板、蓋板；底板上表面焊接有底座，底座上沿豎直方向從上至下依次設(shè)置有頂腔、底腔，底板上表面焊接有管殼，且管殼上設(shè)置有可容納底座的腔室，管殼的頂部焊接有蓋板，底腔用于裝配控制芯片，頂腔中粘接有電光調(diào)制芯片，電光調(diào)制芯片的頂部粘接有監(jiān)控光電探測器，管殼的一側(cè)焊接有輸入光纖和輸出光纖，且輸入光纖和輸出光纖延伸至管殼的腔室，輸入光纖的中心與電光調(diào)制芯片的輸入光耦合端口的中心重合，輸入光纖的輸入光通過端面耦合方式入射到輸入光耦合端口中，電光調(diào)制芯片的輸出光耦合端口的中心與輸出光纖的中心重合，輸出光耦合端口的輸出光通過端面耦合方式入射到輸出光纖中，電光調(diào)制芯片與控制芯片電性連接，監(jiān)控光電探測器與控制芯片電性連接，以實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制芯片的偏壓控制閉環(huán)。

3、優(yōu)選地，電光調(diào)制芯片的接口包括輸入光耦合端口、輸出光耦合端口、監(jiān)控光耦合端口、射頻輸入電極及偏置輸入電極；輸入光耦合端口及輸出光耦合端口為端面耦合結(jié)構(gòu)，用于電光調(diào)制芯片與輸入光及輸出光之間的光耦合；監(jiān)控光耦合端口為陣列波導(dǎo)光柵或片上光反射結(jié)構(gòu)，用于監(jiān)控光之間光的垂直耦合；射頻輸入電極為射頻信號加載端口，偏置輸入電極為偏置電壓加載端口。

4、優(yōu)選地，底板包括底板介質(zhì)、焊接帶、底板表層布線、底板金屬過孔、底部焊球，底板介質(zhì)的上表面上設(shè)置有底板表層布線，底板介質(zhì)上陣列布置有多組底板金屬過孔，且多組底板金屬過孔沿豎直方向分布，多組底板金屬過孔的底端一一對應(yīng)焊接有底部焊球。

5、優(yōu)選地，底座包括座體、頂腔、底腔、底座表層布線及底座金屬過孔，底座的上表面位于頂腔的兩側(cè)設(shè)置有多組底座表層布線，底座的內(nèi)部位于頂腔的兩側(cè)設(shè)置有多組底座金屬過孔，且多組底座金屬過孔一一對應(yīng)多組底座表層布線，底座金屬過孔的頂部與底座表層布線之間電性連接。

6、優(yōu)選地，控制芯片的接口包括監(jiān)控輸入端口，偏置輸出端口、下載輸入端口，狀態(tài)輸出端口，所有控制芯片的接口與底板引線鍵合連接，監(jiān)控輸入端口依次通過底板表層布線、底座金屬過孔及底座表層布線與監(jiān)控光電探測器的監(jiān)控輸出端口引線鍵合連接；偏置輸出端口依次通過底板表層布線、底座金屬過孔及底座表層布線與電光調(diào)制芯片的偏置輸入電極引線鍵合連接；下載輸入端口依次通過底板表層布線、底板金屬過孔與底部焊球電性連接，通過底部焊球輸入控制程序更新及下載信號；狀態(tài)輸出端口依次通過底板表層布線及底板金屬過孔與底部焊球電性連接，通過底部焊球輸出控制芯片的狀態(tài)信號。

7、優(yōu)選地，電光調(diào)制芯片的射頻輸入電極及偏置輸入電極與底座引線鍵合連接，射頻輸入電極分為兩端，射頻輸入電極的一端連接外部射頻信號，該外部射頻信號通過底板上的一組底部焊球饋入，依次經(jīng)過底板金屬過孔、底座金屬過孔及底座表層布線通過引線鍵合饋入射頻輸入電極，射頻輸入電極另一端通過引線鍵合連接射頻負(fù)載；偏置輸入電極依次通過底座表層布線、底座金屬過孔及底板表層布線與控制芯片的偏置輸出端口引線鍵合連接，電光調(diào)制芯片上表面與頂腔上表面平齊。

8、優(yōu)選地，監(jiān)控光電探測器接口包括監(jiān)控光端口及監(jiān)控輸出端口，監(jiān)控光端口位于監(jiān)控光電探測器下表面，監(jiān)控輸出端口位于監(jiān)控光電探測器上表面；監(jiān)控光電探測器粘接于電光調(diào)制芯片上表面，監(jiān)控光端口與電光調(diào)制芯片的監(jiān)控光耦合端口重合；監(jiān)控輸出端口與底座引線鍵合連接，監(jiān)控輸出端口依次通過底座表層布線、底座金屬過孔及底板表層布線與控制芯片的監(jiān)控輸入端口引線鍵合連接。

9、優(yōu)選地，底板表層布線用于底座與控制芯片焊接安裝以及信號傳輸；底板金屬過孔一方面用于底座與控制芯片信號傳輸，另一方面位于控制芯片下方的底板金屬過孔形成散熱通道，可以對控制芯片進(jìn)行散熱。

10、優(yōu)選地，管殼的頂部部與蓋板焊接，管殼的底部與底板焊接，管殼的一側(cè)焊接有輸入光纖、輸出光纖，以形成密閉腔體。

11、本發(fā)明中，所提出的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，通過將電光調(diào)制芯片、監(jiān)控光電探測器及控制芯片共封裝，電光調(diào)制芯片上表貼監(jiān)控光電探測器進(jìn)行光路傳輸，電光調(diào)制芯片、監(jiān)控光電探測器及控制芯片通過與底座內(nèi)金屬過孔引線鍵合實(shí)現(xiàn)電路連接，完成整個電光調(diào)制芯片的偏壓控制閉環(huán)。底座通過垂直方向多腔體設(shè)計(jì)將電光調(diào)制芯片芯片與控制芯片共封在底座內(nèi)，整個裝置尺寸小?？刂菩酒碌牡装褰饘龠^孔形成散熱通道，可對控制芯片進(jìn)行散熱，提高控制芯片散熱能力。電光調(diào)制芯片一方面采用端面耦合的方案與輸入光纖及輸出光纖之間進(jìn)行光耦合，可縮小整個裝置垂直方向高度，與微波電路封裝器件高度適配，易于與微波封裝器件進(jìn)行共封裝設(shè)計(jì)。另一方面采用表貼監(jiān)控光電探測器方案進(jìn)行監(jiān)控光耦合，采用表貼方式耦合光路最短，可降低耦合裝配復(fù)雜度，并且整個裝置尺寸較小。通過底板的底部焊球與外部印制板焊接，進(jìn)行電光調(diào)制芯片射頻信號、控制芯片下載信號、控制芯片狀態(tài)信號等信號傳輸，避免射頻連接器轉(zhuǎn)接，可縮小整個裝置尺寸，具備與微波電路焊接集成能力。底座在上部開設(shè)頂腔，電光調(diào)制芯片貼裝在頂腔內(nèi)，電光調(diào)制芯片上表面與底座頂腔上表面平齊，縮小調(diào)制器芯片射頻端口與底座金屬過孔引線鍵合距離，可提高調(diào)制器芯片高頻性能。管殼與蓋板、輸入光纖、輸出光纖以及底板進(jìn)行焊接，形成密閉封裝，可靠性高。

技術(shù)特征：

1.光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，包括輸入光纖(1)、電光調(diào)制芯片(2)、輸出光纖(3)、監(jiān)控光電探測器(4)、底座(5)、控制芯片(6)、管殼(7)、射頻負(fù)載(8)、底板(9)、蓋板(10)；底板(9)上表面焊接有底座(5)，底座(5)上沿豎直方向從上至下依次設(shè)置有頂腔(52)、底腔(53)，底板(9)上表面焊接有管殼(7)，且管殼(7)上設(shè)置有可容納底座(5)的腔室，管殼(7)的頂部焊接有蓋板(10)，底腔(53)用于裝配控制芯片(6)，頂腔(52)中粘接有電光調(diào)制芯片(2)，電光調(diào)制芯片(2)的頂部粘接有監(jiān)控光電探測器(4)，管殼(7)的一側(cè)焊接有輸入光纖(1)和輸出光纖(3)，且輸入光纖(1)和輸出光纖(3)延伸至管殼(7)的腔室，輸入光纖(1)的中心與電光調(diào)制芯片(2)的輸入光耦合端口(21)的中心重合，輸入光纖(1)的輸入光通過端面耦合方式入射到輸入光耦合端口(21)中，電光調(diào)制芯片(2)的輸出光耦合端口(24)的中心與輸出光纖(3)的中心重合，輸出光耦合端口(24)的輸出光通過端面耦合方式入射到輸出光纖(3)中，電光調(diào)制芯片(2)與控制芯片(6)電性連接，監(jiān)控光電探測器(4)與控制芯片(6)電性連接，以實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制芯片(2)的偏壓控制閉環(huán)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，電光調(diào)制芯片(2)的接口包括輸入光耦合端口(21)、輸出光耦合端口(24)、監(jiān)控光耦合端口(25)、射頻輸入電極(22)及偏置輸入電極(23)；輸入光耦合端口(21)及輸出光耦合端口(24)為端面耦合結(jié)構(gòu)，用于電光調(diào)制芯片(2)與輸入光及輸出光之間的光耦合；監(jiān)控光耦合端口(25)為陣列波導(dǎo)光柵或片上光反射結(jié)構(gòu)，用于監(jiān)控光之間光的垂直耦合；射頻輸入電極(22)為射頻信號加載端口，偏置輸入電極(23)為偏置電壓加載端口。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，底板(9)包括底板介質(zhì)(91)、焊接帶(92)、底板表層布線(93)、底板金屬過孔(94)、底部焊球(95)，底板介質(zhì)(91)的上表面上設(shè)置有底板表層布線(93)，底板介質(zhì)(91)上陣列布置有多組底板金屬過孔(94)，且多組底板金屬過孔(94)沿豎直方向分布，多組底板金屬過孔(94)的底端一一對應(yīng)焊接有底部焊球(95)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，底座(5)包括座體(51)、頂腔(52)、底腔(53)、底座表層布線(54)及底座金屬過孔(55)，底座(5)的上表面位于頂腔(52)的兩側(cè)設(shè)置有多組底座表層布線(54)，底座(5)的內(nèi)部位于頂腔(52)的兩側(cè)設(shè)置有多組底座金屬過孔(55)，且多組底座金屬過孔(55)一一對應(yīng)多組底座表層布線(54)，底座金屬過孔(55)的頂部與底座表層布線(54)之間電性連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，控制芯片(6)的接口包括監(jiān)控輸入端口(61)，偏置輸出端口(62)、下載輸入端口(63)，狀態(tài)輸出端口(64)，所有控制芯片(6)的接口與底板(9)引線鍵合連接，監(jiān)控輸入端口(61)依次通過底板表層布線(93)、底座金屬過孔(55)及底座表層布線(54)與監(jiān)控光電探測器(4)的監(jiān)控輸出端口(42)引線鍵合連接；偏置輸出端口(62)依次通過底板表層布線(93)、底座金屬過孔(55)及底座表層布線(54)與電光調(diào)制芯片(2)的偏置輸入電極(23)引線鍵合連接；下載輸入端口(63)依次通過底板表層布線(93)、底板金屬過孔(94)與底部焊球(95)電性連接，通過底部焊球(95)輸入控制程序更新及下載信號；狀態(tài)輸出端口(64)依次通過底板表層布線(93)及底板金屬過孔(94)與底部焊球(95)電性連接，通過底部焊球(95)輸出控制芯片(6)的狀態(tài)信號。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，電光調(diào)制芯片(2)的射頻輸入電極(22)及偏置輸入電極(23)與底座(5)引線鍵合連接，射頻輸入電極(22)分為兩端，射頻輸入電極(22)的一端連接外部射頻信號，該外部射頻信號通過底板(9)上的一組底部焊球(95)饋入，依次經(jīng)過底板金屬過孔(94)、底座金屬過孔(55)及底座表層布線(54)通過引線鍵合饋入射頻輸入電極(22)，射頻輸入電極(22)另一端通過引線鍵合連接射頻負(fù)載(8)；偏置輸入電極(23)依次通過底座表層布線(54)、底座金屬過孔(55)及底板表層布線(93)與控制芯片(6)的偏置輸出端口(62)引線鍵合連接，電光調(diào)制芯片(2)上表面與頂腔(52)上表面平齊。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，監(jiān)控光電探測器(4)接口包括監(jiān)控光端口(41)及監(jiān)控輸出端口(42)，監(jiān)控光端口(41)位于監(jiān)控光電探測器(4)下表面，監(jiān)控輸出端口(42)位于監(jiān)控光電探測器(4)上表面；監(jiān)控光電探測器(4)粘接于電光調(diào)制芯片(2)上表面，監(jiān)控光端口(41)與電光調(diào)制芯片(2)的監(jiān)控光耦合端口(25)重合；監(jiān)控輸出端口(42)與底座(5)引線鍵合連接，監(jiān)控輸出端口(42)依次通過底座表層布線(54)、底座金屬過孔(55)及底板表層布線(93)與控制芯片(6)的監(jiān)控輸入端口(61)引線鍵合連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，底板表層布線(93)用于底座(5)與控制芯片(6)焊接安裝以及信號傳輸；底板金屬過孔(94)一方面用于底座(5)與控制芯片(6)信號傳輸，另一方面位于控制芯片(6)下方的底板金屬過孔(94)形成散熱通道，可以對控制芯片(6)進(jìn)行散熱。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，其特征在于，管殼(7)的頂部部與蓋板(10)焊接，管殼(7)的底部與底板(9)焊接，管殼(7)的一側(cè)焊接有輸入光纖(1)、輸出光纖(3)，以形成密閉腔體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置，包括輸入光纖、電光調(diào)制芯片、輸出光纖、監(jiān)控光電探測器、底座、控制芯片、管殼、射頻負(fù)載、底板、蓋板；底板上表面焊接有底座，底座上沿豎直方向從上至下依次設(shè)置有頂腔、底腔，底板上表面焊接有管殼，且管殼上設(shè)置有可容納底座的腔室，管殼的頂部焊接有蓋板，底腔用于裝配控制芯片，頂腔中粘接有電光調(diào)制芯片，電光調(diào)制芯片的頂部粘接有監(jiān)控光電探測器，管殼的一側(cè)焊接有輸入光纖和輸出光纖。本申請的光端面耦合的電光調(diào)制芯片與控制芯片共封裝置縮小了整個裝置垂直方向高度，控制芯片下的底板金屬過孔形成散熱通道，可對控制芯片進(jìn)行散熱，提高了控制芯片散熱能力。

技術(shù)研發(fā)人員：張國,王潤,楊振宇,田朝輝,童陽,戴澤璟,梅理,張業(yè)斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9