一种高可靠光收发一体化电路

技术领域

本发明属于混合集成光收发设计领域，尤其是一种高可靠光收发一体化电路。

背景技术

随着科技的进步和信息时代的到来，多样化的信息传载技术大力推动了世界进入大数据时代的步伐。通信领域对信号带宽和速度的需求不断增大。大容量、高速度的光纤通信已成为信息时代发展的必然趋势。作为通信网络中的核心器件，传统的收发模块在传输速率、传输容量、传输距离、信号质量、能量损耗等方面存在缺陷。

随着光收发模块向高速率、高带宽、小型化方向发展，其设计难度也相应加大。需要在很小的电路板上集成光发射、光接收以及数字控制电路的同时充分考虑高速信号的信号质量及信号完整性等问题。目前市场上应用的高速光电模块(器件/电路)，与现代微电子工艺与混合集成工艺不兼容，导致其价格高、体积大、不易于集成，难以满足日益增长的速率传输要求，成为了高速率数据传输交换的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有高速光电模块难以满足日益增长的速率传输要求缺点，提供一种高可靠光收发一体化电路。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高可靠光收发一体化电路，包括金属底板，金属底板上设有阶梯式散热凸台和HTCC基板，HTCC基板上设有U型阶梯台式直通腔，阶梯式散热凸台位于所述U型阶梯台式直通腔内；

HTCC基板的外围设可伐边框，HTCC基板背面设有外引线，可伐边框的另一个端面上设有光纤密封框；

HTCC基板的开放腔中设有控制电路、电源管理电路、监控电路和多路高速差分信号走线；

所述阶梯式散热凸台上设有光收发器件，阶梯式散热凸台上的光收发器件通过金键合丝与所述高速差分走线相连接。

进一步的，金属底板、HTCC基板和可伐边框盖板采用烧结工艺实现基板壳体的一体化。

进一步的，光纤密封框采用局部焊接实现光纤与可伐边框密封。

进一步的，所述多路高速差分信号走线采用6层布线形式分布于HTCC基板上。

进一步的，高速差分信号的通路包括从位于阶梯式散热凸台的光收发芯片到HTCC基板表层的键合指；

从所述键合指到HTCC基板表层边缘的走线；

从基板表层边缘到位于HTCC基板底部的高速引脚。

进一步的，光收发芯片与键合指之间通过金键合丝相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的高可靠光收发一体化电路，针对系统对光电混合模块小型化、轻量化、高可靠、高信号质量的迫切需求，基于高温共烧陶瓷(HTCC)工艺，具有开放式的直通腔体与金属底板的阶梯式散热凸台相结合的结构，解决了光电收发电路模块内散热问题；金属底板的阶梯式散热凸台提供了光线耦合的共面基准，能够实现高速信号通路上键合丝的水平键合，解决了由高速信号损耗和反射带来的信号质量差的问题。同时，该电路结构直接将多路高速差分线与壳体引出端键合，并通过差分引脚间地网络的设计，减少了内部芯片与外部引脚的键合带来的反射与损耗，减小了差分线组间串绕，提高了高速差分线信号质量。

附图说明

图1为高可靠光收发一体化电路模块外壳的结构图；

图2为高可靠光收发一体化电路模块外壳的爆炸图；

图3为HTCC基板开放腔底层表面布线图；

图4为阶梯式散热凸台上芯片到HTCC开放腔表面键合线示意图；

图5为差分路径局部放大图。

其中：1-金属底板，2-阶梯式散热凸台，3-可伐边框，4-外引线，5-HTCC基板，6-光纤密封框。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

混合集成光电技术将混合集成技术与光收/发电路将结合，有效的提高了光电器件/组件的组装密度，使得模块的小型化、集成化成为可能。因此混合集成光电技术成为光电转换领域新的发展方向。光电产品小型化、集成化成为基本趋势，越来越多被作为高科技武器装备的核心支撑技术。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

1、高可靠一体化电路结构设计

参见图1，图1为高可靠光收发一体化电路外壳的结构图，高可靠光收发一体化电路包括金属底板1，金属底板1上设有阶梯式散台2和HTCC基板5，阶梯式散热凸台2位于HTCC基板5的U型开放式直通腔内，阶梯式散热凸台2作为散热台；HTCC基板5的外围设可伐边框3，外引线4位于HTCC基板5的背面，可伐边框3的另一个端面上设有光纤密封框6。

参见图2，图2为高可靠光收发一体化电路模块外壳的爆炸图，从图中可以看出，从上到下的装配顺序为：一体化的可伐边框3和光纤密封框6、HTCC基板5和外引线4、一体化的金属底板1和阶梯式散热凸台2；可伐边框3的端面上设有光纤密封框6，金属底板1上设有阶梯式散热凸台2。

高可靠性主要体现于：一方面，基于HTCC基板5为U型阶梯台式的非规则结构，U型结构为开放式直通腔，开放腔中用于放置模块工作所需的低功耗电路，如控制电路、电源管理电路、监控电路等以及多路高速差分信号走线，对外引线4通过基板上走线到外引脚焊盘，通过组装工序的精简，提高引出端的可靠性。另一方面，HTCC基板5开放腔镂空的部分设计了与之尺寸匹配的阶梯式散热凸台2，光收发的关键器件及大功率器件驱动器、放大器、激光器阵列和检测器阵列等置于阶梯式散热凸台2上。阶梯式散热凸台2上光收发器件的金键合丝与HTCC基板上的高速差分线连接。阶梯式散热凸台位于金属底板1上，可提高阶梯式散热凸台上光芯片的散热，增加电路在高温下工作的可靠性。

结构的一体化主要体现于：金属底板1、HTCC基板5和可伐边框3盖板采用烧结工艺实现基板壳体的一体化，光纤密封框6采用局部焊接实现光纤与可伐边框3密封，在实现结构一体化的同时满足气密性要求。

2、多路差分信号走线设计

如图3所示，光收发一体电路模块包含多路高速差分信号，单通道传输速率高达10Gbps，采用6层布线形式，主要分布于HTCC基板5的表层上。

如图4所示，高速信号的通路包括从位于阶梯式散热凸台光收发芯片到HTCC基板表层的键合指，芯片与键合指之间通过金键合丝相连，从键合指到HTCC基板5表层边缘的基板表层走线；从基板表层边缘到位于基板底部的高速引脚，该段路径通过多层盲埋孔连接。

如图5所示，模块中的差分信号集中于HTCC基板5开放腔表层上。金属底板1上的阶梯式散热凸台2垫高了芯片所在的平面，可实现高速信号通道金键合丝的水平键合，可以解决由高速信号损耗和反射带来的信号质量差的问题。在差分信号的传输路径上，通过调整差分信号线宽和线间距，以适应基板阶梯式开放腔带来的微带线变成带状线的变化，从而使整个差分路径上的阻抗连续，减少因为阻抗不匹配造成的信号损耗。同时，在不同的差分信号之间，通过信号线之间伴随地孔的设计，对相邻差分进行屏蔽，以减少差分信号间的串扰，提高信号质量。

光收发技术因其高速率、高带宽、低损耗、抗干扰强等优势替代电传输应用于雷达、航天航空系统中宽带数据和图像传输，解决系统中信号容量大、数据传输损耗大等瓶颈问题；基于HTCC工艺的高可靠光收发一体化电路结构具有紧凑的外形结构，减小了模块的体积和重量，利用基板和壳体一体化设计结构，缩短了信号传输路径，提高了信号质量；以此种结构为基础的电路模块为板级互联、机架间互联、系统级互联提供了便捷可靠方式，应用前景和市场潜力非常广阔，具有重要的战略意义和社会效益。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。