谈谈25G高速光器件的封装

射频百花潭 2021-12-09 16:35

   光器件的封装,很多搞光通信的同仁都是知道,普通的同轴产品封装大家就更清楚了,具体的生产工艺要点也能归纳出很多,针对这个我这里就不多说了。


   下面就高速的25G的芯片封装,我们讨论下,为什么高速封装需要制作波导、为什么楔焊要由于球焊,下面我们就稍微讨论下。

对于高速封装,我们关注的是封装的带宽,只要涉及到封装带宽,或者说封装产品的工作频率能否达到要求,关键的一点就是阻抗是否匹配到最好?阻抗匹配到最好,那性能自然就上去了,阻抗匹配好了,S参数自然就上去了,这就涉及到设计和工艺的问题了。

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首先分析下同轴封装为什么不能工作在很高的速率,其实也不是不能,主要开设计和工艺,为什么这么说?因为如果你能够设计出和XMD封装的内部结构,它也一样工作在很高的频率。但是普通的同轴封装就不行了,拿别人说为啥?老朱就讲下,或许有些问题,如果有和您理解不同的请给出更好的解释,或者发邮件给我。普通同轴,封装是TO底座+过渡块(ALN镀金)+芯片,工艺一般为球焊,金丝绕过过渡块走的路径,规则吗?不规则,阻抗连续吗?不连续,球焊的第一点和第二点外形相似不?不相似,那么两个点都是问题。可以多线焊接吗?几乎不可能。那就决定了,不能实现普通同轴封装高速化了。

但是如果您能设计出不同的结构,能够解决这个问题,就有希望了。

下面就是球焊的焊线截面图,大家明白了吧,另外LD芯片还有个台阶啊,这个也是一个影响。     
图1-球焊    

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再看XMD封装,如果XMD封装,你还是用同轴的结构同样也到不了高速,XMD封装之所以能够上高速,因为是它的设计工作,比如键合采用的共面键合,不存在激光器和过渡块产生的台阶,这就减小了阻抗的不连续,这样S参数自然就很好了。

XMD设计的关键点:波导和LD芯片的键合焊盘共面,所以要设计波导;引线要足够短(这个其实不是主要的因素,印象长度在0.3mm以内,插损指标还是不错的,速率可以到达50G);另外就是引线的高度,这个高度直接还是有很大的影响的,因为这个引线是以波导地面作为参考的,如果地面处理不好就会导致阻抗不连续,因此芯片厚度、波导厚度和键合线的根数是相关的,如果芯片和波导比较厚,那么键合线就要增多,这样才能降低阻抗。

如果芯片厚度为0.1mm,如果采用楔焊,楔焊高度为0.05mm,一根1mil的金丝是最合适的,如果芯片厚度增加,那么您需要根据你阻抗的控制原则,增加焊线数量。
另外,需要提下,楔焊因为比较好控制焊线高度,两个焊点的外形比较一致,对于阻抗控制比较好,因此高速封装一般用楔焊,但是如果尾丝控制不好,性能就大打折扣了。
XMD封装能够上高速,是因为有很多东西可以在腔体内部处理,能够很好的实现阻抗的连续,如果没有这个前提,它也白扯了(东北话)!这就是巧妇难为无米之炊。

图2-楔焊


图3-同轴封装


图4-XMD封装外形

来源:光电连接无极限

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