用于多束光电阵列的匹配驱动设备制造技术

公开了一种在驱动器设备和多波束光电设备(诸如VCSEL阵列设备)之间提供相位匹配接口的装置以及用于利用和制造该装置的各种方法。该接口设备包括适配为与驱动器设备接口的输入端、与多束光电设备接口的输出端、以及将输出端电连接到输入端的功率分配器。输出端包括多个输出触点，每个输出触点经由具有共同电气长度的多条传输线中的一条传输线与多束光电设备的多个光电设备中的一个光电设备接口。在实施例中，功率分配器是基于电阻器的功率分配器，其在每个“T形”结或交叉点处调整功率分配器的总阻抗，以提供阻抗匹配的接口。

Matched Driver for Multi-Beam Photoelectric Array

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多束光电阵列的匹配驱动设备相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月17日提交的美国临时专利申请No.62/409,144和于2017年10月16日提交的美国专利申请No.15/785,312的权益。
本公开一般而言涉及半导体设备，并且更特别地，涉及用于在高功率和高频应用中将驱动器设备输出端的相位和/或阻抗与形成多束阵列的光电设备的输入端匹配的接口设备，以及制造和使用它们的方法。
技术介绍
诸如激光器的半导体光电设备可以通过在发射器处调制光输出(例如，激光束)并在接收器处检测该调制来用于自由空间通信和其它应用。这种光电设备包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)，它特别适用于自由空间通信和其它应用。VCSEL非常适用于自由空间通信和其它应用，是因为只需通过调制VCSEL的偏置功率，就可以非常快速地打开和关闭整个激光器，而无需外部光学快门。但是，各个VCSEL具有可以用于通信的有限范围，因为一个高速VCSEL本身通常不能产生超过几毫瓦的光功率。克服各个VCSEL的有限范围的一种方式是在较长距离通信时使用VCSEL阵列。为了有效地与VCSEL阵列通信，阵列的所有各个VCSEL应以全功率和相干相位操作。为了使VCSEL阵列中的所有激光器以相干和全功率操作，可能需要相位平衡的阻抗匹配驱动器来驱动VCSEL阵列的每个个体VCSEL。
技术实现思路
实施例涉及用于在驱动器设备和多束光电设备(诸如VCSEL阵列设备)之间提供相位匹配接口的接口设备，以及用于利用和制造该接口设备的各种方法。接口设备包括适配为与驱动器设备接口的输入端；与多束光电设备接口的输出端；以及将输出端电连接到输入端的功率分配器。输出端包括多个输出触点，每个输出触点经由具有共同电气长度的多条传输线中的一条传输线而与多束光电设备的多个光电设备中的一个光电设备接口。在实施例中，功率分配器是基于电阻器的功率分配器，其在每个“T形”结或交叉点处调整功率分配器的总阻抗，以提供阻抗匹配的接口。通过以下结合附图和权利要求的详细描述，将更清楚地理解这些和其它特征。提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。附图说明图1描绘了根据本公开的实施例的用于实现与半导体或光电设备或设备阵列的接口的基板叠层的横截面透视图。图2描绘了根据本公开的实施例的用于示例VCSEL的等效电路模型。图3示出了根据本公开的实施例的为图2中描绘的示例VCSEL的等效电路模型确定的s参数数据。图4示出了根据本公开的实施例的图2中描绘的示例VCSEL的等效电路模型的输入阻抗数据。图5是描绘根据本公开的实施例的包括基于电阻器的功率分配器的接口设备的示意图。图6描绘了根据本公开的实施例的实现图5的接口设备的结构的俯视图。图7是描绘根据本公开的实施例的包括无电阻器功率分配器的接口设备的示意图。图8描绘了根据本公开的实施例的实现图7的接口设备的结构的俯视图。图9是图示用于制造接口设备的方法的实施例的流程图，该接口设备在光电设备阵列和驱动器设备之间提供阻抗匹配和/或相位匹配的接口。图10是根据本公开的实施例的具有接合到光电阵列设备的无电阻器功率分配器的接口设备的横截面图。图11是根据本公开的实施例的接口设备的横截面图，该接口设备具有接合到光电阵列设备的基于电阻器的功率分配器，该光电阵列设备被设计用于通过导线接合进行连接。图12是根据本公开的实施例的接口设备的横截面图，该接口设备具有接合到光电阵列设备的基于电阻器的功率分配器，该光电阵列设备被设计用于利用通过基板通孔的连接进行表面安装。图13描绘了根据本公开的实施例的将图11的示例接口设备和光电阵列设备接合到中空体电子封装内的触点的导线。图14描绘了根据本公开的实施例的将图12的示例接口设备和光电阵列设备接合到印刷电路板的和与导电迹线相关联的导电焊盘。图15描绘了根据本公开的实施例的用于在驱动器设备和光电阵列设备之间提供相位匹配和/或阻抗匹配的接口的系统的框图。具体实施方式本公开描述了特定实施例及其详细构造和操作。本文描述的实施例仅以说明而非限制的方式阐述。根据本文的教导，本领域技术人员将认识到，本文描述的示例性实施例可以存在一系列等同物。最值得注意的是，其它实施例是可能的，可以对本文描述的实施例进行变化，并且可以存在构成所述实施例的组件、部件或步骤的等同物。为了清楚和简明起见，在没有过多细节的情况下呈现某些实施例的组件或步骤的某些方面，这些细节对于本领域技术人员而言根据本文的教导将是显而易见的和/或这些细节将模糊对实施例的更多相关方面的理解。本文公开了一种接口设备，用于在驱动器设备和光电阵列设备之间提供相位匹配和/或阻抗匹配的接口，以使光电阵列设备中的每个光电设备能够相干且全功率地操作。出于说明性目的，本专利技术的一些实施例在本文中是从VCSEL的角度进行描述的。但是，本专利技术的实施例不限于VCSEL，而是可以包括提供与VCSEL类似的功能的任何类型的光电设备或光电设备类型的组合。例如，这种光电设备可以包括发光二极管、光电探测器、边缘发射激光器、调制器、高电子迁移率晶体管、共振隧穿二极管、异质结双极晶体管、量子点激光器等。这种VCSEL阵列设备及其制造方法是已知的。参见，例如，于2011年3月31日提交的标题为“MultibeamArraysofOptoelectronicDevicesforHighFrequencyOperation”的共同拥有的美国专利申请No.13/077,769，该申请通过引用并入本文。如本文所使用的，“电路”描述了耦合在一起以提供所定义的一个或多个功能的一个或多个组件。选择用于实现所公开的光电驱动器设备的一个或多个组件可以包括有源组件、无源组件或其组合，这取决于特定应用并且根据众所周知的设计规则。在操作中，所公开的驱动器电路提供驱动信号以从公共驱动点电驱动形成VCSEL阵列设备的各个VCSEL(或其它光电设备)。由所公开的驱动器电路提供的驱动信号可以是阻抗匹配的、相位平衡的或其组合。转到图1，描绘了根据本公开的实施例的用于实现接口设备的基板叠层100的横截面图。在实施例中，半导体设备包括光电驱动器设备、光电设备阵列、接口设备或其任何组合。如图1所绘出的，基板叠层100包括基板110、接地平面120、第一介电层130和导体层140。一些实施例可以包括附加的介电层150和用于制造电阻器的层160。基板110为用基板叠层100实现的半导体设备提供支撑层。在该实施例中，基板110被描绘为由硅(Si)构成。但是，本领域技术人员将认识到，其它材料可以类似地用于支撑层。例如，基板110可以由氧化铝、氮化铝、碳化硅或其它常见的陶瓷材料构成。它也可以是复合材料，如印刷电路板中使用的FR-4或聚酰亚胺。它也可以是金属结构。同样应该认识到，诸如层厚度的因素可以基于设计选择、应用特定因素等而变化。接地平面120可以由使用任何已知沉积方法在基板110上形成的任何金属或其它导电材料构成。这种沉积方法包括：蒸发、电解电镀、无电电镀或丝网印刷过程。包括接地平面120的导电材料的一些示例包括：铝(Al)、Al合金、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在驱动器设备和包括多个光电设备的光电阵列设备之间提供相位匹配接口的装置，所述装置包括：输入端，适配为与所述驱动器设备接口；输出端，包括多个输出触点，所述多个输出触点中的每个输出触点适配为经由具有共同电气长度的多条传输线中的一条传输线而与所述多个光电设备中的一个光电设备接口；以及功率分配器，形成在基板叠层上，将所述输出端电连接到所述输入端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.17 US 62/409,144;2017.10.16 US 15/785,3121.一种在驱动器设备和包括多个光电设备的光电阵列设备之间提供相位匹配接口的装置，所述装置包括：输入端，适配为与所述驱动器设备接口；输出端，包括多个输出触点，所述多个输出触点中的每个输出触点适配为经由具有共同电气长度的多条传输线中的一条传输线而与所述多个光电设备中的一个光电设备接口；以及功率分配器，形成在基板叠层上，将所述输出端电连接到所述输入端。2.如权利要求1所述的装置，其中所述基板叠层包括形成在基板上并且将所述功率分配器与所述基板电隔离的接地平面。3.如权利要求1所述的装置，其中所述基板叠层包括由第一介电材料构成的第一介电层，所述功率分配器形成在所述第一介电层上。4.如权利要求3所述的装置，其中所述第一介电材料在1千兆赫下具有小于0.01的介电损耗正切值。5.如权利要求3所述的装置，其中第一多条传输线中的每条传输线具有基于所述第一介电层的厚度而确定的宽度。6.如权利要求1所述的装置，其中所述基板叠层包括导体层，所述多条传输线形成在所述导体层中。7.如权利要求1所述的装置，其中所述多个输出触点中的两个或更多个输出触点并联连接到所述输入端。8.如权利要求1所述的装置，其中所述功率分配器还包括多个电阻器，所述多个电阻器中的每个电阻器具有共同的电阻值。9.如权利要求8所述的装置，其中所述基板叠层包括电阻层，所述多个电阻器形成在所述电阻层中。10.如权利要求9所述的装置，其中所述电阻层形成在所述多条传输线上方的第二介电层上。11.如权利要求8所述的装置，其中基于所述多个电阻器中的一个电阻器的电阻值，每条传输线的宽度在围绕所述一个电阻器的区域中从第一值逐渐到第二值形成锥形。12.如权利要求1所述的装置，其中所述功率分配器是威尔金森功率分配器。13.如权利要求1所述的装置，其中所述基板叠层使用薄膜沉积技术来形成。14.一种光电阵列设备，包括：多个光电设备，形成在基板叠层上；以及接口设备，形成在所述基板叠层上，并且在所述多个光电设备中的每个光电设备与驱动器设备之间提供相位匹配接口，所述接口设备包括：输入端，适配为与所述驱动器设备接口；输出端，包括多个输出触点，所述多个输出触点中的每个输出触点适配为经由具有共同电气长度的多条传输线中...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·W·布洛卡托，马塞利诺·奥尔门德拉斯，
申请(专利权)人：三流明公司，
类型：发明
国别省市：美国,US