一種致冷型同軸封裝光發射管芯的製作方法

2023-05-09 19:43:46

專利名稱：一種致冷型同軸封裝光發射管芯的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光通信系統用同軸封裝光發射管芯，尤其涉及一種致冷型同 軸封裝光發射管芯。
背景技術：
現有技術中的同軸封裝光發射組件，包括一同軸封裝光發射管芯和一光纖 適配器，同軸封裝光發射管芯又分致冷型和無致冷型，如圖1所示美國專利公開號 US20070159773A1中所採用的致冷型同軸封裝光發射管芯200，包括一雷射器晶片201、背 光探測器202、光轉向元件203、含電路元件的載體204和致冷器205等元件安裝於TO-CAN (Transistor Outline-CAN)管座206上，並通過一平窗管帽207密封。該結構中雷射器芯 片201水平貼裝在載體204表面，且雷射器晶片201側面發光，其出光光軸210由於呈水平 方向，與外部光纖適配器的光軸OA (也是TO-CAN管座206中心軸)呈垂直，因此就特別需 要通過光轉向元件203將雷射器晶片201的出光光軸210轉90°角後才能與光纖適配器 光軸OA —致，將光耦合輸出。該結構的致冷型同軸封裝光發射管芯製作工藝複雜，成本高， 光耦合對準難，且雷射器的調製信號是通過載體204與TO-CAN管座206底部的引腳208之 間的導電線209壓焊連接方式饋入，由於其導電線209較長使調製信號饋入電路存在阻抗 嚴重不匹配的缺點，會導致傳輸2. 5Gb/s以上的高速調製信號時信號會發生嚴重失真。

實用新型內容本實用新型提供一種高速調製信號用的元器件少，工藝簡單，成本低的致冷型同 軸封裝光發射管芯。為達到以上實用新型目的，本實用新型提供一種致冷型同軸封裝光發射管芯，包 括一 TO管殼、一致冷器、一熱沉、一雷射器載體、和一設有光窗的密封管帽，所述TO管殼 包括一管殼底座，其四周設有至少7根引腳，其中包括一 RF射頻信號引腳，其上安裝有一帶 微帶線的載體；所述致冷器下表面為散熱面與所述管殼底座頂部中心表面粘裝固定，其上 表面為製冷面與所述熱沉下表面表面粘裝固定，所述熱沉的正面與具有一匹配電阻和一微 帶線的所述雷射器載體底部表面粘裝固定，該雷射器載體頂部表面粘裝固定一側面發光的 電吸收調製雷射器晶片、一背光探測器、一熱敏電阻和一電源濾波電容，所述雷射器載體的 微帶線的一端與電吸收調製雷射器晶片的電吸收調製器正極連接，另一端與所述RF射頻 信號引腳上的微帶線通過導電線連接，安裝時，使所述電吸收調製雷射器晶片的發射光的 出光光軸與TO管殼的中心軸OA兩者同軸向，並通過所述密封管帽的光窗向外輸出。所述引腳為7根，分別連接所述致冷器的正、負極、所述電吸收調製雷射器晶片 的半導體雷射二極體LD和電吸收調製器兩者的正極、所述背光探測器正極、所述熱敏電阻 其中一端和接地GND，所述熱敏電阻另一端與半導體雷射二極體LD和電吸收調製器和所述 背光探測器三者負極接地GND。所述密封管帽為一平窗管帽。[0007]所述密封管帽為一設有球透鏡的管帽。所述密封管帽為一設有非球透鏡的管帽。上述結構中，RF射頻信號引腳上的微帶線與雷射器載體上的微帶線兩者通過較 短長度的導電線連接，以實現電吸收調製器的高速調製信號饋入，能夠降低信號失真，使激 光器工作速率可以達到10(ib/S以上。雷射器晶片出光光軸與TO管殼中心軸OA同軸向， 省去了光學轉向元件，同時簡化了光發射管芯的組裝工藝。將該結構的帶致冷型同軸光發 射管芯與外置光學元件如光隔離器、光纖適配器等元件耦合連接後就可以製作成外觀符合 10Gb/s 小型器件多源協議(Multi-Source Agreement of 10Gb/s Miniature Device，簡稱 XMD)中的同軸光發射組件(Transmitter Optical Sub-Assembly，簡稱T0SA)，同時也可以 應用於各類PON (Passive Optical Network)組件，如單纖雙向雙埠組件、單纖雙向三端 口組件等的發射光源。
圖1表示現有技術的致冷型同軸封裝光發射管芯的結構示意圖；圖2表示本實用新型致冷型同軸封裝光發射管芯的結構示意圖；圖3表示圖2所示致冷型同軸封裝光發射管芯的爆炸結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖詳細描述本實用新型最佳實施例。如圖2所示的致冷型同軸封裝光發射管芯100，包括一管殼10、一致冷器20、一 熱沉30、一雷射器載體40、和一設有光窗的密封管帽50，該管帽可以是平窗管帽，也可以是 設有球透鏡或非球透鏡的管帽，根據耦合光路的不同設計進行管帽透鏡的選用，光窗外表 面鍍減反光膜，以減少反射光對雷射器的影響。如圖3所示的致冷型同軸封裝光發射管芯100，Τ0管殼10包括一管殼底座11，其 四周設有至少7根引腳14，其中包括一 RF射頻信號引腳，其上安裝有一帶微帶線13的載 體12。致冷器20下表面為散熱面21與管殼底座11頂部中心15表面粘裝固定，其上表面 為製冷面22與熱沉30下表面31表面粘裝固定，熱沉30的正面32與具有一匹配電阻43 和一微帶線45的雷射器載體40底部表面粘裝固定，該雷射器載體40頂部表面粘裝固定一 側面發光的電吸收調製雷射器晶片41、一背光探測器42、一熱敏電阻44和一電源濾波電容 46，雷射器載體40上的微帶線45的一端與電吸收調製雷射器晶片41的電吸收調製器正極 連接，另一端與RF射頻信號引腳上的微帶線13通過導電線連接，以實現電吸收調製雷射器 晶片41高速調製信號的饋入。安裝時，使電吸收調製雷射器晶片41的發射光的出光光軸 與TO管殼10的中心軸OA兩者同軸向，並通過密封管帽50的光窗向外輸出。引腳14最佳 為7根，分別連接致冷器20的正、負極；電吸收調製雷射器晶片41的半導體雷射二極體LD 正極(其負極與接地GND連接)；電吸收調製器正極(負極與接地GND連接)；背光探測器42 正極(負極與接地GND連接)；熱敏電阻44其中一端(另一端與接地GND連接)和接地GND。 除接地GND用導電焊料如AgCMS焊料與管殼底座11焊接外，其它引腳與管殼底座11之間 採用玻璃絕緣子燒結電隔離密封連接。由外部電源供給電吸收調製雷射器晶片41的半導 體雷射二極體LD加偏置電流，通過高速調製信號饋入RF射頻信號引腳連接電吸收調製器 正極，負極與接地焊盤連接，供電吸收調製器饋入信號。本實用新型致冷同軸光發射管芯的組裝過程中，先將致冷器20的散熱面21用導電焊料貼裝到管殼底座11頂部中心15，雷射器載體40以氮化鋁(AlN)或其它導熱效率高 的材料為基材，位於雷射器載體40頂部表面用導電焊料(如80Au20Sn)貼裝好電吸收調製 雷射器晶片41、背光探測器42、、熱敏電阻44、和電源濾波電容46，將雷射器載體40用導電 膠或導電焊料貼裝到熱沉30的正面32上，再將熱沉30下表面31用導電焊料貼裝到致冷 器20的製冷面22上，並使電吸收調製雷射器晶片41出光光軸與TO管殼10中心軸OA同軸 向，完成導電線壓焊後將密封管帽50與管殼底座11密封焊接完成整體封裝。電吸收調製 雷射器晶片41由電吸收調製器和側面發光的半導體雷射器集成在一起，形成電吸收外調 制雷射器。熱敏電阻44是晶片級表面貼裝元件，用於電吸收調製雷射器晶片41的溫度監 測。背光探測器42是一種晶片級的光電二極體，貼裝在電吸收調製雷射器晶片41的背光 方向，用於監測雷射器的背光功率。電源濾波電容46是一種晶片電容，用於濾除供給電吸 收調製雷射器晶片41的電源噪聲。雷射器載體40上的匹配電阻43是薄膜電阻，用於電吸 收調製器的高速調製信號輸入阻抗匹配。致冷器20是一種小型化的半導體致冷器，利用珀 爾帖(Peltier)效應轉換熱能，其散熱面21和製冷面22 —般由陶瓷或氮化鋁(AlN)材料或 其它導熱良好的材料製成，兩面之間貼裝有多個N型和P型的碲化鉍半導體材料形成的 熱電偶串聯而成，熱電偶兩端的電極在散熱面21內側引出，散熱面21和製冷面22的外表 面金屬化如鍍金以便貼裝，也可以在外表面先預燒制一層導電焊料如58Bi42Sn以便貼裝。
權利要求1.一種致冷型同軸封裝光發射管芯，其特徵在於，包括一TO管殼(10)、一致冷器 (20)、一熱沉(30)、一雷射器載體(40)、和一設有光窗的密封管帽(50)，所述TO管殼(10) 包括一管殼底座(11)，其四周設有至少7根引腳(14)，其中包括一 RF射頻信號引腳，其上 安裝有一帶微帶線(13)的載體(12)；所述致冷器(20)下表面為散熱面(21)與所述管殼 底座(11)頂部中心(15)表面粘裝固定，其上表面為製冷面(22)與所述熱沉(30)下表面 (31)表面粘裝固定，所述熱沉(30)的正面(32)與具有一匹配電阻(43)和一微帶線(45)的 所述雷射器載體(40)底部表面粘裝固定，該雷射器載體(40)頂部表面粘裝固定一側面發 光的電吸收調製雷射器晶片(41)、一背光探測器(42)、一熱敏電阻(44)和一電源濾波電容 (46)，所述雷射器載體(40)上的微帶線(45)的一端與電吸收調製雷射器晶片(41)的電吸 收調製器正極連接，另一端與所述RF射頻信號引腳上的微帶線(13)通過導電線連接，安裝 時，使所述電吸收調製雷射器晶片(41)的發射光的出光光軸與TO管殼(10)的中心軸(OA) 兩者同軸向，並通過所述密封管帽(50)的光窗向外輸出。
2.根據權利要求1所述的致冷型同軸封裝光發射管芯，其特徵在於，所述引腳(14)為 7根，分別連接所述致冷器(20)的正、負極、所述電吸收調製雷射器晶片(41)的半導體激 光二極體LD和電吸收調製器兩者的正極、所述背光探測器(42)正極、所述熱敏電阻(44)其 中一端和接地GND，所述熱敏電阻(44)另一端與半導體雷射二極體LD和電吸收調製器和所 述背光探測器(42)三者負極接地GND。
3.根據權利要求1所述的致冷型同軸封裝光發射管芯，其特徵在於，所述密封管帽 (50)為一平窗管帽。
4.根據權利要求1所述的致冷型同軸封裝光發射管芯，其特徵在於，所述密封管帽 (50)為一設有球透鏡的管帽。
5.根據權利要求1所述的致冷型同軸封裝光發射管芯，其特徵在於，所述密封管帽 (50)為一設有非球透鏡的管帽。
專利摘要本實用新型提供一種致冷型同軸封裝光發射管芯，包括TO管殼、致冷器、熱沉、雷射器載體、和密封管帽，TO管殼包括管殼底座，其四周設有至少7根引腳，其中包括RF射頻信號引腳，其上安裝有帶微帶線載體；致冷器散熱面與管殼底座表面粘裝固定，其製冷面與熱沉表面粘裝固定，熱沉與具有匹配電阻和微帶線的雷射器載體表面粘裝固定，該雷射器載體表面粘裝固定電吸收調製雷射器晶片、背光探測器、熱敏電阻和電源濾波電容，雷射器載體微帶線一端與電吸收調製器正極連接，另一端與RF射頻信號引腳上的微帶線通過導電線連接，安裝時，使雷射器晶片發射光出光光軸與TO管殼中心軸OA兩者同軸向。省去光學轉向元件，工藝簡單，能夠降低信號失真。
文檔編號G02B6/42GK201936040SQ20112005026
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者劉恭志, 梁澤, 鎮磊 申請人:深圳新飛通光電子技術有限公司