專利名稱：一種帶致冷同軸光發(fā)射管芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光通信系統(tǒng)用光發(fā)射管芯，尤其涉及一種帶致冷同軸光發(fā)射 管芯。
背景技術(shù)：
光通信系統(tǒng)中現(xiàn)有兩類帶致冷的光發(fā)射管芯，一種如圖1所示的中國發(fā)明專利申 請?zhí)枮镃N200510007732. 4中所描述的表面貼裝型光發(fā)射組件中使用的如圖2所示光發(fā)射 管芯100由一外調(diào)制激光器芯片101、一背光探測器104、一帶匹配電阻105和一微帶線106 的一硅光具座107、一熱電致冷器108、一熱敏電阻109、一準(zhǔn)直透鏡110、一光隔離器111、一 聚焦透鏡112等元件組裝于帶多層陶瓷RF射頻信號饋入接口 113的一方形金屬殼體114 內(nèi)，引線115水平排列于方形金屬殼體的尾部。該發(fā)射管芯100是表面貼裝型，準(zhǔn)直透鏡 110和光隔離器111須精密地安裝于方形金屬殼體114內(nèi)的硅光具座107的光路上，硅光具 座107上為安裝準(zhǔn)直透鏡110設(shè)計(jì)了精密的V型槽；且光路采用雙透鏡設(shè)計(jì)，通過硅光具座 107上的準(zhǔn)直透鏡110和裝在殼體上的聚焦透鏡112與外置的光纖適配器形成耦合光路，； RF射頻信號饋入接口 113采用多層陶瓷工藝封接在方形金屬殼體114上，光路設(shè)計(jì)復(fù)雜，制 作成本高，整個(gè)管芯體積較大。另一種如圖3所示的美國專利公開號US20070159773A1中所描述的同軸型光發(fā)射 組件，采用如圖4所示的晶體管外型TOCTransistor Outline,以下簡稱ΤΟ)發(fā)射管芯200， 包括一激光器芯片201、背光探測器203、光轉(zhuǎn)向元件204、含電路元件的載體205和致冷器 206等元件安裝于TO管座207上，并利用平窗管帽208密封后形成TO發(fā)射管芯200。該結(jié) 構(gòu)中激光器芯片201水平貼裝在載體205上，導(dǎo)致激光器芯片201的出光光軸位于水平方 向與外部光纖適配器光軸OA(也是TO管座207中心軸)方向垂直，因此需要通過光轉(zhuǎn)向元 件204將激光器芯片201的出光光軸轉(zhuǎn)動(dòng)到光纖適配器光軸OA方向上，制作工藝復(fù)雜，成 本高。激光器的調(diào)制信號是通過載體205與管座207底部的引腳209之間采用導(dǎo)電線210 壓焊連接方式饋入，這種連接方式使調(diào)制信號饋入電路存在阻抗嚴(yán)重不連續(xù)的問題，特別 在傳輸2. 5Gb/s以上的高速調(diào)制信號時(shí)信號會(huì)發(fā)生嚴(yán)重失真。另外，致冷器206水平貼裝 在TO管座207上，大部分熱量依靠管座207底部傳導(dǎo)出去，在光模塊的應(yīng)用中由于管座207 底部分布有多根引腳209，引腳須直接焊接或通過柔性電路板焊接到光模塊的電路板上，限 制了散熱片的安裝，同時(shí)底部散熱面積小，散熱效率低，該設(shè)計(jì)不能達(dá)到高效散熱的目的， 不能有效地發(fā)揮致冷器206的作用，從而限制了整個(gè)光發(fā)射組件的溫度應(yīng)用范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡單，成本低的帶致冷同軸光發(fā)射管芯。為達(dá)到以上發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供一種帶致冷同軸光發(fā)射管芯，包括一 TO管 殼和一設(shè)有光窗的密封管帽，所述TO管殼包括一管殼底座和與其密封連接的激光器安裝 套筒，所述管殼底座用于安裝與外部系統(tǒng)進(jìn)行電連接的多根引腳，所述激光器安裝套筒的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有一安裝平臺，一致冷器的散熱面放置于所述安裝平臺的表面，所述致冷器的制 冷面用于安裝一激光器載體，該載體表面安裝有一電吸收調(diào)制激光器芯片、一熱敏電阻和 一背光探測器，所述激光器芯片出光光軸與所述TO管殼中心軸OA同軸并通過所述密封管 帽的光窗輸出。所述引腳為7根，分別連接所述致冷器的正、負(fù)極、激光器芯片的半導(dǎo)體激光器正 極、熱敏電阻一極、背光探測器正極、激光器芯片的電吸收調(diào)制器正極和接地GND。所述密封管帽為一平窗管帽。所述密封管帽為一設(shè)有球透鏡的管帽。所述密封管帽為一設(shè)有非球透鏡的管帽。還包括一表面鍍金的金屬環(huán)，所述密封管帽通過該金屬環(huán)與所述激光器安裝套筒 密封連接固定。所述激光器載體還設(shè)有引線轉(zhuǎn)向裝置，該裝置用于將所述熱敏電阻和背光探測器 各自的引線轉(zhuǎn)接后再與引腳連接。所述引線轉(zhuǎn)向裝置為兩個(gè)表面鍍金的金屬塊。上述結(jié)構(gòu)中的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，由于TO管殼底座僅用于安裝引腳，連接激 光器載體的小型致冷器則安裝于激光器安裝套筒內(nèi)側(cè)壁所設(shè)置的安裝平臺上，即整個(gè)器件 的散熱由傳統(tǒng)的TO管殼底座轉(zhuǎn)換成由激光器安裝套筒完成，較好地解決了激光器散熱問 題，并且簡化了工藝，降低了成本。通過激光器載體上的微帶線與高速調(diào)制信號饋入引腳 用導(dǎo)電焊料直接連接方式饋入信號，降低了信號失真，其工作速率可以達(dá)到10Gb/S或更 高。該結(jié)構(gòu)帶致冷同軸光發(fā)射管芯與TO管殼外置光學(xué)元件如光隔離器、光纖適配器等元件 耦合連接后就可以制作成外觀符合lOGb/s小型器件多源協(xié)議(Multi-source Agreement of 10Gb/s Miniature Device,簡稱 XMD)中的光發(fā)射組件(Transmitter Optical Sub-Assembly，簡稱T0SA)，也可以應(yīng)用于各類單纖雙向組件或單纖三端口組件中作為其中 的發(fā)射光源。

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中一種表面貼裝型光發(fā)射組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示圖1所示發(fā)射管芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3表示現(xiàn)有技術(shù)中另一種同軸型光發(fā)射組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4表示圖3所示發(fā)射管芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5表示本實(shí)用新型一種帶致冷同軸光發(fā)射管芯零件爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖6表示圖5所示TO管殼的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖7表示圖5所示激光器載體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型最佳實(shí)施例。如圖5的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，包括一 TO管殼10和一設(shè)有光窗的密封管帽50， 該管帽可以是平窗管帽，也可以是設(shè)有球透鏡或其它非球透鏡的管帽，根據(jù)耦合光路的設(shè) 計(jì)進(jìn)行選用，光窗表面鍍減反膜，以減少反射光對激光器的影響。如圖6所示的TO管殼10包括一管殼底座11和與其密封連接的激光器安裝套筒12，其材料可以是銅或其它導(dǎo)熱良 好的材料，當(dāng)激光器安裝套筒12與密封管帽50的材質(zhì)不匹配時(shí)，還包括一表面鍍金的金屬 環(huán)40，密封管帽50通過該金屬環(huán)與激光器安裝套筒12連接固定以實(shí)現(xiàn)密封連接。管殼底 座11用于安裝與外部系統(tǒng)進(jìn)行電連接的多根引腳1101，激光器安裝套筒12的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有 一平臺1201，一致冷器20的散熱面2001放置于平臺1201表面上，致冷器20的制冷面2002 用于安裝一激光器載體30。如圖7所示的激光器載體30表面安裝有一電吸收調(diào)制激光器 芯片31、一熱敏電阻32和一背光探測器33，安裝時(shí)，使激光器芯片31出光光軸與TO管殼 10中心軸OA同軸并通過密封管帽50的光窗輸出，激光器載體30還可以設(shè)置引線轉(zhuǎn)向裝置 34，將熱敏電阻32和背光探測器33各自的引線轉(zhuǎn)接后再與引腳1101連接，引線轉(zhuǎn)向裝置 可以是兩個(gè)表面鍍金的金屬塊。本實(shí)用新型帶致冷同軸光發(fā)射管芯的組裝過程中，先將致冷器20的散熱面2001 用導(dǎo)電焊料貼裝到平臺1201上，激光器載體30以氮化鋁(AlN)或其它導(dǎo)熱效率高介電常 數(shù)低的材料為基材，位于激光器載體30表面用導(dǎo)電焊料(如80Au20Sn)貼裝好激光器芯片 31、熱敏電阻32和一背光探測器33等元件，完成引線壓焊后將激光器載體30用導(dǎo)電焊料 貼裝到致冷器20的制冷面2002上，并使激光器芯片31出光光軸與TO管殼10中心軸OA同 軸，將設(shè)有光窗的密封管帽50與激光器安裝套筒12密封焊接完成整體封裝。激光器芯片 31由電吸收調(diào)制器和半導(dǎo)體激光器集成在一起，形成外調(diào)制激光器。熱敏電阻32是芯片 級表面貼裝元件用于激光器芯片31的溫度監(jiān)測。背光探測器33是一種芯片級的光電二極 管，貼裝在激光器芯片31的背光方向，用于監(jiān)測激光器的背光功率。引線轉(zhuǎn)向裝置34是一 個(gè)表面鍍金(或其它導(dǎo)電材料)的金屬塊(或其它材料)，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)垂直平面上的引線 轉(zhuǎn)接。致冷器20是一種小型化的半導(dǎo)體致冷器，利用珀?duì)柼?Peltier)效應(yīng)轉(zhuǎn)換熱能，其 散熱面2001和制冷面2002 —般由陶瓷或氮化鋁(AlN)材料或其它導(dǎo)熱良好的材料制成， 兩面之間貼裝有多個(gè)N型和P型的碲化鉍半導(dǎo)體材料形成的熱電偶串聯(lián)而成，熱電偶兩端 的電極在散熱面2001內(nèi)側(cè)引出，散熱面2001和制冷面2002的外表面金屬化如鍍金以便貼 裝，也可以在外表面先預(yù)燒制一層導(dǎo)電焊料如58Bi42Sn以便貼裝。用導(dǎo)電膠或?qū)щ姾噶蠈⒓す馄鬏d體30的接地焊盤與管殼底座11內(nèi)表面的平臺 1201連接，使激光器載體30的地與管殼底座11的接地GND引腳接通，用導(dǎo)電膠如銀漿或?qū)?電焊料如58Bi42Sn將激光器載體30上連接激光器芯片31電吸收調(diào)制器正極的微帶線與 引腳1101中的高速調(diào)制信號饋入引腳連接，安裝時(shí)激光器載體30側(cè)面不導(dǎo)電與管殼底座 11上表面緊貼，使微帶線與高速調(diào)制信號饋入引腳的連接最短。最后用引線如金絲連接到 引線轉(zhuǎn)向裝置34上將連接背光探測器33和熱敏電阻32的引線分別轉(zhuǎn)接到引腳1101上。 引腳1101最佳為7根，分別連接所述致冷器20的正、負(fù)極、激光器芯片31的半導(dǎo)體激光器 (LD)正極(其負(fù)極與接地GND連接)、熱敏電阻32 —極(另一極與接地GND連接)、背光 探測器33正極(負(fù)極與接地GND連接)、激光器芯片31的電吸收調(diào)制器正極(負(fù)極與接 地GND連接)和接地GND。7根引腳分布在管殼底座11上，除接地引腳GND用導(dǎo)電焊料如 AgCu28焊料與管殼底座11焊接外，其它引腳與管殼底座11之間采用玻璃絕緣子燒結(jié)電隔 離密封連接。由外部電源給激光器芯片31的半導(dǎo)體激光器加偏置電流，通過高速調(diào)制信號 饋入引腳連接電吸收調(diào)制器正極，負(fù)極與接地焊盤連接，給電吸收調(diào)制器饋入信號。
權(quán)利要求一種帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，包括一TO管殼和一設(shè)有光窗的密封管帽，所述TO管殼包括一管殼底座和與其密封連接的激光器安裝套筒，所述管殼底座用于安裝與外部系統(tǒng)進(jìn)行電連接的多根引腳，所述激光器安裝套筒的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有一安裝平臺，一致冷器的散熱面放置于所述安裝平臺的表面，所述致冷器的制冷面用于安裝一激光器載體，該載體表面安裝有一電吸收調(diào)制激光器芯片、一熱敏電阻和一背光探測器，所述激光器芯片出光光軸與所述TO管殼中心軸OA同軸并通過所述密封管帽的光窗輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，所述引腳為7根，分別 連接所述致冷器的正、負(fù)極、激光器芯片的半導(dǎo)體激光器正極、熱敏電阻一極、背光探測器 正極、激光器芯片的電吸收調(diào)制器正極和接地GND。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，所述密封管帽為一平 窗管帽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，所述密封管帽為一設(shè) 有球透鏡的管帽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，所述密封管帽為一設(shè) 有非球透鏡的管帽。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，還包括一表面鍍 金的金屬環(huán)，所述密封管帽通過該金屬環(huán)與所述激光器安裝套筒密封連接固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，所述激光器載體還設(shè)有 引線轉(zhuǎn)向裝置，該裝置用于將所述熱敏電阻和背光探測器各自的引線轉(zhuǎn)接后再與引腳連 接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7述的帶致冷同軸光發(fā)射管芯，其特征在于，所述引線轉(zhuǎn)向裝置為兩 個(gè)表面鍍金的金屬塊。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種帶致冷同軸光發(fā)射管芯，包括一TO管殼和一設(shè)有光窗的密封管帽，TO管殼包括一管殼底座和與其密封連接的激光器安裝套筒，管殼底座用于安裝與外部系統(tǒng)進(jìn)行電連接的多根引腳，激光器安裝套筒的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有一安裝平臺，一致冷器的散熱面放置于安裝平臺的表面，致冷器的制冷面用于安裝一激光器載體，該載體表面安裝有一電吸收調(diào)制激光器芯片、一熱敏電阻和一背光探測器，激光器芯片出光光軸與TO管殼中心軸OA同軸并通過密封管帽的光窗輸出。整個(gè)器件的散熱由傳統(tǒng)的TO管殼底座轉(zhuǎn)換成由激光器安裝套筒完成，較好地解決了激光器散熱問題，該結(jié)構(gòu)管芯與TO管殼外置光學(xué)元件耦合連接后制作成外觀符合10Gb/s小型器件多源協(xié)議XMD中的光發(fā)射組件。
文檔編號G02B6/42GK201707474SQ20102024755
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者劉恭志, 梁澤, 鎮(zhèn)磊 申請人:深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司