專利名稱：一種超輻射發(fā)光二極管模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體光電器件，具體講是一種超輻射發(fā)光二極管的模塊(SLD模塊)。
背景技術(shù)：
近年來，光纖陀螺技術(shù)和光纖傳感的飛速發(fā)展對光源提出了很高的要求，超輻射發(fā)光二極管(SLD)作為一種具有高輸出功率、寬光譜范圍的高穩(wěn)定光源，越來越受到人們的重視。SLD的譜寬較寬，因此它的相干長度短，能有效降低陀螺和傳感系統(tǒng)中背向散射噪聲帶來的影響；輸出功率大，就能夠有效提高系統(tǒng)的分辨率。由于這兩個(gè)明顯的特點(diǎn)，它已成為光纖陀螺系統(tǒng)中難以替代的光源。另外SLD還在器件測試、光學(xué)相干層析成像以及光纖傳感等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
各種以SLD作為光源的應(yīng)用系統(tǒng)，無不希望其光學(xué)特性穩(wěn)定，但SLD穩(wěn)定工作所需的環(huán)境條件較苛刻，特別是受環(huán)境溫度的影響相當(dāng)大，而實(shí)際工程應(yīng)用中，環(huán)境溫度的變化無常，為了使SLD工作于相對穩(wěn)定的條件下，通常將其制作為SLD模塊。
SLD模塊一般由四部分組成(參考圖1)(1)SLD管芯及安裝、承載管芯的熱沉；(2)光纖、固定光纖的支架；(3)與外部溫控電路連接的熱敏電阻和半導(dǎo)體致冷器；(4)模塊管殼。
為確保SLD模塊工作時(shí)具有穩(wěn)定的光功率及光譜特性，必須將SLD管芯控制在一定的溫度范圍內(nèi)，因此，一般情況下須選用具有良好熱傳導(dǎo)性質(zhì)的材料制作熱沉、管殼及焊接支架。同時(shí)還必須利用熱敏電阻和半導(dǎo)體致冷器對SLD管芯進(jìn)行溫度控制。通過耦合工藝將SLD管芯與光纖對準(zhǔn)永久固定，并使尾纖有足夠的光功率輸出。外圍溫控電路通過熱敏電阻的阻值的變化量對半導(dǎo)體致冷器注入相應(yīng)電流，從而調(diào)節(jié)SLD管芯處的溫度。通過管殼的各引腳對SLD管芯、半導(dǎo)體致冷器施加電流和測量熱敏電阻阻值，并對以上各元件起保護(hù)作用。
由于模塊管殼空間的限制，目前的SLD模塊中溫度控制都采用的單級(jí)半導(dǎo)體致冷器(國內(nèi)外商品化的SLD模塊結(jié)構(gòu)相近)。在理想條件下(即半導(dǎo)體致冷器的熱端處于足夠大、且溫度恒定室溫的散熱面上)，單級(jí)半導(dǎo)體致冷器兩個(gè)面上的溫差最大可達(dá)68℃，如果致冷器的產(chǎn)冷量大于SLD管芯的產(chǎn)熱量，那么對于SLD在-55℃～85℃的寬溫度范圍內(nèi)，保證SLD管芯在25℃下正常工作已足夠。然而，實(shí)際上并非如此，對于質(zhì)量最好的單級(jí)半導(dǎo)體致冷器也只能使SLD模塊勉強(qiáng)工作在-45℃～70℃的溫度范圍內(nèi)，這遠(yuǎn)不能達(dá)到某些特殊行業(yè)中存在的較寬溫度范圍的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，提供一種基本不改變現(xiàn)有模塊外形尺寸、但卻能適用于較寬溫度范圍要求的超輻射發(fā)光二極管模塊。
該超輻射發(fā)光二極管模塊包括，模塊管殼、安裝在模塊管殼內(nèi)的超輻射發(fā)光二極管管芯及安裝、承載該管芯在其上以帶走管芯熱量的熱沉、安裝在該熱沉上的熱敏電阻和安裝在該熱沉下的半導(dǎo)體致冷器、穿進(jìn)模塊管殼與超輻射發(fā)光二極管管芯耦合的光纖。其中的半導(dǎo)體致冷器是固定在模塊管殼的底板上的，該底板也是半導(dǎo)體致冷器的散熱板。本實(shí)用新型的改進(jìn)之處是，其中的半導(dǎo)體致冷器是雙層結(jié)構(gòu)的雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器。也就是說，改進(jìn)后的半導(dǎo)體致冷器為復(fù)式致冷的結(jié)構(gòu)，其中間的隔板既是上一層的熱端面，又是下一層的冷端面。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，該雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器兩層中的元件數(shù)量不等、兩端面大小不等。具體差別是，面積較大一層內(nèi)的元件對數(shù)是面積較小一層內(nèi)的元件對數(shù)2～3倍；面積較小一層的冷端面大小與所述熱沉面積對應(yīng)，面積較大一層的熱端面貼合地固定在作為散熱板的底板上。
與現(xiàn)有的模塊相比較，本實(shí)用新型有如下的優(yōu)越性首先，用雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器取代現(xiàn)有的單級(jí)半導(dǎo)體致冷器后，由于其致冷效率和最大溫差有了很大的提高，于是可以保證管芯在更寬溫度范圍內(nèi)正常工作。實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)用新型的正常工作范圍可以在-55～85℃之間。
其次，由于僅是把現(xiàn)有的單級(jí)半導(dǎo)體致冷器改成了雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器，其余部分(將在具體實(shí)施方式
中披露)除適應(yīng)性改進(jìn)或優(yōu)化改進(jìn)外，基本上保護(hù)了現(xiàn)有模塊中的其內(nèi)部元件，相對位置也沒有變化，這就使模塊組裝耦合工藝的難度沒有加大，保證了模塊的生產(chǎn)穩(wěn)定。
再者，由于雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器，除其高度有所增加外，其余尺寸沒有擴(kuò)大性的變化，而現(xiàn)有的模塊中，也有容納下該高度增加后的空間(原單級(jí)半導(dǎo)體致冷器的高度值與其長、寬相比，是最小的)。因此，本實(shí)用新型完全可以做成與現(xiàn)有模塊的外形尺寸、安裝尺寸相同的形狀，確保了用戶使用一致性；所述的進(jìn)一步改進(jìn)，不僅進(jìn)一步確保了管芯在更寬溫度范圍內(nèi)正常工作，而且、其可靠性也有了極大的提高。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1——現(xiàn)有SLD模塊的結(jié)構(gòu)示意圖圖2——現(xiàn)有半導(dǎo)體致冷器結(jié)構(gòu)示意圖圖3——本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖4——本實(shí)用新型中的半導(dǎo)體致冷器結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
一種超輻射發(fā)光二極管模塊(參考圖2)，該模塊包括模塊管殼1、安裝在模塊管殼1內(nèi)的超輻射發(fā)光二極管管芯2及安裝、承載該管芯2在其上以帶走管芯2熱量的熱沉3、安裝在該熱沉3上的熱敏電阻4和安裝在該熱沉3下的半導(dǎo)體致冷器5、穿進(jìn)模塊管殼1與超輻射發(fā)光二極管管芯2耦合的光纖6，其中的半導(dǎo)體致冷器是固定在模塊管殼1的底板7上的，該底板7也是半導(dǎo)體致冷器的散熱板；模塊管殼1的側(cè)面還有把熱敏電阻4和半導(dǎo)體致冷器5與外部溫控電路連接的接線腳。本實(shí)用新型把半導(dǎo)體致冷器5改為雙層結(jié)構(gòu)的雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器5。
為進(jìn)一步提高效率和增加可靠性，還把該雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器5設(shè)計(jì)為，兩層中的元件數(shù)量不等、兩端面大小不等的結(jié)構(gòu)。具體差別，應(yīng)根據(jù)性能要求、作為改進(jìn)基礎(chǔ)的現(xiàn)有模塊的結(jié)構(gòu)確定。一般情況下為面積較大一層內(nèi)的元件對數(shù)是面積較小一層內(nèi)的元件對數(shù)2～3倍；面積較小一層的冷端面大小與所述熱沉3面積對應(yīng)、面積較大一層的熱端面貼合地固定在作為散熱板的底板7上。例如，作為改進(jìn)基礎(chǔ)的現(xiàn)有模塊的元件對數(shù)為18，改進(jìn)后可以是8/18；作為改進(jìn)基礎(chǔ)的現(xiàn)有模塊的元件對數(shù)為17，改進(jìn)后可以是7/17等等。需注意的是，在改進(jìn)時(shí)應(yīng)盡可能地選用最接近現(xiàn)有單級(jí)產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)，以達(dá)到既能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，又不過多增加改進(jìn)成本的綜合效果。
由于披露至此后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全能夠正確理解并再現(xiàn)本實(shí)用新型了，故上述兩自然段所披露具體實(shí)施方式
也是以下各例的總述。在以下各例中，與本總述相同的內(nèi)容不贅述。
實(shí)施例1本例是在總述部分的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步改善其中雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器5的散熱條件而作出的改進(jìn)。所述改進(jìn)在管殼底板7處，改進(jìn)的管殼底板7厚度為0.5～0.8mm(現(xiàn)有的底板7厚度為1.0mm)，該底板7的材料為鎢銅。在確保該底板7機(jī)械強(qiáng)度的前提下，可以盡可能地取下限值。
實(shí)施例2本例是在總述部分或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，為確保其可行性而披露的具體結(jié)構(gòu)。在本例中，光纖6與超輻射發(fā)光二極管管芯2的耦合端，是通過一個(gè)馬鞍形支架固定在熱沉3上的。
進(jìn)一步講，同樣也是為更進(jìn)一步改善其中雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器5的散熱條件。本例還把熱沉3上安裝其超輻射發(fā)光二極管管芯2的部分的厚度，改為0.3mm(現(xiàn)有模塊中熱沉對應(yīng)部分的厚度是0.5mm)；同時(shí)，把該熱沉3固定馬鞍形支架的部分，設(shè)計(jì)、并加工出能確保其光纖6與超輻射發(fā)光二極管管芯2正確耦合的凹槽。
顯然，實(shí)施例1和實(shí)施例2中的改進(jìn)，只有在本實(shí)用新型的主要改進(jìn)——用雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器5替換現(xiàn)有的單級(jí)半導(dǎo)體致冷器5′后，才有實(shí)質(zhì)意義(或曰才有明顯的效果)。因此，凡是把現(xiàn)有的單級(jí)半導(dǎo)體致冷器5′替換為雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器5的超輻射發(fā)光二極管的模塊(SLD模塊)均是與本實(shí)用新型相同或等同的產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種超輻射發(fā)光二極管模塊，該模塊包括模塊管殼(1)、安裝在模塊管殼(1)內(nèi)的超輻射發(fā)光二極管管芯(2)及安裝、承載該管芯(2)在其上以帶走管芯(2)熱量的熱沉(3)、安裝在該熱沉(3)上的熱敏電阻(4)和安裝在該熱沉(3)下的半導(dǎo)體致冷器、穿進(jìn)模塊管殼(1)與超輻射發(fā)光二極管管芯(2)耦合的光纖(6)，其中的半導(dǎo)體致冷器是固定在模塊管殼(1)的底板(7)上的，該底板(7)也是半導(dǎo)體致冷器(5)的散熱板，其特征在于，所述的半導(dǎo)體致冷器是雙層結(jié)構(gòu)的雙極半導(dǎo)體致冷器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超輻射發(fā)光二極管模塊，其特征在于，所述雙極半導(dǎo)體致冷器(5)兩層中的元件數(shù)量不等、兩端面大小不等；面積較大一層內(nèi)的元件對數(shù)是面積較小一層內(nèi)的元件對數(shù)2～3倍；面積較小一層的冷端面大小與所述熱沉(3)面積對應(yīng)、面積較大一層的熱端面貼合地固定在作為散熱板的底板(7)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超輻射發(fā)光二極管模塊，其特征在于，所述管殼底板(7)的厚度為0.5mm～0.8mm，該底板(7)的材料為鎢銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超輻射發(fā)光二極管模塊，其特征在于，所述光纖(6)與超輻射發(fā)光二極管管芯(2)的耦合端，是通過一個(gè)馬鞍形支架固定在所述熱沉(3)上的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超輻射發(fā)光二極管模塊，其特征在于，所述光纖(6)與超輻射發(fā)光二極管管芯(2)的耦合端，是通過一個(gè)馬鞍形支架固定在所述熱沉(3)上的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超輻射發(fā)光二極管模塊，其特征在于，所述熱沉(3)安裝其超輻射發(fā)光二極管管芯(2)的部分，其厚度為0.3mm；該熱沉(3)固定所述馬鞍形支架的部分有確保其光纖(6)與超輻射發(fā)光二極管管芯(2)正確耦合的凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超輻射發(fā)光二極管模塊，其特征在于，所述熱沉(3)安裝其超輻射發(fā)光二極管管芯(2)的部分，其厚度為0.3mm；該熱沉(3)固定所述馬鞍形支架的部分有確保其光纖(6)與超輻射發(fā)光二極管管芯(2)正確耦合的凹槽。
專利摘要一種超輻射發(fā)光二極管模塊。它包括模塊管殼、安裝在模塊管殼內(nèi)的超輻射發(fā)光二極管管芯及安裝、承載該管芯在其上以帶走管芯熱量的熱沉、安裝在該熱沉上的熱敏電阻和安裝在該熱沉下的半導(dǎo)體致冷器、穿進(jìn)模塊管殼與超輻射發(fā)光二極管管芯耦合的光纖。本實(shí)用新型的改進(jìn)之處是，其中的半導(dǎo)體致冷器是雙層結(jié)構(gòu)的雙級(jí)半導(dǎo)體致冷器。本實(shí)用新型可以保證管芯在更寬溫度范圍內(nèi)正常工作(－55～85℃之間)；在替換現(xiàn)有的超輻射發(fā)光二極管模塊時(shí)，不改變用戶的安裝尺寸和其他的配套元器件；其工作的可靠性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性均有很大的提高。
文檔編號(hào)H01L33/00GK2901585SQ200620110228
公開日2007年5月16日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者楊璠, 劉驍, 俞國良, 孫迎波, 俞青, 陳于武, 郭洪 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所