专利名称：一种致冷型同轴封装光发射管芯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光通信系统用同轴封装光发射管芯，尤其涉及一种致冷型同 轴封装光发射管芯。
背景技术：
现有技术中的同轴封装光发射组件，包括一同轴封装光发射管芯和一光纤 适配器，同轴封装光发射管芯又分致冷型和无致冷型，如图1所示美国专利公开号 US20070159773A1中所采用的致冷型同轴封装光发射管芯200，包括一激光器芯片201、背 光探测器202、光转向元件203、含电路元件的载体204和致冷器205等元件安装于TO-CAN (Transistor Outline-CAN)管座206上，并通过一平窗管帽207密封。该结构中激光器芯 片201水平贴装在载体204表面，且激光器芯片201侧面发光，其出光光轴210由于呈水平 方向，与外部光纤适配器的光轴OA (也是TO-CAN管座206中心轴)呈垂直，因此就特别需 要通过光转向元件203将激光器芯片201的出光光轴210转90°角后才能与光纤适配器 光轴OA —致，将光耦合输出。该结构的致冷型同轴封装光发射管芯制作工艺复杂，成本高， 光耦合对准难，且激光器的调制信号是通过载体204与TO-CAN管座206底部的引脚208之 间的导电线209压焊连接方式馈入，由于其导电线209较长使调制信号馈入电路存在阻抗 严重不匹配的缺点，会导致传输2. 5Gb/s以上的高速调制信号时信号会发生严重失真。
实用新型内容本实用新型提供一种高速调制信号用的元器件少，工艺简单，成本低的致冷型同 轴封装光发射管芯。为达到以上实用新型目的，本实用新型提供一种致冷型同轴封装光发射管芯，包 括一 TO管壳、一致冷器、一热沉、一激光器载体、和一设有光窗的密封管帽，所述TO管壳 包括一管壳底座，其四周设有至少7根引脚，其中包括一 RF射频信号引脚，其上安装有一带 微带线的载体；所述致冷器下表面为散热面与所述管壳底座顶部中心表面粘装固定，其上 表面为制冷面与所述热沉下表面表面粘装固定，所述热沉的正面与具有一匹配电阻和一微 带线的所述激光器载体底部表面粘装固定，该激光器载体顶部表面粘装固定一侧面发光的 电吸收调制激光器芯片、一背光探测器、一热敏电阻和一电源滤波电容，所述激光器载体的 微带线的一端与电吸收调制激光器芯片的电吸收调制器正极连接，另一端与所述RF射频 信号引脚上的微带线通过导电线连接，安装时，使所述电吸收调制激光器芯片的发射光的 出光光轴与TO管壳的中心轴OA两者同轴向，并通过所述密封管帽的光窗向外输出。所述引脚为7根，分别连接所述致冷器的正、负极、所述电吸收调制激光器芯片 的半导体激光二极管LD和电吸收调制器两者的正极、所述背光探测器正极、所述热敏电阻 其中一端和接地GND，所述热敏电阻另一端与半导体激光二极管LD和电吸收调制器和所述 背光探测器三者负极接地GND。所述密封管帽为一平窗管帽。[0007]所述密封管帽为一设有球透镜的管帽。所述密封管帽为一设有非球透镜的管帽。上述结构中，RF射频信号引脚上的微带线与激光器载体上的微带线两者通过较 短长度的导电线连接，以实现电吸收调制器的高速调制信号馈入，能够降低信号失真，使激 光器工作速率可以达到10(ib/S以上。激光器芯片出光光轴与TO管壳中心轴OA同轴向， 省去了光学转向元件，同时简化了光发射管芯的组装工艺。将该结构的带致冷型同轴光发 射管芯与外置光学元件如光隔离器、光纤适配器等元件耦合连接后就可以制作成外观符合 10Gb/s 小型器件多源协议(Multi-Source Agreement of 10Gb/s Miniature Device，简称 XMD)中的同轴光发射组件(Transmitter Optical Sub-Assembly，简称T0SA)，同时也可以 应用于各类PON (Passive Optical Network)组件，如单纤双向双端口组件、单纤双向三端 口组件等的发射光源。
图1表示现有技术的致冷型同轴封装光发射管芯的结构示意图；图2表示本实用新型致冷型同轴封装光发射管芯的结构示意图；图3表示图2所示致冷型同轴封装光发射管芯的爆炸结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本实用新型最佳实施例。如图2所示的致冷型同轴封装光发射管芯100，包括一管壳10、一致冷器20、一 热沉30、一激光器载体40、和一设有光窗的密封管帽50，该管帽可以是平窗管帽，也可以是 设有球透镜或非球透镜的管帽，根据耦合光路的不同设计进行管帽透镜的选用，光窗外表 面镀减反光膜，以减少反射光对激光器的影响。如图3所示的致冷型同轴封装光发射管芯100，Τ0管壳10包括一管壳底座11，其 四周设有至少7根引脚14，其中包括一 RF射频信号引脚，其上安装有一带微带线13的载 体12。致冷器20下表面为散热面21与管壳底座11顶部中心15表面粘装固定，其上表面 为制冷面22与热沉30下表面31表面粘装固定，热沉30的正面32与具有一匹配电阻43 和一微带线45的激光器载体40底部表面粘装固定，该激光器载体40顶部表面粘装固定一 侧面发光的电吸收调制激光器芯片41、一背光探测器42、一热敏电阻44和一电源滤波电容 46，激光器载体40上的微带线45的一端与电吸收调制激光器芯片41的电吸收调制器正极 连接，另一端与RF射频信号引脚上的微带线13通过导电线连接，以实现电吸收调制激光器 芯片41高速调制信号的馈入。安装时，使电吸收调制激光器芯片41的发射光的出光光轴 与TO管壳10的中心轴OA两者同轴向，并通过密封管帽50的光窗向外输出。引脚14最佳 为7根，分别连接致冷器20的正、负极；电吸收调制激光器芯片41的半导体激光二极管LD 正极(其负极与接地GND连接)；电吸收调制器正极(负极与接地GND连接)；背光探测器42 正极(负极与接地GND连接)；热敏电阻44其中一端(另一端与接地GND连接)和接地GND。 除接地GND用导电焊料如AgCMS焊料与管壳底座11焊接外，其它引脚与管壳底座11之间 采用玻璃绝缘子烧结电隔离密封连接。由外部电源供给电吸收调制激光器芯片41的半导 体激光二极管LD加偏置电流，通过高速调制信号馈入RF射频信号引脚连接电吸收调制器 正极，负极与接地焊盘连接，供电吸收调制器馈入信号。本实用新型致冷同轴光发射管芯的组装过程中，先将致冷器20的散热面21用导电焊料贴装到管壳底座11顶部中心15，激光器载体40以氮化铝(AlN)或其它导热效率高 的材料为基材，位于激光器载体40顶部表面用导电焊料(如80Au20Sn)贴装好电吸收调制 激光器芯片41、背光探测器42、、热敏电阻44、和电源滤波电容46，将激光器载体40用导电 胶或导电焊料贴装到热沉30的正面32上，再将热沉30下表面31用导电焊料贴装到致冷 器20的制冷面22上，并使电吸收调制激光器芯片41出光光轴与TO管壳10中心轴OA同轴 向，完成导电线压焊后将密封管帽50与管壳底座11密封焊接完成整体封装。电吸收调制 激光器芯片41由电吸收调制器和侧面发光的半导体激光器集成在一起，形成电吸收外调 制激光器。热敏电阻44是芯片级表面贴装元件，用于电吸收调制激光器芯片41的温度监 测。背光探测器42是一种芯片级的光电二极管，贴装在电吸收调制激光器芯片41的背光 方向，用于监测激光器的背光功率。电源滤波电容46是一种芯片电容，用于滤除供给电吸 收调制激光器芯片41的电源噪声。激光器载体40上的匹配电阻43是薄膜电阻，用于电吸 收调制器的高速调制信号输入阻抗匹配。致冷器20是一种小型化的半导体致冷器，利用珀 尔帖(Peltier)效应转换热能，其散热面21和制冷面22 —般由陶瓷或氮化铝(AlN)材料或 其它导热良好的材料制成，两面之间贴装有多个N型和P型的碲化铋半导体材料形成的 热电偶串联而成，热电偶两端的电极在散热面21内侧引出，散热面21和制冷面22的外表 面金属化如镀金以便贴装，也可以在外表面先预烧制一层导电焊料如58Bi42Sn以便贴装。
权利要求1.一种致冷型同轴封装光发射管芯，其特征在于，包括一TO管壳(10)、一致冷器 (20)、一热沉(30)、一激光器载体(40)、和一设有光窗的密封管帽(50)，所述TO管壳(10) 包括一管壳底座(11)，其四周设有至少7根引脚(14)，其中包括一 RF射频信号引脚，其上 安装有一带微带线(13)的载体(12)；所述致冷器(20)下表面为散热面(21)与所述管壳 底座(11)顶部中心(15)表面粘装固定，其上表面为制冷面(22)与所述热沉(30)下表面 (31)表面粘装固定，所述热沉(30)的正面(32)与具有一匹配电阻(43)和一微带线(45)的 所述激光器载体(40)底部表面粘装固定，该激光器载体(40)顶部表面粘装固定一侧面发 光的电吸收调制激光器芯片(41)、一背光探测器(42)、一热敏电阻(44)和一电源滤波电容 (46)，所述激光器载体(40)上的微带线(45)的一端与电吸收调制激光器芯片(41)的电吸 收调制器正极连接，另一端与所述RF射频信号引脚上的微带线(13)通过导电线连接，安装 时，使所述电吸收调制激光器芯片(41)的发射光的出光光轴与TO管壳(10)的中心轴(OA) 两者同轴向，并通过所述密封管帽(50)的光窗向外输出。
2.根据权利要求1所述的致冷型同轴封装光发射管芯，其特征在于，所述引脚(14)为 7根，分别连接所述致冷器(20)的正、负极、所述电吸收调制激光器芯片(41)的半导体激 光二极管LD和电吸收调制器两者的正极、所述背光探测器(42)正极、所述热敏电阻(44)其 中一端和接地GND，所述热敏电阻(44)另一端与半导体激光二极管LD和电吸收调制器和所 述背光探测器(42)三者负极接地GND。
3.根据权利要求1所述的致冷型同轴封装光发射管芯，其特征在于，所述密封管帽 (50)为一平窗管帽。
4.根据权利要求1所述的致冷型同轴封装光发射管芯，其特征在于，所述密封管帽 (50)为一设有球透镜的管帽。
5.根据权利要求1所述的致冷型同轴封装光发射管芯，其特征在于，所述密封管帽 (50)为一设有非球透镜的管帽。
专利摘要本实用新型提供一种致冷型同轴封装光发射管芯，包括TO管壳、致冷器、热沉、激光器载体、和密封管帽，TO管壳包括管壳底座，其四周设有至少7根引脚，其中包括RF射频信号引脚，其上安装有带微带线载体；致冷器散热面与管壳底座表面粘装固定，其制冷面与热沉表面粘装固定，热沉与具有匹配电阻和微带线的激光器载体表面粘装固定，该激光器载体表面粘装固定电吸收调制激光器芯片、背光探测器、热敏电阻和电源滤波电容，激光器载体微带线一端与电吸收调制器正极连接，另一端与RF射频信号引脚上的微带线通过导电线连接，安装时，使激光器芯片发射光出光光轴与TO管壳中心轴OA两者同轴向。省去光学转向元件，工艺简单，能够降低信号失真。
文档编号G02B6/42GK201936040SQ20112005026
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者刘恭志, 梁泽, 镇磊 申请人:深圳新飞通光电子技术有限公司