专利名称：带驱动ic高速蝶形封装的光发射器组件的制作方法
技术领域：
本发明所涉及的是一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，该光发射器组件主要用于25Gb/s及25Gb/s以上的光纤通信系统。
背景技术：
光发射器组件是现代光纤通信的核心器件，25Gb/s及25Gb/s以上的高速光发射器通常采用蝶形封装以提高器件的高频性能。传统的蝶形封装TOSA光发射组件中不包含驱动IC及相应的匹配元件，其结构如图1和图2所示，主要包括蝶形金属陶瓷管壳1、安装在蝶形管壳I上的半导体致冷器6、焊接在过渡块8上的发射器件芯片11、热敏电阻9、背光探测器10和光学隔离器13等元件，过渡块8通过焊料或胶粘连接在热沉7上，热沉7用焊料或胶粘连接到半导体致冷器6上。耦合透镜18或准直透镜12与聚焦透镜16组合形成双透镜结构，主要作用在于压缩发射器芯片11中出来的光斑，让光斑尽可能的耦合至陶瓷插针15中。耦合透镜18或准直透镜12通过激光焊接在热沉7上，聚焦透镜16焊接到插针15上。现代光通信领域中对可插拔、低功耗的光发射器组件提出了越来越高的应用要求，传统的蝶形封装光发射器的体积和功耗均不能满足现代光通信的需求，光发射器组件正朝着小型化、集成化、低功耗方向快速发展。为了降低器件的功耗，继续获得一种具有更好的射频性能并能够将驱动IC集成到蝶形器件中的光发射组件中。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件。本发明提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，包括管壳，所述的管壳包括高频陶瓷电路和金属管壳，所述的金属管壳的底板上方具有凸台结构和半导体制冷器，所述的凸台结构上方设置有驱动IC和驱动IC的匹配元件，该驱动IC的匹配元件和驱动IC相连，所述的半导体制冷器上方设置有热沉，所述的热沉的上方设置有过渡块、准直透镜和光学隔离器，所述的过渡块上方设置有热敏电阻、发射器芯片和背光探测器，所述的金属管壳的管尾中心处设置有聚焦透镜，所述的金属管壳的管尾处还连接有焊接工件，该焊接工件连接有陶瓷光纤插针。所述的凸台结构上方焊接有氮化铝热沉，所述的驱动IC和驱动IC的匹配元件通过该氮化铝热沉位于所述的凸台结构上方。所述的金属管壳为可伐金属管壳。所述的驱动IC的匹配元件和驱动IC之间通过金丝或金带连接，所述的高频陶瓷电路通过金丝或金带与驱动IC相连。所述的热沉的材料为钨铜或镍材料。所述的准直透镜的中心光轴穿过发射器芯片的发光面中心，准直透镜的聚焦面位于发射器芯片的发光面。
所述的陶瓷光纤插针的端面位于聚焦透镜的焦点处。所述的凸台结构一体成型或者焊接于金属管壳底板上。本发明具有的优点在于
1、本发明提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，在小型化的高速光发射器组件的管壳上直接成型有凸台结构或后期焊接凸台结构，进而用做驱动IC的承载体并匹配元件，将驱动IC集成到发射器组件内部，有效减小光发射模块的体积，增强驱动IC抗干扰能力，减少信号传输的距离，减少高频信号的损耗；
2、本发明提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，直接采用小型化的TOSA封装，满足现代光通信对发射器组件的小体积及可插拔性的要求；
3、本发明提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，驱动IC与凸台结构之间采用氮化铝热沉过渡，或驱动IC直接与凸台结构相连，氮化铝热沉和驱动IC的热膨胀系数与凸台结构的热膨胀系数匹配，可以使器件具有较高的可靠性，并且当选择驱动IC直接与凸台结构相连时，可以获得更好散热性能。4、本发明提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，驱动IC与发射器芯片之间通过金丝或金带连接，可以获得较好的高频性能。
图1 :高速蝶形发射器组件TOSA的单透镜结构的内部结构。图2 :高速蝶形发射器组件TOSA的双透镜结构内部结构。图3 :本发明提出的带驱动IC高速蝶形封装光发射器组件(TOSA)结构图。图4 :本发明提出的带驱动IC高速蝶形封装光发射器组件(TOSA)结构图。图5 :本发明中焊接有凸台结构的管壳的结构示意图。图6 :本发明中一体成型有凸台结构的管壳的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。为了满足现代光通信对激光器发射组件的体积、功耗、性能上的要求，本发明提供了一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件。该光发射器组件采用在管壳底部生成凸台结构，在凸台结构上放置驱动IC及匹配元件，驱动IC通过金丝或金带跟激光器发射芯片相连接的方法，实现了内置驱动IC的封装结构设计；本设计实现了低功耗、高性能、减小光发射模块体积等效果。本发明提供了一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，如图3和图4所示，该光发射器组件包括
管壳1，该管壳为该蝶形金属陶瓷管壳采用焊料将高频陶瓷电路1-1和金属管壳1-2焊接于一体，金属管壳1-2选择为可伐金属管壳，高频陶瓷电路1-2的材质为氧化铝，位于金属管壳1-1 一端。凸台结构2，该结构可以作为与管壳I 一体成型的一部分，如图6所示，即一体成型于管壳I的金属管壳1-2底部的底板上。如图5所示，也可以后期作为一个零件通过焊料19焊接到管壳I的金属管壳1-2底部的底板上方。驱动IC 3，该驱动IC3可以直接焊接到凸台结构2上，如图3所示，或先焊接到氮化铝热沉4上，再将氮化铝热沉4焊接到凸台结构2上，如图4所示。管壳I的高频陶瓷电路1-1通过金丝或金带直接与驱动IC3相连。氮化铝热沉4，该氮化铝热沉直接焊接到凸台结构2上方。驱动IC的匹配元件5，该驱动IC的匹配元件5可直接焊接到氮化铝热沉4上方，如图4所示,或直接焊接到凸台结构2上方,如图3所示。驱动IC的匹配元件5用金丝或金带与驱动IC3相连。半导体制冷器6,该半导体制冷器6焊接在管壳I的金属管壳1-2底部的底板上方，与凸台结构保持一段距离即可。热沉7，该热沉7的材料为钨铜或镍材料，该热沉7通过焊料焊接在半导体制冷器6上方；
过渡块8，该过渡块8为氮化铝材料制成的高频薄膜电路，该过渡块8通过焊料焊接在热沉7上方；
热敏电阻9、背光探测器10和发射器芯片11均设置于过渡块8上方；热敏电阻9安装时尽量靠近发射器芯片11，背光探测器10位于发射器芯片11后方即朝向凸台结构2的方向。准直透镜12通过激光焊接在热沉I上，焊接时要求准直透镜12的中心光轴尽量穿过发射器芯片10的发光面中心。聚焦透镜16，位于金属管壳1-2尾部(即尾管)的中心，如图5所示；
光学隔离器13，光学隔离器13用环氧树脂固定在热沉7上；
焊接工件14和陶瓷光纤插针15通过激光焊接在一起，焊接工件14通过激光焊接在管壳I的金属管壳1-2的尾管上。焊接时尽量保证陶瓷光纤插针的端面位于聚焦透镜16的焦点处。在该高速蝶形封装的光发射器组件(TOSA)的实施例中，管壳I采用将可伐金属管壳1-2和高频陶瓷电路1-1并通过高温焊料焊接在一起，将聚焦透镜16通过焊料与金属管壳1-2的尾管焊接到一起。可伐材料具有良好的导热性和低的热膨胀系数，可以保证TOSA器件在宽的温度范围内工作时的性能；金属管壳1-2的底部采用钨铜结构的底板，底板上可以一体成型或者采用焊料19焊接有凸台结构2，凸台结构2的材料为钨铜材料。将驱动IC3及驱动IC匹配元件5焊接到氮化铝热沉4上，氮化铝热沉4具有低膨胀系数、高热导率及高的介电常数。或将驱动IC3直接直接焊接到凸台结构2上。同时高频陶瓷电路1-1输入部分用金丝或金带直接与驱动IC3相连，驱动IC的匹配元件5用金丝或金带与驱动IC3相连，可以保证器件良好的高频性能。本发明中采用双透镜结构，保证高的耦合效率和光路稳定性，然后半导体制冷器6焊接在金属管壳1-2里面，焊接时要保证半导体致冷器6的下表面与金属管壳1-2的底板尽量没有焊接空隙，以保证良好的热传导和器件的长期可靠性。热沉7及其上的部件在金属管壳1-2外焊接完成，具体是首先将热敏电阻9、发射器芯片11和背光探测器10焊接在过渡块8上，然后将过渡块8焊接在热沉7上，再将准直透镜12和光学隔离器13固定在热沉7上，固定时尽量保证准直透镜的中心光轴穿过发射器芯片11的发光面中心，准直透镜12的聚焦面位于发射器芯片的发光面。在高倍显微镜下准确的将热沉7焊接于焊有半导体制冷器6和聚焦透镜16的金属管壳I内，焊接过程中要保证准直透镜的中心光轴与聚焦透镜的中心光轴重合。最后通过激光焊接将焊接工件14和陶瓷光纤插针15焊接在管壳上以实现光路到光纤插针的耦合，焊接工件14用来调整陶瓷光纤插针15的位置以实现最大的耦合效率。本发明采用在管壳上直接焊接凸台或在底板上直接生产凸台的管壳结构，将驱动IC及匹配元件集成到发射器组件内部，不仅大大改善了组件的高频特性、缩小了整个光发射模块的体积，还有效降低了整个光发射模块的功耗。采用焊接或胶粘等方式将驱动IC及其匹配元件固定在凸台结构上的工艺很简单，成本低，具有很强的可操作性。这种有效的集成，在不增加成本的情况下，大大改善了发射器件的高速性能。为高速发射器组件的封装提供了方向。适用于25Gb/s及以上的高速光发射器。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1.一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，包括管壳，所述的管壳包括高频陶瓷电路和金属管壳，其特征在于所述的金属管壳的底板上方设有凸台结构和半导体制冷器，所述的凸台结构上方设置有驱动IC和该驱动IC的匹配元件，该驱动IC的匹配元件和驱动IC相连，所述的半导体制冷器上方设置有热沉，所述的热沉的上方设置有过渡块、准直透镜和光学隔离器，所述的过渡块上方设置有热敏电阻、发射器芯片和背光探测器，所述的金属管壳的管尾中心处设置有聚焦透镜，所述的金属管壳的管尾处还连接有焊接工件，该焊接工件连接有陶瓷光纤插针。
2.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的凸台结构上方焊接有氮化铝热沉，所述的驱动IC和该驱动IC的匹配元件通过该氮化铝热沉设置于所述的凸台结构上方。
3.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的金属管壳为可伐金属管壳。
4.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的驱动IC的匹配元件和驱动IC之间通过金丝或金带连接，所述的高频陶瓷电路通过金丝或金带与驱动IC相连。
5.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的热沉的材料为钨铜或镍材料。
6.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的准直透镜的中心光轴穿过发射器芯片的发光面中心，准直透镜的聚焦面位于发射器芯片的发光面。
7.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的陶瓷光纤插针的端面位于聚焦透镜的焦点处。
8.根据权利要求1所述的带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，其特征在于所述的凸台结构一体成型或者焊接于金属管壳底板上。
全文摘要
本发明提供一种带驱动IC高速蝶形封装的光发射器组件，包括蝶形金属陶瓷管壳，管壳的底板上方具有凸台结构和半导体制冷器，凸台结构上方设置有驱动IC和驱动IC的匹配元件，所述的半导体制冷器的上方设置有热沉，所述的第二热沉的上方设置有过渡块、准直透镜和光学隔离器，所述的过渡块上方设置有热敏电阻、发射器芯片和背光探测器，所述的金属管壳的管尾中心处设置有聚焦透镜。本发明在小型化的高速光发射器组件的管壳上直接成型有凸台结构或后期焊接凸台结构，进而用做驱动IC的承载体并匹配网络，将驱动IC集成到发射器组件内部，有效减小光发射模块的体积，增强驱动IC抗干扰能力，减少信号传输的距离，减少高频信号的损耗。
文档编号G02B6/42GK103018856SQ201210569178
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者宋小平, 樊士彬, 李媛媛 申请人:武汉电信器件有限公司