CN103326772B - 一种小型化阵列探测器 - Google Patents

Abstract

一种小型化阵列探测器，包括管壳（1）以及设置其中的陶瓷垫块（2）、探测器芯片（3）、遮光罩（4）、光纤阵列（5）、光纤载体（6），光纤阵列（5）的光纤固定于光纤载体（6）上，陶瓷垫块（2）对应光纤阵列的光纤出纤方向设置且贴装于管壳（1）的底板上，遮光罩（4）位于光纤载体（6）和陶瓷垫块（2）之间且紧贴陶瓷垫块（2），遮光罩（4）上设置有同光纤阵列（5）的光纤数量、位置相匹配且与陶瓷垫块（2）贯通的通孔，光纤阵列（5）的光纤延伸至对应通孔内,与通孔相贯通的陶瓷垫块（2）区域固定有同光纤相耦合设置的探测器芯片（3）；本发明器件结构紧凑，体积小，器件贴装方便；采用本发明的内置降串扰结构可以有效降低芯片间的串扰。

Description

一种小型化阵列探测器

技术领域

本发明涉及一种半导体光电器件，具体来说是一种作为功率探测的光接收器件，本发明属于通信领域。

背景技术

光纤通信系统一个基本的指标是光功率的大小，探测光功率的大小一般采用光探测器。典型的光探测器如图1和图2所示，图1是分立的同轴探测器，图2是由分立同轴探测器组装的阵列探测器。图1所示的同轴探测器由光纤插针a，透镜b，探测器芯片c，垫块d和封装管座e组成，光通过光纤插针a入射的透镜b，经透镜b到探测器芯片c；图2所示的阵列探测器由图1结构组成的多个分立的探测器f和封装管壳g组装而成。该些阵列探测器最主要的缺点是体积大，集成化程度低。

随着光通信技术的迅猛发展，系统向集成化和小型化方向发展，对其中的各个部件如掺铒光纤放大器，可调光复用器等的小型化，集成化，低成本的要求也越来越迫切。这些应该用中对探测器的需求往往不止一个，可能达到十几个或者几十个，采用传统的分立探测器在体积上很难满足要求，因此探测器的集成化和小型化的要求就越来越迫切，小型化阵列探测器对系统的小型化和集成化有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种体积小、低串扰的阵列探测器，该器件大大缩小了现有技术半导体光器件安装占有的空间体积，同时具有低的通道间串扰，使用更为便捷可靠。

本发明所采用的技术方案是：

一种小型化阵列探测器，包括管壳以及设置其中的陶瓷垫块、探测器芯片、遮光罩、光纤阵列、光纤载体，光纤阵列的光纤固定于光纤载体上，陶瓷垫块对应光纤阵列的光纤出纤方向设置且贴装于管壳的底板上，遮光罩位于光纤载体和陶瓷垫块之间且紧贴陶瓷垫块, 遮光罩上设置有同光纤阵列的光纤数量、位置相匹配且与陶瓷垫块贯通的通孔, 光纤阵列的光纤延伸至对应通孔内 ,与通孔相贯通的陶瓷垫块区域固定有同光纤相耦合设置的探测器芯片。

所述遮光罩中的通孔在沿其高度方向贯通至遮光罩底部。

所述陶瓷垫块贴装探测器芯片的平面垂直于管壳1的底板或与其呈一定斜角度设置。

所述管壳包括管壳主体、陶瓷、引线、辅助固定引脚、光纤尾管，陶瓷与引线相连接，辅助固定引脚与引线分列于管壳主体的两侧。

所述管壳引线是圆形或方形，引线间的中心间距为0.6mm—1.5mm。

一种小型化阵列探测器，包括管壳以及设置其中的陶瓷垫块、探测器芯片、遮光罩、光纤阵列、光纤载体，光纤阵列的光纤固定于光纤载体上，光纤载体和陶瓷垫块贴装于管壳的底板上，遮光罩位于陶瓷垫块上面, 遮光罩上设置有同光纤阵列的光纤数量、位置相匹配且水平方向未贯通其本体的孔, 孔延伸至遮光罩底部使遮光罩与陶瓷垫块组成多个腔体，光纤阵列的光纤延伸至对应腔体内 ,光纤端面设置有全反射角，单个腔体中的陶瓷垫块区域设置有同光纤耦合设置的探测器芯片。

所述陶瓷垫块贴装探测器芯片的平面与管壳的底板平行或与其呈一定斜角度。

所述管壳包括管壳主体、引线、辅助固定引脚、光纤尾管，引线与穿过其的壳管主体壁体之间设置有玻璃绝缘子。

所述遮光罩材料是金属或者陶瓷或者塑料。

所述光纤尾管的截面形状为腰形或者分立孔。

本发明有如下优点和积极效果：

1、器件结构紧凑，体积小，器件贴装方便；

2、器件内置降串扰结构，可以有效降低芯片间的串扰；

3、可以广泛应用于光纤通信中的光放大器，功率可变复用器等模块中。

附图说明

图1、现有技术中的典型同轴探测器结构示意图；

图2、现有技术中的典型阵列探测器结构示意图；

图3、本发明第一实施例阵列探测器结构的单个通道侧视图；

图4、本发明管壳的第一种结构剖面示意图；

图5a、本发明第一实施例的探测器芯片粘接和遮光罩示意图一；

图5b、本发明第一实施例的探测器芯片粘接和遮光罩示意图二；

图6、本发明第二实施例阵列探测器结构的单个通道侧视图；

图7、本发明管壳的第二种结构示意图；

图8、本发明探测器芯片粘接和遮光罩示意图三；

图9a、本发明管壳尾管截面结构示意图一；

图9b、本发明管壳尾管截面结构示意图二；

其中

a、光纤插针； b、透镜；

c、探测器芯片； d、垫块；

e、封装管座； f、探测器；

g、封装管壳；

1、管壳； 1.1、管壳本体；

1.2、陶瓷； 1.3、引线；

1.4、辅助固定引脚； 1.5、光纤尾管；

1.6、玻璃绝缘子；

2、陶瓷垫块； 3、探测器芯片；

4、遮光罩； 5、光纤阵列；

6、光纤载体；

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下将结合具体实例及附图对发明的实施方式进行详细的说明。

第一实施例，结构如图3所示,包括管壳1和设置管壳1内的陶瓷垫块2、探测器芯片3、遮光罩4、光纤阵列5、光纤载体6，管壳1主体采用金属外壳，光纤阵列5的光纤由固定剂固定于光纤载体6上，光纤阵列5的光纤出纤方向设置有陶瓷垫块2，陶瓷垫块2贴装于管壳1的底板上，遮光罩4置于光纤载体6与陶瓷垫块2之间，遮光罩4紧贴着陶瓷垫块2设置，遮光罩4固定在陶瓷垫块2和管壳1底板上，遮光罩4上设置有同光纤阵列5的光纤数量、位置相匹配且与陶瓷垫块2贯通的通孔, 光纤阵列5的光纤延伸至对应通孔内 ,与通孔相贯通的陶瓷垫块2区域固定有同光纤相耦合设置的探测器芯片3。探测器芯片3贴装陶瓷垫块2上且同光纤相对应耦合设置，探测器芯片3同陶瓷垫块2之间由金线连接。当陶瓷垫块2贴装探测器芯片3的平面垂直于管壳1的底板设置时,探测器芯片3光敏面垂直于管壳1的底板。陶瓷垫块2也可以采用在其上贴装探测器芯片3的平面与管壳1的底板呈一定角度设置，因此探测器芯片3与管壳1的底板成一定斜角度，一般为81度，使探测器芯片3光敏面同光纤阵列光纤呈斜8度角耦合。基于相同的实现技术原理，本实施例中的遮光罩4具有两种结构，如图5a中，遮光罩4上设置的通孔使遮光罩整体为梳状，各个通孔均延伸贯通至遮光罩4底部，此时遮光罩4的通孔、管壳1的底板、陶瓷垫块2组合组成多个腔体，腔体的数量由光纤阵列的通道数量决定,组成光纤阵列的光纤和相对应的探测器芯片3设置于每个腔体内；图5b中，遮光罩同光纤阵列的光纤对应的位置设置有通孔，各个通孔未延伸至遮光罩4底部，此时遮光罩4通孔与陶瓷垫块2组成多个腔体结构，腔体的数量由光纤阵列的通道数量决定,每个腔体内设置有一个探测器芯片3。遮光罩4材料是金属或者陶瓷或者塑料。各通道的探测器芯片3和与其耦合的光纤被遮光罩4隔离，降低了通道间的串扰。光纤载体6上固定光纤阵列光纤的固定剂可以根据光纤阵列5光纤的类型采用胶或者焊锡。光纤阵列5的光纤可以用金属化光纤，也可以非金属化光纤，光纤末端伸出光纤载体6延伸至通孔中。采用金属化光纤时，尾管采用焊锡焊接密封，具有较高的密封特性，光纤阵列光纤与光纤载体6之间的固定剂采用焊锡或胶或玻璃；采用非金属化光纤时，采用胶或玻璃焊料粘接密封，光纤与光纤载体6之间的固定剂采用胶或者玻璃。光纤载体6可以为独立部件，也可与管壳1一体。

管壳1结构如图4所示，管壳1包括管壳主体1.1、陶瓷1.2、引线1.3、辅助固定引脚1.4、光纤尾管1.5，陶瓷1.2 与引线1.3相连接，陶瓷1.2可以将探测器芯片3转换的电信号传输到引线1.3，辅助固定引脚1.4与引线1.3分列于管壳主体1.1的两侧，辅助固定引脚1.4与引线1.3一起固定整个器件；由图3所示，陶瓷垫块2与管壳1中的陶瓷1.2由金线连接。管壳1中的光纤尾管1.5的截面形状见图9a和9b，出纤的截面形状可以分别为腰形或者分立孔。以上两种结构中，管壳1引线间的中心间距为0.6mm~1.5mm ，中心间距一般采用1.5mm或1.27mm或1mm或0.8mm或0.6mm，引线是圆形或方形。本发明小型化阵列探测器中的管壳引线从一侧引出，适合于表面贴装，管壳的另一侧出光纤阵列的光纤。

以图3结构为例，本发明所涉及的小型化阵列探测器实现其功能过程具体如下：光信号通过阵列光纤5的光纤各自输入耦合进入对应遮光罩4腔体中的探测器芯片3，光信号由探测器芯片3转换成为电信号，电信号由陶瓷1.2传输到引线1.3。

第二实施例，结构如图6所示，由管壳1、陶瓷垫块2、探测器芯片3、遮光罩4、光纤阵列5、光纤载体6组成，管壳1主体采用金属外壳，光纤载体6贴装在管壳1的底板上，遮光罩4贴装在陶瓷垫块2上，光纤阵列5的光纤由固定剂固定于光纤载体6上，固定剂可以根据光纤的类型采用胶或者焊锡，光纤阵列的光纤一直延伸至陶瓷垫块2的上方，陶瓷垫块2的上表面贴装有探测器芯片3，探测器芯片3光敏面向上，探测器芯片3同陶瓷垫块2由金线连接，探测器芯片3同光纤阵列5的光纤相对应耦合设置。陶瓷垫块2上面设置有遮光罩4，如图8所示，遮光罩是整体为梳状的罩体，遮光罩4上设置有沿水平方向未贯通其本体的多个孔，孔的数量同光纤阵列光纤的数量相一致，各个孔均延伸至遮光罩4底部使遮光罩4与陶瓷垫块2组合组成多个腔体，腔体的数量由通道数量决定，光纤阵列5的光纤端面加工成光纤的全反射角，光纤阵列5的光纤分别延伸至对应腔体内，各腔体中的陶瓷垫块2区域上贴有同光纤耦合的探测器芯片3。由于每个腔体内里设置有光纤阵列的光纤和探测器芯片3，使入射的光信号反射到陶瓷垫块2对应的探测器芯片3上，每个通道的探测器芯片3和与其耦合的光纤5被遮光罩4隔离降低了通道间的串扰。光纤5可以用金属化光纤，也可以非金属化光纤，采用金属化光纤时，光纤尾管采用焊锡焊接密封，具有较高的密封特性，采用非金属化光纤时，光纤尾管采用胶或玻璃焊料粘接密封。遮光罩4置于探测器芯片3和陶瓷垫块2上面，陶瓷垫块2平行于管壳1的底板时，贴装其上的探测器芯片3同管壳1底板平行。或者贴装探测器芯片3的陶瓷垫块2表面与底板成一定斜角度，一般为8度时，贴于陶瓷垫块2表面的探测器芯片3同管壳1底板呈一定斜角度设置。光纤载体6可以为独立部件，也可与管壳1一体。

本实施例中的管壳1结构如图7所示，管壳1包括管壳主体1.1、玻璃绝缘子1.6、引线1.3、辅助固定引脚1.4、光纤尾管1.5，引线1.3穿过管壳主体1.1，引线1.3与穿过其的壳管主体1.1壁体之间设置有玻璃绝缘子1.6，通过玻璃绝缘子1.6可以使引线1.3与管壳主体1.1绝缘和密封。陶瓷垫块2同管壳1中的引线1.3通过金线相连接，辅助固定引脚1.4与引线1.3分列于管壳主体1.1的两侧，辅助固定引脚1.4与引线1.3一起固定整个器件。光纤尾管1.5穿过管壳主体1.1的一侧固定于管壳主体1.1上，光纤尾管1.5的截面形状见图9a和9b，出纤尾管的截面形状可以分别为腰形或者分立孔。光信号通过光纤5输入的耦合进探测器芯片3，探测器芯片3将光信号转化成电线号输出到引线1.3。

本发明以上两个实施例中的探测器芯片3采用阵列探测器芯片或者分立探测器芯片。

本发明这两种实施例方案是基于相同的发明构思，均是利用遮光罩4上设置的同光纤阵列5的光纤数量、位置相匹配的腔体，利用遮光罩4和陶瓷垫块2不同结构的设置，光纤阵列5光纤延伸至各腔体内与对应贴装在陶瓷垫块2上的探测器芯片3相耦合设置，从而达到器件内置降串扰结构，有效降低芯片间的串扰。采用本发明的两种实施例结构后，器件体积大大减小约为典定型封装的1/5，并且可以适合表面贴装，通道间的串扰降低到55dB以上。

虽然本发明已经详细地示出并描述了一个相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种小型化阵列探测器，其特征在于：包括管壳(1)以及设置其中的陶瓷垫块(2)、探测器芯片(3)、遮光罩(4)、光纤阵列(5)、光纤载体(6)，光纤阵列(5)的光纤固定于光纤载体(6)上，陶瓷垫块(2)对应光纤阵列的光纤出纤方向设置且贴装于管壳(1)的底板上，遮光罩(4)位于光纤载体(6)和陶瓷垫块(2)之间且紧贴陶瓷垫块(2),遮光罩(4)上设置有同光纤阵列(5)的光纤数量、位置相匹配且与陶瓷垫块(2)贯通的通孔,光纤阵列(5)的光纤延伸至对应通孔内,与通孔相贯通的陶瓷垫块(2)区域固定有同光纤相耦合设置的探测器芯片(3)，所述探测器芯片(3)是分立探测器芯片。

2.如权利要求1所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述遮光罩(4)中的通孔在沿其高度方向贯通至遮光罩(4)底部。

3.如权利要求1或2所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述陶瓷垫块(2)贴装探测器芯片(3)的平面垂直于管壳(1)的底板或与其呈一定斜角度设置。

4.如权利要求3所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述管壳(1)包括管壳主体(1.1)、陶瓷(1.2)、引线(1.3)、辅助固定引脚(1.4)、光纤尾管(1.5)，陶瓷(1.2)与引线(1.3)相连接，辅助固定引脚(1.4)与引线(1.3)分列于管壳主体(1.1)的两侧。

5.如权利要求4所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述管壳(1)引线是圆形或方形，引线间的中心间距为0.6mm—1.5mm。

6.一种小型化阵列探测器，其特征在于：包括管壳(1)以及设置其中的陶瓷垫块(2)、探测器芯片(3)、遮光罩(4)、光纤阵列(5)、光纤载体(6)，光纤阵列的光纤固定于光纤载体(6)上，光纤载体(6)和陶瓷垫块(2)贴装于管壳(1)的底板上，遮光罩(4)位于陶瓷垫块(2)上面,遮光罩(4)上设置有同光纤阵列(5)的光纤数量、位置相匹配且水平方向未贯通其本体的孔,孔延伸至遮光罩(4)底部使遮光罩(4)与陶瓷垫块(2)组成多个腔体，光纤阵列(5)的光纤延伸至对应腔体内,光纤端面设置有全反射角，单个腔体中的陶瓷垫块(2)区域设置有同光纤耦合设置的探测器芯片(3)，所述探测器芯片(3)是分立探测器芯片。

7.如权利要求6所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述陶瓷垫块(2)贴装探测器芯片(3)的平面与管壳(1)的底板平行或与其呈一定斜角度。

8.如权利要求6或7所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述管壳(1)包括管壳主体(1.1)、引线(1.3)、辅助固定引脚(1.4)、光纤尾管(1.5)，引线(1.3)与穿过其的壳管主体(1.1)壁体之间设置有玻璃绝缘子(1.6)。

9.如权利要求6或者7所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述遮光罩(4)材料是金属或者陶瓷或者塑料。

10.如权利要求8所述的一种小型化阵列探测器，其特征在于：所述光纤尾管(1.5)的截面形状为腰形或者分立孔。