CN104345405A - 塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构 - Google Patents

塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构 Download PDF

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Abstract

一种塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，包括：一壳体，具有一喇叭腔，其上部形成有一对接通道，可实现与一外部光纤的对接；一发光半导体基板，其呈圆环板状；一圆环柱底座，用以对应装设该发光半导体基板；一光敏半导体基板，其呈圆板状；一圆柱底座，用以对应装设该光敏半导体基板；以及一第一透镜，其纵切面包括位于中间的一方形和分别位于两侧的两个梯形，该第一透镜的这两个梯形部位对应位于该发光半导体基板的上方，该第一透镜的方形部位对应位于该光敏半导体基板的上方；一第二透镜，其为准直透镜；该发光半导体基板包含的发光二极管与该光敏半导体基板包含的感光器件是对应同种光谱的。本发明可以促进塑料光纤通讯应用。

Description

塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构
技术领域
本发明涉及共用事业的信息采集系统，尤其涉及采用塑料光纤通讯的电能信息采集系统。
背景技术
电能信息采集系统通常采用主从式通讯网络。该系统经过20余年的发展，目前主要有三种通讯手段：低压电力载波通讯、RS485总线通讯、短距离无线通讯。但这三种通讯手段都存在比较严重的缺陷，低压电力载波通讯实时性稳定性不够，RS485总线通讯抗电磁干扰和抗雷击能力弱，短距离无线通讯易受天气变化影响和建筑物遮挡。显然，这三种技术手段在面对智能电网实时性稳定性高可靠通讯的要求都不能胜任。光纤通讯容量大，抗电磁干扰能力强，环保，因此近年出现了将塑料光纤通讯用于主从式通讯网络最典型的代表电能信息采集系统的应用研究。相对于石英光纤和玻璃光纤，塑料光纤芯径大(1mm)，质轻、柔软，更耐破坏(振动和弯曲)，有优异的拉伸强度和耐用性。而且不需要复杂的连接工具。非常适合电能信息采集系统现场特点。目前塑料光纤在以电能信息采集系统为典型代表的主从式通讯系统的应用技术现状如下：1.光电转换器件方面：光电器件从单芯封装体内的器件功能划分，主要有两种封装：1)发光半导体(信号发送)和感光半导体(信号接收)单独封装，即一个封装体单独封装发光半导体或感光半导体。两节点之间通讯需要一收一发两根光纤；应用该方案的光电器件组建双环系统时，单节点需要使用两对即两收两发成对光电转换器件。显然，对于电能信息采集系统中单只电表需要4个独立的光电转换模块器件。2)如中国专利CN201210558772.8所公开的，将红光和绿光两种不同光谱的发送光半导体和感光光半导体封装在一起，两节点间通讯只需一根光纤。因为发送光谱与感光光谱的不同，这种封装缺点比较明显：两节点需要严格配对使用，现场光纤连接时需确认两端光电转换模块是否匹配。这增加了现场施工布线的工作量且易造成人为施工接线错误；有效通讯距离由两种光谱在同一根光纤中衰减大的光谱决定，不利于发挥最大技术潜力。可见，为了推进塑料光纤在以电能信息采集系统为代表的主从式网络系统通讯中的实际应用，实有必要对相关器件做出改进和创新。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，可以促进塑料光纤通讯应用。
本发明针对上述技术问题提出一种塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，包括一壳体，该壳体具有一喇叭腔，该喇叭腔的上部形成有一对接通道，可实现与一外部光纤的对接；该封装结构还包括封装在该壳体的喇叭腔的下部的：一发光半导体基板，其呈圆环板状，包含有至少一个发光二极管；一圆环柱底座，用以对应装设该发光半导体基板；一光敏半导体基板，其呈圆板状，包含有至少一个感光器件；一圆柱底座，用以对应装设该光敏半导体基板；以及一第一透镜，其纵切面包括位于中间的一方形和分别位于两侧的两个梯形，该第一透镜的这两个梯形部位对应位于该发光半导体基板的上方，该第一透镜的方形部位对应位于该光敏半导体基板的上方；该封装结构还包括封装在该壳体的喇叭腔的上部的：一第二透镜，其为准直透镜；其中，该圆柱底座对应地位于该圆环柱底座内，相应地，该光敏半导体基板整体置于发光半导体基板的圆环内，该发光半导体基板包含的发光二极管与该光敏半导体基板包含的感光器件是对应同种光谱的。
其中，该壳体的喇叭腔中填充有塑料光纤材料；或者，该壳体的喇叭腔中为真空。
其中，该壳体的内壁涂覆对于相应光的全反射膜。
其中，该发光半导体基板包含有至少两个发光二极管。
其中，该光敏半导体基板包含有至少两个感光器件。
其中，该壳体的横截面为圆形。
其中，该发光半导体基板的外圆直径≥2mm、内圆直径≥1mm；该光敏半导体基板的直径≤1mm。
其中，该壳体的对接通道为圆柱腔体，其直径为1mm。
其中，该壳体是塑胶材质的。
与现有技术相比，本发明的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，通过将同种光谱发光与感光半导体封装为单芯收发，可节省空间及材料，无需配对即可任意使用，方便现场施工；便于电表集成化标准化设计，从而可以促进塑料光纤通讯应用。
附图说明
图1为本发明塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构实施例的示意图。
图2为本发明封装结构中发光半导体的电原理示意图。
图3为本发明封装结构中感光半导体的电原理示意图。
其中，附图标记说明如下：10封装结构 101圆环柱底座 102圆柱底座103透镜 104壳体 105光纤材料件 106透镜 107对接通道 108出光光路109入光光路 110感光面 111、112发光二极管 113、114感光器件 119外部光纤。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
本发明提出一种塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，以实现将发送和感受同种光谱的半导体芯整体封装，达成单芯光纤收发。参见图1，该封装结构10大致包括：发光半导体基板(图未示出)，其呈圆环板状，其外圆直径≥2mm、内圆直径≥1mm；圆环柱底座101，其外圆直径≥2mm、中空直径≥1mm，用以对应装设该发光半导体基板；光敏半导体基板(图未示出)，其呈圆板状，其直径≤1mm；圆柱底座102，其直径≤1mm，用以对应装设该光敏半导体基板，该圆柱底座102是对应地位于该圆环柱底座101内的，相应地，光敏半导体基板整体置于发光半导体基板的圆环内；第一透镜103，其外侧直径≥2mm，中间径向宽度≤1mm，与发光半导体和光敏半导体相对应；壳体104，塑胶材质，其具有喇叭腔；塑料光纤材料105，其填充在该壳体104的喇叭腔内；第二透镜106，为准直透镜，其位于该壳体104的喇叭腔的上方；对接通道107，其为罐装形成的直径1mm的圆柱腔体，可实现与外部光纤119的对接。其中，出光光路108和入光光路109均用虚线示出。这种的封装结构，将同种光谱的发光和感光半导体封装在一起，不需配对既可使用，以实现单芯光纤分时双向传输。
参见图2，为了保证传送到光纤的发光强度足够，发光半导体基板上设置有两只发光二极管111、112，对称分布在基板上，这些发光二极管111、112并联。
参见图3，为了保证光敏面板产生足够的电流信号，光敏基板上对称设置有两只感光器件113、114，这些感光器件并联连接。
本发明是将发送和感受同种光谱的半导体芯片封装为单芯光纤收发。其中，入射光(由入光光路109呈现出)从外部进入封装结构内光线方向垂直于感光面110而不发生改变；第一透镜103相当于纵切面是由左右两个梯形、中间方形的透镜组合，左右两个梯形区域的作用在于改变入射光出射的直线传播，使入射光最大限度汇聚于直径1mm的圆面内进入对接通道107，中间方形区域对于入射光起准直作用，最大限度将外部入射光会聚于感光面110，降低入射光在此环节的衰减。其中，感光单元置于内侧(对应于该圆柱底座102)，发送单元置于外侧(对应于该圆环柱底座101)有利于散热。在本实施例中，壳体104的喇叭腔内填充有对于相应光谱最小衰减的塑料光纤材料105，在其他实施例中，壳体104的喇叭腔内也可以是真空，也就是说，没有任何的填充物。为了减少光的损耗，壳体104的内壁涂覆对于相应光的全反射膜。其中，第二透镜106对两侧入射光准直传输实现内外对接。
与现有技术相比，本发明的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构10通过将同种光谱发光与感光半导体封装为单芯收发，可节省空间及材料，无需配对即可任意使用，方便现场施工；便于电表集成化标准化设计。
需要说明的是，发光半导体基板上的发光二极管的数目并不以二为限，也可以是三个以上；光敏基板上的感光器件的数目并不以二为限，也可以是三个以上。
需要说明的是，为了实现将发送和感受同种光谱的半导体芯片封装为单芯光纤收发，在其他实施例中，也可以将光发送半导体芯片与感光半导体芯片采用面积对半分布的方式排布在同一圆面内，例如：直径不小于2mm的圆面上，这时，发送和感光半导体各占面积不小于1/2πmm2，这种的封装结构，与上述优选实施例相比，在同样的工艺水平条件下，通讯距离可能会受到影响，但对于同种光谱单芯收发也是可以实现的。在其他实施例中，也可以将发送和感光半导体分别安置在直径1mm的圆面内，将发送光用1mm的塑料光纤从旁接入1mm垂直入射光纤，形成树杈形状，然后整体封装。
需要说明的是，本发明的封装技术并不限于电能信息采集系统，也可以应用于诸如水表、气表之类的信息采集系统。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，包括一壳体，该壳体具有一喇叭腔，该喇叭腔的上部形成有一对接通道，可实现与一外部光纤的对接；该封装结构还包括封装在该壳体的喇叭腔的下部的：一发光半导体基板，其呈圆环板状，包含有至少一个发光二极管；一圆环柱底座，用以对应装设该发光半导体基板；一光敏半导体基板，其呈圆板状，包含有至少一个感光器件；一圆柱底座，用以对应装设该光敏半导体基板；以及一第一透镜，其纵切面包括位于中间的一方形和分别位于两侧的两个梯形，该第一透镜的这两个梯形部位对应位于该发光半导体基板的上方，该第一透镜的方形部位对应位于该光敏半导体基板的上方；该封装结构还包括封装在该壳体的喇叭腔的上部的：一第二透镜，其为准直透镜；其中，该圆柱底座对应地位于该圆环柱底座内，相应地，该光敏半导体基板整体置于发光半导体基板的圆环内，该发光半导体基板包含的发光二极管与该光敏半导体基板包含的感光器件是对应同种光谱的。
2.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该壳体的喇叭腔中填充有塑料光纤材料。
3.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该壳体的喇叭腔中为真空。
4.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该壳体的内壁涂覆对于相应光的全反射膜。
5.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该发光半导体基板包含有至少两个发光二极管。
6.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该光敏半导体基板包含有至少两个感光器件。
7.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该壳体的横截面为圆形。
8.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该发光半导体基板的外圆直径≥2mm、内圆直径≥1mm；该光敏半导体基板的直径≤1mm。
9.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该壳体的对接通道为圆柱腔体，其直径为1mm。
10.依据权利要求1所述的塑料光纤通讯用光电转换芯片的封装结构，其特征在于，该壳体是塑胶材质的。
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