CN106711763A - 基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块 - Google Patents

基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块 Download PDF

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张健
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Abstract

本发明提供了一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，包括电路板，设置于电路板上的跨阻限幅放大器芯片、激光器驱动芯片、垂直腔面发射激光器、光探测器芯片，以及光接口，所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片的下方均设有热沉，且所述垂直腔面发射激光器下方的热沉上集成有薄膜电阻，所述电路板上还设有加热控制电路，所述薄膜电阻通过微带线与所述加热控制电路相连。本发明利用加热控制电路给薄膜电阻提供适当的电压，从而对垂直腔面发射激光器进行加热，可以在不增加现有工艺难度的情况下，实现使用垂直腔面发射激光器封装的光模块工作在扩展级甚至工业级温度应用的需求，大大提高垂直腔面发射激光器的应用场合和应用范围。

Description

基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块。
背景技术
垂直腔面发射激光器广泛应用在并行光传输以及光互联领域中，使用垂直腔面发射激光器封装的光模块具有集成度高、低功耗和低成本的优点，伴随着其应用环境的不断扩展，采用垂直腔面发射激光器封装的光模块需要满足不同的应用环境温度要求。
由于现有的高速率垂直腔面发射激光器大部分工作在-10℃~80℃的温度区间，不能满足-40℃~85℃温度范围的工业级应用，这大大限制了使用垂直腔面发射激光器封装的光模块的应用场合和应用潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，旨在用于解决现有的垂直腔面发射激光器封装的光模块工作温度范围窄，不能满足扩展级温度或者工业级温度的应用的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，包括电路板、跨阻限幅放大器芯片、激光器驱动芯片、垂直腔面发射激光器、光探测器芯片以及光接口，跨阻限幅放大器芯片、激光器驱动芯片、垂直腔面发射激光器、光探测器芯片均设置于所述电路板上，所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片的下方均设有热沉，且所述垂直腔面发射激光器下方的热沉上集成有薄膜电阻，所述电路板上还设有加热控制电路，所述薄膜电阻通过微带线与所述加热控制电路相连。
进一步地，所述加热控制电路与电路板上的单片机连接，所述单片机集成有温度传感器，所述单片机根据温度传感器检测到的环境温度控制加热控制电路提供给薄膜电阻的电压大小。
进一步地，所述跨阻限幅放大器芯片、所述激光器驱动芯片通过胶粘的方式固定在电路板上。
进一步地，所述跨阻限幅放大器芯片、所述激光器驱动芯片均通过金丝键合的方式与电路板实现电连接。
进一步地，所述激光器驱动芯片与所述垂直腔面发射激光器之间以及所述跨阻限幅放大器芯片与所述光探测器芯片之间均通过金丝键合的方式实现电连接。
进一步地，所述光探测器芯片下方的热沉上也集成有薄膜电阻。
进一步地，所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片共用一个热沉。
进一步地，所述热沉通过胶粘的方式固定在电路板上，所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片分别通过胶粘的方式固定在对应的热沉上。
进一步地，所述热沉的材质为氮化铝或者氧化铝。
进一步地，所述薄膜电阻的两端均设有一个焊盘，所述焊盘与所述微带线之间通过金丝键合的方式实现电连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，通过在垂直腔面发射激光器下方设置集成有薄膜电阻的热沉，在电路板上加入控制薄膜电阻加热量大小的加热控制电路，利用加热控制电路给所述薄膜电阻提供适当的电压，薄膜电阻在电流的作用下释放出热量，从而对垂直腔面发射激光器进行加热，可以在不增加现有工艺难度的情况下，实现使用垂直腔面发射激光器封装的光模块工作在扩展级甚至工业级温度应用的需求，大大提高垂直腔面发射激光器的应用场合和应用范围。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块的结构示意图；
图2为本发明实施例1的一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块另一方向的结构示意图；
图3为本发明实施例1的一种集成有薄膜电阻的热沉的结构示意图；
图4为本发明实施例2的一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块的结构示意图。
附图标记说明：1-电路板、2-跨阻限幅放大器芯片、3-激光器驱动芯片、4-垂直腔面发射激光器、5-光探测器芯片、6-热沉、7-薄膜加热电阻、8-焊盘、9-微带线、10-光学器件、11-MT-MT跳线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明实施例1提供一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，包括电路板1、跨阻限幅放大器芯片2、激光器驱动芯片3、垂直腔面发射激光器4、光探测器芯片5以及光接口，该光模块是基于COB封装的，所述跨阻限幅放大器芯片2、所述激光器驱动芯片3、所述垂直腔面发射激光器4、所述光探测器芯片5均直接封装在所述电路板1上，所述垂直腔面发射激光器4和所述光探测器芯片5的下方均设有热沉6，且所述垂直腔面发射激光器4下方的热沉6上集成有薄膜电阻7，所述电路板1上还设有加热控制电路（未图示），所述薄膜电阻7通过微带线9与所述加热控制电路相连，所述加热控制电路为常规电路，用于控制薄膜电阻7加热量大小，利用加热控制电路给所述薄膜电阻7提供适当的电压，所述薄膜电阻7在电流的作用下释放出热量，从而对垂直腔面发射激光器4进行加热。
作为优选地，所述加热控制电路还与电路板1上的单片机（未图示）连接，所述单片机在常规的光模块中是已经存在的，所述单片机集成有温度传感器，所述温度传感器负责实时采集环境温度，所述单片机根据温度传感器检测到的环境温度控制加热控制电路提供给薄膜电阻7的电压大小。具体地，当单片机检测到环境温度接近垂直腔面发射激光器4所容许的最低温度时，就发指令给加热控制电路，加热控制电路接收到指令后就会给薄膜电阻7加一个适当的电压，薄膜电阻7在电流的作用下释放出热量，对垂直腔面发射激光器4进行加热，使得其工作温度不会低于其所能承受的温度的最小值。对于不同的环境温度，加热控制电路需要给薄膜电阻7提供的驱动电压大小也不一样，可以针对此制作出不同环境温度下的查找表，这样就能根据不同的低温环境实时改变加热量的大小，始终维持垂直腔面发射激光器4工作在其所能允许的最小工作温度之上。
作为优选地，所述跨阻限幅放大器芯片2、所述激光器驱动芯片3通过胶粘的方式固定在电路板1上，且所述跨阻限幅放大器芯片2、所述激光器驱动芯片3均通过金丝键合的方式与电路板1实现电连接。所述激光器驱动芯片3与所述垂直腔面发射激光器4之间以及所述跨阻限幅放大器芯片2与所述光探测器芯片5之间均通过金丝键合的方式实现电连接。
所述光探测器芯片5下方的热沉6可以根据光探测器芯片5的工作温度范围选择是否集成薄膜电阻，若光探测器芯片5本身的工作温度范围能够满足实际应用的要求，则光探测器芯片5下方的热沉6上无需设置薄膜电阻，若光探测器芯片5本身的工作温度范围不能够满足实际应用的要求，则光探测器芯片5下方的热沉6上需要设置薄膜电阻。本实施例1为所述光探测器芯片5下方的热沉6上不设置薄膜电阻的情形，该情况下所述垂直腔面发射激光器4下方的热沉6与所述光探测器芯片5下方的热沉6是分开设置的。所述垂直腔面发射激光器4下方的热沉6上集成的薄膜电阻7的阻值范围不限，主要根据加热控制电路所能提供的电压确定其电阻大小，本实施例中选取10Ω的电阻大小，热沉6的材质可以是氮化铝或者氧化铝，本实施例中选择氮化铝材质。
细化所述垂直腔面发射激光器4和所述光探测器芯片5的固定方式，所述垂直腔面发射激光器4下方的热沉6与所述光探测器芯片5下方的热沉6均通过胶粘的方式固定在电路板1上，所述垂直腔面发射激光器4和所述光探测器芯片5分别通过胶粘的方式固定在对应的所述热沉6上。进一步地，如图3所示，所述薄膜电阻7的两端均设有一个焊盘8，两个所述焊盘8分别与对应的所述微带线9之间通过金丝键合的方式实现电连接，两条所述微带线9的另一端分别与加热控制电路相连。
本实施例的光模块通过集成的电路板1、激光器驱动芯片3、垂直腔面发射激光器4以及光接口完成电光转换，所述垂直腔面发射激光器4不限于单颗或者阵列。通过集成的电路板1、跨阻限幅放大器芯片2、光探测器芯片5以及光接口完成光电转换，所述光探测器芯片5不限于单颗或者阵列，所述光接口为MPO接口或者LC接口。本实施例的光接口由光学器件10和MT-MT跳线11组成，但在其他实施例中，所述光接口不局限于此，可以没有短跳线。所述电路板1提供有电接口，用于与系统连接。
实施例2：
如图4所示，本发明实施例2提供另一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其与本发明实施例1的区别在于所述垂直腔面发射激光器4和所述光探测器芯片5下方的热沉6的设置。本实施例2为所述光探测器芯片5下方的热沉6上也集成有薄膜电阻7的情形，该情况下所述垂直腔面发射激光器4和所述光探测器芯片5下方的热沉6既可以分开设置也可以共用一个热沉6，本实施例2中优选为共用一个热沉6，且该热沉6上集成有薄膜电阻7，从而可以用同一个集成薄膜电阻7的热沉6同时对垂直腔面发射激光器4和光探测器芯片5进行加热，结构更加简单。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，包括电路板、跨阻限幅放大器芯片、激光器驱动芯片、垂直腔面发射激光器、光探测器芯片以及光接口，跨阻限幅放大器芯片、激光器驱动芯片、垂直腔面发射激光器、光探测器芯片均设置于所述电路板上，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片的下方均设有热沉，且所述垂直腔面发射激光器下方的热沉上集成有薄膜电阻，所述电路板上还设有加热控制电路，所述薄膜电阻通过微带线与所述加热控制电路相连。
2.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述加热控制电路与电路板上的单片机连接，所述单片机集成有温度传感器，所述单片机根据温度传感器检测到的环境温度控制加热控制电路提供给薄膜电阻的电压大小。
3.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述跨阻限幅放大器芯片、所述激光器驱动芯片通过胶粘的方式固定在电路板上。
4.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述跨阻限幅放大器芯片、所述激光器驱动芯片均通过金丝键合的方式与电路板实现电连接。
5.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述激光器驱动芯片与所述垂直腔面发射激光器之间以及所述跨阻限幅放大器芯片与所述光探测器芯片之间均通过金丝键合的方式实现电连接。
6.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述光探测器芯片下方的热沉上也集成有薄膜电阻。
7.如权利要求6所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片共用一个热沉。
8.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述热沉通过胶粘的方式固定在电路板上，所述垂直腔面发射激光器和所述光探测器芯片分别通过胶粘的方式固定在对应的热沉上。
9.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述热沉的材质为氮化铝或者氧化铝。
10.如权利要求1所述的基于低温加热技术延伸其工作温度范围的光模块，其特征在于：所述薄膜电阻的两端均设有一个焊盘，所述焊盘与所述微带线之间通过金丝键合的方式实现电连接。
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