CN107508141A - 一种同轴封装的激光器及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种同轴封装的激光器及光模块，涉及光通信领域。本发明实施例提供的管脚裸露在底座表面，基体位于底座表面；第一导电片、第二导电片及激光芯片位于基体表面，便于激光芯片与导电片之间短距离打线连接；光探测器接收激光芯片的背光以实现监控功能；第一管脚及第二管脚裸露于底座表面并分别位于光探测器两侧，以便贴近基体表面的导电片从而实现焊接，焊接缩短了打线的长度，本发明实施例在激光芯片与管脚之间通过焊接、导电片及短距离打线实现电连接，缩短了打线的长度，有利于信号传输。

Description

一种同轴封装的激光器及光模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种同轴封装的激光器及光模块。

背景技术

图1为已有技术提供的一种光模块结构示意图。如图1所示，光模块包括上壳1、下壳2、印制电路板3、柔性电路板4及光组件6组成，上壳1与下壳2形成容纳腔体，光组件6通过柔性电路板4与印制电路板3连接，进而容纳于上述腔体中，光组件6进一步包括同轴封装的激光器5。

图2为已有技术提供的一种同轴封装的激光器结构示意图。如图2所示，激光器包括底座及用于封装底座的管帽，在底座的表面放置有光电器件，管帽上具有用于光通过的透镜窗口。多个管脚自下而上穿过底座并突出于底座表面，管脚由玻璃包裹，以实现管脚与底座之间的绝缘。光电器件被密封于底座与管帽之间，其通过穿过底座的管脚与外部建立电连接。

如图2所示，底座的表面具有热沉及光探测器，管脚分布在光探测器的周围。在热沉的侧面贴附边发光激光芯片，边发光激光芯片位于光探测器的上方，其边缘发出垂直于底座表面的光，射向管帽的光通过透镜窗口射出，射向光探测器的光用于实现光功率监控功能。

激光芯片、光探测器等光电器件通过打线的方式与管脚连接，由于管脚距离激光芯片较远，使得管脚与激光芯片之间的打线距离较长。较长的打线距离无法用于高速信号的传输，使得现有技术提供的这种激光器无法发射高速率光信号。

发明内容

本发明实施例提供一种光模块，缩短了打线长度，利于管脚与激光芯片之间信号的传输。

为了实现上述发明目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种同轴封装的激光器，包括第一管脚、第二管脚、底座、光探测器、激光芯片及位于底座的基体；基体表面具有第一导电片、第二导电片及激光芯片，激光芯片的阳极与第一导电片连接，激光芯片的阴极与第二导电片连接；光探测器位于底座及激光芯片之间，以接收激光芯片发出的光；第一管脚及第二管脚裸露于底座表面并分别位于光探测器两侧；第一导电片与第一管脚焊接，第二导电片与第二管脚焊接。

现有技术中激光芯片与管脚之间直接通过打线连接，打线距离较长；

而本发明实施例中，管脚裸露在底座表面，基体位于底座表面，第一导电片、第二导电片及激光芯片位于基体表面，光探测器接收激光芯片的光以实现监控功能；第一管脚及第二管脚裸露于底座表面并分别位于光探测器两侧，以便贴近基体表面的导电片从而实现焊接，焊接缩短了打线的长度；与现有技术相比，本发明实施例在激光芯片与管脚之间通过焊接、导电片及短距离打线实现电连接，缩短了打线的长度，有利于信号传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为已有技术提供的一种光模块的结构示意图；

图2为已有技术提供的一种同轴封装激光器结构示意图；

图3为已有技术提供的一种同轴封装激光器另一结构示意图；

图4为已有技术提供的一种同轴封装激光器俯视图；

图5为本发明实施例提供的一种同轴封装的激光器结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种同轴封装的激光器俯视图；

图7为本发明实施例提供的另一种同轴封装的激光器结构图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

图1为已有技术提供的一种光模块结构示意图。如图1所示，光模块包括上壳01、下壳02、印制电路板03、柔性电路板04及光组件06组成，上壳01与下壳02形成容纳腔体，光组件06通过柔性电路板04与印制电路板03连接，进而容纳于上述腔体中，光组件06进一步包括同轴封装TO的激光器05。

图2为已有技术提供的一种同轴封装TO的激光器结构示意图。如图2所示，激光器包括底座4及用于封装底座的管帽10，在底座的表面放置有光电器件(图中未示出)，管帽上具有用于光通过的透镜窗口。管脚3穿过底座并突出于底座表面，管脚由玻璃包裹，以实现管脚与底座之间的绝缘。光电器件被密封于底座与管帽之间，其通过穿过底座的管脚与外部建立电连接。

图3为已有技术提供的一种同轴封装的激光器另一结构示意图，如图3所示，底座4的表面具有基体5及光探测器，管脚3分布在光探测器的周围。在基体5的侧面贴附激光芯片1，激光芯片位于光探测器的上方，其边缘发出垂直于底座表面的两束光，射向管帽的光通过透镜窗口射出，射向光探测器的光用于实现光功率监控功能。

管脚3穿过底座并突出于底座表面，管脚突出底座表面的长度不能过长，以防止管脚的电感效应影响信号传输质量。管脚的这种设置要求使其不能近距离靠近基体表面的激光芯片。

激光芯片、光探测器等光电器件通过打线的方式与管脚连接，具体地，管脚3与激光芯片通过金线2实现电连接。管脚突出于底座表面的长度不能太长，无法近距离靠近基体表面的激光芯片，而激光芯片发出的光要进入底座表面的光探测器，也无法近距离靠近管脚，导致激光芯片与管脚之间的距离较长，现有技术采用打线方式连接，金线较长不利于信号传输。

由于管脚距离激光芯片较远，使得管脚与激光芯片之间的打线距离较长。激光芯片与管座的打线长度对高速器件的性能至关重要。因为打线在高频特性上可以等效于一个同时具有电阻和电感特性的元件，而打线的长度越长，寄生电感越大，同时在生产中打线长度以及弧度的不可控因素较多，导致器件封装时难以准确预估打线实际等效的电阻电感效应，器件性能不可控，同时电阻和电感的引入会对器件的高频特性造成影响，不利于高频传输。因此在高速器件封装中，希望打线的长度尽量短，线弧高度尽量低，打线数量要求尽量多，目的是为了减少寄生参数，提高器件的性能。较长的打线距离不利于信号的传输，尤其是无法用于高速信号的传输。

图4为已有技术提供的一种同轴封装激光器俯视图。如图4所示，基体5的侧面7具有激光芯片1，激光芯片的下方具有光探测器6。由于光探测器6的存在，使得管脚A无法直接靠近激光芯片1，其他管脚为了靠近侧面7上贴附的光电器件，围绕光探测器6成弧形排列。图4中仅示出一种排列形状，实际产品可以有多种排列形态，但为了避让光探测器6，且为了尽量靠近侧面7，管脚一般围绕光探测器6排列。而且为了便于与侧面7上的光电器件打线连接，管脚一般位于基体5朝向侧面7的一侧。

如图4所示，若无光探测器6，管脚A可能成为离激光芯片1最近的管脚，然而光探测器的存在，使得管脚A与其他管脚一样，没有距离上的优势。

图5为本发明实施例提供的一种激光器结构示意图。如图5所示，本发明实施例提供一种同轴封装的激光器，包括第一管脚501、第二管脚502、底座503、光探测器504、激光芯片505及位于底座的基体506；

基体表面具有第一导电片507、第二导电片508及激光芯片505，激光芯片的阳极与第一导电片连接，激光芯片的阴极与第二导电片连接；

光探测器504位于底座503及激光芯片505之间，以接收激光芯片发出的光；

第一管脚501及第二管脚502裸露于底座503表面并分别位于光探测器504两侧；管脚与光探测器均位于底座表面，管脚的的位置要避让光探测器的位置，管脚的这种避让设计使其远离了激光芯片；

第一导电片507与第一管脚501焊接，第二导电片508与第二管脚502焊接。

对激光芯片的阴极、阳极分别供电，以驱动激光芯片发光。输入激光芯片的电流承载数据，是电流值快速变化的电流，这一电流是高速信号的体现，激光芯片直接发出承载信号的光，这一电流不同与偏置电流，这一电流可以理解为偏置电流与调制电流的加和，这种驱动方式常见于直接调制的激光器中。

另一种激光芯片的驱动方式，输入激光芯片的电流仅仅是偏置电流，偏置电流的电流值不会发生快速变化，激光芯片发出功率相对恒定的光，信号的加载通过激光芯片之外的器件加载到光上，输入激光芯片阴极、阳极的导电线路要求较低，这种驱动方式常见于外调式激光器中，不同于本发明实施例的方案。

现有技术中激光芯片与高速管脚之间直接通过打线连接，打线距离较长，而本发明实施例中，管脚裸露在底座表面，基体位于底座表面，第一导电片、第二导电片及激光芯片位于基体表面，光探测器接收激光芯片的背光以实现监控功能；第一高速管脚及第二高速管脚裸露于底座表面并分别位于光探测器两侧，以便贴近基体表面的导电片从而实现焊接，与现有技术相比，本发明实施例在激光芯片与管脚之间通过焊接、导电片及短距离打线实现电连接，缩短了打线的长度，有利于高速信号传输。

本发明实施例中，第一管脚与第二管脚可以是高速管脚。同轴封装的激光器包括高速管脚与普通管脚，高速管脚用于传输高速信号，普通管脚用于实现非高速的电连接。高速管脚与普通管脚均位于基体具有激光芯片的一侧，以便采用打线方式与基体侧面的激光芯片连接。采用本发明实施例提供的技术方案，方案设计中，高速管脚比普通管脚离基体更近，基体侧面与高速管脚的距离小于基体侧面与普通管脚的距离，从而便于高速管脚与导电片之间实现焊接。

一般地，针对采用边发光激光芯片的方案，边发光激光器发出两束传输方向相反但同时垂直与底座表面的光，其中一束光垂直与底座表面射出激光器，另一束光射入光探测器中实现光功率监控。这种方案一般将激光芯片贴装在基体的侧面上，激光芯片位于光探测器上方，基体为激光芯片的贴附物。

基体上的光电器件，如激光芯片、激光驱动芯片、电阻等，一般会设置在基体的同一侧面，基体的其他侧面用于散热，从而实现较好的散热效果。这就使得管脚只有设置在基体具有光电器件的一侧，才可以使用打线工艺实现电连接。当然，其他原因也可能会促使管脚采用上述设置方式。

本发明实施例中，在基体的侧面形成导电片，激光芯片与导电片连接，使得激光芯片的电连接得以延伸。导电片与管脚直接接触，通过导电片的衔接，使得管脚与激光芯片电连接。

可选地，激光芯片设置在导电片上，激光芯片的阴极直接与导电片贴附设置。

现有技术中，管脚与激光芯片直接打线连接，研究方向主要是管脚尽可能地靠近激光芯片，本发明实施例中通过高速电路衔接管脚与激光芯片，改变了现有技术中的研究方向。

管脚难以靠近激光芯片，却容易靠近基体的侧面，进而可以实现管脚与导电片的直接接触。具体地，导电片沿基体表面延伸至基体靠近底座表面的位置，以便与管脚直接接触。进一步的，导电片（第一导电片和第二导电片）可以铺满整个侧面。

本发明在底座上设有用于安装激光芯片的基体，还设有用于对激光芯片的发光进行探测的光探测器，沿基体表面设置有第一导电片和第二导电片；第一导电片和第二导电片分别在一端连接激光芯片的阴极和阳极；另一端分别延伸至所述基体靠近所述底座表面的位置，并分别与第一管脚和第二管脚露出所述底座表面的部分焊接；并且第一管脚和第二管脚露出所述底座表面的部分分别位于光探测器的两侧，光探测器的位置设置使得其可以对激光芯片发出的光进行探测；与现有技术相比，本发明在第一管脚和第二管脚的位置设置不影响光探测器的设置以保证光探测器能够起到光探测作用的情况下，能够分别通过沿基体表面延伸的第一导电片和第二导电片与激光芯片连接，避免了像现有技术中第一管脚和第二管脚分别通过打线的方式分别与激光芯片的阴极和阳极连接所造成的过长距离的金线，从而提高了激光芯片与管脚之间信号传输的质量。

图6为本发明实施例提供的一种同轴封装激光器俯视图。如图6所示，基体506的侧面509具有激光芯片505，激光芯片505的下方具有光探测器504。管脚围绕光探测器504分布在基体朝向侧面509的一侧，采用管脚E和/或管脚F作为高速管脚，管脚A等其他管脚作为普通管脚。高速管脚用于接入高速信号，为激光芯片提供高速信号。以管脚F为例，如图4所示，管脚F位于基体朝向侧面的一侧，基体的侧面具有高速电路，管脚F贴近高速电路设置，使得管脚F与高速电路直接接触。

管脚E也可以设置成与高速电路直接接触，管脚E与管脚F代表一类管脚。本发明实施例提供的光模块中，同轴TO封装的激光器管脚分为与导电片直接接触的管脚，及不与导电片直接接触的管脚，与导电片直接接触的管脚主要用于传输高速信号。现有技术公开的方案中，所有管脚都不与导电片直接接触，而是采用打线的方式将管脚与光电器件连接，究其原因，可能是因为目前的打线距离仍能够满足信号的要求，而本发明实施例中，由于高速信号的速率过高，现有技术公开的方案无法满足信号传输的要求。由于底座上需要放置光探测器及基体等器件，结合管脚的空间排布，所以并不是所有的管脚都可以设置成直接与导电片接触。如图4所示，除管脚E及管脚F之外，其他管脚都不适合设置成贴近导电片。

可选的，激光芯片可以是垂直腔面激光芯片，根据垂直腔面激光芯片的出光方向适应性增加发射镜等光学元件。

可选的，基体是一个方形体，激光芯片可以设置在基体的上表面，基体的上表面与底座表面平行，第一导电片或第二导电片在基体相邻多个表面上延伸。

可选地，本实施例中，基体为一金属热沉，金属易于热传导，但是可以导电，所以在金属热沉表面贴附陶瓷，在陶瓷表面形成金属层，金属层形成导电路径。第一导电片及第二导电片分别采用上述金属化陶瓷实现。

上述本发明实施例公开的激光器方案，进一步地，基体包括相互分离的第一基体、导热基体及第二基体；第一基体与第二基体分别位于底座表面；

导热基体垫接半导体制冷器进而位于底座表面；激光芯片位于导热基体表面。

可选地，激光芯片通过垫接导电片进而位于导热基体表面。

半导体制冷器是光模块中普遍采用的主动散热电器件，导热基体可以直接放在底座表面，通过直接接触与底座进行热交换；也可以在导热基体与底座之间垫接半导体制冷器，通过半导体制冷器加快导热基体与底座之间的热交换。

图7为本发明实施例提供的另一种同轴封装激光器结构示意图。如图7所示，基体包括第一基体61、导热基体62及第二基体62，第一基体61及第二基体63分别位于导热基体62的两侧；

第一导电片的一部分5071位于第一基体，第一导电片的另一部分5072位于导热基体；第二导电片的一部分5081位于第二基体，第二导电片的另一部分5082位于导热基体；

半导体制冷器64直接设在导热基体62的下方，半导体制冷器与底座表面直接接触，导热基体62下方垫接半导体制冷器，通过半导体制冷器实现了导热基体位于底座上。

激光芯片位于导热基体表面，半导体制冷器位于底座与导热基体之间，便于激光芯片产生的热量通过导热基体、半导体制冷器传递到底座进行散热。

可选的，光探测器设置在半导体制冷器上，导热基体设置在半导体制冷器上；

可选的，光探测器与半导体制冷器之间垫接一热沉或导热胶，以调节光探测器其的位置，加快光探测器与半导体制冷器之间的热交换。

激光芯片直接通过导热基体实现热交换，半导体作为主动散热器件，其热交换速率快于基体，导热基体的热交换快于第一基体及第二基体，在第一基体/第二基体与导热基体之间会形成温度差，若第一基体、第二基体及导热基体为一体，第一基体及第二基体的热量会涌向导热基体，不利于导热基体散热。

第一基体及第二基体位于底座表面且与导热基体分离，防止散到底座的热量通过第一基体与第二基体传至导热基体表面的激光芯片，利于激光芯片的散热。

本实施例中，第一导电片及第二导电片可以采用金属化陶瓷实现。在陶瓷的表面牢固地粘附一层金属薄膜，使之实现陶瓷和金属间的焊接，可选的有钼锰法、镀金法、镀铜法、镀锡法、镀镍法、LAP法(激光后金属镀)等多种陶瓷金属化工艺。本实施例中，在陶瓷基体的表面镀金，借用金良好的导电性能，以保证传输信号的质量。在其他的实施例中，也可以采用镀其他的金属如镍、锡、铜等等。

另外，第一导电片与第二导电片的设计必须满足差分信号传输设计，以保证传输信号的质量，所以第一导电片与第二导电片的导电图形对称设计。

多根金线能够减少寄生电感，同时借金线良好的导电性能，保证信号传输质量。

第一电路层514、第二电路层534靠近管脚40。第一电路层514、第二电路层534与对应的管脚40之间用导电焊料或者导电浆料粘接。以导线焊料或者导电浆料的填充来替换打线，直接避免因打线所产生寄生参数。第三金属化陶瓷550的正、负极电路层556与激光芯片之间为导电焊料或者导电浆料粘接。信号传输经由激光芯片的正极引脚至第一电路层514、第一管脚42传出。

请参阅图2和图4，本实施例中，管座20为金属的圆柱形的柱状体，从管座20伸出六个管脚40。激光芯片30位于管座20的中部。由于底座表面放置体积较大的TEC，而体积较TEC小的激光芯片位于TEC上方，所以管脚40在半导体制冷器80的周围环绕排列，为TEC留出放置空间。TEC的存在同样使得管脚与激光芯片的距离较长。管座20与管脚40之间采用玻璃密封封装，玻璃密封封装可以提高封装器件的合格率和可靠性。其中的两个管脚40分别与第一电路层、第二电路层之间用导电焊料或导电浆料填充连接。

同轴TO封装的激光器10还包括有设于半导体制冷器80上的背光监控二极管70。背光监控二极管70通过另外的两个管脚40与外部电连接。

本实施例还提供一种光模块，光模块包括上述各实施例提供的同轴TO封装的激光器。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种同轴封装的激光器，其特征在于，包括

第一管脚、第二管脚、底座、光探测器、激光芯片及位于所述底座的基体；

所述基体表面具有第一导电片、第二导电片及所述激光芯片，所述激光芯片的阳极与所述第一导电片连接，所述激光芯片的阴极与所述第二导电片连接；

所述光探测器位于所述底座及所述激光芯片之间，以接收所述激光芯片发出的光；

所述第一管脚及所述第二管脚裸露于所述底座表面并分别位于所述光探测器两侧；

所述第一导电片与所述第一管脚焊接，所述第二导电片与所述第二管脚焊接。

2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括半导体制冷器；

所述基体包括相互分离的第一基体、导热基体及第二基体；

所述第一基体与所述第二基体分别位于所述底座表面；

所述导热基体垫接所述半导体制冷器进而位于所述底座表面；

所述激光芯片位于所述导热基体表面。

3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，

所述第一导电片一部分位于所述第一基体，另一部分位于所述导热基体；

所述第二导电片一部分位于所述第二基体，另一部分位于所述导热基体。

4.如权利要求1至3任一所述的激光器，其特征在于，所述第一导电片及所述第二导电片形成的导电图形对称。

5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述光探测器位于所述半导体制冷器表面。

6.如权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述第一导电片一部分与另一部分通过打线连接；所述第二导电片一部分与另一部分通过打线连接。

7.一种光模块，其特征在于，包括如权利要求1至6任一所述的同轴封装的激光器。