CN107966770A - 一种驱动芯片外置的光器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电通讯技术领域，具体涉及一种驱动芯片外置的光器件。其中包括金属壳体、驱动芯片、发光组件、光口组件、盖板、陶瓷组件和柔板，金属壳体的两端分别安装有光口组件和陶瓷组件；金属壳体为凹形设置，凹形顶部通过盖板盖合，发光组件安装在金属壳体的凹形内；金属壳体的凹形侧面上设置有U形开口，陶瓷组件的一部分嵌入在金属壳体的U形开口内；陶瓷组件的另一部分外置于金属壳体之外，并与所述柔板完成耦合连接；驱动芯片安装在位于金属壳体与柔板之间区域的陶瓷组件的表面。本发明通过驱动芯片外置，在不额外增加散热元件稳定了光器件总体功耗的同时，也保证了光器件及时散热，提高了光器件的使用寿命。

Description

一种驱动芯片外置的光器件

【技术领域】

本发明涉及光电通讯技术领域，具体涉及一种驱动芯片外置的光器件。

【背景技术】

随着经济的发展与科技的进步，光纤通信技术已经应用到生活的各方各面，其中光器件是通信组件中不可缺少的组成部件，光器件具有体积小、重量轻、功率大、转换效率高、易于调制、价格低廉等优点，随着人们对通信速率需求的提升，行业内对光器件的要求也越来越高。

在现有的光器件中，为了同时满足高速率、小体积的两个使用特点，光器件需要制造为各部分组件高度集成的结构，因此，如驱动器芯片等在工作时需要释放大量热量的部件，也集成到了光器件的内部结构中。当光器件在现行的工作温度下运行时，仅通过光器件自身与环境进行热交换的散热方式散热速率较慢，满足不了使用需求，无法避免光器件内部热量累积造成元件损坏。但是，如额外对光器件增加散热元件，不仅会占据光器件内部的散热空间，还会一定程度的增加激光器的体积，增大光器件的整体功耗。

另一方面，由于光器件级的多层陶瓷打孔工艺和驱动芯片烧结温度工艺的难度难以突破，尤其是在功耗限制非常严格的应用场合，现阶段的做法是将光器件内的驱动芯片去除，将之迁移到PCB板上。但是这样处理后，在驱动芯片与激光器芯片之间，就增加了柔板的输入、输出两个焊接点，也就是信号的反射点，驱动芯片与激光器芯片之间的反射点越多，信号的损耗就越严重，高速信号的损耗尤其严重，所以此方法在高速应用上不可取。因此，在高速应用场合，目前只能依靠牺牲功耗，采用驱动芯片内置在光器件管壳内部的方案，以满足高速率光信号输出条件。

鉴于此，克服该现有技术中光器件无法同时满足及时散热和不增加功耗的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是：针对小体积、高速率的光器件，在现行的工作温度下运行时，无法同时满足及时散热和不增加光器件总体功耗的两个条件，限制了光器件的使用环境，影响了光器件的使用寿命。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种驱动芯片外置的光器件，包括金属壳体、驱动芯片、发光组件、光口组件、盖板、陶瓷组件和柔板，金属壳体的两端分别安装有光口组件和陶瓷组件；金属壳体为凹形设置，凹形顶部通过盖板盖合，发光组件安装在金属壳体的凹形内；金属壳体的凹形侧面上设置有U形开口，陶瓷组件的一部分嵌入在金属壳体的U形开口内，并实现陶瓷组件与金属壳体两者的耦合固定；陶瓷组件的另一部分外置于金属壳体之外，并与所述柔板完成耦合连接；驱动芯片安装在位于金属壳体与柔板之间区域的陶瓷组件的表面上。

优选的，所述发光组件包括合波器、透镜、激光器芯片和过渡块；激光器芯片、透镜和合波器按照光路发射方向排列分布，并且安装在过渡块上。

优选的，所述陶瓷组件由多层陶瓷结构组成，并且每层陶瓷结构长度由上下层向中间层依次变大；每层陶瓷结构之间均设置有多个过孔，陶瓷组件内的合金布线通过贯穿过孔实现电气连接。

优选的，所述陶瓷组件内任意两个过孔之间的中心距范围为120μm～300μm，并且过孔与陶瓷组件的边缘距离范围为25μm～150μm。

优选的，所述陶瓷组件上驱动芯片的安装位置设置有驱动芯片焊盘，驱动芯片与驱动芯片焊盘之间通过预制成固态的合金焊料实现连接安装。

优选的，所述陶瓷组件上驱动芯片的安装位置设置有驱动芯片焊盘，驱动芯片通过刷制在驱动芯片焊盘上的液体焊料，实现与陶瓷组件的连接安装。

优选的，所述刷制在驱动芯片焊盘上的液体焊料的熔化温度，具有高于光器件其他组成部件所用焊料的熔化温度的特性。

优选的，所述柔板包括高速柔板和低速柔板，高速柔板和低速柔板分别安装在陶瓷组件的上下表面上，柔板通过焊料与陶瓷组件实现连接安装。

优选的，所述发光组件通过铂铱丝与陶瓷组件连接。

另一方面，本发明还提供了一种配合驱动芯片外置的光器件使用的焊接夹具，其中包括夹具底板和夹具压板，夹具底板上一端设置有凹槽，凹槽与金属壳体的形状相匹配；夹具底板的另一端设置有与陶瓷组件形状相匹配的折形开口；夹具压板底面上设置有与驱动芯片形状匹配的限位槽，夹具压板配合折形开口将驱动芯片紧固安装在陶瓷组件表面上。

本发明的有益效果是：该光器件将陶瓷组件外置于光器件的金属壳体之外，并且将驱动芯片安装在金属壳体之外的陶瓷组件表面，通过改变现有技术中驱动芯片的安装位置，实现了驱动芯片外置，在满足不额外增加散热元件稳定了光器件总体功耗的同时，也避免了驱动芯片运行时所散发的热量影响激光器芯片的运行，保证了光器件及时散热，提高了光器件的使用寿命。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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是本发明实施例提供的一种驱动芯片外置的光器件的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种驱动芯片外置的光器件的盖板打开状态的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种驱动芯片外置的光器件的剖面结构爆炸图；

图4是本发明实施例提供的一种驱动芯片外置的光器件的剖面结构示意图；

图5是图4中陶瓷组件与激光器芯片连接位置的局部放大示意图；

图6是图4中陶瓷组件的具体结构的局部放大示意图；

图7是本发明实施例提供的一种驱动芯片外置的光器件的陶瓷组件的俯视示意图；

图8是本发明实施例提供的一种配合驱动芯片外置的光器件使用的焊接夹具的剖面结构爆炸图；

图9是本发明实施例提供的一种配合驱动芯片外置的光器件使用的焊接夹具的剖面结构示意图。

图中：1、金属壳体；11、U形开口；2、驱动芯片；3、发光组件；31、合波器；32、透镜；33、激光器芯片；34、过渡块；35、制冷器；4、光口组件；5、盖板；6、陶瓷组件；61、陶瓷结构；62、过孔；63、驱动芯片焊盘；64、焊料7、柔板；71、高速柔板；72、低速柔板；73、焊料；8、夹具底板；81、凹槽；82、折形开口；9、夹具压板；91、限位槽。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

结合图1-图4所示，本发明实施例1提供了一种驱动芯片2外置的光器件，包括金属壳体1、驱动芯片2、发光组件3、光口组件4、盖板5、陶瓷组件6和柔板7，金属壳体1的两端分别安装有光口组件4和陶瓷组件6；金属壳体1为凹形设置，凹形顶部通过盖板5盖合，发光组件3安装在金属壳体1的凹形内；金属壳体1的凹形侧面上设置有U形开口11，陶瓷组件6的一部分嵌入在金属壳体1的U形开口11内，并实现陶瓷组件6与金属壳体1两者的耦合固定；陶瓷组件6的另一部分外置于金属壳体1之外，并与所述柔板7完成耦合连接；驱动芯片2安装在位于金属壳体1与柔板7之间区域的陶瓷组件6的表面上。

如图1-图2所示，该光器件内用于安装发光组件3的凹形，可以根据不同的安装环境和使用需求设置为不同宽度和深度的凹形，而陶瓷组件6与金属壳体1连接位置的U形开口11，同样可以根据陶瓷组件6的不同形状而设置，在通常状况下，金属壳体1与陶瓷组件6以高温共烧或低温共烧工艺结合。工作时，驱动芯片2将从陶瓷组件6处接收到的电信号处理后，传递给发光组件3，调制出相应功率的光信号，通过光口组件4发射，完成电信号对光信号的转换。

本发明通过将陶瓷组件6外置于光器件的金属壳体1之外，并且将驱动芯片2安装在金属壳体1之外的陶瓷组件6表面，通过改变现有技术中驱动芯片2的安装位置，实现了驱动芯片2外置，在满足不额外增加散热元件稳定了光器件总体功耗的同时，也避免了驱动芯片2运行时所散发的热量影响激光器芯片33的运行，保证了光器件及时散热，提高了光器件的使用寿命。

另一方面，由于驱动芯片2外置于金属壳体1之外，金属壳体1封盖以后仍然可以驱动芯片2参数测试，安装制造时有利于维护激光器。

如图3-图4所示，结合本发明实施例，所述发光组件3有一优选的组合方式，其中所述发光组件3包括合波器31、透镜32、激光器芯片33和过渡块34；激光器芯片33、透镜32和合波器31按照光路发射方向排列分布，并且安装在过渡块34上；通常所述发光组件3还包括制冷器35，则所述过渡块34设置在所述制冷器35上。为了适应不同型号、不同大小和不同安装位置的激光器芯片33、透镜32和合波器31，过渡块34可以设置成为不同的形状，图中为通常设置为L形示出。进一步的，发光组件3中可以采用增加低耗电小功率制冷器35以增加激光器芯片33的散热(图3和图4中以安装有制冷器35的光器件结构为例示出)。

如图4所示，结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中所述柔板7包括高速柔板71和低速柔板72，高速柔板71和低速柔板72分别安装在陶瓷组件6的上下表面上，柔板7通过焊料73与陶瓷组件6实现连接安装。高速柔板71和低速柔板7的设置可以满足光器件内不同的使用要求，增加对不同使用环境的适应性。

实施例2:

在实施例1的基础上，结合图3-图7所示，陶瓷组件6存在一种优选的组成方案，其中，所述陶瓷组件6由多层陶瓷结构61组成，并且每层陶瓷结构61长度由上下层向中间层依次变大；每层陶瓷结构61之间均设置有多个过孔62，陶瓷组件6内的合金布线通过贯穿过孔62实现电气连接。

安装时，如图5-图6所示，多层陶瓷结构61内每层的长度不一，在陶瓷组件6靠近激光器芯片33的一端，与激光器芯片33实现连接的陶瓷结构61层长度设置较长，以便给予靠近激光器芯片33位置的合金布线物理支撑，另外的陶瓷结构61层为了不占用金属壳体1内的散热空间，通常设置为较小长度。而最上层和最下层的陶瓷结构61设置为长度最短，用于与U形开口11卡合，中间层的陶瓷结构61通常设置为长度差异较小，尤其是当光器件中对陶瓷组件6的气密性要求较高时，中间层陶瓷结构61设置为长度相同，以均匀陶瓷结构61中各层之间的压力，从而实现增加陶瓷组件6的气密性和可靠性。每层陶瓷结构61通常以共烧工艺结合，不同陶瓷结构61层之间的电气连接通过过孔62完成。

结合图6-图7所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例还存在一种优选的实现方案，其中，所述陶瓷组件6内任意两个过孔62之间的中心距范围为120μm～300μm，并且过孔62与陶瓷组件6的边缘距离范围为25μm～150μm。(上限可根据激光器管壳的实际尺寸适当放大)如图7所示，本实施例的具体实现方案中，对应过孔62、合金布线和陶瓷结构61的边缘，三者之间存在优选的布置距离，如下表所示：

结合图1-图2所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例还存在一种优选的实现方案，其中，所述陶瓷组件6上驱动芯片2的安装位置设置有驱动芯片焊盘63，驱动芯片2与驱动芯片焊盘63之间通过预制成固态的合金焊料64实现连接安装。相应的，在不同的安装环境下，所述驱动芯片2还可以通过刷制在驱动芯片焊盘63上的液体焊料64，实现与陶瓷组件6的固化连接安装。所述驱动芯片2固化可以通过表面安装技术或真空烧结工艺实现。

结合图3-图4所示，在上述实施例的基础上，通常使用液体焊料64将驱动芯片2焊接在驱动芯片焊盘63上，为了保证驱动芯片2焊接的稳固性，本发明实施例存在一种优选的实现方案，其中所述刷制在驱动芯片焊盘63上的液体焊料64的熔化温度，具有高于光器件其他组成部件所用焊料的熔化温度的特性。尤其是刷制在驱动芯片焊盘63上的液体焊料64的熔化温度，高于柔板7与陶瓷组件6连接所用焊料73的熔化温度，从而实现在进行柔板7与陶瓷组件6焊接时，不会导致驱动芯片2的液体焊料64重熔，进而影响散热效果和阻抗匹配效果。

结合图5所示，本发明实施例还存在一种优选的实现方案，其中，所述发光组件3通过铂铱丝与陶瓷组件6连接。铂铱合金是一种低导热率的航空材料，铂铱丝的热导率是光通信常用金丝的十分之一，可以有效阻止驱动芯片2的热量传导给激光器芯片33，保证激光器芯片33正常运行。

实施例3:

基于上述实施例中所示的光器件，用同等功耗的驱动芯片2和边界条件，与现有技术中驱动芯片2内置的光器件在相等时间条件下运行，计算光器件壳温在70℃和85℃时情况下，光器件各点温度和功耗如下述表：

通过上表中各个测试点的温度对比，可以得出本发明提供的驱动芯片2外置的光器件比现有技术中的光器件在散热上有较大改善，并且降低了光器件的功耗，从而可以达到增加光器件使用寿命的目的。

实施例4:

基于同一个发明构思，为了对上述实施例中提供的驱动芯片2外置的光器件进行焊接安装，结合图8-图9所示，本发明还提供了一种配合驱动芯片2外置的光器件使用的焊接夹具，其中，该焊接夹具包括夹具底板8和夹具压板9，夹具底板8上一端设置有凹槽81，凹槽81与金属壳体1的形状相匹配；夹具底板8的另一端设置有与陶瓷组件6形状相匹配的折形开口82；夹具压板9底面上设置有与驱动芯片2形状匹配的限位槽91，夹具压板9配合折形开口82将驱动芯片2紧固安装在陶瓷组件6表面上。

工作时，先将金属壳体1和陶瓷组件6完成连接安装(此时金属壳体1内的发光组件3已安装完毕，图8和图9中的发光组件3未示出)，将金属壳体1对准凹槽81，并且陶瓷组件6对准折形开口82，倒扣放置于夹具底板8中，将驱动芯片2安装在刷制有焊料64的驱动芯片焊盘63上，再将限位槽91对准驱动芯片2，将夹具压板9压装在驱动芯片2上，完成对驱动芯片2的限位。

夹具压板9的厚度可以根据焊料64需要熔化的厚度设置，增加夹具压板9的厚度即可增加夹具压板9的重量，以增加施加给焊料64的压力，不同的焊料64厚度可以达到不同的散热效果和阻抗匹配效果。至此，该焊接夹具与金属壳体1和陶瓷组件6装配完成，接着一起放入真空烧结炉中，进行高温固化，以完成烧结。

值得说明的是，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驱动芯片外置的光器件，包括金属壳体(1)、驱动芯片(2)、发光组件(3)、光口组件(4)、盖板(5)、陶瓷组件(6)和柔板(7)，其特征在于，金属壳体(1)的两端分别安装有光口组件(4)和陶瓷组件(6)；金属壳体(1)为凹形设置，凹形顶部通过盖板(5)盖合，发光组件(3)安装在金属壳体(1)的凹形内；金属壳体(1)的凹形侧面上设置有U形开口(11)，陶瓷组件(6)的一部分嵌入在金属壳体(1)的U形开口(11)内，并实现陶瓷组件(6)与金属壳体(1)两者的耦合固定；陶瓷组件(6)的另一部分外置于金属壳体(1)之外，并与所述柔板(7)完成耦合连接；驱动芯片(2)安装在位于金属壳体(1)与柔板(7)之间区域的陶瓷组件(6)的表面上。

2.根据权利要求1所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述发光组件(3)包括合波器(31)、透镜(32)、激光器芯片(33)和过渡块(34)；激光器芯片(33)、透镜(32)和合波器(31)按照光路发射方向排列分布，并且安装在过渡块(34)上。

3.根据权利要求1所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述陶瓷组件(6)由多层陶瓷结构(61)组成，并且每层陶瓷结构(61)长度由上下层向中间层依次变大；每层陶瓷结构(61)之间均设置有多个过孔(62)，陶瓷组件(6)内的合金布线通过贯穿过孔(62)实现电气连接。

4.根据权利要求3所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述陶瓷组件(6)内任意两个过孔(62)之间的中心距范围为120μm～300μm，并且过孔(62)中心与陶瓷组件(6)的边缘距离为25μm～150μm。

5.根据权利要求1所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述陶瓷组件(6)上驱动芯片(2)的安装位置设置有驱动芯片焊盘(63)，驱动芯片(2)与驱动芯片焊盘(63)之间通过预制成固态的合金焊料(64)实现连接安装。

6.根据权利要求1所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述陶瓷组件(6)上驱动芯片(2)的安装位置设置有驱动芯片焊盘(63)，驱动芯片(2)通过刷制在驱动芯片焊盘(63)上的液体焊料(64)，实现与陶瓷组件(6)的连接安装。

7.根据权利要求6所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述刷制在驱动芯片焊盘上的液体焊料(64)的熔化温度，具有高于光器件其他组成部件所用焊料的熔化温度的特性。

8.根据权利要求1所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述柔板(7)包括高速柔板(71)和低速柔板(72)，高速柔板(71)和低速柔板(72)分别安装在陶瓷组件(6)的上下表面上，柔板(7)通过焊料(73)与陶瓷组件(6)实现连接安装。

9.根据权利要求1～8任一项所述的驱动芯片外置的光器件，其特征在于，所述发光组件(3)通过铂铱丝与陶瓷组件(6)连接。

10.一种配合驱动芯片外置的光器件使用的焊接夹具，包括夹具底板(8)和夹具压板(9)，其特征在于，夹具底板(8)上一端设置有凹槽(81)，凹槽(81)与金属壳体(1)的形状相匹配；夹具底板(8)的另一端设置有与陶瓷组件(6)形状相匹配的折形开口(82)；夹具压板(9)底面上设置有与驱动芯片(2)形状匹配的限位槽(91)，夹具压板(9)配合折形开口(82)将驱动芯片(2)紧固安装在陶瓷组件(6)表面上。