CN108336634A - 应用于下一代pon技术的可调激光器发射端热沉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光器件领域，具体涉及应用在第二代PON技术的光器件。应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，包括热沉基板及固定于热沉基板上的激光器芯片，其特征在于：热沉基板上还设置有：V形槽口，位于激光器芯片的正前方位置处，用于放置透镜；加热电阻，位于激光器芯片相邻侧，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；热敏电阻，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；匹配电阻，用于高频匹配电路中，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻以及高频传输线。本发明简化了传统激光器的工艺，大大降低了成本；加热电阻有效的提高芯片的切换速度，为下一代PON技术的实现奠定了基础。

Description

应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉

技术领域

本发明涉及光器件领域，具体涉及应用在第二代PON技术的光器件。

背景技术

目前10GPON技术中应用单通道激光器件，其发射端是单波长电吸收调制激光发射器，是一款专门应用于长途干线数据传输的光电元器件，它主要包含激光器芯片、热敏电阻、高频匹配电阻和电容、热沉、隔离器、密封管壳、光接口和带柔性电路等。下一代PON技术特点是可以增加通道容量和提高切换速度，设计一种能够提高切换速度且成本较低的可调激光器发射器是下一代PON技术推广及应用中亟待解决的技术问题，热沉作为可调激光器的关键用料，其材质及结构直接影响到发射器的性能及成本等因素。

发明内容

本发明针对下一代PON技术的特点，提出了一种专用于下一代PON技术的发射端热沉，采用加热电阻来提高芯片的切换速度，热沉上集成热敏电阻和匹配原件，简化了贴装工序；节省成本，光路上改为单透镜方案，简化工艺封装平台，提高耦合效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：提出了应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，包括热沉基板及固定于热沉基板上的激光器芯片，热沉基板上还设置有：

V形槽口，位于激光器芯片的正前方位置处，用于放置透镜；

加热电阻，位于激光器芯片相邻侧，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；

热敏电阻，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；

匹配电阻，用于高频匹配电路中，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；以及高频传输线。

所述加热电阻周围的热沉基板上、除与激光器芯片同侧的位置外均设置有凹槽。

所述热敏电阻为Pt薄膜电阻，其通过Ni镀层集成于热沉基板上。

所述高频传输线的宽度为0.14mm，间距为0.08mm。

所述Ｖ形槽口的角度和深度以能够使放置其中的透镜的中心与激光器芯片的发光中心同轴为原则来确定。

所述热沉基板为硅基板。

所述硅基板的尺寸为2.9mm×2.0mm×0.5mm，硅基板采用高阻单晶硅制成。

所述硅基板上还设置有元器件贴装标记点及预留焊盘。

本发明提供了一种结构精巧、效果明显、工艺简单、成本低廉的热沉设计方案，有益效果具体体现在：

（1）采用加热电阻来提高芯片的切换速度，在加热电阻周围、除与芯片同侧位置外的基板上挖空开槽，完全隔离热传导，便于加热电阻充分有效给芯片瞬间加热，提高加热效率；

（2）在热沉基板上集成热敏电阻，不再外贴元热敏电阻元器件，热敏电阻采用镀膜工艺集成，首先在硅基材上做金属镀层Ni，然后在Ni镀层上镀铂金Pt，与现有的外贴热敏电阻元器件相比，节省了贴装工艺，且该集成式热敏电阻与成品热敏电阻相比成本显著降低；

（3）高频设计线宽增大，高频传输线的宽度0.14mm，间距为0.08mm，较传统的0.05mm间距增加了30%，在厂家加工精度上增加了容忍性，能够更好的保证高频特性；

（4）采用单透镜耦合方案，在基板上开设了透镜放置V形槽，设置了透镜贴装标记点，通过无源贴装工艺即可实现单透镜的准确贴装，相对于以往的双透镜有源贴装焊接工艺，大大简化工艺流程，降低了封装成本；通过贴装距离的控制，可有效保证耦合效率；

（5）热沉基板采用硅基板，硅基板的尺寸为2.9mm×2.0mm×0.5mm，硅基板采用高阻单晶硅制成，阻值20000ohm/cm,增加热沉电极的绝缘度；硅基板厚度为0.5mm，该厚度在保证最佳光路的基础上，充分降低了热负载。

（6）在基板表面设置了各元器件的贴装标识点，方便各元器件的贴装。

附图说明

图1是整体结构的俯视图；

图2是整体结构视图；

图3是本发明的带宽仿真图；

图4是本发明的反射参数仿真图。

图中：1-热敏电阻，2-热敏电阻焊盘，3-预留绑定焊盘，4-隔热槽，5-加热电阻焊盘，6-加热电阻，7-贴装标记点，8-LD芯片，9-非球透镜，10-V形槽口，11-高频传输线，12-50Ω电阻焊盘，13- 50Ω电阻，14-1KΩ电阻焊盘，15-1KΩ电阻。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示的可调激光器发射端热沉，热沉基板采用硅基板，硅基板采用阻值20000ohm/cm高阻单晶硅加工，硅基板的尺寸为 2.9mm×2.0mm×0.5mm，硅基板贴装有LD芯片8，LD芯片8的正前方位置处的硅基板上挖空设置有V形槽口10， V形槽口10角度54.74°，槽深0.5mm，固定在V形槽口10的非球透镜9的光轴和LD芯片8发出的光同轴，以达到最佳耦合效率。V形槽口10的开槽面采用蒸镀铝工艺，方便透镜贴装。。

靠近LD芯片8的硅基板上集成有薄膜式加热电阻6，加热电阻6的阻值为5Ω，线宽为0.11mm，长度为0.35mm。加热电阻6周围的热沉基板上、除与LD芯片8同侧的位置外均设置有隔热槽4，隔热槽4尺寸为1.1 mm×0.2 mm×0.5mm，隔热槽4的深度与硅基板厚度相同，将加热电阻6与周围基板的热传导完全隔离，仅保留LD芯片侧的热传导，便于加热电阻6充分有效给LD芯片瞬间加热，提高加热效率，辅助LD芯片波长的快速切换。

热沉上集成热敏电阻1，热敏电阻1通过镀膜工艺集成，首先在硅基板上做金属Ni镀层，厚度为0.1微米，然后在Ni镀层上镀铂金Pt，通过铂金阻值和温度系数关系对热敏电阻定标，该热敏电阻的电阻值由电阻线的长度、电阻线的横截面积来确定，本实施例中热敏电阻的电阻线长6.28mm，宽度0.005mm，热敏电阻的阻值为2KΩ，本发明中的集成热敏电阻与现有外贴热敏电阻元器件相比，节省了贴装工艺。

硅基板上预留的标记点7是用作贴装元器件和透镜的标记点，方便自动化贴装；集成在硅基板上的50Ω电阻13及1KΩ电阻15是为调节激光器芯片的高频性能而预留的， 50Ω电阻的电阻线宽为0.005mm，长度为1.5mm， 1KΩ电阻的电阻线宽0.005mm，长度2.95mm。高频传输线11的线宽为0.14mm，间距为0.08mm，保证了50Ω的阻抗传输，同时间距、线宽的增加也降低了加工工艺上的难度。

图3 纵轴代表衰减，横轴代表频率，随着频率的增加，信号衰减会逐渐衰减，但是衰减很小，标准要求小于3dB，从图可以看到我们衰减小于1.5dB。

图4纵坐标代表从入射端反射回来的信号，越小越好，横坐标代表频率,随着频率的增加，信号的反射在20G仍然小于-10dB，满足使用要求小于5dB。

Claims (8)

1.应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，包括热沉基板及固定于热沉基板上的激光器芯片，其特征在于：热沉基板上还设置有：

V形槽口，位于激光器芯片的正前方位置处，用于放置透镜；

加热电阻，位于激光器芯片相邻侧，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；

热敏电阻，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；

匹配电阻，用于高频匹配电路中，其为集成在热沉基板上的薄膜电阻；以及高频传输线。

2.根据权利要求1所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述加热电阻周围的热沉基板上、除与激光器芯片同侧的位置外均设置有凹槽。

3.根据权利要求1所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述热敏电阻为Pt薄膜电阻，其通过Ni镀层集成于热沉基板上。

4.根据权利要求1所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述高频传输线的宽度为0.14mm，间距为0.08mm。

5.根据权利要求1所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述Ｖ形槽口的角度和深度以能够使放置其中的透镜的中心与激光器芯片的发光中心同轴为原则来确定。

6.根据权利要求1-5任一所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述热沉基板为硅基板。

7.根据权利要求6所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述硅基板的尺寸为2.9mm×2.0mm×0.5mm，硅基板采用高阻单晶硅制成。

8.根据权利要求1-5任一所述的应用于下一代PON技术的可调激光器发射端热沉，其特征在于：所述硅基板上还设置有元器件贴装标记点及预留焊盘。