CN108415129A - 一种TO-Can封装高速率光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信技术领域，实施例公开了一种TO‑Can封装高速率光器件，包括TO管座、TO管帽、半导体制冷器、激光器固定机构、半导体激光器芯片、第一信号传输机构和第二信号传输机构，通过将半导体激光器芯片和激光器固定机构整体设置在半导体制冷器上表面，可满足高速率的半导体激光器芯片工作温度要求；通过设置第一信号传输机构和第二信号传输机构，以及设置的高速信号传输线，将半导体激光器芯片的正极负极焊盘与TO管座对应管脚之间的信号传输通过高速信号传输线传输，可满足高速率的半导体激光器芯片的信号传输要求；该光器件可满足高速信号的传输需求，可适应更宽温度范围的应用需要，且封装紧凑，成本低，易于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种高速率的半导体激光器芯片的封装应用。
背景技术
随着市场对10G、25G、28G等高速率光器件的需求逐渐增加，特别对工业级温度范围或更宽温度范围应用的高速率光器件的需求增加较快。常规TO-Can封装射频性能、温度适应性均难以满足高速率光器件应用的需求；蝶形、方盒型(Box-Type)封装制冷型光器件，存在工艺复杂，成本高等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种体积小、封装紧凑、易于批量生产、成本低，且能满足工业级温度范围或者更宽温度范围的10G、25G、28G等高速的半导体激光器芯片应用的一种TO-Can封装高速率光器件。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种TO-Can封装高速率光器件，包括TO管座和TO管帽，还包括半导体制冷器、激光器固定机构、半导体激光器芯片、第一信号传输机构和第二信号传输机构；
所述半导体制冷器、第一信号传输机构和第二信号传输机构均设置在所述TO管座上表面；所述激光器固定机构设置在所述半导体制冷器上表面，所述半导体激光器芯片固定在所述激光器固定机构上，以使所述半导体激光器芯片出光轴中心轴线与所述TO管座中心轴线、所述TO管帽中心轴线同轴；所述激光器固定机构设置有第一高速信号传输线和第二高速信号传输线，所述第一信号传输机构设置有第三高速信号传输线，所述第二信号传输机构设置有第四高速信号传输线；
所述半导体激光器芯片负极焊盘、所述第一高速信号传输线、所述第三高速信号传输线和所述TO管座第一管脚依次电连接；所述半导体激光器芯片正极焊盘、所述第二高速信号传输线、所述第四高速信号传输线和所述TO管座第二管脚依次电连接。
优选地，所述第一信号传输机构与所述TO管座第一管脚相邻，所述第三高速信号传输线一端与所述TO管座第一管脚焊接连接；所述第二信号传输机构与所述TO管座第二管脚相邻，所述第四高速信号传输线一端与所述TO管座第二管脚焊接连接。
优选地，所述第一信号传输机构和所述第二信号传输机构设置在所述TO管座中心两侧，所述半导体制冷器设置在所述第一信号传输机构和所述第二信号传输机构之间。
优选地，所述激光器固定机构包括激光器陶瓷垫块和激光器支撑块，所述半导体激光器芯片固定在所述激光器陶瓷垫块上，所述激光器陶瓷垫块固定在所述激光器支撑块上，所述激光器支撑块固定在所述半导体制冷器上表面，所述激光器陶瓷垫块设置有第一高速信号传输线和第二高速信号传输线。
优选地，所述第一信号传输机构包括第一传输线陶瓷块和第一传输线支撑块，所述第一传输线陶瓷块固定在所述第一传输线支撑块上，所述第一传输线支撑块固定在所述TO管座上，所述第一传输线陶瓷块设置有第三高速信号传输线；所述第二信号传输机构包括第二传输线陶瓷块和第二传输线支撑块，所述第二传输线陶瓷块固定在所述第二传输线支撑块上，所述第二传输线支撑块固定在所述TO管座上，所述第二传输线陶瓷块设置有第四高速信号传输线。
优选地，所述第一传输线支撑块、第二传输线支撑块与所述TO管座一体成型。
优选地，所述第一高速信号传输线、第二高速信号传输线、第三高速信号传输线和第四高速信号传输线均包括平面波导微带线，所述平面波导微带线的设计与所述半导体激光器芯片的特性阻抗相匹配。
优选地，该TO-Can封装高速率光器件还包括背光监控二极管，所述背光监控二极管设置在所述半导体制冷器上表面，位于所述半导体激光器芯片的出光反方向；所述背光监控二极管下部设置有背光监控二极管垫块。
优选地，该TO-Can封装高速率光器件还包括热敏电阻，所述热敏电阻设置在所述半导体制冷器上表面或者所述激光器固定机构上。
优选地，该TO-Can封装高速率光器件还包括滤波电容，所述滤波电容设置在所述半导体制冷器上表面、所述TO管座上表面或者所述激光器固定机构上。
本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请通过将半导体激光器芯片和激光器固定机构整体设置在半导体制冷器上表面，通过半导体制冷器在低温环境条件下加热，在高温环境条件下制冷，可稳定半导体激光器芯片正常工作所需要的温度条件，能够满足高速率的半导体激光器芯片的工作温度要求；通过设置第一信号传输机构和第二信号传输机构，以及设置高速信号传输线，将半导体激光器芯片的正极负极焊盘与TO管座对应管脚之间的信号传输通过高速信号传输线传输，提高了半导体激光器芯片与TO管座对应管脚之间的信号传输速度，能够满足高速率的半导体激光器芯片的信号传输要求；该TO-Can封装高速率光器件可满足10G、25G、28G等高速率信号的传输需求，可适应工业级温度范围或更宽温度范围的应用需要，且封装紧凑，成本低，易于批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例TO-Can封装高速率光器件的正视结构示意图；
图2为本发明实施例TO-Can封装高速率光器件的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例TO-Can封装高速率光器件的管脚结构示意图；
图4为本发明实施例TO-Can封装高速率光器件的电路原理图；
附图中标记为：101-TO管座，102-TO管帽，11-第一传输机构，12-第二传输机构，13-半导体激光器芯片，14-激光器固定机构，15-背光监控二极管，16-背光监控二极管垫块，17-热敏电阻，18-滤波电容，19-半导体制冷器，111-第一传输线陶瓷块，112-第一传输线支撑块，121-第二传输线陶瓷块，122-第二传输线支撑块，141-激光器陶瓷垫块，142-激光器支撑块，201-TO管座第一管脚，202-TO管座第二管脚，203-TO管座第三管脚，204-TO管座第四管脚，205-TO管座第五管脚，206-TO管座第六管脚，207-TO管座第七管脚。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
TO-Can封装(Transistor Outline Can)为同轴型罐型封装。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种TO-Can封装高速率光器件，该光器件为TO-Can封装，包括TO管座101和TO管帽102，还包括半导体制冷器19、激光器固定机构14、半导体激光器芯片13、第一信号传输机构11、第二信号传输机构12。其中，半导体激光器芯片13可以为10G、25G、28G等高速率的半导体激光器芯片。
半导体制冷器19、第一信号传输机构11和第二信号传输机构12均设置在TO管座101上表面。激光器固定机构14设置在半导体制冷器19上表面，半导体激光器芯片13固定在激光器固定机构14上，以使半导体激光器芯片13出光轴中心轴线与TO管座101中心轴线、TO管帽102中心轴线同轴。
激光器固定机构14设置有第一高速信号传输线和第二高速信号传输线，第一信号传输机构11设置有第三高速信号传输线，第二信号传输机构12设置有第四高速信号传输线。
半导体激光器芯片13负极焊盘、第一高速信号传输线、第三高速信号传输线和TO管座101第一管脚201依次电连接；半导体激光器芯片13正极焊盘、第二高速信号传输线、第四高速信号传输线和TO管座101第二管脚202依次电连接。
这里，第一高速信号传输线、第二高速信号传输线、第三高速信号传输线和第四高速信号传输线均可以为平面波导微带线，平面波导微带线的设计与半导体激光器芯片13的特性阻抗相匹配。
这里，第一信号传输机构11与TO管座101第一管脚201相邻，第三高速信号传输线一端与TO管座101第一管脚201焊接连接；第二信号传输机构12与TO管座101第二管脚202相邻，第四高速信号传输线一端与TO管座101第二管脚202焊接连接。
这里，第一信号传输机构11和第二信号传输机构12位于TO管座101中心两侧，半导体制冷器19设置在第一信号传输机构11和第二信号传输机构12之间。
这里，激光器固定机构14包括激光器陶瓷垫块141和激光器支撑块142，半导体激光器芯片13固定在激光器陶瓷垫块141上，激光器陶瓷垫块141固定在激光器支撑块142上，激光器支撑块142固定在半导体制冷器19上表面，激光器陶瓷垫块141设置有第一高速信号传输线和第二高速信号传输线。
其中，半导体激光器芯片13包括10G、25G、28G等高速率的半导体激光器芯片，半导体激光器芯片13通过金锡焊料共晶在激光器陶瓷垫块141上，激光器陶瓷垫块141根据与半导体激光器芯片13的阻抗匹配设计有平面波导微带线，激光器陶瓷垫块141与激光器支撑块142之间可以通过焊料或者导热性能良好的银浆固定。通过激光器陶瓷垫块141、激光器支撑块142的设计使半导体激光器芯片13的出光轴中心轴线与TO管座101中心轴线、TO管帽102中心轴线同轴。
这里，第一信号传输机构11包括第一传输线陶瓷块111和第一传输线支撑块112，第一传输线陶瓷块111固定在第一传输线支撑块112上，第一传输线支撑块112固定在TO管座101上，第一传输线陶瓷块111设置有第三高速信号传输线。第二信号传输机构12包括第二传输线陶瓷块121和第二传输线支撑块122，第二传输线陶瓷块121固定在第二传输线支撑块122上，第二传输线支撑块122固定在TO管座101上，第二传输线陶瓷块121设置有第四高速信号传输线。
其中，第一传输线陶瓷块111可以为设计有平面波导微带线的陶瓷块，通过共晶焊接在第一传输线支撑块112上；第二传输线陶瓷块121可以为设计有平面波导微带线的陶瓷块，通过共晶焊接在第二传输线支撑块122上。
其中，激光器陶瓷垫块141、第一传输线陶瓷块111和第二传输线陶瓷块121的平面波导微带线图案设计与半导体激光器13的特性阻抗相匹配以传输高速信号。
这里，还可以将第一传输线支撑块112、第二传输线支撑块122与TO管座101一体成型。
这里，激光器支撑块142、激光器陶瓷垫块141、半导体激光器芯片13整体放置于半导体制冷器19上表面，半导体制冷器19放置于第一信号传输机构11和第二信号传输机构12之间，半导体制冷器19可稳定高速率的半导体激光器芯片13正常工作所需要的温度条件，半导体制冷器19可在低温环境条件下加热，在高温环境条件下制冷。这里的TO管座101的直径可以是标准的5.6mm或6.0mm，或其他非标准直径。
这里，该TO-Can封装高速率光器件还包括用于背光监控的背光监控二极管15，使该TO-Can封装高速率光器件具有背光检测的功能，背光监控二极管15设置在半导体制冷器19上表面，位于半导体激光器芯片13的出光反方向。
这里，背光监控二极管15下部设置有背光监控二极管垫块16。通过调节背光监控二极管垫块16高度来调节背光大小及背光反射。
这里，该TO-Can封装高速率光器件还包括热敏电阻17，用于实时监控半导体激光器芯片13的工作温度，热敏电阻17可以设置在半导体制冷器19上表面或者激光器固定机构14上表面。
这里，该TO-Can封装高速率光器件还包括滤波电容18，滤波电容18与热敏电阻17连接，滤波电容18可以设置在半导体制冷器19上表面或者TO管座101上表面或者激光器固定机构14上表面。
这里，TO管帽102可以为平窗管帽或者带透镜管帽，通过TO管帽102与TO管座101的焊接提供该TO-Can封装高速率光器件工作的密封环境。TO管帽102中心轴线与半导体激光器芯片13的出光轴中心轴线一致。
如图3和4所示，该TO-Can封装高速率光器件具有七个管脚，其中有六个为功能管脚，一个为地线管脚。第六管脚206连接半导体制冷器19的正极管脚，第七管脚207连接半导体制冷器19的负极管脚，第二管脚202连接半导体激光器芯片13的正极焊盘，第一管脚201连接半导体激光器芯片13的负极焊盘、第四管脚连接背光监控二级管15的负极，第五管脚205连接热敏电阻17的一端，第三管脚203为地线管脚，分别与背光监控二极管15的正极、热敏电阻17的另一端连接，并通过在金线器件与地脚间连接。该TO-Can封装高速率光器件内部各器件间通过金线连接，可由自动焊线机完成。
该TO-Can封装高速率光器件可满足10G、25G、28G等高速率信号的传输需求，可适应工业级温度范围或更宽温度范围的应用需要。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种TO-Can封装高速率光器件，包括TO管座和TO管帽，其特征在于，还包括半导体制冷器、激光器固定机构、半导体激光器芯片、第一信号传输机构和第二信号传输机构；
所述半导体制冷器、第一信号传输机构和第二信号传输机构均设置在所述TO管座上表面；所述激光器固定机构设置在所述半导体制冷器上表面，所述半导体激光器芯片固定在所述激光器固定机构上，以使所述半导体激光器芯片出光轴中心轴线与所述TO管座中心轴线、所述TO管帽中心轴线同轴；所述激光器固定机构设置有第一高速信号传输线和第二高速信号传输线，所述第一信号传输机构设置有第三高速信号传输线，所述第二信号传输机构设置有第四高速信号传输线；
所述半导体激光器芯片负极焊盘、所述第一高速信号传输线、所述第三高速信号传输线和所述TO管座第一管脚依次电连接；所述半导体激光器芯片正极焊盘、所述第二高速信号传输线、所述第四高速信号传输线和所述TO管座第二管脚依次电连接。
2.根据权利要求1所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，所述第一信号传输机构与所述TO管座第一管脚相邻，所述第三高速信号传输线一端与所述TO管座第一管脚焊接连接；所述第二信号传输机构与所述TO管座第二管脚相邻，所述第四高速信号传输线一端与所述TO管座第二管脚焊接连接。
3.根据权利要求1所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，所述第一信号传输机构和所述第二信号传输机构设置在所述TO管座中心两侧，所述半导体制冷器设置在所述第一信号传输机构和所述第二信号传输机构之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，所述激光器固定机构包括激光器陶瓷垫块和激光器支撑块，所述半导体激光器芯片固定在所述激光器陶瓷垫块上，所述激光器陶瓷垫块固定在所述激光器支撑块上，所述激光器支撑块固定在所述半导体制冷器上表面，所述激光器陶瓷垫块设置有第一高速信号传输线和第二高速信号传输线。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，所述第一信号传输机构包括第一传输线陶瓷块和第一传输线支撑块，所述第一传输线陶瓷块固定在所述第一传输线支撑块上，所述第一传输线支撑块固定在所述TO管座上，所述第一传输线陶瓷块设置有第三高速信号传输线；所述第二信号传输机构包括第二传输线陶瓷块和第二传输线支撑块，所述第二传输线陶瓷块固定在所述第二传输线支撑块上，所述第二传输线支撑块固定在所述TO管座上，所述第二传输线陶瓷块设置有第四高速信号传输线。
6.根据权利要求5所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，所述第一传输线支撑块、第二传输线支撑块与所述TO管座一体成型。
7.根据权利要求1所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，所述第一高速信号传输线、第二高速信号传输线、第三高速信号传输线和第四高速信号传输线均包括平面波导微带线，所述平面波导微带线的设计与所述半导体激光器芯片的特性阻抗相匹配。
8.根据权利要求1所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，还包括背光监控二极管，所述背光监控二极管设置在所述半导体制冷器上表面，位于所述半导体激光器芯片的出光反方向；所述背光监控二极管下部设置有背光监控二极管垫块。
9.根据权利要求1所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，还包括热敏电阻，所述热敏电阻设置在所述半导体制冷器上表面或者所述激光器固定机构上。
10.根据权利要求1所述的TO-Can封装高速率光器件，其特征在于，还包括滤波电容，所述滤波电容设置在所述半导体制冷器上表面、所述TO管座上表面或者所述激光器固定机构上。
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