CN112526681A - 一种基于to封装的光收发一体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通信技术领域，提供了一种基于TO封装的光收发一体装置，包括TO管座、设于所述TO管座上的TO管帽以及沿轴向贯穿所述TO管座的基板，所述TO管座和所述TO管帽围合形成气密空间，所述基板部分位于所述气密空间内，所述基板和所述TO管帽之间还设有凸台；位于所述气密空间内的所述基板上设有光接收组件和光发射组件的部分结构，所述凸台上设有所述光发射组件的另外一部分结构。本发明的一种基于TO封装的光收发一体装置，通过基于TO封装的形式且通过光发射组件和光接收组件的布置，集成发射端、接收端于一体，具有较短的生产流程、较小的体积以及较低的生产成本，同时可以使光模块的体积更小，组装更简单，且适用于高速产品。

Description

一种基于TO封装的光收发一体装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体为一种基于TO封装的光收发一体装置。
背景技术
目前，光收发一体光模块中所用组件主要设计结构包括发射端与接收端分开TO-CAN(Transistor-Outline)封装组件及光收发金属结构的器件，其存在生产流程长，器件体积较大，光模块组装空间要求较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TO封装的光收发一体装置，通过基于TO封装的形式且通过光发射组件和光接收组件的布置，集成发射端、接收端于一体，具有较短的生产流程、较小的体积以及较低的生产成本，同时可以使光模块的体积更小，组装更简单。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于TO封装的光收发一体装置，包括TO管座、设于所述TO管座上的TO管帽以及沿轴向贯穿所述TO管座的基板，所述TO管座和所述TO管帽围合形成气密空间，所述基板部分位于所述气密空间内，所述基板和所述TO管帽之间还设有凸台；位于所述气密空间内的所述基板上设有光接收组件和光发射组件的部分结构，所述凸台上设有所述光发射组件的另外一部分结构。
进一步，所述光接收组件包括探测器准直透镜、放大器电芯片、设于所述放大器电芯片一侧的滤波电容以及设于所述放大器电芯片上的探测器光芯片，所述探测器准直透镜、所述滤波电容以及所述放大器电芯片均安设于所述基板上。
进一步，所述基板上还设有MPD芯片，所述光发射组件包括LD芯片，所述LD芯片位于所述MPD芯片一侧且二者均安设于所述基板不同于所述放电器电芯片的位置。
进一步，还包括与外部电路电气连接的软板，所述LD芯片、所述MPD芯片、所述探测器光芯片、所述放大器电芯片以及所述滤波电容均与所述软板电气连接。
进一步，所述MPD芯片采用侧入光接收结构，可以与光波导进行良好的耦合对接。
进一步，所述光发射组件还包括沿光路依次布设的LD准直透镜、光隔离器以及滤波片，所述LD准直透镜以及所述光隔离器均设于所述凸台上。
进一步，所述凸台上还设有滤波片支架，所述滤波片支架位于靠近所述光隔离器的位置，所述滤波片设于所述滤波片支架上。
进一步，所述基板上具有镀金层。
进一步，所述TO管座和所述TO管帽通过电阻焊封焊固定。
进一步，所述基板与所述凸台采用烧结密封方法进行密封。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于TO封装的光收发一体装置，通过基于TO封装的形式且通过光发射组件和光接收组件的布置，集成发射端、接收端于一体，具有较短的生产流程、较小的体积以及较低的生产成本，同时可以使光模块的体积更小，组装更简单，且适用于高速产品。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的侧视图；
图3为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的局部细节放大示意图；
图4为图1去掉了TO管帽的俯视视角的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的基板的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的基板的侧视图；
图7为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的TO管座的示意图；
图8为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的尾纤适配器的示意图；
图9为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的软板的示意图；
图10为本发明实施例提供的一种基于TO封装的光收发一体装置的光路原理图；
附图标记中：10-TO管座；20-TO管帽；30-探测器光芯片；40-滤波电容；50-基板；60-放大器电芯片；70-光隔离器；80-MPD芯片；90-LD芯片；100-凸台；110-滤波片；120-滤波片支架；130-LD准直透镜；140-探测器准直透镜；150-光纤；151-接头；152-准直透镜；160-软板；501-LD焊料片放置区域；502-第一镀金层；503-第二镀金层；504-第三镀金层；506-第四镀金层；507-第五镀金层；508-第六镀金层；509-第七镀金层；510-第八镀金层；511-基板的上表面图形；505-第九镀金层。
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。
请参阅图1，本发明实施例提供一种基于TO封装的光收发一体装置，包括TO管座10、设于所述TO管座10上的TO管帽20以及沿轴向贯穿所述TO管座10的基板50，所述TO管座10和所述TO管帽20围合形成气密空间，所述基板50部分位于所述气密空间内，所述基板50和所述TO管帽20之间还设有凸台100；位于所述气密空间内的所述基板50上设有光接收组件和光发射组件的部分结构，所述凸台100上设有所述光发射组件的另外一部分结构。在本实施例中，通过基于TO封装的形式且通过光发射组件和光接收组件的布置，集成发射端、接收端于一体，具有较短的生产流程、较小的体积以及较低的生产成本，同时可以使光模块的体积更小，组装更简单，且适用于高速产品。具体地，基板50贯穿TO管座10，使得一部分基板50位于TO管座10的上端面一侧，另一部分基板50位于TO管座10的下端面一侧，而光接收组件和光发射组件都将设于该上端面一侧，即可实现光发射一体化结构。而在分设光接收组件和光发射组件时，光接收组件和有一部分的光发射组件均设于基板50上，而另外一部分的光发射组件则设在凸台100上，该凸台100是设于TO管帽20和基板50之间的凸台100上，整体结构上如图1所示，基板50设于该凸台100上的，如此构建出来的新结构既可以满足光收发的要求，同时还优化了体积降低了生产成本。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，所述光接收组件包括探测器准直透镜140、放大器电芯片60、设于所述放大器电芯片60一侧的滤波电容40以及设于所述放大器电芯片60上的探测器光芯片30，所述探测器准直透镜140、所述滤波电容40以及所述放大器电芯片60均安设于所述基板50上。所述基板50上设有MPD芯片80，所述光发射组件包括LD芯片90，所述LD芯片90位于所述MPD芯片80一侧且二者均安设于所述基板50不同于所述放大器电芯片60的位置。所述光发射组件还包括沿光路依次布设的LD准直透镜130、光隔离器70以及滤波片110，所述LD准直透镜130以及所述光隔离器70均设于所述凸台100上，所述凸台100上还设有滤波片支架120，所述滤波片支架120位于靠近光隔离器70的位置，所述滤波片110设于所述滤波片支架120上。在本实施例中，光接收组件包括的部件和光发射组件包括的部件按照特定的位置关系布局，其中MPD芯片80、滤波电容40、放大器电芯片60以及探测器光芯片30均使用环氧导电胶粘接，如探测器光芯片30通过环氧导电胶粘贴在放大器电芯片60上，放大器电芯片60通过环氧导电胶设置在基板50上，如图3所示，探测器光芯片30采用侧入光接收结构，可以与光波导进行良好的耦合对接，通过环氧导电胶固定在放大器电芯片60上，隔离器、滤波片支架120、滤波片110均通过环氧导电胶依次贴装在LD准直透镜130上面。基板50上的LD焊料片放置区域501通过焊料片与LD芯片90采用AuSn(280°)共晶焊工艺焊接。放大器电芯片60的接地脚通过金丝键合与基板50电气连接。其中的滤波电容40对供电电流起到滤波的作用。探测器光芯片30的正负极分别通过一根金丝键合与放大器电芯片60电气连接。请参阅图1和图4，LD准直透镜130、探测器准直透镜140分别通过光束质量分析仪耦合并采用环氧导电胶贴装在TO管座10设置的凸台100和基板50上的对应区域。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图8，本装置还包括与外部电路电气连接的软板160，所述LD芯片90、所述MPD芯片80、所述探测器光芯片30、所述放大器电芯片60以及所述滤波电容40均与所述软板160电气连接。在本实施例中，软板160在生产中起到与外部电路电气连接的作用。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图5，所述基板50上具有镀金层。在本实施例中，镀金层用来使各个部件电连接，镀金层按照位置的不同，我们将其分别定义为第一镀金层502、第二镀金层503、第三镀金层504、第四镀金层506、第五镀金层507、第六镀金层508、第七镀金层509、第八镀金层510、第九镀金层505，其中MPD芯片80的负极电极通过金丝键合与基板50上的第六镀金层508电气连接，正电极通过金丝键合与基板50上的第七镀金层509电气连接。LD芯片90正极电极通过金丝键合与基板50上的第八镀金层510电气连接。基板50上的第九镀金层505，该第九镀金层505为基板50上侧面的镀金层，使基板50上的第二镀金层503与底座电气连接。放大器电芯片60通过环氧导电胶设置在基板50的第二镀金层503上，放大器电芯片60对应两个管脚分别通过一根金丝键合与基板50上的第一镀金层502电气连接，放大器芯片60对应管脚通过基板50上设置的滤波电容40过渡与基板50上的设置的第三镀金层504电气连接。放大器电芯片60对应高频信号输出管脚通过金丝键合与基板50上的信号输出第四镀金层506和信号输出第五镀金层507电气连接，实现高频信号的输出。
作为本发明实施例的优化方案，所述基板50的材料为氮化铝，其介电常数为在7.5～9.5之间，热导率在150～190w/m·k之间。在本实施例中，介电常数优选为8.5，热导率优选为170w/m·k，AlN基板上表面按图形设计采用电子束蒸发技术形成一层厚度为1微米的Ti/Pt/Au镀金层，其中标号501是LD焊料片放置区域，焊料片为一层5微米的70％Au30％Sn焊料片。如图6所示，AlN基板的上表面图形511以及上侧面的第九镀金层505设计为一层厚度1微米的Ti/Pt/Au镀金层。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1、图2和图3，所述TO管座10和所述TO管帽20通过电阻焊封焊固定。在本实施例中，其采用金丝键合工艺完成光收发一体装置内部元件之间的电气连接。键合金丝采用25微米直径金丝焊接，TO管帽20与TO管座10采用电阻焊接在漏点低于-40度的环境下完成焊接，TO管帽20与尾纤适配器通过激光焊斜焊焊接。另外，如图7所示，TO管座10上设置的圆弧梯形凸台100，长7毫米宽4.5毫米，主要提供基板50的贴装区域，以及光隔离器70、滤波片支架120、滤波片110、LD准直透镜130的贴装区域。
作为本发明实施例的优化方案，所述基板50与所述凸台100采用烧结密封方法进行密封。保证光收发一体装置的气密性结构。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图9，尾纤适配器与TO管帽20通过激光焊焊接固定。在本实施例中，尾纤适配器的一端采用常规SC/APC接头151，另一端为陶瓷光纤150棒，此处设准直透镜152，通过胶水固定到适配器金属管体上，准直透镜152与光纤150通过光束质量分析仪耦合后被粘接固定，本装置的发射端的准直光经过该准直透镜152耦合到光纤150中，从接头151入射的光经过光纤150，变为发散光，由准直透镜152变为准直光，进入到装置中，被探测器光芯片30接收。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图10，为光路原理图，适用光收发不同波长光信号，分为LD光路第一波长，PD光路第二波长。其LD芯片90发出的第一波长发散光通过LD准直透镜130变成准直光，准直光通过光隔离器70、滤波片110、TO管帽20，在尾纤适配器的准直透镜152的作用下，变成汇聚光入射到尾纤适配器的光纤150中，并通过接头151输出，从接头151入射的第二波长光信号，经过光纤150变为发散光，由准直透镜152变为准直光，经过TO管帽20、滤波片110折射，在准直透镜152的作用下，变为汇聚光入射在探测器光芯片30测入光敏面上，被探测器光芯片30接收。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：包括TO管座、设于所述TO管座上的TO管帽以及沿轴向贯穿所述TO管座的基板，所述TO管座和所述TO管帽围合形成气密空间，所述基板部分位于所述气密空间内，所述基板和所述TO管帽之间还设有凸台；位于所述气密空间内的所述基板上设有光接收组件和光发射组件的部分结构，所述凸台上设有所述光发射组件的另外一部分结构。
2.如权利要求1所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述光接收组件包括探测器准直透镜、放大器电芯片、设于所述放大器电芯片一侧的滤波电容以及设于所述放大器电芯片上的探测器光芯片，所述探测器准直透镜、所述滤波电容以及所述放大器电芯片均安设于所述基板上。
3.如权利要求2所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述基板上还设有MPD芯片，所述光发射组件包括LD芯片，所述LD芯片位于所述MPD芯片一侧且二者均安设于所述基板不同于所述放电器电芯片的位置。
4.如权利要求3所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：还包括与外部电路电气连接的软板，所述LD芯片、所述MPD芯片、所述探测器光芯片、所述放大器电芯片以及所述滤波电容均与所述软板电气连接。
5.如权利要求3所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述MPD芯片采用侧入光接收结构，可以与光波导进行良好的耦合对接。
6.如权利要求1所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述光发射组件还包括沿光路依次布设的LD准直透镜、光隔离器以及滤波片，所述LD准直透镜以及所述光隔离器均设于所述凸台上。
7.如权利要求6所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述凸台上还设有滤波片支架，所述滤波片支架位于靠近所述光隔离器的位置，所述滤波片设于所述滤波片支架上。
8.如权利要求1所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述基板上具有镀金层。
9.如权利要求1所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述TO管座和所述TO管帽通过电阻焊封焊固定。
10.如权利要求1所述的一种基于TO封装的光收发一体装置，其特征在于：所述基板与所述凸台采用烧结密封方法进行密封。
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