CN201887327U - 内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴to封装结构 - Google Patents

内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴to封装结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，具体提供了一种内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构。该同轴TO封装结构内部包括：TO底座、薄膜型热电致冷器，硅热沉块或者导热块，半导体激光器，热敏电阻和背光探测器；薄膜型热电致冷器直接水平贴装于TO底座的底面或者薄膜型热电致冷器垂直于TO底座底面贴装于TO底座上的导热块。本实用新型主要通过将具有热量快速转移作用的薄膜型热电致冷器(TEC)引入到TO封装的半导体激光器底部，实现半导体激光器的温度控制，具有温度可控和可靠性好等特点。

Description

内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构
技术领域
本实用新型涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器同轴TO封装的结构。
背景技术
同轴TO封装的半导体激光器具有结构简单，元件紧凑，容易批量生产，成本低廉等特点，所以在光接入网有着广泛的应用。但是现有的同轴TO封装的半导体激光器，因为TO内部没有致冷器，散热是一个不容回避的问题。当外界温度增高或激光器阈电流增大时，激光将加速退化，导致激光器TO的可靠性问题。即使人们想把那种块状的半导体致冷器放于TO中，由于受到TO体积的限制，也不能如愿。所以到目前为止还没有一种对激光器TO进行温度控制的有效手段，这使得半导体激光器芯片在工作过程中不断积累热量，从而工作在一个较高的温度下，使得激光器芯片的工作性能劣化：输出功率减小，波长漂移，噪声变大等，这些从很大程度上限制了TO封装半导体激光器的应用范围。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，在传统同轴TO封装的半导体激光器中，引入薄膜型热电致冷器(TEC)，实现TO内部激光器工作温度的控制。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，包括TO底座、薄膜型热电致冷器、硅热沉块、半导体激光器、热敏电阻和背光探测器；薄膜型热电致冷器直接水平贴装于TO底座的上表面；硅热沉块作为半导体激光器、热敏电阻和背光探测器的载体，直接贴装于薄膜型热电致冷器的上表面。
作为优选的技术方案，所述薄膜型热电致冷器采用薄膜复合材料，结构尺寸不大于3mmx3mmx0.8mm。
作为优选的技术方案，所述薄膜型热电致冷器通过BiSn焊料经真空烧结后固定在TO底座的上表面，所述硅热沉块通过BiSn焊料经真空烧结后固定在薄膜型热电致冷器的上表面。
作为优选的技术方案，所述硅热沉块上有一个特定角度(45度±10度)的高反射率斜面，从半导体激光器发出的水平光在遇到此高反射率斜面后会改变传播方向，从水平于TO底座的传播改变为垂直于TO底座的传播，从而实现光路的转置。
作为优选的技术方案，半导体激光器是通过AuSn焊料固定在硅热沉块上的。
作为优选的技术方案，热敏电阻和背光探测器是通过导电胶经高温烘烤固化后固定在硅热沉块上的。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的另一个技术方案是：
一种内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，包括TO底座、薄膜型热电致冷器、导热块、半导体激光器、热敏电阻和背光探测器；薄膜型热电致冷器垂直于TO底座底面，直接贴装于TO底座上的导热块；半导体激光器和热敏电阻直接贴装于薄膜型热电致冷器的上表面；背光探测器直接贴装于TO底座上的导热块。
作为优选的技术方案，所述薄膜型热电致冷器采用薄膜复合材料，结构尺寸不大于3mmx3mmx0.8mm。
作为优选的技术方案，所述薄膜型热电致冷器通过BiSn焊料经真空烧结后固定在TO底座上的导热块；所述背光探测器是相对于半导体激光器的后表面倾斜8度，通过导电胶经高温烘烤固化后固定在TO底座上的导热块。
作为优选的技术方案，所述半导体激光器是通过AuSn焊料固定在薄膜型热电致冷器的上表面；所述热敏电阻是通过导电胶经高温烘烤固化后固定在薄膜型热电致冷器的上表面。
本实用新型的有益效果是：通过在TO封装的基础上引入薄膜型TEC，可以很好地控制TO内部的温度，使得半导体激光器芯片工作在预先设定好的温度点，避免因为温度升高造成的激光器性能的劣化，提高了激光器的可靠性，从而使得内置薄膜型TEC的TO封装的半导体激光器使用范围更广泛。
附图说明
图1是薄膜型TEC水平贴装于TO底面的示意图。
图2是具有特定角度(45度±10度)反射镜的硅热沉块示意图。
图3是薄膜型TEC侧贴装于TO内部导热块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
根据现有TO底座结构的不同，本实用新型提出了两种封装形式：一种形式如图1所示，半导体激光器平贴于TO底座上；另一种形式如图3所示，半导体激光器侧贴于TO内部的导热块上。
如图1所示，其中一种封装形式的结构包括：TO底座1、薄膜型热电致冷器3、硅热沉块4、半导体激光器5、热敏电阻6和背光探测器7。TO底座1具有比较好的导热特性，薄膜型热电致冷器3的下表面可以直接贴装于TO底座1的上表面，硅热沉块4作为半导体激光器5、热敏电阻6和背光探测器7的载体，可直接贴装于薄膜型热电致冷器3的上表面(冷面)。半导体激光器5工作过程中产生的热量可以通过具有良好导热特性的硅热沉块4传到薄膜型热电致冷器3的下表面(热面)，然后热量就可以通过薄膜型热电致冷器3抽送到TO底座1上，从而将热量散发到器件外部。如图2所示，硅热沉块4上有一个特定角度(45±10度)的高反射率斜面，从半导体激光器5发出的水平光在遇到此反射面后会改变传播方向，从水平于TO底座1传播改变为垂直于TO底座1传播，从而实现光路的转置。
对于图1所示的封装形式，采用以下实施步骤：将半导体激光器5通过AuSn焊料(280℃)固定在硅热沉块4上，然后将装载有半导体激光器5的硅热沉块4和薄膜型热电致冷器3以及TO底座1按照图1所示的位置关系，使用BiSn焊料(138℃)通过真空烧结的方式固定在一起，然后使用导电胶将热敏电阻6和背光探测器7粘贴在硅热沉块4上，再通过高温烘烤(85℃)的办法使得导电胶固化。
如图3所示，另一种封装形式的结构包括：TO底座2、薄膜型热电致冷器3、导热块8、半导体激光器5、热敏电阻6和背光探测器7。TO底座2内部本身带有一个导热块8，薄膜型热电致冷器3的下表面直接贴装在于此导热块8上，半导体激光器5和热敏电阻6直接贴装于薄膜型热电致冷器3的上表面。背光探测器7相对于半导体激光器5的后表面倾斜8度，直接贴装于TO底座2的导热块8上。
对于图3所示的结构，采用以下实施步骤：将半导体激光器5通过AuSn焊料(280℃)固定在薄膜型热电致冷器3的上表面；然后将薄膜型热电致冷器3和导热块8按照图3所示的位置关系，使用BiSn焊料(138℃)通过真空烧结的方式固定在一起；然后使用导电胶将热敏电阻6按照图3所示的位置贴装在薄膜型热电致冷器3上，将背光探测器7按照图3所示的位置贴装在导热块8上，再通过高温烘烤的办法使得导电胶固化。
上述薄膜型热电致冷器3是用薄膜复合材料制作的，其结构尺寸不大于3mmx3mmx0.8mm，它具有体积小、传热效率高等特点，适合于用作TO中激光器的温度控制器。
以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，包括TO底座、薄膜型热电致冷器、硅热沉块、半导体激光器、热敏电阻和背光探测器；
薄膜型热电致冷器直接水平贴装于TO底座的上表面；
硅热沉块作为半导体激光器、热敏电阻和背光探测器的载体，直接贴装于薄膜型热电致冷器的上表面。
2.如权利要求1所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，所述薄膜型热电致冷器采用薄膜复合材料，结构尺寸不大于3mmx3mmx0.8mm。
3.如权利要求1所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，所述薄膜型热电致冷器通过BiSn焊料经真空烧结后固定在TO底座的上表面，所述硅热沉块通过BiSn焊料经真空烧结后固定在薄膜型热电致冷器的上表面。
4.如权利要求1所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，所述硅热沉块上有一个角度为45度±10度的高反射率斜面，从半导体激光器发出的水平光在遇到此高反射率斜面后会改变传播方向，从水平于TO底座的传播改变为垂直于TO底座的传播，从而实现光路的转置。
5.如权利要求1所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，半导体激光器是通过AuSn焊料固定在硅热沉块上的。
6.如权利要求1所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，热敏电阻和背光探测器是通过导电胶经高温烘烤固化后固定在硅热沉块上的。
7.一种内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，包括TO底座、薄膜型热电致冷器、导热块、半导体激光器、热敏电阻 和背光探测器；
薄膜型热电致冷器垂直于TO底座底面，直接贴装于TO底座上的导热块；
半导体激光器和热敏电阻直接贴装于薄膜型热电致冷器的上表面；
背光探测器直接贴装于TO底座上的导热块。
8.如权利要求7所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，所述薄膜型热电致冷器采用薄膜复合材料，结构尺寸不大于3mmx3mmx0.8mm。
9.如权利要求7所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，所述薄膜型热电致冷器通过BiSn焊料经真空烧结后固定在TO底座上的导热块；所述背光探测器是相对于半导体激光器的后表面倾斜8度，通过导电胶经高温烘烤固化后固定在TO底座上的导热块。
10.如权利要求7所述的内置致冷器、温度可控的半导体激光器同轴TO封装结构，其特征在于，所述半导体激光器是通过AuSn焊料固定在薄膜型热电致冷器的上表面；所述热敏电阻是通过导电胶经高温烘烤固化后固定在薄膜型热电致冷器的上表面。 
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