CN205231457U - 一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置，包括：信号陶瓷、跳垫载体支柱构件、跳垫载体、半导体致冷器和激光二极管芯片载体，所述信号陶瓷与所述跳垫载体相连接，所述跳垫载体与所述激光二极管芯片载体相连接，跳垫载体支柱构件设置于所述跳垫载体的下方，所述半导体致冷器设置于所述激光二极管芯片载体的下方。本实用新型通过跳垫载体支柱构件和跳垫载体的设置，进而与其他构件相互配合以增大了跳垫载体本身以及跳垫载体与外部热传递的热阻，进而降低跳垫载体的温度，能够大大改善光发射组件的功耗问题，降低了其功耗，有效减小半导体致冷器的负载。

Description

一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置

技术领域

本实用新型涉及一种降低功耗的装置，尤其涉及一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置。

背景技术

随着光通讯向小型化和高密度方向的发展，符合10Gb/s小型器件多源协议(Multi-SourceAgreementof10Gb/sMiniatureDevice，简称XMD)的BOX封装的光发射组件应用越来越广泛，即带致冷型BOX封装激光二极管的发射组件，在本专利申请文件中，该带致冷型BOX封装激光二极管的发射组件简称带制冷型光发射组件。

带制冷型光发射组件，即带致冷型BOX封装激光二极管发射组件有以下优势：良好的射频性能，BOX的空间较大，有足够的产品设计空间，但是功耗较大。功耗主要包括：有源功耗和无源功耗，有源功耗包括激光二极管芯片和半导体制冷器等的功耗，无源功耗包括导电金属线等的功耗，由于激光二极管芯片和半导体制冷器等器件本身功耗大，工艺复杂，所以对光发射组件内部热设计提出更高的要求，即会对带致冷型BOX封装激光二极管的发射组件的内部热设计提出更高的要求。

现有技术的带制冷型光发射组件常用的设计方法中，多根导电金属线用于连接封装外壳和COC载体，COC载体即ChiponCarrier载体，简称C0C载体；基于射频性能的考虑，要求多根导电金属线长度较短，导电金属线的导热系数达到380W/(m·K)，根据傅里叶公式可知，多根导电金属线热阻很小，这样导致封装外壳温度随环境温度变化过程中，尤其是环境温度为高温时，封装外壳会通过导电金属线将热量传递到COC上，进而导致半导体致冷器负载加大，最终导致整个光发射组件的功耗急剧增大。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够改善并降低带制冷型光发射组件功耗的装置。

对此，本实用新型提供一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置，包括：信号陶瓷、跳垫载体支柱构件、跳垫载体、半导体致冷器和激光二极管芯片载体，所述信号陶瓷与所述跳垫载体相连接，所述跳垫载体与所述激光二极管芯片载体相连接，跳垫载体支柱构件设置于所述跳垫载体的下方，所述半导体致冷器设置于所述激光二极管芯片载体的下方。

本实用新型的进一步改进在于，所述跳垫载体支柱构件包括第一跳垫载体支柱和第二跳垫载体支柱，所述第一跳垫载体支柱和第二跳垫载体支柱对称设置于所述跳垫载体两端的下方。

本实用新型的进一步改进在于，还包括第一导电金属线，所述信号陶瓷通过第一导电金属线与所述跳垫载体相连接。

本实用新型的进一步改进在于，还包括第二导电金属线，所述跳垫载体通过第二导电金属线与所述激光二极管芯片载体相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述激光二极管芯片载体包括激光二极管芯片和导热芯片载体，所述激光二极管芯片贴装在所述导热芯片载体上。

本实用新型的进一步改进在于，所述跳垫载体为导热跳垫载体，所述跳垫载体的导热系数比导热芯片载体的导热系数小。

本实用新型的进一步改进在于，所述半导体致冷器包括半导体致冷器冷端和半导体致冷器热端，所述半导体致冷器冷端设置于所述导热芯片载体的下方，所述半导体致冷器热端设置于所述半导体致冷器远离所述导热芯片载体的一端。

本实用新型的进一步改进在于，还包括封装外壳底部，所述跳垫载体支柱构件和半导体致冷器热端分别设置于所述封装外壳底部上。

本实用新型的进一步改进在于，还包括封装外壳、封装外壳盖和封装外壳引线管脚；所述封装外壳盖设置于所述封装外壳上，所述封装外壳引线管脚与所述封装外壳的一端相连接。

本实用新型的进一步改进在于，还包括封装外壳光口，所述封装外壳光口设置于所述封装外壳远离所述封装外壳引线管脚的一端。

本实用新型的进一步改进在于，还包括封装外壳光窗，所述封装外壳光窗设置于所述封装外壳光口内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过跳垫载体支柱构件和跳垫载体的设置，进而与其他构件相互配合以增大了跳垫载体本身以及跳垫载体与外部热传递的热阻，进而降低跳垫载体的温度，能够大大改善光发射组件的功耗问题，降低了其功耗，有效减小半导体致冷器的负载。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的剖面结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例组装后的整体结构示意图；

图3是本实用新型一种实施例的跳垫载体与跳垫载体支柱构件的组装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1至图3所示，本例提供一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置，包括：信号陶瓷105、跳垫载体支柱构件200、跳垫载体300、半导体致冷器500和激光二极管芯片载体600，所述信号陶瓷105与所述跳垫载体300相连接，所述跳垫载体300与所述激光二极管芯片载体600相连接，跳垫载体支柱构件200设置于所述跳垫载体300的下方，所述半导体致冷器500设置于所述激光二极管芯片载体600的下方。所述激光二极管芯片载体600即为COC载体；所述跳垫载体300为低导热系数的跳垫载体。

如图1和图2所示，本例所述跳垫载体支柱构件200包括第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202，所述第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202对称设置于所述跳垫载体300两端的下方。

如图1所示，本例还包括第一导电金属线400、第二导电金属线700、封装外壳底部106、封装外壳100、封装外壳盖101、封装外壳引线管脚102、封装外壳光口103和封装外壳光窗104；所述信号陶瓷105通过第一导电金属线400与所述跳垫载体300相连接，所述跳垫载体300通过第二导电金属线700与所述激光二极管芯片载体600相连接；所述跳垫载体支柱构件200和半导体致冷器热端502分别设置于所述封装外壳底部106上；所述封装外壳盖101设置于所述封装外壳100上，进而与所述封装外壳底部106共同形成内部带空腔的封装结构，所述信号陶瓷105、跳垫载体支柱构件200、跳垫载体300、半导体致冷器500和激光二极管芯片载体600均设置于所述空腔内；所述封装外壳引线管脚102与所述封装外壳100的一端相连接；所述封装外壳光口103设置于所述封装外壳100远离所述封装外壳引线管脚102的一端，所述封装外壳光窗104设置于所述封装外壳光口103内。

如图1所示，本例所述激光二极管芯片载体600包括激光二极管芯片601和导热芯片载体602，所述激光二极管芯片601贴装在所述导热芯片载体602上；所述跳垫载体300为导热跳垫载体，所述跳垫载体300的导热系数比导热芯片载体602的导热系数小；所述半导体致冷器500包括半导体致冷器冷端501和半导体致冷器热端502，所述半导体致冷器冷端501设置于所述导热芯片载体602的下方，所述半导体致冷器热端502设置于所述半导体致冷器500远离所述导热芯片载体602的一端。所述导热芯片载体602为高导热材料的COC载体，所述第一导电金属线400和第二导电金属线700均为多根导电金属线。

所述第二导电金属线700将激光二极管芯片载体600和跳垫载体300连接，导热芯片载体602下端面与半导体激光器冷端501组装，封装外壳100内部是氮气填充的气密封装空腔，即所述空腔为气密封装空腔，氮气的导热率很小，可以忽略不计；而第二导电金属线700较短，根据傅里叶公式可知，多根导电金属线的热阻很小，即跳垫载体300与激光二极管芯片载体600之间的热传递很充分，只要跳垫载体300温度较低，就能够减小对激光二极管芯片载体600的热负载，本例完全能够实现这一要求，因为本例增大该跳垫载体300本身以及跳垫载体300与外部热传递之间的热阻，进而降低跳垫载体300的温度，所述跳垫载体300与封装外壳100的热传递有以下两个链路。

第一热传递链路中，激光二极管芯片601在工作时产生热量，热量通过导热芯片载体602传递到半导体致冷器500，半导体致冷器500的热量通过跳垫载体支柱构件200传递到跳垫载体300上，所述跳垫载体300通过第二导电金属线700传递热量至激光二极管芯片载体600上；第二热传递链路中，环境温度的热量通过第一导电金属线400传递到跳垫载体300上，所述跳垫载体300通过第二导电金属线700传递热量至激光二极管芯片载体600。

跳垫载体300、第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202之间的组装位置示意图如图3所示，第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202选用低导热系数材料，比如二氧化硅或三氧化二铝，跳垫载体支柱构件200与半导体致冷器热端502都贴装在封装外壳底部106，且低导热系数的第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202在保证粘接强度的前提下，尽量增加高度，减小粘接面积等以增大激光二极管芯片载体600与封装外壳底部106的热阻，即增大第一热传递链路的热阻。跳垫载体300在保证阻抗匹配、与焊接材料的热膨胀系数匹配、漏电和高频损耗等前提下，尽量选用导热系数较低的材料，能够同时增大第一热传递链路和第二热传递链路的热阻。

为了验证本实用新型，将跳垫载体300、第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202更换不同的材料，在激光二极管芯片601工作温度35℃和光发射组件环境温度为90℃时，经过实验获得半导体致冷器500的功率值，得到的数据如下表所示，实验证明，本实用新型能够满足商业级和工业级的需求，因此，本例所述第一跳垫载体支柱201和第二跳垫载体支柱202选用低导热系数材料，比如二氧化硅或三氧化二铝。

本例包括以下两种热传递链路：第一热传递链路中，激光二极管芯片601在工作时产生热量，热量通过导热芯片载体602传递到半导体致冷器冷端501，半导体致冷器热端502的热量通过封装外壳底部106和跳垫载体支柱构件200传递到跳垫载体300上，所述跳垫载体300通过第二导电金属线700传递热量至激光二极管芯片载体600；第二热传递链路中，热量通过第一导电金属线400传递到跳垫载体300上，所述跳垫载体300通过第二导电金属线700传递热量至激光二极管芯片载体600。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，包括：信号陶瓷（105）、跳垫载体支柱构件（200）、跳垫载体（300）、半导体致冷器（500）和激光二极管芯片载体（600），所述信号陶瓷（105）与所述跳垫载体（300）相连接，所述跳垫载体（300）与所述激光二极管芯片载体（600）相连接，跳垫载体支柱构件（200）设置于所述跳垫载体（300）的下方，所述半导体致冷器（500）设置于所述激光二极管芯片载体（600）的下方。

2.根据权利要求1所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，所述跳垫载体支柱构件（200）包括第一跳垫载体支柱（201）和第二跳垫载体支柱（202），所述第一跳垫载体支柱（201）和第二跳垫载体支柱（202）对称设置于所述跳垫载体（300）两端的下方。

3.根据权利要求1所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，还包括第一导电金属线（400），所述信号陶瓷（105）通过第一导电金属线（400）与所述跳垫载体（300）相连接。

4.根据权利要求1所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，还包括第二导电金属线（700），所述跳垫载体（300）通过第二导电金属线（700）与所述激光二极管芯片载体（600）相连接。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，所述激光二极管芯片载体（600）包括激光二极管芯片（601）和导热芯片载体（602），所述激光二极管芯片（601）贴装在所述导热芯片载体（602）上。

6.根据权利要求5所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，所述半导体致冷器（500）包括半导体致冷器冷端（501）和半导体致冷器热端（502），所述半导体致冷器冷端（501）设置于所述导热芯片载体（602）的下方，所述半导体致冷器热端（502）设置于所述半导体致冷器（500）远离所述导热芯片载体（602）的一端。

7.根据权利要求6所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，还包括封装外壳底部（106），所述跳垫载体支柱构件（200）和半导体致冷器热端（502）分别设置于所述封装外壳底部（106）上。

8.根据权利要求7所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，还包括封装外壳（100）、封装外壳盖（101）和封装外壳引线管脚（102）；所述封装外壳盖（101）设置于所述封装外壳（100）上，所述封装外壳引线管脚（102）与所述封装外壳（100）的一端相连接。

9.根据权利要求8所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，还包括封装外壳光口（103），所述封装外壳光口（103）设置于所述封装外壳（100）远离所述封装外壳引线管脚（102）的一端。

10.根据权利要求9所述的降低带制冷型光发射组件功耗的装置，其特征在于，还包括封装外壳光窗（104），所述封装外壳光窗（104）设置于所述封装外壳光口（103）内。