TW202241077A - 晶體管外形封裝光收發器 - Google Patents

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Abstract

一種晶體管外形封裝光收發器，包括晶體管外形封裝、元件座、雷射器、第一以及第二波分多工棱鏡、第一以及第二光電探測器。元件座設置於晶體管外形封裝內部。雷射器安裝於元件座，雷射器發射一輸出光信號，並朝晶體管外形封裝外傳輸。第一以及第二波分多工棱鏡、第一以及第二光電探測器安裝於元件座。輸出光信號依序通過第二波分多工棱鏡以及第一波分多工棱鏡，第一輸入光信號經由第一波分多工棱鏡傳輸至第一光電探測器，第二輸入光信號通過第一波分多工棱鏡，並經由第二波分多工棱鏡傳輸至第二光電探測器。

Description

晶體管外形封裝光收發器
本發明有關於一種晶體管外形封裝光收發器，尤指一種採用單纖三向晶體管外形封裝模式的晶體管外形封裝光收發器。
光纖通訊網路具有低傳輸損失、高數據保密性、優秀的抗干擾性，以及超大頻寬等特性，已是現代主要的資訊通訊方式，其中，用於接受來自光纖網路的光訊號並將其轉換成電訊號傳輸，及/或將電訊號轉換成光訊號再藉由光纖網路向外傳輸的光收發器(Optical Transceiver)是光纖通訊技術中最重要的基礎元件之一。
然而，傳統單纖三向器件分別由三個獨立的晶體管外形封裝元件組裝而成，每一個晶體管外形封裝元件都需要進行單獨貼片，金線鍵合及氣密封裝等程序，且須分別與濾光器光耦合，導致組裝程序複雜，影響產品的良率以及產量。
有鑑於此，在本發明一實施例中，提供一種晶體管外形封裝光收發器，能夠減小元件體積並簡化組裝程序，以提高元件的穩定性。
本發明一實施例揭露一種晶體管外形封裝光收發器，包括晶體管外形封裝、元件座、雷射器、第一波分多工棱鏡以及第二波分多工棱鏡、第一光電探測器以及第二光電探測器。元件座設置於晶體管外形封裝內部。雷射器安裝於元件座，雷射器發射一輸出光信號，並朝晶體管外形封裝外傳輸。第一波分多工棱鏡、第二波分多工棱鏡第一光電探測器以及第二光電探測器安裝於元件座。輸出光信號依序通過第一波分多工棱鏡以及第二波分多工棱鏡，第一輸入光信號經由第一波分多工棱鏡傳輸至第一光電探測器，第二輸入光信號通過第一波分多工棱鏡，並經由第二波分多工棱鏡傳輸至第二光電探測器。
根據本發明一實施例，上述晶體管外形封裝包括一晶體管外形頭部，用以設置上述元件座；以及一晶體管外形帽部，與上述晶體管外形頭部耦接，並與上述晶體管外形頭部形成密閉空間以容納上述元件座。
根據本發明一實施例，上述元件座包括一基板、設置於上述基板一側的第一支撐座以及設置於上述基板另一側的第二支撐座，其中上述第一波分多工棱鏡以及上述第二波分多工棱鏡設置於上述基板，上述第一光電探測器設置於上述第一支撐座，以及上述第二光電探測器設置於上述第二支撐座。
根據本發明一實施例，上述第一光電探測器以及上述第二光電探測器相對於上述晶體管外形頭部的距離不同。
根據本發明一實施例，上述元件座更包括一第三支撐座，設置於上述基板並位於上述第一支撐座以及上述第二支撐座之間，上述第三支撐座用以設置一監控式光電探測器。
根據本發明一實施例，上述基板、上述第一支撐座、上述第二支撐座、以及上述第三支撐座為一體成型的結構。
根據本發明一實施例，上述元件座與上述晶體管外形頭部為一體成型的結構。
根據本發明一實施例，上述第一光電探測器為雪崩式光電探測器，上述第二光電探測器為PIN二極管。
根據本發明一實施例，上述雷射器、上述第一波分多工棱鏡以及上述第二波分多工棱鏡位於一軸線上，上述第一光電探測器以及上述第二光電探測器位於上述軸線兩側。
根據本發明實施例所提供的晶體管外形封裝光收發器，將雷射器以及兩個不同波長的光電探測器貼裝在單一晶體管外形封裝(例如TO85器件)中，相較於傳統單纖三向器件分別由三個獨立的晶體管外形封裝元件組裝而成，可以有效減少晶體管外形頭部以及晶體管外形帽部的物料，並且減少氣密封裝晶體管外形頭部以及晶體管外形帽部以及光耦合的次數，有效降低組裝程序的複雜度，相對的，提高了產品的良率以及產量。
為了便於本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖與實施例對本發明進一步的詳細描述，應當理解，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。熟悉此技藝之人士可利用這些實施例或其他實施例所描述之細節及其他可以利用的結構，邏輯和電性變化，在沒有離開本發明之精神與範圍之下以實施發明。
本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。其中，圖示和說明書中使用之相同的元件編號係表示相同或類似之元件。本說明書之圖示為簡化之形式且並未以精確比例繪製。爲清楚和方便說明起見，方向性用語（例如頂、底、上、下以及對角）係針對伴隨之圖示說明。而以下說明所使用之方向性用語在沒有明確使用在以下所附之申請專利範圍時，並非用來限制本發明之範圍。
再者，在說明本發明一些實施例中，說明書以特定步驟順序說明本發明之方法以及（或）程序。然而，由於方法以及程序並未必然根據所述之特定步驟順序實施，因此並未受限於所述之特定步驟順序。熟習此項技藝者可知其他順序也為可能之實施方式。因此，於說明書所述之特定步驟順序並未用來限定申請專利範圍。再者，本發明針對方法以及（或）程序之申請專利範圍並未受限於其撰寫之執行步驟順序，且熟習此項技藝者可瞭解調整執行步驟順序並未跳脫本發明之精神以及範圍。
圖1顯示根據本發明一實施例所述的晶體管外形封裝光收發器的示意圖。根據本發明實施例，光收發器採用單纖三向晶體管外形封裝模式。如圖所示，根據本發明一實施例所述的晶體管外形(Transistor Outline，TO)封裝光收發器10與光纖端子12連接，光纖端子12用於對準晶體管外形封裝光收發器10與光纖之間的光傳輸軸。晶體管外形封裝光收發器10包括晶體管外形封裝，晶體管外形封裝由晶體管外形頭部14以及晶體管外形帽部16構成。晶體管外形頭部14以及晶體管外形帽部16以氣密狀態組裝，並形成一密閉空間。另外，晶體管外形頭部14底部延伸出多個穿過晶體管外形頭部14的電導體引腳18。在本實施例中，管座引腳18呈直列式佈局，在其他實施例中也可呈圓形佈置，以在高頻率範圍下獲得較好的RF性能。
圖2顯示根據本發明一實施例所述的晶體管外形封裝光收發器，移除晶體管外形帽部16的示意圖。如圖所示，根據本發明一實施例所述的晶體管外形(Transistor Outline，TO)封裝光收發器10包括元件座20。元件座20設置於由晶體管外形頭部14以及晶體管外形帽部16所構成的晶體管外形封裝內的密閉空間中，並設置於晶體管外形頭部14上。根據本發明一實施例，元件座20與晶體管外形頭部14是獨立的元件，元件座20可透過黏貼的方式設置於晶體管外形頭部14上。根據本發明另一實施例，元件座20與晶體管外形頭部14可以整合為一體成型的元件，若將元件座20與晶體管外形頭部14整合為一體成型的結構，更可提高組裝的效率。
元件座20包括基板31、設置於基板31一側的第一支撐座33、設置於基板31另一側的第二支撐座35以及第三支撐座36。根據本發明一實施例，基板31、第一支撐座33、第二支撐座35以及第三支撐座36可為一體成型的結構，當基板31、第一支撐座33、第二支撐座35以及第三支撐座36一體成型時，可具有相同的材質，例如金屬或塑膠。在其他實施例中，元件座20也可由基板31、第一支撐座33、第二支撐座35以及第三支撐座36透過組裝組合而成。基板31、第一支撐座33、第二支撐座35以及第三支撐座36分別具有元件設置面，而第一支撐座33以及第二支撐座35的元件設置面彼此平行，且分別與第三支撐座36的元件設置面正交。第一支撐座33、第二支撐座35以及第三支撐座36的元件設置面分別與基板31的元件設置面正交。具體而言，第一支撐座33、第二支撐座35以及第三支撐座36分別朝遠離基板31的方向延伸。第一波分多工棱鏡(wavelength division multiplexing prism，WDM 棱鏡)37、第二波分多工棱鏡39以及雷射器41設置於基板31的元件設置面，第一光電探測器43設置於第一支撐座33，第二光電探測器45設置於第二支撐座35，而監控式光電探測器47設置於第三支撐座36。根據本發明一實施例，監控式光電探測器47、雷射器41、第一波分多工棱鏡37以及第二波分多工棱鏡39位於一軸線上，而第一光電探測器43以及第二光電探測器45位於上述軸線兩側，在其他實施例中，第一光電探測器43以及第二光電探測器45也可位於上述軸線的同一側。必須說明的是，為了避免光路受到影響，第一光電探測器43以及第二光電探測器45相對於晶體管外形頭部14的距離必須不同。另外，第一波分多工棱鏡37以及第二波分多工棱鏡39可為兩個獨立的元件，也可為整合為一體的波分多工棱鏡。
圖3顯示根據本發明一實施例所述的晶體管外形封裝光收發器，移除晶體管外形帽部16的示意圖，並加入光路的說明。根據本發明實施例所述的光收發器，基於乙太無源光網（EP0N)和千兆無源光網（GP0N)的FTTH技術方案，採用1310 nm、1490 nm、1550 nm 三波長分配方案。其中光信號波長1490 nm用於語音、數據和 IP視頻信號的下傳；光信號波長1550 nm用於類比視頻信號下傳；光信號波長1310 nm專門用於數據和IP視頻信號的上傳。如圖3所示，多個光學元件安裝於元件座20的元件設置面上，光學元件包括雷射器32、第一光電探測器43以及第二光電探測器45。雷射器41為光源。在光通訊系統中，通常使用發光二極管或雷射二極管作為光源。根據本發明一實施例，雷射器41可包括單個或多個垂直腔面發射雷射二極管(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode，以下簡稱VCSEL)，或稱面射型雷射二極管，多個VCSEL構成陣列，並由驅動芯片驅動而發射光訊號。在其他實施例中，亦可使用其他可作為光源的元件，例如發光二極管、邊射型雷射二極管(Edge Emitting Laser Diode，EELD)或分布式反饋雷射器 ( Distributed Feedback Laser，DFB)。根據本發明一實施例，雷射器41為分布式反饋雷射器，所發出的輸出光信號L1的波長為1310nm。
第一光電探測器43以及第二光電探測器45用以將感測到的光信號轉換為電信號。光電探測器的種類可包括PN型光電二極管、PIN型光電二極管和雪崩式光電二極管等，根據本發明一實施例，第一光電探測器43可為雪崩式光電二極管，用以偵測輸入光信號L2，輸入光信號L2的波長為1490nm；而第二光電探測器45可為PIN二極管，用以偵測輸入光信號L3，輸入光信號L3的波長為1550nm。根據本發明一實施例，還可包括監控式光電探測器47，用於監控雷射器41的操作參數，例如光信號L1的輸出功率。
第一波分多工棱鏡37、第二波分多工棱鏡39可以讓特定波長範圍的光反射或穿透。如圖3所示，雷射器41所發射的輸出光信號L1沿著平行基板31的元件設置面的方向發出，根據本發明一實施例，輸出光信號L1的波長為1310nm，可通過第二波分多工棱鏡39與第一波分多工棱鏡37，最後輸出光信號L1傳輸到晶體管外形封裝光收發器外部的光纖。第一波分多工棱鏡37可讓1550nm的輸入光信號L3透射，但會將波長為1490nm的輸入光信號L2反射至第一光電探測器43，而第二波分多工棱鏡39會將波長為1550nm的輸入光信號L3反射至第二光電探測器45。因此，透過第一波分多工棱鏡37與第二波分多工棱鏡39的配置，雷射器41所發射的輸出光信號L1可依序經由第二波分多工棱鏡39與第一波分多工棱鏡37傳輸到晶體管外形封裝光收發器外部的光纖，輸入光信號L2經由第一波分多工棱鏡37反射至第一光電探測器43，而輸入光信號L3通過第一波分多工棱鏡37，並經由第二波分多工棱鏡39反射至第二光電探測器45。
必須說明的是，雷射器41、第一光電探測器43、第二光電探測器45以及監控式光電探測器47還透過金線鍵合與電導體引腳18電性連接，另外，根據本發明實施例所述的晶體管外形封裝光收發器還可包括其他用來驅動雷射器41的雷射器驅動器及其他實施光信號發射功能所必要的電路元件，也可包括控制電路，這些設計為本領域技術人員所熟知，因此不予贅述以精簡說明。
根據本發明實施例，將雷射器以及兩個不同波長的光電探測器貼裝在單一晶體管外形封裝(例如TO85器件)中，相較於傳統單纖三向器件分別由三個獨立的晶體管外形封裝元件組裝而成，可以有效減少晶體管外形頭部以及晶體管外形帽部的物料，並且減少氣密封裝晶體管外形頭部以及晶體管外形帽部以及光耦合的次數，有效降低組裝程序的複雜度，相對的，提高了產品的良率以及產量。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅爲本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10:晶體管外形封裝光收發器 12:光纖端子 14:晶體管外形頭部 16:晶體管外形帽部 18:電導體引腳 20:元件座 31:基板 33:第一支撐座 35:第二支撐座 36:第三支撐座 37:第一波分多工棱鏡 39:第二波分多工棱鏡 41:雷射器 43:第一光電探測器 45:第二光電探測器 47:監控式光電探測器 L1:輸出光信號 L2、L3:輸入光信號
圖1顯示根據本發明一實施例所述的晶體管外形封裝光收發器的示意圖。 圖2顯示根據本發明一實施例所述的晶體管外形封裝光收發器，移除晶體管外形帽部的示意圖。 圖3顯示根據本發明一實施例所述的晶體管外形封裝光收發器，移除晶體管外形帽部的示意圖，並加入光路的說明。
無
10:晶體管外形封裝光收發器
14:晶體管外形頭部
18:電導體引腳
20:元件座
31:基板
33:第一支撐座
35:第二支撐座
36:第三支撐座
37:第一波分多工棱鏡
39:第二波分多工棱鏡
41:雷射器
43:第一光電探測器
45:第二光電探測器
47:監控式光電探測器
L1:輸出光信號
L2、L3:輸入光信號

Claims (9)

  1. 一種晶體管外形封裝光收發器，包括: 一晶體管外形封裝； 一元件座，設置於上述晶體管外形封裝內部； 一雷射器，安裝於上述元件座，其中上述雷射器發射一輸出光信號，並朝上述晶體管外形封裝外傳輸； 一第一波分多工棱鏡以及一第二波分多工棱鏡，安裝於上述元件座；以及 一第一光電探測器以及一第二光電探測器，安裝於上述元件座，其中上述輸出光信號依序通過上述第一波分多工棱鏡以及上述第二波分多工棱鏡，一第一輸入光信號經由上述第一波分多工棱鏡傳輸至上述第一光電探測器，一第二輸入光信號通過上述第一波分多工棱鏡，並經由上述第二波分多工棱鏡傳輸至上述第二光電探測器。
  2. 如請求項1所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述晶體管外形封裝包括: 一晶體管外形頭部，用以設置上述元件座；以及 一晶體管外形帽部，與上述晶體管外形頭部耦接，並與上述晶體管外形頭部形成密閉空間以容納上述元件座。
  3. 如請求項2所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述元件座包括一基板、設置於上述基板一側的第一支撐座以及設置於上述基板另一側的第二支撐座，其中上述第一波分多工棱鏡以及上述第二波分多工棱鏡設置於上述基板，上述第一光電探測器設置於上述第一支撐座，以及上述第二光電探測器設置於上述第二支撐座。
  4. 如請求項3所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述第一光電探測器以及上述第二光電探測器相對於上述晶體管外形頭部的距離不同。
  5. 如請求項3所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述元件座更包括一第三支撐座，設置於上述基板並位於上述第一支撐座以及上述第二支撐座之間，上述第三支撐座用以設置一監控式光電探測器。
  6. 如請求項5所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述基板、上述第一支撐座、上述第二支撐座、以及上述第三支撐座為一體成型的結構。
  7. 如請求項2所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述元件座與上述晶體管外形頭部為一體成型的結構。
  8. 如請求項1所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述第一光電探測器為雪崩式光電探測器，上述第二光電探測器為PIN二極管。
  9. 如請求項1所述的晶體管外形封裝光收發器，其中上述雷射器、上述第一波分多工棱鏡以及上述第二波分多工棱鏡位於一軸線上，上述第一光電探測器以及上述第二光電探測器位於上述軸線兩側。
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