專利名稱：帶驅動ic高速蝶形封裝的光發射器組件的制作方法
技術領域：
本發明所涉及的是一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，該光發射器組件主要用于25Gb/s及25Gb/s以上的光纖通信系統。
背景技術：
光發射器組件是現代光纖通信的核心器件，25Gb/s及25Gb/s以上的高速光發射器通常采用蝶形封裝以提高器件的高頻性能。傳統的蝶形封裝TOSA光發射組件中不包含驅動IC及相應的匹配元件，其結構如圖1和圖2所示，主要包括蝶形金屬陶瓷管殼1、安裝在蝶形管殼I上的半導體致冷器6、焊接在過渡塊8上的發射器件芯片11、熱敏電阻9、背光探測器10和光學隔離器13等元件，過渡塊8通過焊料或膠粘連接在熱沉7上，熱沉7用焊料或膠粘連接到半導體致冷器6上。耦合透鏡18或準直透鏡12與聚焦透鏡16組合形成雙透鏡結構，主要作用在于壓縮發射器芯片11中出來的光斑，讓光斑盡可能的耦合至陶瓷插針15中。耦合透鏡18或準直透鏡12通過激光焊接在熱沉7上，聚焦透鏡16焊接到插針15上。現代光通信領域中對可插拔、低功耗的光發射器組件提出了越來越高的應用要求，傳統的蝶形封裝光發射器的體積和功耗均不能滿足現代光通信的需求，光發射器組件正朝著小型化、集成化、低功耗方向快速發展。為了降低器件的功耗，繼續獲得一種具有更好的射頻性能并能夠將驅動IC集成到蝶形器件中的光發射組件中。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件。本發明提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，包括管殼，所述的管殼包括高頻陶瓷電路和金屬管殼，所述的金屬管殼的底板上方具有凸臺結構和半導體制冷器，所述的凸臺結構上方設置有驅動IC和驅動IC的匹配元件，該驅動IC的匹配元件和驅動IC相連，所述的半導體制冷器上方設置有熱沉，所述的熱沉的上方設置有過渡塊、準直透鏡和光學隔離器，所述的過渡塊上方設置有熱敏電阻、發射器芯片和背光探測器，所述的金屬管殼的管尾中心處設置有聚焦透鏡，所述的金屬管殼的管尾處還連接有焊接工件，該焊接工件連接有陶瓷光纖插針。所述的凸臺結構上方焊接有氮化鋁熱沉，所述的驅動IC和驅動IC的匹配元件通過該氮化鋁熱沉位于所述的凸臺結構上方。所述的金屬管殼為可伐金屬管殼。所述的驅動IC的匹配元件和驅動IC之間通過金絲或金帶連接，所述的高頻陶瓷電路通過金絲或金帶與驅動IC相連。所述的熱沉的材料為鎢銅或鎳材料。所述的準直透鏡的中心光軸穿過發射器芯片的發光面中心，準直透鏡的聚焦面位于發射器芯片的發光面。
所述的陶瓷光纖插針的端面位于聚焦透鏡的焦點處。所述的凸臺結構一體成型或者焊接于金屬管殼底板上。本發明具有的優點在于
1、本發明提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，在小型化的高速光發射器組件的管殼上直接成型有凸臺結構或后期焊接凸臺結構，進而用做驅動IC的承載體并匹配元件，將驅動IC集成到發射器組件內部，有效減小光發射模塊的體積，增強驅動IC抗干擾能力，減少信號傳輸的距離，減少高頻信號的損耗；
2、本發明提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，直接采用小型化的TOSA封裝，滿足現代光通信對發射器組件的小體積及可插拔性的要求；
3、本發明提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，驅動IC與凸臺結構之間采用氮化鋁熱沉過渡，或驅動IC直接與凸臺結構相連，氮化鋁熱沉和驅動IC的熱膨脹系數與凸臺結構的熱膨脹系數匹配，可以使器件具有較高的可靠性，并且當選擇驅動IC直接與凸臺結構相連時，可以獲得更好散熱性能。4、本發明提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，驅動IC與發射器芯片之間通過金絲或金帶連接，可以獲得較好的高頻性能。
圖1 :高速蝶形發射器組件TOSA的單透鏡結構的內部結構。圖2 :高速蝶形發射器組件TOSA的雙透鏡結構內部結構。圖3 :本發明提出的帶驅動IC高速蝶形封裝光發射器組件(TOSA)結構圖。圖4 :本發明提出的帶驅動IC高速蝶形封裝光發射器組件(TOSA)結構圖。圖5 :本發明中焊接有凸臺結構的管殼的結構示意圖。圖6 :本發明中一體成型有凸臺結構的管殼的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。為了滿足現代光通信對激光器發射組件的體積、功耗、性能上的要求，本發明提供了一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件。該光發射器組件采用在管殼底部生成凸臺結構，在凸臺結構上放置驅動IC及匹配元件，驅動IC通過金絲或金帶跟激光器發射芯片相連接的方法，實現了內置驅動IC的封裝結構設計；本設計實現了低功耗、高性能、減小光發射模塊體積等效果。本發明提供了一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，如圖3和圖4所示，該光發射器組件包括
管殼1，該管殼為該蝶形金屬陶瓷管殼采用焊料將高頻陶瓷電路1-1和金屬管殼1-2焊接于一體，金屬管殼1-2選擇為可伐金屬管殼，高頻陶瓷電路1-2的材質為氧化鋁，位于金屬管殼1-1 一端。凸臺結構2，該結構可以作為與管殼I 一體成型的一部分，如圖6所示，即一體成型于管殼I的金屬管殼1-2底部的底板上。如圖5所示，也可以后期作為一個零件通過焊料19焊接到管殼I的金屬管殼1-2底部的底板上方。驅動IC 3，該驅動IC3可以直接焊接到凸臺結構2上，如圖3所示，或先焊接到氮化鋁熱沉4上，再將氮化鋁熱沉4焊接到凸臺結構2上，如圖4所示。管殼I的高頻陶瓷電路1-1通過金絲或金帶直接與驅動IC3相連。氮化鋁熱沉4，該氮化鋁熱沉直接焊接到凸臺結構2上方。驅動IC的匹配元件5，該驅動IC的匹配元件5可直接焊接到氮化鋁熱沉4上方，如圖4所示,或直接焊接到凸臺結構2上方,如圖3所示。驅動IC的匹配元件5用金絲或金帶與驅動IC3相連。半導體制冷器6,該半導體制冷器6焊接在管殼I的金屬管殼1-2底部的底板上方，與凸臺結構保持一段距離即可。熱沉7，該熱沉7的材料為鎢銅或鎳材料，該熱沉7通過焊料焊接在半導體制冷器6上方；
過渡塊8，該過渡塊8為氮化鋁材料制成的高頻薄膜電路，該過渡塊8通過焊料焊接在熱沉7上方；
熱敏電阻9、背光探測器10和發射器芯片11均設置于過渡塊8上方；熱敏電阻9安裝時盡量靠近發射器芯片11，背光探測器10位于發射器芯片11后方即朝向凸臺結構2的方向。準直透鏡12通過激光焊接在熱沉I上，焊接時要求準直透鏡12的中心光軸盡量穿過發射器芯片10的發光面中心。聚焦透鏡16，位于金屬管殼1-2尾部(即尾管)的中心，如圖5所示；
光學隔離器13，光學隔離器13用環氧樹脂固定在熱沉7上；
焊接工件14和陶瓷光纖插針15通過激光焊接在一起，焊接工件14通過激光焊接在管殼I的金屬管殼1-2的尾管上。焊接時盡量保證陶瓷光纖插針的端面位于聚焦透鏡16的焦點處。在該高速蝶形封裝的光發射器組件(TOSA)的實施例中，管殼I采用將可伐金屬管殼1-2和高頻陶瓷電路1-1并通過高溫焊料焊接在一起，將聚焦透鏡16通過焊料與金屬管殼1-2的尾管焊接到一起。可伐材料具有良好的導熱性和低的熱膨脹系數，可以保證TOSA器件在寬的溫度范圍內工作時的性能；金屬管殼1-2的底部采用鎢銅結構的底板，底板上可以一體成型或者采用焊料19焊接有凸臺結構2，凸臺結構2的材料為鎢銅材料。將驅動IC3及驅動IC匹配元件5焊接到氮化鋁熱沉4上，氮化鋁熱沉4具有低膨脹系數、高熱導率及高的介電常數。或將驅動IC3直接直接焊接到凸臺結構2上。同時高頻陶瓷電路1-1輸入部分用金絲或金帶直接與驅動IC3相連，驅動IC的匹配元件5用金絲或金帶與驅動IC3相連，可以保證器件良好的高頻性能。本發明中采用雙透鏡結構，保證高的耦合效率和光路穩定性，然后半導體制冷器6焊接在金屬管殼1-2里面，焊接時要保證半導體致冷器6的下表面與金屬管殼1-2的底板盡量沒有焊接空隙，以保證良好的熱傳導和器件的長期可靠性。熱沉7及其上的部件在金屬管殼1-2外焊接完成，具體是首先將熱敏電阻9、發射器芯片11和背光探測器10焊接在過渡塊8上，然后將過渡塊8焊接在熱沉7上，再將準直透鏡12和光學隔離器13固定在熱沉7上，固定時盡量保證準直透鏡的中心光軸穿過發射器芯片11的發光面中心，準直透鏡12的聚焦面位于發射器芯片的發光面。在高倍顯微鏡下準確的將熱沉7焊接于焊有半導體制冷器6和聚焦透鏡16的金屬管殼I內，焊接過程中要保證準直透鏡的中心光軸與聚焦透鏡的中心光軸重合。最后通過激光焊接將焊接工件14和陶瓷光纖插針15焊接在管殼上以實現光路到光纖插針的耦合，焊接工件14用來調整陶瓷光纖插針15的位置以實現最大的耦合效率。本發明采用在管殼上直接焊接凸臺或在底板上直接生產凸臺的管殼結構，將驅動IC及匹配元件集成到發射器組件內部，不僅大大改善了組件的高頻特性、縮小了整個光發射模塊的體積，還有效降低了整個光發射模塊的功耗。采用焊接或膠粘等方式將驅動IC及其匹配元件固定在凸臺結構上的工藝很簡單，成本低，具有很強的可操作性。這種有效的集成，在不增加成本的情況下，大大改善了發射器件的高速性能。為高速發射器組件的封裝提供了方向。適用于25Gb/s及以上的高速光發射器。以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，包括管殼，所述的管殼包括高頻陶瓷電路和金屬管殼，其特征在于所述的金屬管殼的底板上方設有凸臺結構和半導體制冷器，所述的凸臺結構上方設置有驅動IC和該驅動IC的匹配元件，該驅動IC的匹配元件和驅動IC相連，所述的半導體制冷器上方設置有熱沉，所述的熱沉的上方設置有過渡塊、準直透鏡和光學隔離器，所述的過渡塊上方設置有熱敏電阻、發射器芯片和背光探測器，所述的金屬管殼的管尾中心處設置有聚焦透鏡，所述的金屬管殼的管尾處還連接有焊接工件，該焊接工件連接有陶瓷光纖插針。
2.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的凸臺結構上方焊接有氮化鋁熱沉，所述的驅動IC和該驅動IC的匹配元件通過該氮化鋁熱沉設置于所述的凸臺結構上方。
3.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的金屬管殼為可伐金屬管殼。
4.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的驅動IC的匹配元件和驅動IC之間通過金絲或金帶連接，所述的高頻陶瓷電路通過金絲或金帶與驅動IC相連。
5.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的熱沉的材料為鎢銅或鎳材料。
6.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的準直透鏡的中心光軸穿過發射器芯片的發光面中心，準直透鏡的聚焦面位于發射器芯片的發光面。
7.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的陶瓷光纖插針的端面位于聚焦透鏡的焦點處。
8.根據權利要求1所述的帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，其特征在于所述的凸臺結構一體成型或者焊接于金屬管殼底板上。
全文摘要
本發明提供一種帶驅動IC高速蝶形封裝的光發射器組件，包括蝶形金屬陶瓷管殼，管殼的底板上方具有凸臺結構和半導體制冷器，凸臺結構上方設置有驅動IC和驅動IC的匹配元件，所述的半導體制冷器的上方設置有熱沉，所述的第二熱沉的上方設置有過渡塊、準直透鏡和光學隔離器，所述的過渡塊上方設置有熱敏電阻、發射器芯片和背光探測器，所述的金屬管殼的管尾中心處設置有聚焦透鏡。本發明在小型化的高速光發射器組件的管殼上直接成型有凸臺結構或后期焊接凸臺結構，進而用做驅動IC的承載體并匹配網絡，將驅動IC集成到發射器組件內部，有效減小光發射模塊的體積，增強驅動IC抗干擾能力，減少信號傳輸的距離，減少高頻信號的損耗。
文檔編號G02B6/42GK103018856SQ201210569178
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者宋小平, 樊士彬, 李媛媛 申請人:武漢電信器件有限公司