專利名稱：一種超輻射發光二極管模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體光電器件，具體講是一種超輻射發光二極管的模塊(SLD模塊)。
背景技術：
近年來，光纖陀螺技術和光纖傳感的飛速發展對光源提出了很高的要求，超輻射發光二極管(SLD)作為一種具有高輸出功率、寬光譜范圍的高穩定光源，越來越受到人們的重視。SLD的譜寬較寬，因此它的相干長度短，能有效降低陀螺和傳感系統中背向散射噪聲帶來的影響；輸出功率大，就能夠有效提高系統的分辨率。由于這兩個明顯的特點，它已成為光纖陀螺系統中難以替代的光源。另外SLD還在器件測試、光學相干層析成像以及光纖傳感等領域得到了廣泛的應用。
各種以SLD作為光源的應用系統，無不希望其光學特性穩定，但SLD穩定工作所需的環境條件較苛刻，特別是受環境溫度的影響相當大，而實際工程應用中，環境溫度的變化無常，為了使SLD工作于相對穩定的條件下，通常將其制作為SLD模塊。
SLD模塊一般由四部分組成(參考圖1)(1)SLD管芯及安裝、承載管芯的熱沉；(2)光纖、固定光纖的支架；(3)與外部溫控電路連接的熱敏電阻和半導體致冷器；(4)模塊管殼。
為確保SLD模塊工作時具有穩定的光功率及光譜特性，必須將SLD管芯控制在一定的溫度范圍內，因此，一般情況下須選用具有良好熱傳導性質的材料制作熱沉、管殼及焊接支架。同時還必須利用熱敏電阻和半導體致冷器對SLD管芯進行溫度控制。通過耦合工藝將SLD管芯與光纖對準永久固定，并使尾纖有足夠的光功率輸出。外圍溫控電路通過熱敏電阻的阻值的變化量對半導體致冷器注入相應電流，從而調節SLD管芯處的溫度。通過管殼的各引腳對SLD管芯、半導體致冷器施加電流和測量熱敏電阻阻值，并對以上各元件起保護作用。
由于模塊管殼空間的限制，目前的SLD模塊中溫度控制都采用的單級半導體致冷器(國內外商品化的SLD模塊結構相近)。在理想條件下(即半導體致冷器的熱端處于足夠大、且溫度恒定室溫的散熱面上)，單級半導體致冷器兩個面上的溫差最大可達68℃，如果致冷器的產冷量大于SLD管芯的產熱量，那么對于SLD在-55℃～85℃的寬溫度范圍內，保證SLD管芯在25℃下正常工作已足夠。然而，實際上并非如此，對于質量最好的單級半導體致冷器也只能使SLD模塊勉強工作在-45℃～70℃的溫度范圍內，這遠不能達到某些特殊行業中存在的較寬溫度范圍的要求。
實用新型內容本實用新型的目的是，提供一種基本不改變現有模塊外形尺寸、但卻能適用于較寬溫度范圍要求的超輻射發光二極管模塊。
該超輻射發光二極管模塊包括，模塊管殼、安裝在模塊管殼內的超輻射發光二極管管芯及安裝、承載該管芯在其上以帶走管芯熱量的熱沉、安裝在該熱沉上的熱敏電阻和安裝在該熱沉下的半導體致冷器、穿進模塊管殼與超輻射發光二極管管芯耦合的光纖。其中的半導體致冷器是固定在模塊管殼的底板上的，該底板也是半導體致冷器的散熱板。本實用新型的改進之處是，其中的半導體致冷器是雙層結構的雙級半導體致冷器。也就是說，改進后的半導體致冷器為復式致冷的結構，其中間的隔板既是上一層的熱端面，又是下一層的冷端面。
進一步的改進是，該雙級半導體致冷器兩層中的元件數量不等、兩端面大小不等。具體差別是，面積較大一層內的元件對數是面積較小一層內的元件對數2～3倍；面積較小一層的冷端面大小與所述熱沉面積對應，面積較大一層的熱端面貼合地固定在作為散熱板的底板上。
與現有的模塊相比較，本實用新型有如下的優越性首先，用雙級半導體致冷器取代現有的單級半導體致冷器后，由于其致冷效率和最大溫差有了很大的提高，于是可以保證管芯在更寬溫度范圍內正常工作。實驗表明，本實用新型的正常工作范圍可以在-55～85℃之間。
其次，由于僅是把現有的單級半導體致冷器改成了雙級半導體致冷器，其余部分(將在具體實施方式
中披露)除適應性改進或優化改進外，基本上保護了現有模塊中的其內部元件，相對位置也沒有變化，這就使模塊組裝耦合工藝的難度沒有加大，保證了模塊的生產穩定。
再者，由于雙級半導體致冷器，除其高度有所增加外，其余尺寸沒有擴大性的變化，而現有的模塊中，也有容納下該高度增加后的空間(原單級半導體致冷器的高度值與其長、寬相比，是最小的)。因此，本實用新型完全可以做成與現有模塊的外形尺寸、安裝尺寸相同的形狀，確保了用戶使用一致性；所述的進一步改進，不僅進一步確保了管芯在更寬溫度范圍內正常工作，而且、其可靠性也有了極大的提高。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
圖1——現有SLD模塊的結構示意圖圖2——現有半導體致冷器結構示意圖圖3——本實用新型的結構示意圖圖4——本實用新型中的半導體致冷器結構示意圖具體實施方式
一種超輻射發光二極管模塊(參考圖2)，該模塊包括模塊管殼1、安裝在模塊管殼1內的超輻射發光二極管管芯2及安裝、承載該管芯2在其上以帶走管芯2熱量的熱沉3、安裝在該熱沉3上的熱敏電阻4和安裝在該熱沉3下的半導體致冷器5、穿進模塊管殼1與超輻射發光二極管管芯2耦合的光纖6，其中的半導體致冷器是固定在模塊管殼1的底板7上的，該底板7也是半導體致冷器的散熱板；模塊管殼1的側面還有把熱敏電阻4和半導體致冷器5與外部溫控電路連接的接線腳。本實用新型把半導體致冷器5改為雙層結構的雙級半導體致冷器5。
為進一步提高效率和增加可靠性，還把該雙級半導體致冷器5設計為，兩層中的元件數量不等、兩端面大小不等的結構。具體差別，應根據性能要求、作為改進基礎的現有模塊的結構確定。一般情況下為面積較大一層內的元件對數是面積較小一層內的元件對數2～3倍；面積較小一層的冷端面大小與所述熱沉3面積對應、面積較大一層的熱端面貼合地固定在作為散熱板的底板7上。例如，作為改進基礎的現有模塊的元件對數為18，改進后可以是8/18；作為改進基礎的現有模塊的元件對數為17，改進后可以是7/17等等。需注意的是，在改進時應盡可能地選用最接近現有單級產品的規格參數，以達到既能實現設計目的，又不過多增加改進成本的綜合效果。
由于披露至此后，本領域的技術人員完全能夠正確理解并再現本實用新型了，故上述兩自然段所披露具體實施方式
也是以下各例的總述。在以下各例中，與本總述相同的內容不贅述。
實施例1本例是在總述部分的基礎上，為進一步改善其中雙級半導體致冷器5的散熱條件而作出的改進。所述改進在管殼底板7處，改進的管殼底板7厚度為0.5～0.8mm(現有的底板7厚度為1.0mm)，該底板7的材料為鎢銅。在確保該底板7機械強度的前提下，可以盡可能地取下限值。
實施例2本例是在總述部分或實施例1的基礎上，為確保其可行性而披露的具體結構。在本例中，光纖6與超輻射發光二極管管芯2的耦合端，是通過一個馬鞍形支架固定在熱沉3上的。
進一步講，同樣也是為更進一步改善其中雙級半導體致冷器5的散熱條件。本例還把熱沉3上安裝其超輻射發光二極管管芯2的部分的厚度，改為0.3mm(現有模塊中熱沉對應部分的厚度是0.5mm)；同時，把該熱沉3固定馬鞍形支架的部分，設計、并加工出能確保其光纖6與超輻射發光二極管管芯2正確耦合的凹槽。
顯然，實施例1和實施例2中的改進，只有在本實用新型的主要改進——用雙級半導體致冷器5替換現有的單級半導體致冷器5′后，才有實質意義(或曰才有明顯的效果)。因此，凡是把現有的單級半導體致冷器5′替換為雙級半導體致冷器5的超輻射發光二極管的模塊(SLD模塊)均是與本實用新型相同或等同的產品。
權利要求1.一種超輻射發光二極管模塊，該模塊包括模塊管殼(1)、安裝在模塊管殼(1)內的超輻射發光二極管管芯(2)及安裝、承載該管芯(2)在其上以帶走管芯(2)熱量的熱沉(3)、安裝在該熱沉(3)上的熱敏電阻(4)和安裝在該熱沉(3)下的半導體致冷器、穿進模塊管殼(1)與超輻射發光二極管管芯(2)耦合的光纖(6)，其中的半導體致冷器是固定在模塊管殼(1)的底板(7)上的，該底板(7)也是半導體致冷器(5)的散熱板，其特征在于，所述的半導體致冷器是雙層結構的雙極半導體致冷器(5)。
2.根據權利要求1所述的超輻射發光二極管模塊，其特征在于，所述雙極半導體致冷器(5)兩層中的元件數量不等、兩端面大小不等；面積較大一層內的元件對數是面積較小一層內的元件對數2～3倍；面積較小一層的冷端面大小與所述熱沉(3)面積對應、面積較大一層的熱端面貼合地固定在作為散熱板的底板(7)上。
3.根據權利要求1或2所述的超輻射發光二極管模塊，其特征在于，所述管殼底板(7)的厚度為0.5mm～0.8mm，該底板(7)的材料為鎢銅。
4.根據權利要求1或2所述的超輻射發光二極管模塊，其特征在于，所述光纖(6)與超輻射發光二極管管芯(2)的耦合端，是通過一個馬鞍形支架固定在所述熱沉(3)上的。
5.根據權利要求3所述的超輻射發光二極管模塊，其特征在于，所述光纖(6)與超輻射發光二極管管芯(2)的耦合端，是通過一個馬鞍形支架固定在所述熱沉(3)上的。
6.根據權利要求4所述的超輻射發光二極管模塊，其特征在于，所述熱沉(3)安裝其超輻射發光二極管管芯(2)的部分，其厚度為0.3mm；該熱沉(3)固定所述馬鞍形支架的部分有確保其光纖(6)與超輻射發光二極管管芯(2)正確耦合的凹槽。
7.根據權利要求5所述的超輻射發光二極管模塊，其特征在于，所述熱沉(3)安裝其超輻射發光二極管管芯(2)的部分，其厚度為0.3mm；該熱沉(3)固定所述馬鞍形支架的部分有確保其光纖(6)與超輻射發光二極管管芯(2)正確耦合的凹槽。
專利摘要一種超輻射發光二極管模塊。它包括模塊管殼、安裝在模塊管殼內的超輻射發光二極管管芯及安裝、承載該管芯在其上以帶走管芯熱量的熱沉、安裝在該熱沉上的熱敏電阻和安裝在該熱沉下的半導體致冷器、穿進模塊管殼與超輻射發光二極管管芯耦合的光纖。本實用新型的改進之處是，其中的半導體致冷器是雙層結構的雙級半導體致冷器。本實用新型可以保證管芯在更寬溫度范圍內正常工作(－55～85℃之間)；在替換現有的超輻射發光二極管模塊時，不改變用戶的安裝尺寸和其他的配套元器件；其工作的可靠性、穩定性和適應性均有很大的提高。
文檔編號H01L33/00GK2901585SQ200620110228
公開日2007年5月16日 申請日期2006年3月29日 優先權日2006年3月29日
發明者楊璠, 劉驍, 俞國良, 孫迎波, 俞青, 陳于武, 郭洪 申請人:中國電子科技集團公司第四十四研究所