專利名稱：自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體說是屬于半導(dǎo)體激光器與光纖的蝶形封裝耦合器件。
背景技術(shù)：
在光纖通信技術(shù)中，通常采用半導(dǎo)體激光器作為光纖通信的信號源。為了將半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光導(dǎo)入光纖中，需要將半導(dǎo)體激光器耦合封裝到某種特定的封裝形式當中，達到將半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光信號穩(wěn)地可靠的耦合到光纖當中，以及將直流偏置、調(diào)制信號等電信號引入半導(dǎo)體激光器的目的。常見的耦合封裝形式有同軸封裝，蝶形封裝，雙列直插封裝，小型雙列直插封裝等等。其中蝶形封裝由于內(nèi)部空間較大，通常安裝有半導(dǎo)體致冷器和溫敏電阻，并且能夠放置一些微波微帶電路。通過半導(dǎo)體制冷器和溫敏電阻，結(jié)合外部控制電路，能夠保證半導(dǎo)體激光保持一個恒定的工作溫度，這對于發(fā)光波長等性能對工作溫度十分敏感的半導(dǎo)體激光器十分重要；而微波微帶電路對于減少封裝對于半導(dǎo)體激光器高頻響應(yīng)特性的影響起到很明顯的作用。由于蝶形封裝的半導(dǎo)體激光器器件具有諸多的好處，使其在光纖通信的波分復(fù)用、高速率、長距離等應(yīng)用領(lǐng)域成為廣泛采用的一種封裝形式。常見的半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件中，光纖通常用激光焊接或膠粘的方式固定在蝶形管殼的臺座上或者是管殼上附加的尾管中，這種耦合方式存在耦合對準困難，需要將光纖精密調(diào)整對準半導(dǎo)體激光器的出光位置，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，對技術(shù)工人要求高，生產(chǎn)成本高的問題；并且在半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件工作過程中，由于半導(dǎo)體激光器本身的發(fā)熱，半導(dǎo)體制冷器的熱量遷移作用，周圍環(huán)境的溫度變化等原因，會導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器所在的位置與固定光纖的位置產(chǎn)生一定的溫度梯度，這樣材料的熱脹冷縮并不一致，最終導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器的位置與光纖的位置發(fā)生相對變化，影響器件的出光穩(wěn)定性，嚴重時甚至?xí)耆珱]有光輸出。對于采用在熱沉制作對準標記后再進行半導(dǎo)體激光器的光波導(dǎo)位置對準的半導(dǎo)體激光器耦合，仍然需要將半導(dǎo)體激光器的位置與對準標記精確對準，這個過程時間較長，也存在一定的困難，并且該過程中還需要使用較為昂貴的倒扣焊接設(shè)備，生產(chǎn)成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，該器件能夠達到快速簡便的進行半導(dǎo)體激光器與光纖的耦合工作，耦合速度快，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，并且溫度穩(wěn)定性也較好。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是本發(fā)明一種自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，其特征在于，該器件包括一蝶形管殼；一半導(dǎo)體致冷器燒焊在蝶形管殼里面；一帶有半導(dǎo)體激光器、光纖和背光探測器及微波微帶電路的硅熱沉固定在半導(dǎo)體致冷器上；管殼引腳固定在蝶形管殼兩側(cè)；用互連金絲連接硅熱沉上的微波微帶電路和管殼引腳。
其中在硅熱沉的上面制成光纖V形槽、縱向V形槽和背光V形槽；在硅熱沉的上面與各V形槽的同一面制成微波微帶電路以及均勻分布四個獨立的圓形電極，該圓形電極的位置大小與半導(dǎo)體激光器電極面上的四個獨立圓形電極相對應(yīng)，半導(dǎo)體激光器的光波導(dǎo)與光纖V形槽和背光V形槽同軸向，半導(dǎo)體激光器的高頻電極用于與微波微帶電路連接，在光纖V形槽和背光V形槽之間倒扣固定有一半導(dǎo)體激光器，在背光V形槽的另一端固定有一背光探測器；在光纖V形槽和半導(dǎo)體激光器的一側(cè)制作有熱敏電阻；一圓錐形頭部的光纖用固化膠固定于光纖V形槽內(nèi)。
其中硅熱沉的背面制成有背面金屬層。
其中在蝶形管殼的一端固定有一管殼尾管。
其中該管殼尾管用密封膠封堵。
本發(fā)明的有益效果是能夠快速簡便可靠高效地進行半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件的耦合封裝，無需使用昂貴的高精度倒扣焊接設(shè)備進行對準，無需人工精確調(diào)整半導(dǎo)體激光器的位置和光纖位置，達到提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的目的，并且器件的高頻特性和溫度穩(wěn)定性也較好。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，其中圖1是自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件中半導(dǎo)體激光器的頂視圖。
圖2是自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件中硅熱沉的主視圖。
圖3是自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件中硅熱沉沿橫向中心軸方向的側(cè)面剖視圖。
圖4是自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，制作半導(dǎo)體激光器7的過程中，在其電極面上做出高頻電極17和四個以光波導(dǎo)16為對稱軸嚴格對稱均勻分布的四個獨立圓形電極19，微電子工藝能夠保證獨立圓形電極19與光波導(dǎo)16的相對位置。在進行半導(dǎo)體激光器7的耦合工作之前，在四個獨立圓形電極19上面預(yù)先燒制錫球。
請參閱圖2和圖3，利用濕法刻蝕的微機械加工技術(shù)在硅熱沉1上分別制成光纖V形槽5、縱向V形槽4和背光V形槽3。然后使用微電子工藝在硅熱沉1上制成微波微帶電路2以及均勻分布四個獨立的圓形電極8，在硅熱沉1的背面制成背面金層。在這個過程中，利用微機械加工技術(shù)和微電子工藝的精密性很容易保證嚴格對準光纖V形槽5和均勻分布四個獨立的圓形電極8的中心線。將半導(dǎo)體激光器7位置大致與硅熱沉1上的四個獨立圓形電極8的位置對齊，加溫燒焊，而后靜置自然冷卻。由于半導(dǎo)體激光器7的四個獨立圓形電極19和硅熱沉1上的四個獨立圓形電極8是完全對應(yīng)，在錫球的冷卻過程中，錫球的表面張力作用能夠使得半導(dǎo)體激光器自適應(yīng)的移動到正確的位置上，從而完成半導(dǎo)體激光器7的光波導(dǎo)16位置與光纖V形槽4位置的對準，也就能夠完成半導(dǎo)體激光器7與光纖10的耦合對準工作。光纖10的頭部通過磨制或高溫拉制成型的辦法得到圓錐形的形狀，能夠提高光纖10的數(shù)值孔徑NA，從而提高光纖10與半導(dǎo)體激光器7的光耦合效率。光纖10在光纖V形槽5內(nèi)調(diào)整好前后位置，并用紫外固化膠固定于光纖V形槽5內(nèi)?？v向V形槽4提供一個半導(dǎo)體激光器7發(fā)出的激光進入光纖10的空間。光纖V形槽5的深度與光纖10的直徑都經(jīng)過了精確計算，使得光纖10的中心位置處于半導(dǎo)體激光器7的光波導(dǎo)16的同一水平表面位置上，這就保證了光纖10與半導(dǎo)體激光器7的出光位置的精確對位，從而很容易得就能夠獲得很高的耦合效率(視不同情況獲得20％～60％的耦合效率)。在耦合對準過程中不需要很多的勞動力時間，對技術(shù)工人的技術(shù)水平要求也較低，這樣在保證新型半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件的耦合效率的同時，達到了提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本的目的。背光探測器9也倒扣著焊接在硅熱沉1上。半導(dǎo)體激光器7的背光通過背光V形槽3后端的斜面能夠反射到背光探測器9的入光面上，并且該斜面的角度為54度，能夠防止背光探測器9入光面的反射光影響半導(dǎo)體激光器7的工作狀態(tài)。溫敏電阻6和電感等器件也焊接在硅熱沉1上。
在圖4中，半導(dǎo)體致冷器14燒焊在蝶形管殼11里面，將帶有半導(dǎo)體激光器7、光纖10和背光探測器9的硅熱沉1燒焊在半導(dǎo)體致冷器14上。用互連金絲15連接硅熱沉1上的微波微帶電路2和管殼引腳13，光纖10從管殼尾管12伸出，并用密封膠密封管殼尾管12。蓋上管殼蓋(圖中未畫出)，在充氮環(huán)境下用平行縫焊機縫焊管殼蓋。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，其特征在于，該器件包括一蝶形管殼；一半導(dǎo)體致冷器燒焊在蝶形管殼里面；一帶有半導(dǎo)體激光器、光纖和背光探測器及微波微帶電路的硅熱沉固定在半導(dǎo)體致冷器上；管殼引腳固定在蝶形管殼兩側(cè)；用互連金絲連接硅熱沉上的微波微帶電路和管殼引腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，其特征在于，其中在硅熱沉的上面制成光纖V形槽、縱向V形槽和背光V形槽；在硅熱沉的上面與各V形槽的同一面制成微波微帶電路以及均勻分布四個獨立的圓形電極，該圓形電極的位置大小與半導(dǎo)體激光器電極面上的四個獨立圓形電極相對應(yīng)，半導(dǎo)體激光器的光波導(dǎo)與光纖V形槽和背光V形槽同軸向，半導(dǎo)體激光器的高頻電極用于與微波微帶電路連接，在光纖V形槽和背光V形槽之間倒扣固定有一半導(dǎo)體激光器，在背光V形槽的另一端固定有一背光探測器；在光纖V形槽和半導(dǎo)體激光器的一側(cè)制作有熱敏電阻；一圓錐形頭部的光纖用固化膠固定于光纖V形槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，其特征在于，其中硅熱沉的背面制成有背面金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，其特征在于，其中在蝶形管殼的一端固定有一管殼尾管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，其特征在于，其中該管殼尾管用密封膠封堵。
全文摘要
本發(fā)明一種自適應(yīng)耦合半導(dǎo)體激光器蝶形封裝器件，該器件包括一蝶形管殼；一半導(dǎo)體致冷器燒焊在蝶形管殼里面；一帶有半導(dǎo)體激光器、光纖和背光探測器及微波微帶電路的硅熱沉固定在半導(dǎo)體致冷器上；管殼引腳固定在蝶形管殼兩側(cè)；用互連金絲連接硅熱沉上的微波微帶電路和管殼引腳。該器件能夠達到快速簡便的進行半導(dǎo)體激光器與光纖的耦合工作，耦合速度快，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，并且溫度穩(wěn)定性也較好。
文檔編號G02B6/00GK1490908SQ0214684
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者陳振宇 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所