一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，包括：管殼；制冷器；熱沉；半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片；聚焦透鏡支架；聚焦透鏡；分光棱鏡；探測(cè)器芯片；光纖耦合輸出端。本發(fā)明通過在光耦合部分安裝分光棱鏡將一束光信號(hào)引入探測(cè)器芯片中，克服了因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無法安置背光探測(cè)器的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
【專利說明】一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，更具體說是一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè) 備。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體光電子器件的封裝是指通過電連接、光耦合、溫控、機(jī)械固定及密封等措 施，使半導(dǎo)體光電子器件成為具有一定功能且性能穩(wěn)定組件的裝配過程。為了將半導(dǎo)體光 電子器件中的光信號(hào)引入光纖進(jìn)行傳導(dǎo)，需要將半導(dǎo)體光電子器件耦合封裝到某種特定的 封裝形式當(dāng)中，達(dá)到將半導(dǎo)體光電子器件產(chǎn)生的光信號(hào)穩(wěn)定可靠地耦合到傳輸媒質(zhì)即光纖 當(dāng)中，以及將直流偏置、調(diào)制信號(hào)等電信號(hào)引入半導(dǎo)體光電子器件的目的。在半導(dǎo)體光電子 器件的封裝管殼中，通過放置半導(dǎo)體制冷器和熱敏電阻，結(jié)合外部控制電路，可以保證半導(dǎo) 體光電子器件工作在恒定溫度中。通過安置微波微帶電路，可以減少封裝對(duì)于半導(dǎo)體光電 子器件高頻響應(yīng)特性的影響。通常情況下，需要利用光電探測(cè)器對(duì)光路中所傳遞的光能量 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)。例如，目前對(duì)于半導(dǎo)體激光器的封裝，一般是在其 芯片背面安置背光探測(cè)器。背光探測(cè)器可以接收到激光器芯片背面發(fā)出的光，產(chǎn)生光電流 從而監(jiān)測(cè)激光器芯片的發(fā)光情況。然而，隨著通信對(duì)半導(dǎo)體激光器的高頻性能要求越來越 高，在封裝管殼內(nèi)設(shè)計(jì)復(fù)雜的微波微帶電路也變得越來越復(fù)雜。對(duì)于一些特定情況，在激光 器芯片背面安置有復(fù)雜的微波微帶電路，此時(shí)沒有多余的空間再安置背光探測(cè)器。重新布 局微波微帶電路過程復(fù)雜，對(duì)于封裝后的激光器高頻性能影響很大。此外，對(duì)于需要雙端耦 合的半導(dǎo)體光電子器件如電致吸收調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器等，安置背光探測(cè)器的方案也 不可行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] (一）要解決的技術(shù)問題
[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備。該 設(shè)備能在沒有多余空間安置背光探測(cè)器的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān) 測(cè)。
[0005] (二）技術(shù)方案
[0006] 根據(jù)本發(fā)明提出的應(yīng)用于光電子器件封裝的光f禹合設(shè)備，該光f禹合設(shè)備包括：管 殼，該管殼為可閥或陶瓷材料；制冷器，該制冷器固定在管殼底面；熱沉，該熱沉為階梯結(jié) 構(gòu)，有上下兩個(gè)載物面，其固定在制冷器上；半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件 芯片是半導(dǎo)體激光器或電致吸收調(diào)制器或半導(dǎo)體光放大器，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片固定 在熱沉的上載物面；聚焦透鏡支架，該聚焦透鏡支架固定在熱沉的下載物面，呈倒Π 型或L 型；聚焦透鏡，該聚焦透鏡固定在聚焦透鏡支架上；分光棱鏡，該分光棱鏡固定在熱沉的下 載物面；探測(cè)器芯片，該探測(cè)器芯片固定在熱沉的下載物面；光纖耦合輸出端，該光纖耦合 輸出端與分光棱鏡的一出光面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。
[0007] (三）有益效果
[0008] 本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，可克服因微波微帶電路復(fù)雜或 需雙端光耦合而無法安置背光探測(cè)器的困難，在光耦合部分通過安裝分光棱鏡將一束光信 號(hào)引入探測(cè)器芯片中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說 明，其中：
[0010] 圖1是本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備的整體圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013] 圖1是本發(fā)明的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備的整體圖。圖2是本發(fā)明的 應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備的俯視圖。在說明書附圖中出現(xiàn)的各附圖標(biāo)記的含義 如下：
[0014] 1-管殼； 2-制冷器；
[0015] 3-熱沉； 4-半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片；
[0016] 5-聚焦透鏡支架； 6-聚焦透鏡；
[0017] 7-分光棱鏡； 8-探測(cè)器芯片；
[0018] 9_光纖稱合輸出端。
[0019] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其中包括：
[0020] 管殼1，該管殼1為可閥或陶瓷材料。
[0021] 制冷器2,該制冷器2燒焊在管殼1底面，用于保證半導(dǎo)體光電子器件工作在恒定 溫度中。
[0022] 熱沉3,該熱沉3為階梯結(jié)構(gòu)，有上下兩個(gè)載物面，如圖1所示上載物面301和下載 物面302。上載物面301比下載物面302高出一定的高度，高度值應(yīng)為聚焦透鏡6中心軸到 下載物面302的距離，以保證半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4與聚焦透鏡6能處于同一高度。該熱 沉3燒焊在制冷器2上，所采用的是無氧高電導(dǎo)銅或者金剛石或可閥或氮化鋁或氧化鈹或 碳化硅等具有高熱導(dǎo)率及低膨脹系數(shù)的材料。熱沉3通過采用線切割或腐蝕的方法得到， 經(jīng)過磨平、拋光后，在熱沉3的上下兩表面鍍金，使得熱沉3具有良好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性。
[0023] 半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4,該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4錫焊貼在熱沉3的上載物面 301上。該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4可以是半導(dǎo)體激光器、電致吸收調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大 器等。該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4要盡量靠近熱沉3上載物面301的垂直邊緣，以避免邊 緣金屬引起的反射進(jìn)入半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4中影響工作性能。將半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯 片4用錫焊固定在熱沉3的上載物面301的作用是，半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4與熱沉3緊 密固定，并且保持熱沉3和半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4電極的良好電接觸和熱傳導(dǎo)性能。
[0024] -或兩個(gè)聚焦透鏡支架5,該聚焦透鏡支架5對(duì)聚焦透鏡6起到支撐連接的作用， 聚焦透鏡支架5可選用可閥、鎳或不銹鋼材料進(jìn)行線切割或模具沖壓加工，形狀類似倒Π 或L型，倒Π 的需要一個(gè)，其底面與熱沉3的下載物面302通過激光焊接固定，兩垂直面的 間距應(yīng)該等于聚焦透鏡6的外徑；L型支架需要兩個(gè)，分布在聚焦透鏡6的兩側(cè)，間距等于 聚焦透鏡6的外徑，其底面與熱沉3的下載物面302通過激光焊接固定。
[0025] 聚焦透鏡6,該聚焦透鏡6通過激光焊接在聚焦透鏡支架5上，起到會(huì)聚從半導(dǎo)體 光發(fā)射器件芯片4出射的激光的作用。該聚焦透鏡6的中心與半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4處 于同一水平高度。聚焦透鏡6采用非球面設(shè)計(jì)，以提高耦合效率。聚焦透鏡6的雙面鍍?cè)?透減反膜以減少光反射的影響。
[0026] 分光棱鏡7,該分光棱鏡7通過金屬焊或固化膠固定在熱沉3的下載物面302,并 與聚焦透鏡6、半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4處于同一光軸。該分光棱鏡7的作用在于將聚焦后 的激光分為傳播方向相互垂直的兩束，大部分光直接通過該分光棱鏡7進(jìn)入光纖f禹合輸出 端9,另一小部分光經(jīng)過90度轉(zhuǎn)向入射到探測(cè)器芯片8中。
[0027] 探測(cè)器芯片8,該探測(cè)器芯片8用錫焊貼在熱沉3的下載物面302上。該探測(cè)器芯 片8應(yīng)該靠近分光棱鏡7的一個(gè)出光面且應(yīng)該斜放以減少反射。探測(cè)器芯片8與熱沉3應(yīng) 緊密固定，以保證熱沉3和探測(cè)器芯片8電極之間的良好電接觸和熱傳導(dǎo)性能。
[0028] 光纖f禹合輸出端9,該光纖f禹合輸出端9與分光棱鏡7的一出光面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，用于 將直接通過分光棱鏡7的激光耦合輸出。
[0029] 需要說明的是，根據(jù)封裝器件性能的要求，本實(shí)施例中管殼1(包括引腳、光輸入 端、電輸入端等，在圖中并未畫出）可以有不同的設(shè)計(jì)，并不局限于圖中所示；聚焦透鏡6和 分光棱鏡7的位置應(yīng)精細(xì)調(diào)整，以保證光耦合效率最大；熱沉3、半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4 與探測(cè)器芯片8應(yīng)通過引腿或金絲與管殼1引腳焊接相連，在圖中沒有畫出這些連接。
[0030] 至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備進(jìn)行了詳 細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦 合設(shè)備有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0031] 此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、 形狀或方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡單地熟知地替換。
[0032] 綜上所述，本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，可克服因微波微帶 電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無法安置背光探測(cè)器的困難，在光耦合部分通過安裝分光棱鏡 將一束光信號(hào)引入探測(cè)器芯片中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，包括： 管殼，該管殼為可閥或陶瓷材料； 制冷器，該制冷器固定在管殼底面； 熱沉，該熱沉為階梯結(jié)構(gòu)，有上下兩個(gè)載物面，其固定在制冷器上； 半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片是半導(dǎo)體激光器或電致吸收調(diào)制器 或半導(dǎo)體光放大器，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片固定在熱沉的上載物面； 聚焦透鏡支架，該聚焦透鏡支架固定在熱沉的下載物面，呈倒Π 型或L型； 聚焦透鏡，該聚焦透鏡固定在聚焦透鏡支架上； 分光棱鏡，該分光棱鏡固定在熱沉的下載物面； 探測(cè)器芯片，該探測(cè)器芯片固定在熱沉的下載物面； 光纖f禹合輸出端，該光纖f禹合輸出端與分光棱鏡的一出光面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所述熱 沉采用的是無氧高電導(dǎo)銅或者金剛石或可閥或氮化鋁或氧化鈹或碳化硅這樣的具有高熱 導(dǎo)率及低膨脹系數(shù)的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所 述熱沉的上下兩表面磨平、拋光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所 述熱沉的上下兩表面鍍金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所 述半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片應(yīng)盡量靠近熱沉上載物面的垂直邊緣，以避免邊緣金屬引起的反 射進(jìn)入半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所 述聚焦透鏡支架選用可閥、鎳或不銹鋼材料進(jìn)行線切割或模具沖壓加工制成，形狀類似倒 Π 或L型，倒Π 型的聚焦透鏡支架兩垂直面間距等于聚焦透鏡的外徑，L型支架分布在聚焦 透鏡的兩側(cè)，間距等于聚焦透鏡的外徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所述聚 焦透鏡采用非球面設(shè)計(jì)，并雙面鍍?cè)鐾笢p反膜，聚焦透鏡的中心與半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片 處于同一水平高度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所述分 光棱鏡與聚焦透鏡、半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片處于同一光軸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所述探 測(cè)器芯片應(yīng)該靠近分光棱鏡的一個(gè)出光面且應(yīng)該斜放。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件封裝的光耦合設(shè)備，其特征在于，所述制 冷器是燒焊固定在管殼上，所述熱沉是燒焊固定在制冷器上，所述半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片 與探測(cè)器芯片是錫焊固定在熱沉上，所述聚焦透鏡支架是激光焊接固定在熱沉上，所述聚 焦透鏡是激光焊接固定在聚焦透鏡支架上，所述分光棱鏡是用固化膠或金屬焊固定在熱沉 上。
【文檔編號(hào)】G02B6/32GK104122634SQ201410344680
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】鄧曄, 王欣, 袁海慶, 祝寧華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所