光发射器

1.本发明涉及光电子器件封装领域，特别涉及一种宽温度工作范围的高性能14针脚的蝶型封装光发射器。


背景技术：

2.光纤通信网络服务的是基站至上游交换设备、城域网、承载网、骨干网等主干网络以及需要海量信息交互的数据中心等。
3.半导体激光器作为光发射器是光通信核心电子器件之一，随着人们对信息交换需求的日益增长，激光器的带宽需要做的越来越高，这会使得光发射器的功耗也变得越来越大，除此之外，光发射器还有一些特殊场景的应用，比如高温环境下，这也对封装技术提出了更高的要求。
4.蝶型封装是半导体激光器常见的一种封装形式，因传统的蝶型管壳有14管脚，整个外形像张开的蝴蝶翅膀，所以称为蝶型封装。但现有技术的蝶型封装激光器的设计方案，由于散热性能较差，在长期工作的情况下，发光器件的温度升高将影响发光性能，不能很好的应对高功耗带来的极端的温度环境。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的上述和其他方面的至少部分技术问题，根据本发明一个方面的实施例，提供一种光发射器，包括：
6.基板；
7.半导体制冷组件，设置在基板上；
8.发光组件，安装在半导体制冷组件上，使得半导体制冷组件对发光组件降温，发光组件被构造成产生激光束；
9.管壳，安装在基板上，以封装半导体制冷组件和发光组件；
10.光纤，适用于将发光组件产生的激光束输出至管壳的外部；以及
11.透明填充胶，填充在管壳的内壁与基板之间的空间内，并被构造成将发光组件产生的激光束引导至光纤、并将发光组件产生的热量传递到管壳上。
12.在本发明的一些实施例中，半导体制冷组件包括独立制冷的第一制冷部和第二制冷部，第一制冷部和第二制冷部的第一针脚、第二针脚、第三针脚和第四针脚平行于基板的安装面伸出管壳，
13.发光组件包括：
14.发光部，安装在第一制冷部上，并适用于产生激光束；以及
15.导光部，安装在第二制冷部上，并适用于将激光束引导至光纤。
16.在本发明的一些实施例中，发光部包括：
17.激光器芯片，适用于产生激光束，激光束分成第一激光和第二激光；以及
18.背光探测器，适用于根据接收的第一激光监测激光器芯片的工作状态，背光探测
器的第五针脚和第六针脚平行于基板的安装面伸出管壳。
19.在本发明的一些实施例中，导光部包括：
20.两个透镜，依次安装在第二激光的光路上，适用于对第二激光进行光场调控，以降低第二激光传输过程中的耦合损耗；以及
21.光隔离器，安装在两个透镜之间，以减小第二激光传输过程中反射光对激光器芯片的影响。
22.在本发明的一些实施例中，激光器芯片包括发光二极管，发光二极管的正极连接平行于基板的安装面伸出管壳的第七针脚；
23.发光二极管的负极与匹配电阻和电感的第一端电连接，匹配电阻适用于匹配发光二极管和管壳内部电路的电阻，电感适用于隔离电流交流信号；
24.匹配电阻和电感的第二端分别连接平行于基板的安装面伸出管壳的第八针脚和第九针脚。
25.在本发明的一些实施例中，发光部还包括：
26.第一热敏电阻，安装在第一制冷部上，第一热敏电阻适用于感应激光器芯片和背光探测器周边的温度，第一制冷部适用于根据第一热敏电阻检测的温度控制激光器芯片和背光探测器附近的温度；
27.导光部包括第二热敏电阻，安装在第二制冷部上，第二热敏电阻适用于感应第二激光的光路周边的温度，第二制冷部适用于根据第二热敏电阻检测的温度控制第二激光的光路附件的温度，
28.第一热敏电阻和第二热敏电阻的第十针脚、第十一针脚、第十二针脚和第十三针脚平行于基板的安装面伸出管壳。
29.在本发明的一些实施例中，透明填充胶的折射率为1.3～1.7。
30.在本发明的一些实施例中，透明填充胶为纳米氧化铝或纳米氧化锌的改性填充物。
31.在本发明的一些实施例中，光发射器还包括：热沉，安装在第一制冷部和第二制冷部与发光部和导光部之间，以为发光部和导光部提供支撑和散热。
32.在本发明的一些实施例中，光发射器还包括：子载体，安装在热沉和发光部之间。
33.根据本发明的上述实施例的光发射器，通过利用透明填充胶可以更有效地将光发射器内部的热量更快地传递出去，使光发射器能够在更宽的温度范围内工作。
附图说明
34.图1是根据本发明的示例性实施例的光发射器的立体图；
35.图2是图1所示的光发射器的底视图；
36.图3是图1所示的光发射器的剖视图；
37.图4是图1所示的光发射器在未安装管壳和填充填充胶的情况下的俯视图；以及
38.图5是图1所示的光发射器的电路图。
39.附图标记说明
40.1：管壳；
41.2：激光器芯片；
42.3：背光探测器；
43.4：透镜；
44.5：光隔离器；
45.61：第一热敏电阻；
46.62：第二热敏电阻；
47.71：第一制冷部；
48.72：第二制冷部；
49.8：基板；
50.9：发光部；
51.10：导光部；
52.11：子载体；
53.12：热沉；
54.13：光纤；
55.14：透明填充胶；
56.15：第一针脚；
57.16：第二针脚；
58.17：第三针脚；
59.18：第四针脚；
60.19：第五针脚；
61.20：第六针脚；
62.21：第七针脚；
63.22：第八针脚；
64.23：第九针脚；
65.24：第十针脚；
66.25：第十一针脚；
67.26：第十二针脚；
68.27：第十三针脚；
69.28：第十四针脚。
具体实施方式
70.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
71.但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
72.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
73.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
74.图1是根据本发明的示例性实施例的光发射器的立体图；图3是图1所示的光发射器的剖视图；图4是图1所示的光发射器在未安装管壳和填充填充胶的情况下的俯视图。
75.根据本发明一个方面的实施例，提供一种光发射器，如图1、图3和图4所示，包括：基板8；半导体制冷组件，设置在基板8上；发光组件，安装在半导体制冷组件上，使得半导体制冷组件对发光组件降温，发光组件被构造成产生激光束；管壳1，安装在基板8上，以封装半导体制冷组件和发光组件；光纤13，适用于将发光组件产生的激光束输出至管壳1的外部；以及透明填充胶14，填充在管壳1的内壁与基板8之间的空间内，并被构造成将发光组件产生的激光束引导至光纤13、并将发光组件产生的热量传递到管壳1上。通过利用透明填充胶可以更有效地将光发射器内部的热量更快地传递出去，使光发射器能够在更宽的温度范围内工作。透明填充胶的导热系数大于10w/(m
·
k)，透光率高于98％，根据本发明的实施例可以使光发射器的工作范围在-45度到85度。
76.图2是图1所示的光发射器的底视图；图5是图1所示的光发射器的电路图。
77.在本发明的一些实施例中，如图2和图5所示，半导体制冷组件包括独立制冷的第一制冷部71和第二制冷部72，第一制冷部71和第二制冷部72的下部从所述基板的下部暴露在外部，以提高散热效率。第一制冷部71和第二制冷部72的第一针脚15、第二针脚16、第三针脚17和第四针脚18平行于基板8的安装面伸出管壳1。发光组件包括：发光部9，安装在第一制冷部71上，并适用于产生激光束；以及导光部10，安装在第二制冷部72上，并适用于将激光束引导至光纤13。第一制冷部71和第二制冷部72是由半导体制冷器组成，半导体制冷器使用的是帕尔贴效应，即当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。本发明的实施例中半岛器制冷器的吸热面朝向管壳内部，放热面朝向管壳外部。
78.在本发明的一些实施例中，如图3和图4所示，发光部9包括：激光器芯片2，适用于产生激光束，激光束分成第一激光和第二激光；以及背光探测器3，适用于根据接收的第一激光监测激光器芯片2的工作状态，背光探测器3的第五针脚19和第六针脚20平行于基板8的安装面伸出管壳1。本发明实施例的光发射器采用的是蝶形封装，在管壳上有14个针脚，两侧各有7个。采用这种蝶型封装的光发射器拥有更多的管脚，可以放进去更多的器件加电，比如制冷器等，常用在高速率、长距离、高性能的传输系统当中。
79.在本发明的一些实施例中，如图3和图4所示，导光部10包括：两个透镜4，依次安装在第二激光的光路上，适用于对第二激光进行光场调控，以降低第二激光传输过程中的耦合损耗；以及光隔离器5，安装在两个透镜4之间，以减小第二激光传输过程中反射光对激光器芯片2的影响。通过设置两个透镜能有效提高光信号的耦合效率，通过设置光隔离器，只允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过，能有效隔离回波反射的光。
80.在本发明的一些实施例中，激光器芯片2包括发光二极管，发光二极管的正极连接平行于基板8的安装面伸出管壳1的第七针脚21和第十四针脚28；发光二极管的负极与匹配电阻和电感的第一端电连接，匹配电阻适用于匹配发光二极管和管壳1内部电路的电阻，电感适用于隔离电流交流信号；匹配电阻和电感的第二端分别连接平行于基板8的安装面伸
出管壳1的第八针脚22和第九针脚23，本发明实施例的光发射器内部的各个元器件是靠金线电气连接的。
81.在本发明的一些实施例中，发光部9还包括：第一热敏电阻61，安装在第一制冷部71上，第一热敏电阻适用于感应激光器芯片2和背光探测器3周边的温度，第一制冷部71适用于根据第一热敏电阻检测的温度控制激光器芯片2和背光探测器3附近的温度；导光部10包括第二热敏电阻62，安装在第二制冷部72上，第二热敏电阻适用于感应第二激光的光路周边的温度，第二制冷部72适用于根据第二热敏电阻检测的温度控制第二激光的光路附件的温度。如图5所示，第一热敏电阻和第二热敏电阻的第十针脚24、第十一针脚25、第十二针脚26和第十三针脚27平行于基板8的安装面伸出管壳1。通过采用分布式温度控制的方法，使用两个热敏电阻和两个半导体制冷器分别监测和控制光发射器内不同区域的温度，极大地提升了光发射器内的温度分布均匀性、温度稳定度、散热能力和激光器频率稳定性等。
82.在本发明的一些实施例中，透明填充胶14的折射率为1.3～1.7。通过采用了改性的导热透明有机硅胶作为填充物，克服了传统光电子器件模块封装工艺中由于传统的灌封胶体系对光不透明、导热性差而不能应用于光发射器件的问题。
83.在本发明的一些实施例中，透明填充胶14为纳米氧化铝或纳米氧化锌的改性填充物。由于以纳米氧化铝或纳米氧化锌的改性填充物为主的导热透明有机硅胶的导热系数相较于空气有了明显的提升，显著改善了光电子器件的散热能力，提升了器件的机械强度，避免了水汽对激光器芯片的不利影响。
84.在本发明的一些实施例中，光发射器还包括：热沉12，安装在第一制冷部71和第二制冷部72与发光部9和导光部10之间，以为发光部9和导光部10提供支撑和散热；子载体11，安装在热沉12和发光部9之间。
85.至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
86.还需要说明的是，在本发明的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10％的变化、在一些实施例中
±
5％的变化、在一些实施例中
±
1％的变化、在一些实施例中
±
0.5％的变化。
87.本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
88.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。