一种应用于光电子器件封装的光耦合设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，包括：管壳；制冷器；热沉；半导体光发射器件芯片；聚焦透镜支架；聚焦透镜；分光棱镜；探测器芯片；光纤耦合输出端。本发明通过在光耦合部分安装分光棱镜将一束光信号引入探测器芯片中，克服了因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无法安置背光探测器的困难，实现了对半导体光电子器件光信号的监测。
【专利说明】一种应用于光电子器件封装的光耦合设备
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电子器件领域，更具体说是一种应用于光电子器件封装的光耦合设 备。
【背景技术】
[0002] 半导体光电子器件的封装是指通过电连接、光耦合、温控、机械固定及密封等措 施，使半导体光电子器件成为具有一定功能且性能稳定组件的装配过程。为了将半导体光 电子器件中的光信号引入光纤进行传导，需要将半导体光电子器件耦合封装到某种特定的 封装形式当中，达到将半导体光电子器件产生的光信号稳定可靠地耦合到传输媒质即光纤 当中，以及将直流偏置、调制信号等电信号引入半导体光电子器件的目的。在半导体光电子 器件的封装管壳中，通过放置半导体制冷器和热敏电阻，结合外部控制电路，可以保证半导 体光电子器件工作在恒定温度中。通过安置微波微带电路，可以减少封装对于半导体光电 子器件高频响应特性的影响。通常情况下，需要利用光电探测器对光路中所传递的光能量 进行监测，以维持系统的稳定工作状态。例如，目前对于半导体激光器的封装，一般是在其 芯片背面安置背光探测器。背光探测器可以接收到激光器芯片背面发出的光，产生光电流 从而监测激光器芯片的发光情况。然而，随着通信对半导体激光器的高频性能要求越来越 高，在封装管壳内设计复杂的微波微带电路也变得越来越复杂。对于一些特定情况，在激光 器芯片背面安置有复杂的微波微带电路，此时没有多余的空间再安置背光探测器。重新布 局微波微带电路过程复杂，对于封装后的激光器高频性能影响很大。此外，对于需要双端耦 合的半导体光电子器件如电致吸收调制器、半导体光放大器等，安置背光探测器的方案也 不可行。
【发明内容】
[0003] (一）要解决的技术问题
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于光电子器件封装的光耦合设备。该 设备能在没有多余空间安置背光探测器的情况下，实现对半导体光电子器件光信号的监 测。
[0005] (二）技术方案
[0006] 根据本发明提出的应用于光电子器件封装的光f禹合设备，该光f禹合设备包括：管 壳，该管壳为可阀或陶瓷材料；制冷器，该制冷器固定在管壳底面；热沉，该热沉为阶梯结 构，有上下两个载物面，其固定在制冷器上；半导体光发射器件芯片，该半导体光发射器件 芯片是半导体激光器或电致吸收调制器或半导体光放大器，该半导体光发射器件芯片固定 在热沉的上载物面；聚焦透镜支架，该聚焦透镜支架固定在热沉的下载物面，呈倒Π 型或L 型；聚焦透镜，该聚焦透镜固定在聚焦透镜支架上；分光棱镜，该分光棱镜固定在热沉的下 载物面；探测器芯片，该探测器芯片固定在热沉的下载物面；光纤耦合输出端，该光纤耦合 输出端与分光棱镜的一出光面严格对准。
[0007] (三）有益效果
[0008] 本发明一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，可克服因微波微带电路复杂或 需双端光耦合而无法安置背光探测器的困难，在光耦合部分通过安装分光棱镜将一束光信 号引入探测器芯片中，实现了对半导体光电子器件光信号的监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说 明，其中：
[0010] 图1是本发明一种应用于光电子器件封装的光耦合设备的整体图。
[0011] 图2是本发明一种应用于光电子器件封装的光耦合设备的俯视图。
【具体实施方式】
[0012] 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，对本发明进一步详细说明。
[0013] 图1是本发明的应用于光电子器件封装的光耦合设备的整体图。图2是本发明的 应用于光电子器件封装的光耦合设备的俯视图。在说明书附图中出现的各附图标记的含义 如下：
[0014] 1-管壳； 2-制冷器；
[0015] 3-热沉； 4-半导体光发射器件芯片；
[0016] 5-聚焦透镜支架； 6-聚焦透镜；
[0017] 7-分光棱镜； 8-探测器芯片；
[0018] 9_光纤稱合输出端。
[0019] 如图1和图2所示，本发明的应用于光电子器件封装的光耦合设备，其中包括：
[0020] 管壳1，该管壳1为可阀或陶瓷材料。
[0021] 制冷器2,该制冷器2烧焊在管壳1底面，用于保证半导体光电子器件工作在恒定 温度中。
[0022] 热沉3,该热沉3为阶梯结构，有上下两个载物面，如图1所示上载物面301和下载 物面302。上载物面301比下载物面302高出一定的高度，高度值应为聚焦透镜6中心轴到 下载物面302的距离，以保证半导体光发射器件芯片4与聚焦透镜6能处于同一高度。该热 沉3烧焊在制冷器2上，所采用的是无氧高电导铜或者金刚石或可阀或氮化铝或氧化铍或 碳化硅等具有高热导率及低膨胀系数的材料。热沉3通过采用线切割或腐蚀的方法得到， 经过磨平、抛光后，在热沉3的上下两表面镀金，使得热沉3具有良好的导电性与导热性。
[0023] 半导体光发射器件芯片4,该半导体光发射器件芯片4锡焊贴在热沉3的上载物面 301上。该半导体光发射器件芯片4可以是半导体激光器、电致吸收调制器、半导体光放大 器等。该半导体光发射器件芯片4要尽量靠近热沉3上载物面301的垂直边缘，以避免边 缘金属引起的反射进入半导体光发射器件芯片4中影响工作性能。将半导体光发射器件芯 片4用锡焊固定在热沉3的上载物面301的作用是，半导体光发射器件芯片4与热沉3紧 密固定，并且保持热沉3和半导体光发射器件芯片4电极的良好电接触和热传导性能。
[0024] -或两个聚焦透镜支架5,该聚焦透镜支架5对聚焦透镜6起到支撑连接的作用， 聚焦透镜支架5可选用可阀、镍或不锈钢材料进行线切割或模具冲压加工，形状类似倒Π 或L型，倒Π 的需要一个，其底面与热沉3的下载物面302通过激光焊接固定，两垂直面的 间距应该等于聚焦透镜6的外径；L型支架需要两个，分布在聚焦透镜6的两侧，间距等于 聚焦透镜6的外径，其底面与热沉3的下载物面302通过激光焊接固定。
[0025] 聚焦透镜6,该聚焦透镜6通过激光焊接在聚焦透镜支架5上，起到会聚从半导体 光发射器件芯片4出射的激光的作用。该聚焦透镜6的中心与半导体光发射器件芯片4处 于同一水平高度。聚焦透镜6采用非球面设计，以提高耦合效率。聚焦透镜6的双面镀增 透减反膜以减少光反射的影响。
[0026] 分光棱镜7,该分光棱镜7通过金属焊或固化胶固定在热沉3的下载物面302,并 与聚焦透镜6、半导体光发射器件芯片4处于同一光轴。该分光棱镜7的作用在于将聚焦后 的激光分为传播方向相互垂直的两束，大部分光直接通过该分光棱镜7进入光纤f禹合输出 端9,另一小部分光经过90度转向入射到探测器芯片8中。
[0027] 探测器芯片8,该探测器芯片8用锡焊贴在热沉3的下载物面302上。该探测器芯 片8应该靠近分光棱镜7的一个出光面且应该斜放以减少反射。探测器芯片8与热沉3应 紧密固定，以保证热沉3和探测器芯片8电极之间的良好电接触和热传导性能。
[0028] 光纤f禹合输出端9,该光纤f禹合输出端9与分光棱镜7的一出光面严格对准，用于 将直接通过分光棱镜7的激光耦合输出。
[0029] 需要说明的是，根据封装器件性能的要求，本实施例中管壳1(包括引脚、光输入 端、电输入端等，在图中并未画出）可以有不同的设计，并不局限于图中所示；聚焦透镜6和 分光棱镜7的位置应精细调整，以保证光耦合效率最大；热沉3、半导体光发射器件芯片4 与探测器芯片8应通过引腿或金丝与管壳1引脚焊接相连，在图中没有画出这些连接。
[0030] 至此，已经结合附图对本发明一种应用于光电子器件封装的光耦合设备进行了详 细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种应用于光电子器件封装的光耦 合设备有了清楚的认识。
[0031] 此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、 形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。
[0032] 综上所述，本发明一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，可克服因微波微带 电路复杂或需双端光耦合而无法安置背光探测器的困难，在光耦合部分通过安装分光棱镜 将一束光信号引入探测器芯片中，实现了对半导体光电子器件光信号的监测。
【权利要求】
1. 一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，包括： 管壳，该管壳为可阀或陶瓷材料； 制冷器，该制冷器固定在管壳底面； 热沉，该热沉为阶梯结构，有上下两个载物面，其固定在制冷器上； 半导体光发射器件芯片，该半导体光发射器件芯片是半导体激光器或电致吸收调制器 或半导体光放大器，该半导体光发射器件芯片固定在热沉的上载物面； 聚焦透镜支架，该聚焦透镜支架固定在热沉的下载物面，呈倒Π 型或L型； 聚焦透镜，该聚焦透镜固定在聚焦透镜支架上； 分光棱镜，该分光棱镜固定在热沉的下载物面； 探测器芯片，该探测器芯片固定在热沉的下载物面； 光纤f禹合输出端，该光纤f禹合输出端与分光棱镜的一出光面严格对准。
2. 根据权利要求1所述的应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所述热 沉采用的是无氧高电导铜或者金刚石或可阀或氮化铝或氧化铍或碳化硅这样的具有高热 导率及低膨胀系数的材料。
3. 根据权利要求1所述的一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所 述热沉的上下两表面磨平、抛光。
4. 根据权利要求1所述的一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所 述热沉的上下两表面镀金。
5. 根据权利要求1所述的一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所 述半导体光发射器件芯片应尽量靠近热沉上载物面的垂直边缘，以避免边缘金属引起的反 射进入半导体光发射器件芯片。
6. 根据权利要求1所述的一种应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所 述聚焦透镜支架选用可阀、镍或不锈钢材料进行线切割或模具冲压加工制成，形状类似倒 Π 或L型，倒Π 型的聚焦透镜支架两垂直面间距等于聚焦透镜的外径，L型支架分布在聚焦 透镜的两侧，间距等于聚焦透镜的外径。
7. 根据权利要求1所述的应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所述聚 焦透镜采用非球面设计，并双面镀增透减反膜，聚焦透镜的中心与半导体光发射器件芯片 处于同一水平高度。
8. 根据权利要求1所述的应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所述分 光棱镜与聚焦透镜、半导体光发射器件芯片处于同一光轴。
9. 根据权利要求1所述的应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所述探 测器芯片应该靠近分光棱镜的一个出光面且应该斜放。
10. 根据权利要求1所述的应用于光电子器件封装的光耦合设备，其特征在于，所述制 冷器是烧焊固定在管壳上，所述热沉是烧焊固定在制冷器上，所述半导体光发射器件芯片 与探测器芯片是锡焊固定在热沉上，所述聚焦透镜支架是激光焊接固定在热沉上，所述聚 焦透镜是激光焊接固定在聚焦透镜支架上，所述分光棱镜是用固化胶或金属焊固定在热沉 上。
【文档编号】G02B6/32GK104122634SQ201410344680
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】邓晔, 王欣, 袁海庆, 祝宁华 申请人:中国科学院半导体研究所