CN113764971B - 电吸收调制激光器制冷封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电吸收调制激光器制冷封装结构，涉及芯片封装技术领域，主要目的是保证电吸收调制吸光器的信号线和地线的阻抗在48至52欧姆，同时避免金线导热而影响半导体制冷器的制冷效果。该封装结构包括底座；半导体制冷器，设置于底座；L形钨铜块，其水平端设置于半导体制冷器；载板，设置于竖直端，载板的第一信号脚的第一打线端与第二信号脚的打线端、第一地脚和第三地脚以及第二地脚和第四地脚均水平相对，且分别通过两根金线连接；电吸收调制激光器芯片，设置于载板，其一端与第一信号脚连接，另一端与第三引脚连接；热敏电阻，设置于竖直端；背光监控探测器芯片，设置于水平端；透镜帽，封装于底座。

Description

电吸收调制激光器制冷封装结构
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，尤其是涉及到一种电吸收调制激光器制冷封装结构。
背景技术
电吸收调制激光器是分布反馈激光器和电吸收调制器的集成器件，通常作为长途通讯干线和高速光纤传输***中的关键信号光源而被广泛应用。
目前，电吸收调制激光器可以采用TO制冷封装结构，其通常包括半导体制冷器，该半导体制冷器用于对电吸收调制激光器进行控温，以保证电吸收调制激光器的工作温度。
电吸收调制激光器芯片通过金线与底座的引脚连接，由于引脚与电吸收调制激光器芯片的距离通常较远，导致金线的长度较长，而且，连接电吸收调制激光器芯片与引脚的金线数量通常较多，从而导致金线将更多的热量导至封装内，进而影响半导体制冷器对电吸收调制激光器的制冷效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电吸收调制激光器制冷封装结构，主要目的是保证电吸收调制吸光器的信号线和地线的阻抗在48至52欧姆，同时避免因金线导热而影响半导体制冷器的制冷效果，从而保证电吸收调制激光器的正常工作。
为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：
本发明实施例提供了一种电吸收调制激光器制冷封装结构，包括：
底座，所述底座上设置有第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚和第五引脚；
半导体制冷器，设置于所述底座上，且与所述第一引脚连接；
L形钨铜块，所述L形钨铜块包括相连接的水平端和竖直端，所述水平端设置于所述半导体制冷器上，所述竖直端与所述第二引脚相邻；
载板，设置于所述竖直端，所述载板包括上下依次布置的第一地脚、第一信号脚和第二地脚，所述第一信号脚的第一打线端向下倾斜设置；所述第二引脚包括上下依次布置的第三地脚、第二信号脚和第四地脚，所述第二信号脚的打线端向上倾斜设置；所述第一信号脚的第一打线端与所述第二信号脚的打线端水平相对，且通过两根第一金线连接；所述第一地脚和第三地脚水平相对，且通过两根第二金线连接；所述第二地脚和第四地脚水平相对，且通过两根第三金线连接；
电吸收调制激光器芯片，设置于所述载板上，所述电吸收调制激光器芯片的一端与所述第一信号脚连接，另一端与所述第三引脚连接；
热敏电阻，设置于所述竖直端，且与所述第四引脚连接；
背光监控探测器芯片，设置于所述水平端，且与所述第五引脚连接；
透镜帽，封装于所述底座上。
进一步地，所述载板上靠近所述第二引脚的一端端面与所述竖直端的相对应端端面齐平。
进一步地，所述载板的厚度为0.254毫米；
所述第一信号脚的第一打线端与所述第一地脚之间的第一距离处处相等，且所述第一距离为0.065毫米，所述第一信号脚的第一打线端与所述第二地脚之间的第二距离处处相等，且所述第二距离为0.065毫米；所述第一信号脚的第一打线端的宽度为0.14毫米；所述第一地脚在所述载板端部处的宽度为0.28毫米；所述第二地脚在所述载板端部处的宽度为0.14毫米，以使所述第一信号脚与所述第一地脚之间的阻抗，以及所述第一信号脚和所述第二地脚之间的阻抗均在48欧姆至52欧姆范围内。
进一步地，所述第一信号脚包括与所述第一打线端相对的第二打线端；
所述第一地脚和所述第二地脚在所述第一信号脚的第二打线端处相互连接而形成连接端；
所述第一信号脚的第二打线端与所述连接端之间的第三距离处处相等、所述第一信号脚的第二打线端与所述第一地脚之间的第四距离处处相等以及所述第一信号脚的第二打线端与所述第二地脚之间的第五距离处处相等；且所述第三距离、第四距离和第五距离均为0.065毫米；
所述第一信号脚的第二打线端的宽度为0.14毫米。
进一步地，所述透镜帽的数量为多个，多个所述透镜帽的高度各不相同，任一所述透镜帽能封装于所述底座上。
进一步地，所述电吸收调制激光器芯片的光轴与所述透镜帽的轴线重合。
进一步地，所述的电吸收调制激光器制冷封装结构还包括：
第一电容，所述电吸收调制激光器芯片通过所述第一电容与所述第三引脚连接。
进一步地，所述的电吸收调制激光器制冷封装结构还包括：
第二电容，所述第二电容与所述载板连接。
进一步地，所述水平端的顶面为倾斜面，所述倾斜面朝向所述半导体制冷器的方向以及远离所述竖直端的方向倾斜设置。
进一步地，所述倾斜面的倾斜角度为7度。
借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
本发明实施例提供的电吸收调制激光器制冷封装结构中，载板上的第一信号脚的第一打线端向下倾斜设置；第二引脚的第二信号脚的打线端向上倾斜设置，使得第一信号脚的第一打线端与第二信号脚的打线端可以水平相对，同时，第一地脚和第三地脚以及第二地脚和第四地脚均水平相对，缩短了第一信号脚的第一打线端与第二信号脚的打线端之间的距离、第一地脚和第三地脚之间的距离以及第二地脚和第四地脚之间的距离，从而缩短了第一金线、第二金线和第三金线的长度，进而减少了金线传导的热量，而且，第一金线至第三金线的数量分别为两根，不仅能够保证信号传输，还减少了载板与第二引脚之间金线的数量，从而进一步减少了金线传导的热量，避免了因金线导热而影响导体制冷器的制冷效果，保证了电吸收调制激光器的正常工作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器制冷封装结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器制冷封装结构中透镜帽封装于底座的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器制冷封装结构中载板的正面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器制冷封装结构中载板的侧面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供了一种电吸收调制激光器制冷封装结构，包括底座1，该底座1为金属底座，其上设置有第一引脚11、第二引脚12、第三引脚13、第四引脚14和第五引脚15；半导体制冷器2，设置于底座1上，且与第一引脚11连接；L形钨铜块3，其包括相连接的水平端31和竖直端32，水平端31设置于半导体制冷器2上，竖直端32与第二引脚12相邻；载板4，设置于竖直端32，载板4包括上下依次布置的第一地脚41、第一信号脚42和第二地脚43，第一信号脚42的第一打线端421向下倾斜设置；第二引脚12包括上下依次布置的第三地脚121、第二信号脚122和第四地脚123，第二信号脚122的打线端向上倾斜设置；第一信号脚42的第一打线端421与第二信号脚122的打线端水平相对，且通过两根第一金线连接；第一地脚41和第三地脚121水平相对，且通过两根第二金线连接；第二地脚43和第四地脚123水平相对，且通过两根第三金线连接；电吸收调制激光器芯片5，设置于载板4上，电吸收调制激光器芯片5的一端与第一信号脚42连接，另一端与第三引脚13连接；热敏电阻6，设置于竖直端32，且与第四引脚14连接；背光监控探测器芯片7，设置于水平端31，且与第五引脚15连接，用于监控产品的背光；透镜帽8，封装于底座1上。
本发明实施例，采用TO56带制冷封装结构，电吸收调制激光器芯片5的一端与第一信号脚42连接，另一端与第三引脚13连接，以便给电吸收调制激光器芯片5的DFB8端加电流和给EAM端加负偏压，使得电吸收调制激光器芯片5发光，然后通过透镜帽8将光汇聚到焦点处。而且，通过半导体制冷器2和热敏电阻6组成的电路，实现根据热敏电阻6阻值随温度变化而变化的规律来控制半导体制冷器2工作，以保证电吸收调制激光器芯片5的工作温度。
本发明实施例提供的电吸收调制激光器制冷封装结构中，载板4上的第一信号脚42的第一打线端421向下倾斜设置；第二引脚12的第二信号脚122的打线端向上倾斜设置，使得第一信号脚42的第一打线端421与第二信号脚122的打线端可以水平相对，同时，第一地脚41和第三地脚121以及第二地脚43和第四地脚123均水平相对，缩短了第一信号脚42的第一打线端421与第二信号脚122的打线端之间的距离、第一地脚41和第三地脚121之间的距离以及第二地脚43和第四地脚123之间的距离，从而缩短了第一金线、第二金线和第三金线的长度，进而减少了金线传导的热量，而且，第一金线至第三金线的数量分别为两根，不仅能够保证信号传输，还减少了载板4与第二引脚12之间金线的数量，从而进一步减少了金线传导的热量，避免了因金线导热而影响导体制冷器的制冷效果，保证了电吸收调制激光器的正常工作。
在一可选的实施例中，参见图1，载板4上靠近第二引脚12的一端端面与L形钨铜块3的竖直端32的相对应端端面齐平，以增加载板4的长度，减小载板4与第二引脚12之间的距离，从而进一步缩短第一信号脚42的第一打线端421与第二信号脚122的打线端之间的距离、第一地脚41和第三地脚121之间的距离以及第二地脚43和第四地脚123之间的距离，进而进一步缩短第一金线、第二金线和第三金线的长度，以进一步减少金线传导的热量，更好地保证导体制冷器的制冷效果。
在一可选的实施例中，参见图3和图4，载板4的厚度a为0.254毫米；第一信号脚42的第一打线端421与第一地脚41之间的第一距离b处处相等，且第一距离b为0.065毫米，第一信号脚42的第一打线端421与第二地脚43之间的第二距离c处处相等，且第二距离c为0.065毫米；第一信号脚42的第一打线端421的宽度d为0.14毫米；第一地脚41在载板4端部处的宽度e为0.28毫米；第二地脚43在载板4端部处的宽度f为0.14毫米，以使第一信号脚42与第一地脚41之间的阻抗，以及第一信号脚42和第二地脚43之间的阻抗均在48欧姆至52欧姆范围内。
由于后端模块需要48欧姆至52欧姆的阻抗进行容阻匹配，从而保证电吸收调制激光器芯片5的性能，得到良好的光眼图，本实施例中，通过将载板4的厚度a设置为0.254毫米；第一信号脚42的第一打线端421与第一地脚41和第二地脚43之间的距离均设置为0.065毫米，将第一信号脚42的第一打线端421的宽度d设置为0.14毫米，第一地脚41和第二地脚43在载板4端部处的宽度f依次分别设置为0.28毫米和0.14毫米，以使得第一信号脚42与第一地脚41之间阻抗为49.95欧姆，第一信号脚42与第二地脚43之间的阻抗为50.06欧姆，保证了载板4上信号脚与地脚之间的阻抗在48欧姆至52欧姆范围内，满足了后端模块需要48欧姆至52欧姆的阻抗进行容阻匹配的要求，从而保证了电吸收调制激光器芯片5的性能，能够得到良好的光眼图。
需要说明的是，第一信号脚42与第一地脚41或第二地脚43之间的阻抗，可以根据载板4的底材厚度a、底材介电常数、第一打线端421的宽度d、第一地脚41在载板4端部处的宽度e或第二地脚43在载板4端部处的宽度f、第一打线端421与第一地脚41或第二地脚43之间的距离以及线路厚度进行计算，具体地，可以利用Polar SI9000软件进行计算。
在一可选的实施例中，参见图3，第一信号脚42包括与第一打线端421相对的第二打线端422；第一地脚41和第二地脚43在第一信号脚42的第二打线端422处相互连接而形成连接端44；第一信号脚42的第二打线端422与连接端44之间的第三距离g处处相等、第一信号脚42的第二打线端422与第一地脚41之间的第四距离h处处相等以及第一信号脚42的第二打线端422与第二地脚43之间的第五距离i处处相等；且第三距离g、第四距离h和第五距离i均为0.065毫米；第一信号脚42的第二打线端422的宽度为0.14毫米。
上述实施例中，通过将第一信号脚42的第二打线端422与连接端44、第一信号脚42和第二信号脚122之间的距离也均设置为0.065毫米，同时将第二打线端422的宽度也设置为0.14毫米，不仅能够使得载板4的加工制作更加方便，还可以更好地确保第一信号脚42与第一地脚41和第二地脚43之间的阻抗在48欧姆至52欧姆范围内。
在一可选的实施例中，透镜帽8的数量可以为多个，多个透镜帽8的高度各不相同，任一透镜帽8能封装于底座1上。
根据上述实施例，可以根据后端对焦距大小的需求，选择相应的透镜帽8与底座1进行封装，从而实现该封装结构的焦距可调的目的，进而更好地适配后端的需求，无需更换其他原材料组件，操作简单方便。具体地，若后端需求为焦距较长，则需更换高度较小的透镜帽8，使得电吸收调制激光器芯片5与透镜距离近一些，从而增大焦距；若后端需求焦距较短，则需更换高度较大的透镜帽8，使得电吸收调制激光器芯片5与透镜距离远一些，从而减小焦距。
此外，还可以根据后端对焦距大小的需求，来调整COS贴片在L形钨铜块3的竖直端32上的贴装高度，也能够实现该封装结构的焦距可调的目的，从而更好地适配后端的需求，无需更换其他原材料组件，操作简单方便。具体地，若后端需求为焦距较长，则可以增加COS贴片在竖直端32的贴装高度，使得电吸收调制激光器芯片5与透镜距离近一些，从而增大焦距；若后端需求焦距较短，则可以减小COS贴片在竖直端32的贴装高度，使得电吸收调制激光器芯片5与透镜距离远一些，从而减小焦距。其中，电吸收调制激光器芯片5和载板4的组合为COS贴片。
需要说明的是，可以通过更改COS贴片在L形钨铜块3的竖直端32上的贴装高度；和/或，选择合适高度的透镜帽8与底座1进行封装的方式来调整焦距，以适配后端的需求。
在一可选的实施例中，电吸收调制激光器芯片5的光轴与透镜帽8的轴线重合，即电吸收调制激光器芯片5与透镜帽8同轴封装，从而确保电吸收调制激光器芯片5发出的光汇聚到焦点的稳定性，提高焦距的一致性，确保产品量产的可实施性。
在一可选的实施例中，该封装结构可以在保证性能的前提下采用TO CAN封装形式，以使得封装结构尺寸更小，从而更好地适配后端光收发模块SFP+的应用要求。
在一可选的实施例中，参见图1，该封装结构还可以包括第一电容9，电吸收调制激光器芯片5通过第一电容9与第三引脚13连接。
上述实施例中，电吸收调制激光器芯片5的DFB8端与第一电容9连接，第一电容9与第三引脚13连接，一方面，实现了通过底座1上的引脚和地线为电吸收调制激光器芯片5的DFB8端加电流，使得芯片发光；另一方面，第一电容9可以滤除杂散的交流信号，从而更好地确保电吸收调制激光器芯片5的性能。具体地，第一电容9可以为100pf的低压电容。
在一可选的实施例中，参见图1，该电吸收调制激光器制冷封装结构还可以包括第二电容10，该第二电容10与载板4连接。该第二电容10可以为10nf的低压电容，其可以与载板4的48欧姆至52欧姆的阻抗进行容阻匹配，从而更好地保证电吸收调制激光器芯片5的性能。
在一可选的实施例中，参见图1，L形钨铜块3的水平端31的顶面可以为倾斜面，该倾斜面朝向半导体制冷器2的方向以及远离竖直端32的方向倾斜设置，从而防止了因背光监控探测器芯片7的反射而影响电吸收调制激光器芯片5，保证了电吸收调制激光器芯片5的正常工作。具体地，倾斜面的倾斜角度可以优选为7度，从而更好地防止背光监控探测器芯片7反射而影响电吸收调制激光器芯片5。
本发明实施例中，该电吸收调制激光器制冷封装结构的封装过程可以为：将半导体制冷器2通过导电银胶贴装到底座1上；将L形钨铜块3通过导电银胶贴装到半导体制冷器2上表面；将背光监控探测器芯片7、热敏电阻6通过导电银胶贴装到L形钨铜块33上；将第一电容9、第二电容10通过导电银胶贴装到L形钨铜块3上；将电吸收调制激光器芯片5和载板4通过共晶焊的方式做成COS组件；将COS组件通过导电银胶贴装到L形钨铜块3上；通过直径为25μm，纯度为99.99％的金线将各个组件连接起来；在纯氮气环境下将TO透镜帽8和上述制作好的TO半成品封焊到一起。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，包括：
底座，所述底座上设置有第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚和第五引脚；
半导体制冷器，设置于所述底座上，且与所述第一引脚连接；
L形钨铜块，所述L形钨铜块包括相连接的水平端和竖直端，所述水平端设置于所述半导体制冷器上，所述竖直端与所述第二引脚相邻；
载板，设置于所述竖直端，所述载板包括上下依次布置的第一地脚、第一信号脚和第二地脚，所述第一信号脚的第一打线端沿直线轨迹向下倾斜延伸设置，所述第一信号脚包括与所述第一打线端相对的第二打线端，所述第二打线端沿直线轨迹水平延伸设置；所述第二引脚包括上下依次布置的第三地脚、第二信号脚和第四地脚，所述第二信号脚的打线端向上倾斜设置；所述第一信号脚的第一打线端与所述第二信号脚的打线端水平相对，且通过两根第一金线连接；所述第一地脚和第三地脚水平相对，且通过两根第二金线连接；所述第二地脚和第四地脚水平相对，且通过两根第三金线连接；
电吸收调制激光器芯片，设置于所述载板上，所述电吸收调制激光器芯片的一端与所述第一信号脚连接，另一端与所述第三引脚连接；
热敏电阻，设置于所述竖直端，且与所述第四引脚连接；
背光监控探测器芯片，设置于所述水平端，且与所述第五引脚连接；
透镜帽，封装于所述底座上。
2.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述载板上靠近所述第二引脚的一端端面与所述竖直端的相对应端端面齐平。
3.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述载板的厚度为0.254毫米；
所述第一信号脚的第一打线端与所述第一地脚之间的第一距离处处相等，且所述第一距离为0.065毫米，所述第一信号脚的第一打线端与所述第二地脚之间的第二距离处处相等，且所述第二距离为0.065毫米；所述第一信号脚的第一打线端的宽度为0.14毫米；所述第一地脚在所述载板端部处的宽度为0.28毫米；所述第二地脚在所述载板端部处的宽度为0.14毫米，以使所述第一信号脚与所述第一地脚之间的阻抗，以及所述第一信号脚和所述第二地脚之间的阻抗均在48欧姆至52欧姆范围内。
4.根据权利要求3所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述第一地脚和所述第二地脚在所述第一信号脚的第二打线端处相互连接而形成连接端；
所述第一信号脚的第二打线端与所述连接端之间的第三距离处处相等、所述第一信号脚的第二打线端与所述第一地脚之间的第四距离处处相等以及所述第一信号脚的第二打线端与所述第二地脚之间的第五距离处处相等；且所述第三距离、第四距离和第五距离均为0.065毫米；
所述第一信号脚的第二打线端的宽度为0.14毫米。
5.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述透镜帽的数量为多个，多个所述透镜帽的高度各不相同，任一所述透镜帽能封装于所述底座上。
6.根据权利要求5所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述电吸收调制激光器芯片的光轴与所述透镜帽的轴线重合。
7.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，还包括：
第一电容，所述电吸收调制激光器芯片通过所述第一电容与所述第三引脚连接。
8.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，还包括：
第二电容，所述第二电容与所述载板连接。
9.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述水平端的顶面为倾斜面，所述倾斜面朝向所述半导体制冷器的方向以及远离所述竖直端的方向倾斜设置。
10.根据权利要求9所述的电吸收调制激光器制冷封装结构，其特征在于，
所述倾斜面的倾斜角度为7度。
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