CN219267662U - 一种小型同轴光电探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种小型同轴光电探测器。包括TO底座、TO帽和光电二极管芯片，其中，TO底座包括第一引脚、第二引脚和底座载体；光电二极管芯片分别与第一引脚和第二引脚电性连接；TO帽设置在TO底座上，形成第一腔体；第一引脚设置在底座载体中心的轴线上，位于第一腔体内的第一引脚端部设置有第一凸台，光电二极管芯片设置在第一凸台上；第二引脚设置在底座载体的边沿，第一引脚与第二引脚的直径不同，可以很轻易的识别出第一引脚和第二引脚的位置和直径，以避免造成光电探测器反接烧毁的风险。本实用新型的第一引脚和第二引脚的直径和位置设置得不同，避免操作过程中光电探测器的P、N电极引脚插反，导致烧毁的风险。

Description

一种小型同轴光电探测器

技术领域

本实用新型涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种小型同轴光电探测器。

背景技术

随着光纤通信、光纤传感、光仪器仪表等领域的迅速发展，对小型化光电探测器需求日渐增强。其中，基于半导体技术的InGaAs、GaAs、Si光电二极管芯片由于成本低、体积小易于工程化应用，已获得广泛应用。为满足高密度的光纤通信***、仪器仪表、光纤传感、EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)光模块等小型化的需求，对光电探测器的体积提出了更高的需求。目前采用常规TO46封装的光电探测器已无法满足***小型化的需求，采用TO18、TO25等封装的小型光电探测器，生产中存在组装工艺复杂、可靠性差等一系列问题，且现有的结构设计对产品的工艺适应性较差，最终产品的体积偏大，客户端需要预留更多的空间，特别是对于需要密集排列应用的设备、模块等，光电探测器占用空间过大，不利于产品的小型化设计应用。除此之外，目前常规的光电探测器从TO底座内引出的两个引脚，两个引脚对称设置，并且两个引脚的直径相同。一方面，引脚的直径相同，在识别时，极易造成P电极与N电极的识别混淆，另一方面，在对探测器进行组装时，特别是引脚剪切平整后，很难识别光电探测器的P电极或N电极，从而造成生产操作过程中光电探测器的P、N电极引脚插反，导致供电错位烧毁，甚至造成击穿光电二极管芯片的风险，进一步地，两个引脚均偏离中心位置，预留给光电二极管芯片的位置较小，在有效的空间内不能容纳更大的光电二极管芯片。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于如何克服现有光电探测器TO底座内引脚的因对称并直径相同所造成识别混淆，最终导致光电探测器的P、N电极引脚插反以及个引脚均偏离中心位置，预留给光电二极管芯片的位置较小，在有效的空间内不能容纳更大的光电二极管芯片的问题。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种小型同轴光电探测器，包括TO底座1、TO帽2和光电二极管芯片3，其中，所述TO底座1包括第一引脚11、第二引脚12和底座载体13；

所述光电二极管芯片3两个电极分别与所述第一引脚11和第二引脚12电性连接；

所述TO帽2设置在所述TO底座1上，以形成密封的第一腔体4；所述第一引脚11贯穿的设置在所述底座载体13中心的轴线上，所述第一引脚11的端部设置有第一凸台14，所述光电二极管芯片3设置在所述第一凸台14上；

所述第二引脚12设置在所述底座载体13的边沿上，并且所述第一引脚11的直径与所述第二引脚12的直径不同，通过对第一引脚11和第二引脚12的识别，以避免造成光电探测器反接烧毁的风险。

优选的，还包括光纤5、管体6和陶瓷插芯7；

所述光纤5设置在所述陶瓷插芯7内，所述管体6的一端套接陶瓷插芯7上，所述管体6的另一端套接在所述TO帽2上，并且所述管体6的另一端的端面与所述TO底座1连接；

所述光纤5、所述陶瓷插芯7和所述光电二极管芯片3位于同一轴线上，以便于缩小光电探测器的体积。

优选的，还包括TO透镜8，所述TO透镜8设置在所述TO帽2的端面上，所述光纤5的端面和所述光电二极管芯片3的光敏面分别位于所述TO透镜8两侧的焦点上，以便于将光纤5输入的光信号传输至所述光电二极管芯片3内。

优选的，所述光纤5与所述陶瓷插芯7的连接处填充有胶水层，以便于通过所述胶水层将光纤5与陶瓷插芯7固定。

优选的，所述管体6与所述TO帽2之间形成第二腔体9，所述管体6上设置有气孔61，以使所述第二腔体9与外部气压始终保持一致。

优选的，所述管体6的一端侧壁向内凹，形成第二凸台62，以缩小所述光电探测器的尺寸。

优选的，所述第二凸台62的端部设置有硅胶层63，所述光纤5贯穿所述硅胶层63，以提高光纤5的侧向抗拉能力。

优选的，所述TO底座1还包括烧结玻璃10，所述烧结玻璃10中心处设置有沿所述第一引脚11轴向的通孔，所述通孔的尺寸与所述第一引脚11的尺寸相匹配，所述烧结玻璃10套接在所述第一引脚11上，并且所述烧结玻璃10的一端与TO底座1的内表面连接，所述烧结玻璃10的另一端用于支撑所述第一凸台14。

优选的，所述第一凸台14为导电材质，以便于将所述光电二极管芯片3的一个电极与所述第一引脚11电性连接。

优选的，所述第一腔体4内填充有氮气，以便于保护光电探测器内部的器件。

本实用新型将光电探测器的第一引脚11贯穿的设置在底座载体13中心的轴线上，第二引脚12设置在底座载体13的边沿上，并且第一引脚11与第二引脚12直径不相同，通过对第一引脚11与第二引脚12非对称设置，以及第一引脚11与第二引脚12的直径的差异，可以很轻易的识别出第一引脚11和第二引脚12的位置，进而可以有效的避免操作过程中光电探测器的P、N电极引脚插反，导致供电错位烧毁，甚至造成击穿光电二极管芯片3的风险。另外，第一引脚11设置在中心处，可以组装更大面积的光电二极管芯片3，满足通信和监控等不通需求的应用场景对各种芯片的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种小型同轴光电探测器的剖面图；

图2为本实用新型实施例提供的一种小型同轴光电探测器的TO底座结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种小型同轴光电探测器的TO底座仰视图；

图4为本实用新型实施例提供的一种小型同轴光电探测器的结构剖面图；

图5为本实用新型实施例提供的一种小型同轴光电探测器的气孔位置设置示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种小型同轴光电探测器的TO底座剖面图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

参阅图1-3，本实用新型实施例提供一种小型同轴光电探测器，包括TO底座1、TO帽2和光电二极管芯片3，其中，所述TO底座1包括第一引脚11、第二引脚12和底座载体13；

所述光电二极管芯片3的两个电极分别与所述第一引脚11和第二引脚12电性连接；

所述TO帽2设置在所述TO底座1上，以形成密封的第一腔体4；所述第一引脚11贯穿的设置在所述底座载体13中心的轴线上，所述第一引脚11的端部设置有第一凸台14，所述光电二极管芯片3设置在所述第一凸台14上；

所述第二引脚12设置在所述底座载体13的边沿上，并且所述第一引脚11的直径与所述第二引脚12的直径不同，通过对第一引脚11和第二引脚12的识别，以避免造成光电探测器反接烧毁的风险。

本实用新型实施例的光电探测器内的第一引脚11贯穿的插在底座载体13中心的轴线上，底座载体13将第一引脚11划分为两个部分，并且这两个部分分属底座载体13的两侧。光电二极管芯片3两个电极分别与第一引脚11和第二引脚12电性连接，在实际使用中，将第一引脚11和第二引脚12正确的接入电源对应的电极，从而给光电二极管芯片3供电。本实用新型将光电探测器的第一引脚11贯穿的设置在底座载体13中心的轴线上，第二引脚12设置在底座载体13的边沿上，并且第一引脚11与第二引脚12的直径不相同，通过对第一引脚11与第二引脚12非对称设置，以及第一引脚11与第二引脚12的直径的差异，可以很轻易的识别出第一引脚11和第二引脚12的位置，进而可以有效的避免操作过程中光电探测器的P、N电极引脚插反，导致供电错位烧毁、甚至造成击穿光电二极管芯片3的风险，提高产品的质量，降低生产中误操作的风险。

此外，对比采用2Pin对称设计用玻璃烧结不同引脚长度的方案，本实施例可以解决了组装使用中特别是Pin剪切整齐后，无法识别光电探测器P电极或N电极的问题。

除此之外，区别于现有传统的2Pin引脚沿底座载体中心对撑分布的设计，本实用新型的第一引脚11设置在中心位置，在第一引脚11的端部(位于第一腔体4内的端部)设置有第一凸台14，增加了第一引脚11端部的接触面积，光电二极管芯片3设置在凸台上，使得光电二极管芯片3能稳定的固定在第一腔体4内，且可以组装更大面积的光电二极管芯片3，满足通信和监控等不通需求的应用场景对各种芯片的需求。值得注意的是，本实用新型的光电二极管芯片3存在两种形态，第一种形态为：两个电极分别位于光电二极管芯片3的对侧，即光电二极管芯片3的一个电极(N电极)位于光电二极管芯片3的下表面，光电二极管芯片3的另一个电极(P电极)位于光电二极管芯片3的上表面；第二种形态为：光电二极管芯片3的两个电极(P电极和N电极)都设置在光电二极管芯片3的上表面。本实用新型光电二极管芯片3的尺寸通常比第一凸台14小，并且本实用新型的第一凸台14为导电材质。当选用第一种形态的光电二极管芯片3时，光电二极管芯片3直接设置在第一凸台14上，第一引脚11与第一凸台电性连接，相当于光电二极管芯片3一个电极(N电极)与第一引脚11电性连接，光电二极管芯片3的另一个电极(P电极)位于光电二极管芯片3的上表面，光电二极管芯片3的另一个电极(P电极)通常通过金丝键合工艺与第二引脚12电性连接；除此之外，光电二极管芯片3也可以通过陶瓷载体与第一凸台14的顶端粘接在一起，然后利用金属打线的方式将光电二极管芯片3的一个电极直接与第一引脚11电性连接；同时，第二引脚12通过金丝键合工艺与所述光电二极管芯片3的另一个电极相连。当选用第二种类型的光电二极管芯片3时，光电二极管芯片3上的N电极通过金属键合工艺与第一引脚11电性连接，光电二极管芯片3上的P电极通过金属键合工艺与第二引脚12电性连接，还可以通过陶瓷载体与第一凸台14的顶端粘接在一起，然后利用金属打线(或金丝键合工艺)的方式将光电二极管芯片3的一个电极直接与第一引脚11电性连接；同时，第二引脚12通过金属打线(或金丝键合工艺)与所述光电二极管芯片3的另一个电极相连。

在优选的实施例中，第二引脚12通过钎焊工艺焊接在底座载体13上，所述第二引脚12与底座载体13通过银铜焊料钎焊相连在一起，可以满足光电探测器金属外壳屏蔽接地的高频应用需求，对比2Pin引脚全部采用玻璃烧结和座载体隔离不相连接的设计，在客户端的应用过程中，外壳接地设置可以屏蔽干扰信号，降低产品在复杂电磁环境中设计难度和要求。

为了阐述本实用新型完成的方案，接下来详细的说明本实用新型的细节，进一步的，本实用新型还包括光纤5、管体6和陶瓷插芯7；所述光纤5设置在所述陶瓷插芯7内，所述管体6的一端套接陶瓷插芯7上，所述管体6的另一端套接在所述TO帽2上，并且所述管体6的另一端的端面与所述TO底座1连接；所述光纤5、所述陶瓷插芯7和所述光电二极管芯片3位于同一轴线上，以便于缩小光电探测器的体积。

如图4所示，光纤5***陶瓷插芯7内，并与光电二极管芯片3的光敏面耦合对准，使得光纤5内的光信号能顺利的传输至光电二极管芯片3内。本实用新型的光纤5、陶瓷插芯7，以及光电二极管芯片3处于同一轴线上(实际为光电二极管芯片3的光敏面与光纤5，以及陶瓷插芯7处于同一轴线上)，使得本实用新型的光电探测器结构更集中，更利于小型化。

为了光纤5内输入的光信号能更加顺利，并且尽可能多的传输至光电二极管芯片3内，如图4所示，本实用新型还包括TO透镜8，所述TO透镜8设置在所述TO帽2的端面上，所述光纤5的端面和所述光电二极管芯片3的光敏面分别位于所述TO透镜8两侧的焦点上，以便于将光纤5输入的光信号传输至所述光电二极管芯片3内。

在使用的过程中，为了使本实用新型的光电探测器内的光纤5能始终与光电二极管芯片3的光敏面耦合对准，本实用新型所述光纤5与所述陶瓷插芯7的连接处填充有胶水层，以便于通过所述胶水层将光纤5与陶瓷插芯7固定。当光纤5调整至与光电探测器的光敏面耦合对准后，保持光纤5的位置不变，并将胶水层进行固化，以保证光纤5与光电二极管芯片3的光敏面始终保持耦合对准。值得注意的是，本实用新型的胶水层仅用于将光纤5与陶瓷插芯7进行固定，基于此，并未在说明书附图中标记出胶水层的位置。除此之外，本实用新型的陶瓷插芯7与管体6通过压配或粘接工艺连接在一起。除此之外，当光纤5与陶瓷插芯7通过胶水层固定，并且陶瓷插芯7与管体6通过压配或粘接工艺连接后，通常还需要将管体6与TO底座1连接，以形成本实用新型的光电探测器。由于TO帽2固定在TO底座1上，本实用新型在将管体6与TO底座1连接的过程中，通常使用胶水将管体6与TO帽2之间的间隙进行填充，通过胶水的作用，将管体6与TO底座1连接，形成本实用新型的同轴光电探测器。

其中，所述陶瓷插芯7的整体尺寸的设置满足产品小型化的结构需求，对粘接好光纤5的陶瓷插芯7的耦合端面进行研磨，使得陶瓷插芯7的耦合端面与光纤的耦合端面重合；可选地，陶瓷插芯的内部尺寸可选择80um、125um等，并选择相应尺寸的光纤。

在本实用新型的光电探测器实际制作的过程中，通常会利用烘烤的方式将陶瓷插芯7与管体6之间的胶水层进行固化。为了避免在烘烤的过程中，第二腔体9与外部空气形成气压差，使得设置有TO透镜8的TO帽2的端面发生形变，进而造成TO透镜8的位置发生变化，导致光纤5与光电二极管芯片3的光敏面无法耦合对准的问题，如图5所示，本实用新型所述管体6与所述TO帽2之间形成第二腔体9，所述管体6上设置有气孔61，以使所述第二腔体9与外部气压始终保持一致，进而可以有效的避免TO透镜8的TO帽2端面因气压差的原因，导致光纤5与光电二极管芯片3的光敏面无法耦合对准的问题。值得注意的是，本实用新型的气孔61贯穿第二腔体9，使得第二腔体9与外部空气形成导通关系，对于气孔61的位置根据实际需求进行设置(例如设置在侧壁上或如图5所示的位置上)，除此之外，在完成本实用新型光电探测器后，根据实际需求可以将气孔61进行封堵，以避免外部空气内的水蒸气进入第二腔体9内，并附着在TO透镜8上，使得光纤5与光电二极管芯片3的光敏面无法耦合对准。

本实用新型在制作的过程中，光纤5需要进行调整，以使光纤5与光电二极管的光敏面耦合对准，光纤5在调整的过程中，不可避免的会来回进行弯折，使得光纤5与陶瓷插芯7硬接触，极易造成光纤5的断裂的问题。为了避免光纤5与陶瓷插芯7硬接触，如图4所示，本实用新型所述第二凸台62的端部设置有硅胶层63，所述光纤5贯穿所述硅胶层63，使得光纤5与陶瓷插芯7软接触，以提高光纤5的侧向抗拉能力。除此之外，本实用新型所述管体6的一端侧壁向内凹，形成第二凸台62，以尽可能的缩小所述光电探测器的尺寸，进而能更好的适应于小型化的需求。

进一步的，如图4所示，本实用新型所述TO底座1还包括烧结玻璃10，所述烧结玻璃10中心处设置有沿所述第一引脚11轴向的通孔，所述通孔的尺寸与所述第一引脚11的尺寸相匹配，所述烧结玻璃10套接在所述第一引脚11上，并且所述烧结玻璃10的一端与TO底座1的内表面连接，所述烧结玻璃10的另一端用于支撑所述第一凸台14。

本实用新型的第一引脚11和第二引脚12分别需要与光电二极管芯片3的两个电极连接，并且需要将第一引脚11和第二引脚12通过绝缘材质隔开。本实用新型所述TO底座1还包括烧结玻璃10，所述烧结玻璃10中心处设置有沿所述第一引脚11轴向的通孔，所述通孔的尺寸与所述第一引脚11的尺寸相匹配，所述烧结玻璃10套接在所述第一引脚11上，并且所述烧结玻璃10的一端与TO底座1的内表面连接，所述烧结玻璃10的另一端用于支撑所述第一凸台14。本实用新型的第一引脚11***烧结玻璃10的通孔，并与光电二极管的一个电极电性连接；本实用新型的烧结玻璃10采用绝缘材料制作，使得第一引脚11与第二引脚12隔开。对于第二引脚12而言，第二引脚12设置在底座载体13的边沿上，通过在底座载体13为导电材质，可以但不限于利用金属打线的方式将光电二极管芯片3的另一个电极与第二引脚12电性连接(金属打线将光电二极管芯片3的另一个电极与底座载体13连接即可)。本实用新型的烧结玻璃10主要用于将主要用于将第一引脚11与第二引脚12隔开，可以理解的是，本实用新型烧结玻璃10的通孔(未标出)为第一引脚11装配在烧结玻璃10内的孔洞，本实用新型的烧结玻璃10的大小根据实际情况进行设置。对于本实用新型的烧结玻璃10而言，存在两种可实现的实施方式，第一种实施方式为：将第一引脚11***底座载体13后，通过烧结工艺将第一引脚11与底座载体13进行固定；但通常使用第一种实施方式后，烧结玻璃10内的孔洞与第一引脚11之间可认为不存在间隙，通过烧结工艺就能实现第一引脚11与底座载体13之间的固定。第二种实施方式为：事先按照需求提前将烧结玻璃进行加工成中间具有通孔的结构，第一引脚先后***底座载体13和烧结玻璃10的通孔内，在通过胶水将三者进行连接固定；当使用第二种实施方式时，通常需要在烧结玻璃与第一引脚11之间的间隙内填充绝缘材料(对应附图6中画网格的区域)，以便于将第一引脚11与烧结玻璃10进行固定。除此之外，本实用新型的第一腔体4为密闭的腔体，第一腔体4内填充有氮气，可以防止第一腔体4内部器件发生氧化，以便于保护光电探测器内部的器件。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型同轴光电探测器，其特征在于，包括TO底座(1)、TO帽(2)和光电二极管芯片(3)，其中，所述TO底座(1)包括第一引脚(11)、第二引脚(12)和底座载体(13)；

所述光电二极管芯片(3)两个电极分别与所述第一引脚(11)和第二引脚(12)电性连接；

所述TO帽(2)设置在所述TO底座(1)上，以形成密封的第一腔体(4)；所述第一引脚(11)贯穿的设置在所述底座载体(13)中心的轴线上，所述第一引脚(11)的端部设置有第一凸台(14)，所述光电二极管芯片(3)设置在所述第一凸台(14)上；

所述第二引脚(12)设置在所述底座载体(13)的边沿上，并且所述第一引脚(11)的直径与所述第二引脚(12)的直径不同。

2.根据权利要求1所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，还包括光纤(5)、管体(6)和陶瓷插芯(7)；

所述光纤(5)设置在所述陶瓷插芯(7)内，所述管体(6)的一端套接陶瓷插芯(7)上，所述管体(6)的另一端套接在所述TO帽(2)上，并且所述管体(6)的另一端的端面与所述底座载体(13)连接；

所述光纤(5)、所述陶瓷插芯(7)和所述光电二极管芯片(3)位于同一轴线上，以便于缩小光电探测器的体积。

3.根据权利要求2所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，还包括TO透镜(8)，所述TO透镜(8)设置在所述TO帽(2)的端面上，所述光纤(5)的端面和所述光电二极管芯片(3)的光敏面分别位于所述TO透镜(8)两侧的焦点上，以便于将光纤(5)输入的光信号传输至所述光电二极管芯片(3)内。

4.根据权利要求2所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述光纤(5)与所述陶瓷插芯(7)的连接处填充有胶水层，以便于通过所述胶水层将光纤(5)与陶瓷插芯(7)固定。

5.根据权利要求2所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述管体(6)与所述TO帽(2)之间形成第二腔体(9)，所述管体(6)上设置有气孔(61)，以使所述第二腔体(9)与外部气压始终保持一致。

6.根据权利要求2所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述管体(6)的一端侧壁向内凹，形成第二凸台(62)，所述第二凸台(62)的端部设置有硅胶层(63)，所述光纤(5)贯穿所述硅胶层(63)，以提高光纤(5)的侧向抗拉能力。

7.根据权利要求1所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述TO底座(1)还包括烧结玻璃(10)，所述烧结玻璃(10)中心处设置有沿所述第一引脚(11)轴向的通孔，所述通孔的尺寸与所述第一引脚(11)的尺寸相匹配，所述烧结玻璃(10)套接在所述第一引脚(11)上，并且所述烧结玻璃(10)的一端与TO底座(1)的内表面连接，所述烧结玻璃(10)的另一端用于支撑所述第一凸台(14)。

8.根据权利要求7所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述第一凸台(14)为导电材质，以便于将所述光电二极管芯片(3)的一个电极与所述第一引脚(11)电性连接。

9.根据权利要求1～8任一项所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述第二引脚(12)与所述底座载体(13)通过银铜焊料钎焊相连在一起。

10.根据权利要求1～8任一项所述的小型同轴光电探测器，其特征在于，所述第一腔体(4)内填充有氮气，以便于保护光电探测器内部的器件。

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