光電組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電組件。特別地，本發(fā)明涉及一種在一個或多個光電元件和殼體的外壁之間提供低導(dǎo)熱率的光電組件。
【背景技術(shù)】
[0002]在光網(wǎng)絡(luò)中，將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的光電設(shè)備的光電元件保持在穩(wěn)定的溫度是理想的。通常，該所需的穩(wěn)定溫度低于光電設(shè)備外部的環(huán)境的溫度，因此光電元件需要被冷卻。
[0003]例如，高功率光纖網(wǎng)絡(luò)激光器封裝通常以高密度被布置在框架中以減少它們占用的空間。這種高密度的布置使得大量的電氣元件靠近放置，從而增加了激光器封裝外部的周邊區(qū)域的溫度。通常，該外部溫度可達到85°C甚至更高。
[0004]為了確保在激光器封裝內(nèi)的光電元件的正確運行，這些元件的溫度應(yīng)該被保持在穩(wěn)定的水平且遠低于85°C。因此，激光器封裝內(nèi)的光電元件的溫度要被精確地控制。
[0005]控制光電元件的溫度的其中一種方法是使用熱電制冷。熱電冷卻器(TEC)被放置成與光電元件熱連通，并且利用?自爾帖效應(yīng)(Peltier effect)將熱量從光電元件帶走。為了提供這種功能，TEC需要使用電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種光電組件。該光電組件包括:一個或多個光電元件以及殼體。所述殼體包括電連接至所述一個或多個光電元件的外壁。所述殼體被配置成提供所述一個或多個光電元件與外部電子設(shè)備之間的電接口。所述外壁和所述一個或多個光電元件之間的所述電連接包括導(dǎo)電元件。所述導(dǎo)電元件被支撐在介電材料上，以使得所述介電材料為所述一個或多個光電元件和所述外壁之間的所述導(dǎo)電元件提供結(jié)構(gòu)支撐。
[0007]所述導(dǎo)電元件的厚度可在0.1 μπι至0.5 μπι的范圍內(nèi)。所述導(dǎo)電元件的寬度可在25 μ m至35 μ m的范圍內(nèi)。厚度和寬度的減小將導(dǎo)致導(dǎo)電元件的橫截面的減小，并且意味著沿導(dǎo)電元件傳遞的熱量減小。
[0008]可選擇地，所述導(dǎo)電元件的橫截面積在2.5 X 10_12m2至1.75 X 10 _nm2的范圍內(nèi)。該橫截面積可通過具有任何形狀的橫截面的導(dǎo)電元件來提供。示例性的橫截面是矩形或圓形的。
[0009]可選擇地，所述介電材料是柔性的。這使得所述光電元件能夠相對于所述外壁移動，而不會損壞所述導(dǎo)電元件。
[0010]可選擇地，所述介電材料包括上介電層和下介電層，所述導(dǎo)電元件設(shè)置在所述上介電層和所述下介電層之間。所述上層和下層可被形成為單件的介電材料，以使得所述介電材料可以側(cè)向地包圍導(dǎo)電元件。
[0011]可選擇地，所述第一介電層和所述第二介電層的每個的厚度在4 μπι至8 μπι的范圍內(nèi)。如果介電材料側(cè)向圍繞導(dǎo)電元件，那么介電材料在導(dǎo)電元件的上方和下方的厚度可以在4μηι至8μηι的范圍內(nèi)。
[0012]可選擇地，所述第一介電層和所述第二介電層的每個的厚度(或者介電材料在導(dǎo)電材料的上方和下方的厚度)在13μπι至17μπι的范圍內(nèi)。
[0013]可選擇地，所述第一介電層和所述第二介電層的每個的寬度在35 μπι至55 μπι的范圍內(nèi)。
[0014]可選擇地，所述介電材料的每側(cè)比所述導(dǎo)電元件寬8 μπι至12 μπι。如果介電材料側(cè)向圍繞導(dǎo)電元件，那么介電材料的導(dǎo)電元件的任一側(cè)的厚度可以在8 μπι至12 μπι的范圍內(nèi)。
[0015]可選擇地，所述導(dǎo)電元件在所述介電材料上遵循一個間接的路徑。
[0016]可選擇地，所述電連接部包括多個導(dǎo)電元件，每個導(dǎo)電元件被布置所述介電材料上。
[0017]可選擇地，所述光電元件位于芯片上，并且所述芯片位于芯片載體上。
[0018]可選擇地，所述光電組件進一步包括與所述一個或多個光電元件熱連通的熱泵。
[0019]可選擇地，所述熱泵為熱電冷卻器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種激光器封裝，該激光器封裝用于光通信網(wǎng)絡(luò)，該激光器封裝包括上述光電組件。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種光電組件，包括:一個或多個光電元件；以及殼體，該殼體包括電連接至所述一個或多個光電元件的外壁，其中，所述殼體被配置成提供所述一個或多個光電元件與外部電子設(shè)備之間的電接口，并且其中，所述外壁和所述一個或多個光電元件之間的所述電連接包括導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件的橫截面面積在2.5Xl(T12m2至 1.75 XlO-nm2的范圍內(nèi)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，提供了一種光電組件，包括:一個或多個光電元件；以及殼體，該殼體包括電連接至所述一個或多個光電元件的外壁，其中，所述殼體被配置成提供所述一個或多個光電元件與外部電子設(shè)備之間的電接口，并且其中，所述外壁和所述一個或多個光電元件之間的所述電連接包括具有第一導(dǎo)熱率的導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件被支撐在具有第二導(dǎo)熱率的材料上，所述第二導(dǎo)熱率低于所述第一導(dǎo)熱率。
【附圖說明】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖來對本發(fā)明的示例實施方式進行描述，其中:
[0024]圖1是光電組件的橫截面的簡化示意圖；
[0025]圖2是激光器封裝的橫截面的示意圖；
[0026]圖3是布置在殼體內(nèi)的光電元件的平面圖；
[0027]圖4是電連接部的等距示意圖；
[0028]圖5是電連接部的橫截面的示意圖；
[0029]圖6是接合到接合墊(bond pad)的電連接部的截面示意圖；
[0030]圖7是電連接部的等距示意圖；以及
[0031]圖8是芯片和殼體的外壁之間的電連接部的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]—般來說，本文公開了一種光電組件，其中，在光電兀件和殼體的外壁之間的電連接部被配置為提供低導(dǎo)熱路徑。
[0033]發(fā)明人認識到，在光電組件中的光電元件和殼體之間的電連接部提供了從相對較高溫度的殼體到相對較低溫度的光電元件的傳熱路徑。此外，發(fā)明人還認識到，如果沿傳熱路徑傳輸?shù)臒崃繙p少，那么光電組件的效率將可以被提升。
[0034]例如，參照上述的激光器封裝，光電元件和TEC通常被封裝在封裝殼體內(nèi)。該殼體在光電元件和任意外部電子設(shè)備之間提供光接口和電接口。因此，有必要提供從光電元件至殼體的電連接部。殼體的外壁經(jīng)受外部環(huán)境的相對較高溫度的影響。因此，外壁和光電元件之間的電連接部提供傳熱路徑，導(dǎo)致光電元件被加熱。因此，TEC需要更加努力地工作以冷卻光電元件，這降低了激光器封裝的效率。
[0035]在極端的情況下，TEC增加了的工作量可能會產(chǎn)生更多的熱量，從而促進積極的熱反饋，并導(dǎo)致熱失控。
[0036]圖1示出光電組件10的截面的示意圖。該組件10包括電子設(shè)備，例如，安裝在殼體16內(nèi)的載體14上的芯片12(例如激光二極管)。芯片12與輸出光導(dǎo)纖維(未示出)連接。熱電冷卻器(TEC) 18與載體14以及與安裝在殼體16上或與殼體16 —體的散熱器(heat sink)連接，以將熱量從載體14 (相對較冷)傳遞至向箱體16 (相對熱)。
[0037]在示例性的光學(xué)組件中，殼體由陶瓷(例如，氮化鋁(AlN))制成。殼體16的外壁16a包括堆疊在彼此的頂部上的多個的AlN部分的疊層結(jié)構(gòu)。在示例的光學(xué)組件的實際實施方式中，殼體16的每一個外壁都可包括疊層結(jié)構(gòu)。外壁16a的疊層結(jié)構(gòu)允許導(dǎo)電軌道沿外壁16a的長度橫向/側(cè)向布線。該軌道與組件10的輸入端口和輸出端口連接，輸入端口和輸出端口位于殼體的外壁上。通過位于該層疊外壁16a的AlN層之間的導(dǎo)電軌道，這些輸入端口和輸出端口為在芯片12和用于使組件10正常操作的任何外部電子設(shè)備之間提供接口。
[0038]電連接部20被設(shè)置在芯片12和外壁16a之間，以通過導(dǎo)電軌道將芯片12電連接到輸入端口和輸出端口。
[0039]芯片12包括多個電子元件和光電元件。特別地，芯片12可以是被配置成輸出波長為1550nm的光的高功率激光二極管。通常，從激光二極管輸出的光在具有例如50GHz信道間隔的多個單獨的信道中傳播。為了保持從激光二極管輸出的光的波長的精度，可以應(yīng)用一個波長參考元件。該波長參考元件可以是法布里-珀羅干涉儀(Fabry-Perotinterferometer)或校準器(etalon)。由于波長參考元件的輸出是與溫度相關(guān)的，因此將參考元件保持在所需的穩(wěn)定操作溫度是很重要的。
[0040]如上文所述，殼體16暴露于外部環(huán)境中，該外部環(huán)境的溫度相對于芯片12所需的操作溫度較高。通常，外部溫度可達到85°C或者更高，而芯片12所需的操作溫度約為25°C。
[0041]TEC 18運作以降低載體14的溫度，進而降低芯片12的溫度。通常，通過反饋回路來操作TEC 18，以使得載體14和芯片12的溫度被保持在所需的操作溫度。由于TEC使用電力來將熱量從載體14和芯片12帶走，因此，芯片12的溫度越高，TEC 18就需要越多的電力來為芯片12降溫。
[0042]圖2示出了包括在適用于光網(wǎng)絡(luò)的高功率激光器封裝的光電組件的更詳細的截面。殼體16包括外壁16a、基部16b和蓋部16c。在圖2中可以清楚的看到外壁16a的疊層結(jié)構(gòu)，該疊層結(jié)構(gòu)圍繞殼體的周向運行。導(dǎo)電軌道(未示出)位于層疊外壁16a的層之間，以提供圍繞外壁16a的電連接部。
[0043]TEC 18被放置在基部16b上。載體14位于TEC的頂部。芯片12位于載體14上。圖2示出了一般位于芯片12上的光電和電子元件。
[0044]圖3示出了光電組件10的平面圖，其中，蓋部16c被移除以露出芯片12。封裝的外壁16a通過電連接部20與芯片12上的多種元件連接。一種示例性的電連接部20在圖2中的虛線圓圈區(qū)域中示出。
[0045]本申請的發(fā)明人意識到，殼體16和芯片12之間的主要傳熱路徑是由電連接部20提供的。通常，在公知的光電組件中，電連接部包括八個平行的直徑為25 μπι的引線鍵合/絲鍵合(wire bonds)。引線鍵合通常由金或者鋁制成，這些材料具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。因此，從溫度較高的殼體16流向溫度較低的芯片12的熱量使得芯片12的溫度升高。使用八個平行的引線鍵合是可取的，以提供在芯片12和殼體16之間的