光器件封裝詳解-有源光器件的結(jié)構(gòu)和封裝(編輯修改稿)
2025-07-14 12:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 腳有激光器功率和偏置監(jiān)控等功能。小封裝光收發(fā)模塊的光接口形式有多種，如MTRJ、LC、MU、VF－4E3000等。我司主要使用的有MTRJ和LC光接口。10封裝LC型光接口收發(fā)一體模塊典型外形和內(nèi)部詳細結(jié)構(gòu)圖，從圖中可知它由接收光學(xué)子裝配（結(jié)構(gòu)參見同軸型光接收器）、發(fā)送光學(xué)子裝配（結(jié)構(gòu)參見同軸型光發(fā)送器）、光接口、內(nèi)部電路板、導(dǎo)熱架和外殼等部分組成。MTRJ光接口的25封裝SFF模塊和LC型的SFF模塊只有光接口部分不同，其它部分都一樣。 SFF型210封裝LC光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部詳細結(jié)構(gòu)圖 SFF型25封裝MTRJ光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 SFP（Small Form Factor Pluggable）小型可插拔式光收發(fā)一體模塊 SFP為支持熱插拔的小型光收發(fā)一體模塊，光接口類型主要有LC和MTRJ兩種，其體積是19大封裝的一半，因此單板上可以獲得更高的集成度。SFP收發(fā)一體模塊采用的是卡邊沿型電連接器以滿足模塊熱插拔時的上下電順序。另外，模塊內(nèi)部還有一個EEPROM用來保存模塊的信息。 SFP封裝LC型光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 光收發(fā)模塊的子部件光收發(fā)一體模塊從結(jié)構(gòu)上來看主要由光學(xué)子裝配（OSA）、電路板和外殼等構(gòu)成，下面對這些子部件進行詳細講述。（1）光學(xué)子裝配（OSA）光學(xué)子裝配（OSA）包括發(fā)送光學(xué)子裝配（TOSA）和接收光學(xué)子裝配（ROSA），是收發(fā)一體模塊的主要部件。它主要由機械結(jié)構(gòu)、光路以及TOCAN封裝的有源部分（激光器、探測器及放大電路等）構(gòu)成。 兩種接收光學(xué)子裝配的結(jié)構(gòu)及實物圖 兩種發(fā)送光學(xué)子裝配的結(jié)構(gòu)及實物圖由于探測器的光敏面較大，對光路的對準(zhǔn)精度要求不高，所以接收光學(xué)子裝配（ROSA）的結(jié)構(gòu)要簡單些，一般為TOCAN直接套接在一個金屬套筒（或塑料套筒）中構(gòu)成，而且一些廠家在光接口內(nèi)部不使用陶瓷套筒；在固定方式上一般直接采用簡單的粘膠進行固定，同時也有用激光點焊等其它固定方法。而發(fā)送光學(xué)子裝配（TOSA）由于對準(zhǔn)精度要求較高，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般為金屬結(jié)構(gòu)且光接口多使用陶瓷套筒，固定方法多采用激光點焊進行固定。另外，采用何種光路結(jié)構(gòu)還與器件的類別有關(guān)，一般單模激光器要求對準(zhǔn)精度較高，因此多采用金屬結(jié)構(gòu)且光接口多用陶瓷套筒，而多模激光器由于對準(zhǔn)精度要求不高而采用塑料結(jié)構(gòu)。（2）電路板光收發(fā)一體模塊內(nèi)部使用的電路板主要有FR4材料的PCB板、柔性板或者在陶瓷基板上制作的電路板三種。其中FR4材料的PCB板使用最多，陶瓷基板雖然高頻特性較好但價格較貴，而柔性板的加工難度要求較高，且不能多次彎折，所以這兩種使用較少。 光收發(fā)一體模塊內(nèi)部常見的幾種電路板在電路設(shè)計上，光收發(fā)一體模塊主要采用專用集成電路構(gòu)成，也有直接在PCB板上綁定芯片的形式（COB：chip on board）。COB的生產(chǎn)過程是將集成電路芯片用含銀的環(huán)氧樹脂膠直接粘接在電路板上，并經(jīng)過引線鍵合（wire bonding），再加上適當(dāng)抗垂流性的環(huán)氧樹脂或硅烷樹脂（silicone）將COB區(qū)域密封，這樣可以省掉集成電路的封裝成本，但使用這種封裝的模塊生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且可靠性不高。 光收發(fā)一體模塊內(nèi)部所用的電路芯片3 有源光器件的外殼有源光器件的外殼主要實現(xiàn)以下一些功能：a． 機械以及環(huán)境保護b． 熱傳遞c． 保證光路的穩(wěn)定性d． 提供光通路和電通路 機械及環(huán)境保護用于傳輸系統(tǒng)的元器件要求具有較高的可靠性，特別是對于光器件要求就更高。所以，傳輸用光電子器件一般采用密閉封裝。典型的管殼由基底（base）、密封環(huán)（sealring）、電通路以及尾纖導(dǎo)管（fiber pipe）等部分構(gòu)成，這些部分為內(nèi)部芯片和電路提供了機械和環(huán)境保護，并且要求這些部件的熱膨脹系數(shù)相匹配，以便保證整個工作溫度范圍內(nèi)殼體密封性能的可靠性。而對于一些數(shù)據(jù)通信用的光電子器件，由于可靠性要求沒有傳輸系統(tǒng)高，有時候基于成本的考慮可以采用非密閉封裝，而且殼體可以使用鑄模塑料。 熱傳遞對于一些發(fā)熱量較大或者需要工作溫度穩(wěn)定的有源光器件，管殼內(nèi)通常還會包含一個TEC制冷器（ThermoElectric Cooler），這種情況下，管殼的基底一般采用銅鎢合金（coppertungsten）構(gòu)成，以便起到良好的熱傳遞功能。 電通路為了實現(xiàn)封裝的可靠密封，管殼上電通路所使用的電介質(zhì)一般為非有機材料――玻璃或者陶瓷。而可伐合金（Kovar）的熱膨脹系數(shù)與陶瓷接近，所以密封環(huán)和尾纖導(dǎo)管一般采用可伐合金，但可伐合金的導(dǎo)熱性能并不理想，所以在不是特別需要低熱阻的情況下，可伐合金才可以用來做基底。有時，管殼也用多層陶瓷來制作。根據(jù)電信號速率的不同，電通路主要有以下結(jié)構(gòu)：a． 玻璃密封管腳b． 單層陶瓷c． 多層陶瓷d． 同軸連接器 玻璃密封引腳玻璃密封引腳是直接利用玻璃介質(zhì)將電引腳密封于管殼上的過孔內(nèi)（），內(nèi)部元件與管腳間電信號的互聯(lián)一般通過鍵合實現(xiàn)。該方法成本較低，但僅適用于信號速率低于500800Mb/s的場合，我司的單收/單發(fā)模塊常采用（速率一般都在622Mb/s以下）這種玻璃密封引腳。 玻璃密封引腳 單層陶瓷單層陶瓷引線與玻璃密封管腳相類似，只不過介質(zhì)使用的是陶瓷。由于陶瓷材料有更好的電性能，因此這種方式的信號速率可以達到2Gb/s。 單層陶瓷 多層陶瓷多層陶瓷引線是在陶瓷層上通過金屬化的方法生成走線以實現(xiàn)模塊內(nèi)外的互聯(lián)。該方法如果使用差分的形式可以獲得高達10Gb/s的信號速率。 多層陶瓷 同軸連接器前面提到的幾種引腳設(shè)計，對于器件的安裝來說都是直接將器件焊接在PCB板上，而一般的PCB材料對于超過35Gb/s左右的信號很難提供良好的傳輸特性。因此，對于高速率的信
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