光器件封裝詳解-閱讀頁
2025-07-04 13:06本頁面
【正文】 用差分的形式可以獲得高達10Gb/s的信號速率。因此，對于高速率的信號間互聯(lián)一般通過同軸電纜來實現(xiàn)，這樣業(yè)界對于10Gb/s或更高速率的有源光器件的電接口都采用同軸電纜的方式，、。 同軸連接頭 器件引腳到內(nèi)部部件間的互聯(lián) 器件引腳的結(jié)構(gòu)圖以及電參數(shù)的測試實例 光通路激光器發(fā)出的光信號要進入光纖以及從光纖傳來的光信號要進入光探測器都得經(jīng)過一定的光通路，光通路的結(jié)構(gòu)一般有兩種。由于光纖和套管間有很多的空隙，所以焊錫用量較大，有時為了減小焊錫的用量，先將光纖焊接到一個小的金屬套管上，然后再焊接到管殼的套管中，但這樣會有兩次焊接操作并需要不同熔點的焊料，增加了工藝的復(fù)雜度，不利于自動化生產(chǎn)。當(dāng)光路中使用透鏡耦合時，則可以通過使用集成了透鏡或隔離器的管殼來實現(xiàn)光路的耦合，這樣就不存在光纖的金屬化和密封焊接等問題，這種結(jié)構(gòu)的耦合對準在外部的第二透鏡處完成。采用透鏡耦合方式，從激光器到光纖間的距離較長，整個光路上元件的微小位移都會引起耦合下降。而對于直接耦合方式，由于尾纖對準激光器，而且通常與激光器位于同一個模塊上，因此殼體以及器件尾部受力對耦合光路的影響不大，但器件內(nèi)部光纖夾子的固定會影響到光路的耦合（有激光點焊和焊料固定兩種方式），焊接質(zhì)量不好，應(yīng)力的緩慢釋放都會導(dǎo)致光路位移，從而使得耦合效率下降。 小型雙列直插封裝管殼外形尺寸圖 小型雙列直插封裝管殼制作流程圖 多層陶瓷蝶形封裝（Multilayer ceramic butterfly type packages）多層陶瓷蝶形封裝是光通信系統(tǒng)中激光器和泵浦激光器常用的一種封裝結(jié)構(gòu)，其主要應(yīng)用范圍是OC192（STM64）、OC48（STM16）、DWDM等高速率激光器、泵浦激光器、可調(diào)激光器以及激光調(diào)制器等，其可靠性較高并且易于滿足客戶的各種需求，而且陶瓷電通路還可采用射頻連接器，所以該封裝的應(yīng)用范圍很廣。圖中給出了射頻連接器型的常見封裝和不同類型的電性能。利用透鏡耦合可以獲得比直接耦合更高的耦合效率。 激光器到光纖的耦合方式 直接耦合，直接耦合可以使用劈形（cleaved）光纖或者錐形（tapered）光纖來實現(xiàn)。 直接耦合的兩種方式錐形光纖是在光纖的末梢結(jié)合了一個透鏡，主要可以通過下面兩種方法形成：1．熔化并將光纖末端拉制成錐形，這一方法將使纖芯和包層均被錐形化。通過控制工藝過程可以控制透鏡的對稱性。2．腐蝕或者打磨，該方法在光纖端面形成透鏡的同時保持纖芯的直徑不發(fā)生變化。這種方法能夠獲得更好的耦合效率。因此，光纖必須延伸進封裝內(nèi)部，此時，如果器件要求密閉封裝，還要對光纖進行金屬化以便與管殼進行密封處理。另外，光源的發(fā)光面尺寸、光纖端面尺寸、形狀以及兩者間的距離等也都會影響耦合效率。當(dāng)使用單透鏡時，激光器到光纖端面的距離由透鏡前后兩面的半徑?jīng)Q定。在需要對反射進行嚴格控制的時候可以將隔離器放置在光束平行后的任何一個位置（即兩個透鏡間的任何位置）。 透鏡耦合的幾種方式 對準技術(shù)對準技術(shù)一般分為“有源對準”（active alignment）和“無源對準”（passive alignment）。對于無源對準，有源光器件不需要工作，而是通過某些標記來進行對準。下面是業(yè)界使用的一些對準技術(shù)的例子。 光模塊內(nèi)部使用的透鏡組件 幾種集成在管殼上的透鏡 熱電制冷器（TEC） TEC原理及實物圖熱電制冷又稱溫差電制冷，它是利用熱電效應(yīng)（即帕爾貼效應(yīng)）的一種制冷方法，這種方法的制冷效果主要取決于兩種材料的熱電勢。在光發(fā)送器件里面，常用這種小型的制冷器來控制激光器管芯的溫度，使其溫度保持一個恒定的值，以保持激光器性能（功率、光譜等）的穩(wěn)定。而在管殼內(nèi)部，激光器以及一些光學(xué)組件都固定在底座上，因此要求底座有較好的機械強度和共面性，稍厚一些的底座其機械性能自然更好，當(dāng)然也利于散熱。 激光器管芯和背光管組件在一個有源光器件內(nèi)部包含了各個子組件，由這些子組件按照一定的裝配順序組裝成為一個完整的器件。對于激光器管芯組件來說，一般還集成了匹配電阻，有時候熱敏電阻也做在同一個組件上以便準確地探測激光器管芯的溫度。組裝時一般都是通過焊料與其他部分焊接在一起。不相容的材料通常會由于熱膨脹系數(shù)不一致、形成金屬間化合物、粘接不牢、離子污染、腐蝕或氧化、產(chǎn)生氣體污染和腐蝕組件等原因而導(dǎo)器件失效。與玻璃折射率相匹配的透明紫外膠（）在室溫或紫外線的照射下能迅速固化，而且固化過程可以暴露在空氣中進行。即使暴露在高溫高濕等不利環(huán)境下，鍵合強度的長期耐久性依然很好。傳統(tǒng)的有機粘膠主要用于將器件粘接到襯底以達到綁定的目的，同時也可用于熱傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)。 粘接溫度應(yīng)該盡量的低，以便使先固定上去的元部件不出現(xiàn)過應(yīng)力，并保證在冷卻后不會由于熱膨脹的影響而發(fā)生位移。 膠膠是光電子器件封裝過程中常用的材料，常用的有環(huán)氧樹脂、硅膠、尿烷、丙烯酸、聚酰亞胺等。 不同溫度和濕度范圍內(nèi)保持較好的電特性，在干燥條件下要求電阻率大于1014歐姆/cm。 制造過程中可能使用各種溶劑對器件進行清洗，因此，器件所使用的膠要有抗各種溶劑溶解和腐蝕的能力。 焊錫光電子器件內(nèi)部廣泛使用焊錫作為粘接材料，這樣的好處有：一是較寬的加工溫度范圍；二是不含有機材料，這一點對于有源器件的封裝尤其重要。各點所使用的焊錫情況，從圖中可以看出器件內(nèi)部各點使用的焊錫熔點是不一樣的，這樣有利于裝配。它可以和多種材料相結(jié)合，且能獲得良好的密封效果而且還不需要對玻璃進行金屬化。此外，玻璃密封劑還可以在高溫或低溫下處理以滿足不同應(yīng)用的需要。表二給出了基于銅和金焊接的材料特性
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