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光通讯有源光器件封装:激光焊锡工艺的应用

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广义的光通信器件按照物理形态的不同,可分为:芯片、有源光器件、无源光器 件、光模块与子系统这四大类。其中,有源光收发模块在光通信器件中占据蕞大 份额,约 65%。有源光器件主要用于光电信号转换,包括激光器、调制器、探测器和集成器件等。
有源光器件的封装结构

前面提到,有源光器件的种类繁多且其封装形式也是多种多样,这样到目前为止,对于光发送和接收器件的封装, 业界还没有统一的标准,各个厂家使用的封装形式、 管壳外形尺寸等相差较大,但大体上可以分为同轴型 和蝶形封装两种,如图 2.1所示。而对于光收发一体模块,其封装形式则较为规范,主要有 1×9和2×9大封装、 2×5和2×10小封装( SFF)以及支持热插拔的 SFP和GBIC 等封装。
光器件与一般的半导体器件不同,它除了含有电学部分外,还有光学准直机构,因此其封装结构比较复杂,并且通常由一些不同的子部件构成。其子部件一般有两种结构,一种是激光二极管、光电探测器等有源部分都安装在密闭型的封装里面,同一封装里面可以只含有一个有源光器件,也可以与其它的元部件集成在一起。TO-CAN 就是蕞常见的一种,如图 2.2所示,它管帽上有透镜或玻璃窗,管脚一般采用“金属-玻璃”密封。这种以 TO-CAN 形式封装的部件一般用于更高一级的装配,例如可以加上适当的光路准直机构和外围驱动电路构成光发送或接收模块以及收发一体模块。
图 2.2 TO-CAN封装外形和结构

另一种结构就是将激光器或者探测器管芯直接安装在一个子装配上( submount),然后再粘接到一个更大的基底上面以提供热沉,上面可能还有热敏电阻、透镜等元件,这样的单元一般称为光学子装配( OSA:optical subassembly)。光学子装配一般又分为两种:发送光学子装配( TOSA )和接收光学子装配( ROSA),图 2.3就是一个典型的蝶形封装用发送    实物图。光学子装配通常安装在 TEC制冷器上或者直接安装在封装壳体的底座上。
图 2.3 光学子装配(OSA)
有源光器件激光焊接

在光通讯有源光器件模块的制造过程中,激光焊接技术扮演着至关重要的角色。这种技术不仅实现了高精度、高效率的焊接,而且在保证焊接质量的同时,也大幅度提升了模块的性能和可靠性。
激光焊接过程中,激光束作为热源,其聚焦的能量密度极高,能够在短时间内将焊接材料加热至熔点以上,形成牢固的焊缝。在有源光器件模块的焊接中,由于涉及到光路的精确对接,因此激光焊接的精度和稳定性尤为重要。
随着技术的不断进步,新型的激光焊接设备和技术不断涌现,如紫宸光纤激光焊接机、激光锡球焊接机等。这些新技术不仅提高了焊接的精度和效率,同时也降低了生产成本,使得有源光器件模块的制造更加经济高效。
除了技术上的创新,激光焊接工艺的优化也是提升模块性能的关键。例如,通过调整激光焊接的参数,如激光功率、焊接速度、焊接焦点等,可以实现对焊点尺寸和温度的精确控制,从而确保光路的精确对接和模块的稳定运行。
此外,激光焊接过程中的质量控制也是至关重要的。通过对焊接过程进行实时监控和检测,可以及时发现并解决焊接过程中出现的问题,从而确保模块的质量和性能。
综上所述,激光焊接技术在光通讯有源光器件模块的制造中发挥着不可替代的作用。随着技术的不断进步和工艺的优化,相信未来激光焊接将在光通讯领域发挥更加重要的作用,推动光通讯技术的不断发展。

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