有源光器件封裝：激光焊錫工藝的應(yīng)用

廣義的光通信器件按照物理形態(tài)的不同，可分為：芯片、有源光器件、無源光器 件、光模塊與子系統(tǒng)這四大類。其中，有源光收發(fā)模塊在光通信器件中占據(jù)蕞大 份額，約 65%。有源光器件主要用于光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，包括激光器、調(diào)制器、探測器和集成器件等。

有源光器件的封裝結(jié)構(gòu)

前面提到，有源光器件的種類繁多且其封裝形式也是多種多樣，這樣到目前為止，對于光發(fā)送和接收器件的封裝， 業(yè)界還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家使用的封裝形式、 管殼外形尺寸等相差較大，但大體上可以分為同軸型 和蝶形封裝兩種，如圖 2.1所示。而對于光收發(fā)一體模塊，其封裝形式則較為規(guī)范，主要有 1×9和2×9大封裝、 2×5和2×10小封裝（ SFF）以及支持熱插拔的 SFP和GBIC 等封裝。

光器件與一般的半導(dǎo)體器件不同，它除了含有電學(xué)部分外，還有光學(xué)準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，因此其封裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且通常由一些不同的子部件構(gòu)成。其子部件一般有兩種結(jié)構(gòu)，一種是激光二極管、光電探測器等有源部分都安裝在密閉型的封裝里面，同一封裝里面可以只含有一個(gè)有源光器件，也可以與其它的元部件集成在一起。TO-CAN 就是蕞常見的一種，如圖 2.2所示，它管帽上有透鏡或玻璃窗，管腳一般采用“金屬－玻璃”密封。這種以 TO-CAN 形式封裝的部件一般用于更高一級的裝配，例如可以加上適當(dāng)?shù)墓饴窚?zhǔn)直機(jī)構(gòu)和外圍驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成光發(fā)送或接收模塊以及收發(fā)一體模塊。

圖 2.2 TO-CAN封裝外形和結(jié)構(gòu)

另一種結(jié)構(gòu)就是將激光器或者探測器管芯直接安裝在一個(gè)子裝配上（ submount），然后再粘接到一個(gè)更大的基底上面以提供熱沉，上面可能還有熱敏電阻、透鏡等元件，這樣的單元一般稱為光學(xué)子裝配（ OSA：optical subassembly）。光學(xué)子裝配一般又分為兩種：發(fā)送光學(xué)子裝配（ TOSA ）和接收光學(xué)子裝配（ ROSA），圖 2.3就是一個(gè)典型的蝶形封裝用發(fā)送    實(shí)物圖。光學(xué)子裝配通常安裝在 TEC制冷器上或者直接安裝在封裝殼體的底座上。

圖 2.3 光學(xué)子裝配（OSA）

有源光器件激光焊接

有源光器件是光通信系統(tǒng)中將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的關(guān)鍵器件，是光傳輸系統(tǒng)的心臟，在光通訊領(lǐng)域具有重要的地位。目前，連續(xù)脈沖激光錫焊技術(shù)大量應(yīng)用于有源光器件的封裝，它具有焦點(diǎn)小、功率密度高、熱影響區(qū)小等特性。

有源光器件激光焊接案例

而采用激光焊接這種新型的焊接技術(shù)，具備焊接牢固，變形極小，精度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，使之成為光通訊器件封裝的重要手段之一。光通訊器件封裝對焊接機(jī)能量分配及能量穩(wěn)定性有非常高的要求，對于環(huán)境的要求和能量偏差值≤0.03J,為了滿足需求，紫宸激光專門研發(fā)針對光通訊器件的一款激光焊錫機(jī)。

設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)，6個(gè)工位焊接，正反面焊接交替完成，上下焊接互不耽誤時(shí)間，工作效率高。焊接完后，功率偏差在5%以內(nèi)的直通率要求90%以上，老化測試后的直通率要求不變化；CCD智能相機(jī)視覺定位系統(tǒng)，分辨率高，響應(yīng)時(shí)間快，編程簡單，可以完成任意復(fù)雜圖形的高精度重復(fù)精密焊接；AOI焊后檢測系統(tǒng)，可高清快速檢測出每個(gè)焊點(diǎn)是否達(dá)到要求，同時(shí)具有補(bǔ)焊的功能，即檢測到焊接是不良可直接補(bǔ)焊。保障產(chǎn)品焊接良率不斷接近100%。