光器件封裝詳解

1、光器件封裝詳解光器件封裝詳解28/28光器件封裝詳解產(chǎn)品名稱無產(chǎn)品版本共28頁(yè)無有源光器件的構(gòu)造和封裝剖析：日期：擬制：日期：審查：日期：同意：日期：目錄有源光器件的構(gòu)造和封裝重點(diǎn)詞：有源光器件、資料、封裝綱要：本文對(duì)光發(fā)送器件、光接收器件以及光收發(fā)一體模塊等有源光器件的封裝種類、資料、結(jié)構(gòu)和電特征等各個(gè)方面進(jìn)行了研究，給出了詳盡研究結(jié)果?？s略語清單：無縮略語英文全名中文解說有源光器件的分類一般把能夠?qū)崿F(xiàn)光電（O/E）變換或許電光（E/O）變換的器件叫做有源光電子器件，其種類非常眾多，這里只議論用于通訊系統(tǒng)的光電子器件。在光通訊系統(tǒng)中，常用的光電子器件能夠分為以下幾類：光發(fā)送器件、光接收器件、

2、光發(fā)送模塊、光接收模塊和光收發(fā)一體模塊。光發(fā)送器件一般是在一個(gè)管殼內(nèi)部集成了激光二極管、背光檢測(cè)管、熱敏電阻、TEC制冷器以及光學(xué)準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)等元零件，實(shí)現(xiàn)電/光變換的功能，最少狀況能夠只包含一個(gè)激光二極管。而光發(fā)送模塊則是在光發(fā)送器件的基礎(chǔ)上增添了一些外頭電路，如激光器驅(qū)動(dòng)電路、自動(dòng)功率控制電路等，比起光發(fā)送器件來說其集成度更高、使用更方便。光接收器件一般是在一個(gè)管殼內(nèi)部集成了光電探測(cè)器（APD管或PIN管）、前置放大器以及熱敏電阻等元零件，實(shí)現(xiàn)光/電變換的功能，最少狀況能夠只包含一個(gè)光電探測(cè)器管芯。光接收模塊則是在光接收器件的基礎(chǔ)上增添了放大電路、數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路等外頭電路，相同使用起來更為方

3、便。把光發(fā)送模塊和光接收模塊再進(jìn)一步集成到同一個(gè)器件內(nèi)部便形成了光收發(fā)一體模塊。它的集成度更高，使用也更為方便，當(dāng)前寬泛用于數(shù)據(jù)通訊和光傳輸?shù)阮I(lǐng)域。有源光器件的封裝構(gòu)造前面提到，有源光器件的種類眾多且其封裝形式也是多種多樣，這樣到當(dāng)前為止，關(guān)于光發(fā)送和接收器件的封裝，業(yè)界還沒有一致的標(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，但大概上能夠分為同軸型和蝶形封裝兩種，如下圖。而關(guān)于光收發(fā)一體模塊，其封裝形式則較為規(guī)范，主要有19和29大封裝、25和210小封裝（SFF）以及支持熱插拔的SFP和GBIC等封裝。圖光通訊系統(tǒng)常用的兩種封裝種類的有源光器件光器件與一般的半導(dǎo)體器件不同，它除了含

4、有電學(xué)部格外，還有光學(xué)準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，所以其封裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且往常由一些不同的子零件構(gòu)成。其子零件一般有兩種構(gòu)造，一種是激光二極管、光電探測(cè)器等有源部分都安裝在密閉型的封裝里面，同一封裝里面能夠只含有一個(gè)有源光器件，也能夠與其余的元零件集成在一同。TO-CAN就是最常有的一種，如下圖，它管帽上有透鏡或玻璃窗，管腳一般采納“金屬玻璃”密封。這類以TO-CAN形式封裝的零件一般用于更高一級(jí)的裝置，比如能夠加上適合的光路準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)和外頭驅(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TO-CAN封裝外形和構(gòu)造圖另一種構(gòu)造就是將激光器或許探測(cè)器管芯直接安裝在一個(gè)子裝置上（submount），而后再粘接到一

5、個(gè)更大的基底上邊以供給熱沉，上邊可能還有熱敏電阻、透鏡等元件，這樣的單元一般稱為光學(xué)子裝置（OSA：opticalsubassembly）。光學(xué)子裝置一般又分為兩種：發(fā)送光學(xué)子裝置（TOSA）和接收光學(xué)子裝置（ROSA），圖就是一個(gè)典型的蝶形封裝用發(fā)送光學(xué)子裝置實(shí)物圖。光學(xué)子裝置往常安裝在TEC制冷器上或許直接安裝在封裝殼體的底座上。圖光學(xué)子裝置（OSA）2.1光發(fā)送器件的封裝構(gòu)造光發(fā)送器件的封裝主要分為兩種種類：typepackage）。同軸型封裝一般不帶制冷器，同軸型封裝（coaxialtypepackage）和蝶形封裝（butterfly而蝶形封裝依據(jù)需要能夠帶制冷器也能夠不帶制冷器。同

6、軸型光發(fā)送器件的封裝構(gòu)造同軸型封裝光發(fā)送器件的典型外形和內(nèi)部構(gòu)造如下圖，從圖中可知，同軸型光發(fā)送器件主要由TO-CAN、耦合部分、接口部分等構(gòu)成。此中TO-CAN是主要零件，它的詳盡構(gòu)造和外形如圖所示，從圖中可見激光器管芯和背光檢測(cè)管粘接在熱沉上，經(jīng)過鍵合的方法與外面實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并且TO-CAN必定要密閉封裝。耦合部分一般都是透鏡，透鏡能夠直接裝在TO-CAN上，也能夠不裝在TO-CAN上，而裝在圖中所示的地點(diǎn)。接口部分能夠是帶尾纖和連結(jié)器的尾纖型，也能夠是帶連結(jié)器而不帶尾纖的插拔型（依據(jù)詳細(xì)的應(yīng)用來選擇）。尾纖的固定一般采納環(huán)氧樹脂粘接或許采納激光焊接，此外能夠使用單透鏡構(gòu)造或許直接在光纖端面

7、制作透鏡的方法來提升耦合效率。圖同軸型激光器外形及內(nèi)部構(gòu)造圖蝶形光發(fā)送器件的封裝構(gòu)造蝶形封裝因其外形而得名，這類封裝形式向來被光通訊系統(tǒng)所采納。依據(jù)應(yīng)用條件不同，蝶形封裝能夠帶制冷器也能夠不帶。往常在長(zhǎng)距光通訊系統(tǒng)中，因?yàn)閷?duì)光源的穩(wěn)固性和靠譜性要求較高，所以需要對(duì)激光器管芯溫度進(jìn)行控制而加制冷器，關(guān)于一些靠譜性要求較低的數(shù)據(jù)通訊或短距應(yīng)用的激光器就能夠不加制冷器。圖是蝶形封裝的常有構(gòu)造，它在一個(gè)金屬封裝的管殼內(nèi)集成了半導(dǎo)體激光器、集成調(diào)制器、背光檢測(cè)管、制冷器、熱敏電阻等零件，而后經(jīng)過必定的光學(xué)系統(tǒng)將激光器發(fā)出的光信號(hào)耦合至光纖。一般光路上有兩個(gè)透鏡，第一透鏡用于準(zhǔn)直，第二透鏡進(jìn)行聚焦，自然也

8、能夠使用錐形光纖或許在尾部制作了透鏡的光纖進(jìn)行耦合。光纖的耦合能夠在殼體外面達(dá)成也能夠采納伸入殼體內(nèi)部的構(gòu)造，如下圖。圖帶制冷器的蝶形封裝光發(fā)送器件外形和內(nèi)部構(gòu)造圖圖兩種不同耦合方式的蝶形封裝光發(fā)送器件構(gòu)造圖2.2光接收器件的封裝構(gòu)造與光發(fā)送器件相同，光接收器件的封裝種類也主假如同軸型和蝶形兩種。同軸型光接收器件的封裝構(gòu)造同軸型封裝光接收器件的典型外形和內(nèi)部構(gòu)造如下圖，從圖中可知，同軸型光接收器件主要由TO-CAN、耦合部分、接口部分等構(gòu)成。TO-CAN是主要零件，里面集成了探測(cè)器（PIN或許APD）圖同軸型光接收器件外形及內(nèi)部構(gòu)造圖和前置放大器，經(jīng)過鍵合的方法與外面實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并且必定要密閉封

9、裝。而后它和金屬外殼、透鏡、尾纖等組件經(jīng)過焊接或粘接的方法固定在一同。耦合部分一般都是透鏡，透鏡能夠直接裝在TO-CAN上，也能夠不裝在TO-CAN上。接口部分能夠是帶尾纖和連結(jié)器的尾纖型，也能夠是帶連結(jié)器而不帶尾纖的插拔型（依據(jù)詳細(xì)的應(yīng)用來選擇）。尾纖的固定一般采納環(huán)氧樹脂粘接或許采納激光焊接，此外能夠使用單透鏡構(gòu)造或許直接在光纖端面制作透鏡的方法來提升耦合效率。蝶形光接收器件的封裝構(gòu)造蝶形封裝光接收器件的典型外形和內(nèi)部構(gòu)造如下圖，它主要有兩種構(gòu)造。一種是使用同軸型封裝的探測(cè)器加上相應(yīng)的放大電路等構(gòu)成，如圖中右下角所示，這類構(gòu)造對(duì)管殼的密封性要求不高；此外一種就是將探測(cè)器以及放大電路等組件做

10、在同一個(gè)殼體中實(shí)現(xiàn)，如圖中右上角所示，這類構(gòu)造要求管殼是全密閉封裝。圖蝶形封裝光接收器件外形和內(nèi)部構(gòu)造圖2.3光收發(fā)一體模塊的封裝構(gòu)造光收發(fā)一體模塊就是將光發(fā)送和光接收兩部分集成在同一個(gè)封裝內(nèi)部構(gòu)成的一種新式光電子器件，它擁有體積小、成本低、靠譜性高以及較好的性能等長(zhǎng)處。它一般由發(fā)送和接收兩部分構(gòu)成，發(fā)送部分輸入必定碼率的電信號(hào)（155M、622M、等）經(jīng)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)芯片辦理后，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器（LD）或發(fā)光二極管（LED）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，并且其內(nèi)部帶有光功率自動(dòng)控制電路，使輸出的光功率保持穩(wěn)固。在接收部分，必定碼率的光信號(hào)輸入模塊后由光探測(cè)二極管變換成電信號(hào)，而后經(jīng)前置放大器辦理后輸

11、出相應(yīng)碼率的電信號(hào)，輸出的電信號(hào)一般為PECL電平，同時(shí)在輸入光功率小于必定值后會(huì)輸出一個(gè)無光告警信號(hào)。光收發(fā)一體模塊封裝有著比較規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前主要有以下一些形式：19footprint、29footprint、GBIC（GigabitInterfaceConverter）Transceiver、SFF（SmallFormFactor）以及SFP（SmallFormFactorPluggable）。此中1X9和2X9兩種封裝為大封裝，小封裝的有2X5和2X10SFF兩種。光接口有SC、MTRJ、LC等形式。19和29大封裝光收發(fā)一體模塊大封裝的有1X9和2X9兩種封裝，2X9的前一排9個(gè)管腳

12、與1X9的完好兼容，此外9個(gè)管腳有激光器功率和偏置監(jiān)控以實(shí)時(shí)鐘恢復(fù)等功能（2X9封裝固然帶偏置和功率監(jiān)控以實(shí)時(shí)鐘恢復(fù)，但因?yàn)闊o國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)支持，為非主流產(chǎn)品，使用較少，生產(chǎn)廠家也少，且當(dāng)前部分廠家已停產(chǎn)）。光接口一般采納無尾纖SC接頭，但也有少許廠家生產(chǎn)ST接口和帶尾纖的FC、SC接頭。模塊內(nèi)部主要由兩大部分構(gòu)成：發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分由同軸型激光器（它的詳盡構(gòu)造和封裝拜見節(jié)）、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路等幾部分構(gòu)成，有些模塊還擁有發(fā)送使能、檢測(cè)輸出以及自動(dòng)溫度賠償?shù)?；接收部分主要由PIN-FET前放組件（它的詳盡構(gòu)造和封裝拜見節(jié)）和主放電路兩部分構(gòu)成，并擁有無光告警；模塊內(nèi)部的詳盡構(gòu)造如下圖，圖中

13、左側(cè)是大封裝模塊的典型外形圖，右側(cè)是兩個(gè)不同廠家模塊的內(nèi)部構(gòu)造圖（19封裝和29封裝模塊的外形和內(nèi)部構(gòu)造相同）。圖19SC收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部構(gòu)造GBIC（GigabitInterfaceConverter）光收發(fā)一體模塊因?yàn)椴糠窒到y(tǒng)需要在運(yùn)轉(zhuǎn)中改換光模塊，為了不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)了不需關(guān)掉系統(tǒng)電源而直接插拔的光模塊。當(dāng)前支持熱插拔的光模塊主要有GBIC（GigabitInterfaceConverter）和SFPSmallFormFactorPlugable）兩種。圖是GBIC光收發(fā)一體模塊的典型外形和內(nèi)部構(gòu)造圖，從圖中可知，GBIC模塊和1X9以及2X9大封裝的模塊在光接口種類、內(nèi)

14、部構(gòu)造、外形尺寸等方面都相同。GBIC模塊的光接口種類也是SC型，外形也是大尺寸，內(nèi)部也是包含發(fā)送和接收兩部分。它們不同之處在于GBIC模塊的電接口采納的是卡邊緣型電連結(jié)器（20-pinSCA連結(jié)器），以知足模塊熱插拔時(shí)的上下電次序，此外，模塊內(nèi)部還有一個(gè)EEPROM用來保留模塊的信息。圖GBIC收發(fā)一體模塊外形及內(nèi)部構(gòu)造圖SFF（SmallFormFactor）小封裝光收發(fā)一體模塊SFF小封裝光收發(fā)一體模塊外形尺寸只有19大封裝的一半，有2X5和2X10兩種封裝形式。2X10的器件前面2X5個(gè)管腳與2X5封裝的器件完好兼容，其余2X5個(gè)管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

15、口形式有多種，如MTRJ、LC、MU、VF45、E3000等。我司主要使用的有MTRJ和LC光接口。圖是SFF型210封裝LC型光接口收發(fā)一體模塊典型外形和內(nèi)部詳盡構(gòu)造圖，從圖中可知它由接收光學(xué)子裝置（構(gòu)造拜見同軸型光接收器）、發(fā)送光學(xué)子裝置（構(gòu)造拜見同軸型光發(fā)送器）、光接口、內(nèi)部電路板、導(dǎo)熱架和外殼等部分構(gòu)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，其余部分都相同，如下圖。圖SFF型210封裝LC光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部詳盡構(gòu)造圖圖SFF型25封裝MTRJ光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部構(gòu)造圖SFP（SmallFormFactorPluggable）小型可插

16、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，光接口種類主要有LC和MTRJ兩種，其體積是19大封裝的一半，所以單板上能夠獲取更高的集成度。SFP收發(fā)一體模塊采納的是卡邊緣型電連結(jié)器以知足模塊熱插拔時(shí)的上下電次序。此外，模塊內(nèi)部還有一個(gè)EEPROM用來保留模塊的信息。圖是SFP型封裝LC型光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部構(gòu)造圖。圖SFP封裝LC型光接口收發(fā)一體模塊外形和內(nèi)部構(gòu)造圖光收發(fā)模塊的子零件光收發(fā)一體模塊從構(gòu)造上來看主要由光學(xué)子裝置（OSA）、電路板和外殼等構(gòu)成，下邊對(duì)這些子零件進(jìn)行詳盡敘述。（1）光學(xué)子裝置（OSA）光學(xué)子裝置（OSA）包含發(fā)送光學(xué)子裝置（TOSA）和接收光學(xué)子

17、裝置（ROSA），是收發(fā)一體模塊的主要零件。它主要由機(jī)械構(gòu)造、光路以及TO-CAN封裝的有源部分（激光器、探測(cè)器及放大電路等）構(gòu)成，如圖和所示。圖兩種接收光學(xué)子裝置的構(gòu)造及實(shí)物圖圖兩種發(fā)送光學(xué)子裝置的構(gòu)造及實(shí)物圖因?yàn)樘綔y(cè)器的光敏面較大，對(duì)光路的瞄準(zhǔn)精度要求不高，所以接收光學(xué)子裝置（ROSA）的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單些，一般為TO-CAN直接套接在一個(gè)金屬套筒（或塑料套筒）中構(gòu)成，并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納簡(jiǎn)單的粘膠進(jìn)行固定，同時(shí)也實(shí)用激光點(diǎn)焊等其余固定方法。而發(fā)送光學(xué)子裝置（TOSA）因?yàn)槊闇?zhǔn)精度要求較高，因此構(gòu)造復(fù)雜，一般為金屬構(gòu)造且光接口多使用陶瓷套筒，固定方法多

18、采納激光點(diǎn)焊進(jìn)行固定。此外，采納何種光路構(gòu)造還與器件的類型相關(guān)，一般單模激光器要求瞄準(zhǔn)精度較高，所以多采納金屬構(gòu)造且光接口多用陶瓷套筒，而多模激光器因?yàn)槊闇?zhǔn)精度要求不高而采納塑料構(gòu)造。（2）電路板光收發(fā)一體模塊內(nèi)部使用的電路板主要有FR-4資料的PCB板、柔性板或許在陶瓷基板上制作的電路板三種，如下圖。此中FR-4資料的PCB板使用最多，陶瓷基板固然高頻特征較好但價(jià)錢較貴，而柔性板的加工難度要求較高，且不可以多次彎折，所以這兩種使用較少。圖光收發(fā)一體模塊內(nèi)部常有的幾種電路板在電路設(shè)計(jì)上，光收發(fā)一體模塊主要采納專用集成電路構(gòu)成，也有直接在PCB板上綁定芯片的形式（COB：chiponboard）

19、，如下圖。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（wirebonding），再加上適合抗垂流性的環(huán)氧樹脂或硅烷樹脂（silicone）將COB地區(qū)密封，這樣能夠免卻集成電路的封裝成本，但使用這類封裝的模塊生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且靠譜性不高。圖光收發(fā)一體模塊內(nèi)部所用的電路芯片有源光器件的外殼有源光器件的外殼主要實(shí)現(xiàn)以下一些功能：a機(jī)械以及環(huán)境保護(hù)b熱傳達(dá)c保證光路的穩(wěn)固性d供給光通路和電通路3.1機(jī)械及環(huán)境保護(hù)用于傳輸系統(tǒng)的元器件要求擁有較高的靠譜性，特別是關(guān)于光器件要求就更高。所以，傳輸用光電子器件一般采納密閉封裝。典型的管殼由基底（base）、密封環(huán)（s

20、eal-ring）、電通路以及尾纖導(dǎo)管（fiberpipe）等部分構(gòu)成，這些部分為內(nèi)部芯片和電路供給了機(jī)械和環(huán)境保護(hù)，并且要求這些零件的熱膨脹系數(shù)相般配，以便保證整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)殼體密封性能的靠譜性。而關(guān)于一些數(shù)據(jù)通訊用的光電子器件，因?yàn)榭孔V性要求沒有傳輸系統(tǒng)高，有時(shí)鑒于成本的考慮能夠采納非密閉封裝，并且殼體能夠使用鑄模塑料。3.2熱傳達(dá)關(guān)于一些發(fā)熱量較大或許需要工作溫度穩(wěn)固的有源光器件，管殼內(nèi)往常還會(huì)包含一個(gè)TEC制冷器（Thermo-ElectricCooler），這類狀況下，管殼的基底一般采納銅鎢合金（copper-tungsten）構(gòu)成，以便起到優(yōu)秀的熱傳達(dá)功能。3.3電通路為了實(shí)現(xiàn)

21、封裝的靠譜密封，管殼上電通路所使用的電介質(zhì)一般為非有機(jī)資料玻璃或許陶瓷。而可伐合金（Kovar）的熱膨脹系數(shù)與陶瓷湊近，所以密封環(huán)和尾纖導(dǎo)管一般采納可伐合金，但可伐合金的導(dǎo)熱性能其實(shí)不理想，所以在不是特別需要低熱阻的狀況下，可伐合金才能夠用來做基底。有時(shí)，管殼也用多層陶瓷來制作。依據(jù)電信號(hào)速率的不同，電通路主要有以下構(gòu)造：a玻璃密封管腳b單層陶瓷c多層陶瓷d同軸連結(jié)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)（如下圖），內(nèi)部元件與管腳間電信號(hào)的互聯(lián)一般經(jīng)過鍵合實(shí)現(xiàn)。該方法成本較低，但僅合用于信號(hào)速率低于500-800Mb/s的場(chǎng)合，我司的單收/單發(fā)模塊常采納（速率一

22、般都在622Mb/s以下）這類玻璃密封引腳。圖玻璃密封引腳單層陶瓷單層陶瓷引線與玻璃密封管腳相近似，只可是介質(zhì)使用的是陶瓷，如下圖。因?yàn)樘沾少Y料有更好的電性能，所以這類方式的信號(hào)速率能夠達(dá)到2Gb/s。圖單層陶瓷多層陶瓷多層陶瓷引線是在陶瓷層上經(jīng)過金屬化的方法生成走線以實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)外的互聯(lián)，如下圖。該方法假如使用差分的形式能夠獲取高達(dá)10Gb/s的信號(hào)速率。圖多層陶瓷同軸連結(jié)器前面提到的幾種引腳設(shè)計(jì)，關(guān)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資料關(guān)于超出3-5Gb/s左右的信號(hào)很難供給優(yōu)秀的傳輸特征。所以，關(guān)于高速率的信號(hào)間互聯(lián)一般通過同軸電纜來實(shí)現(xiàn)，這樣業(yè)界關(guān)于10Gb/

23、s或更高速率的有源光器件的電接口都采納同軸電纜的方式，如圖、和所示。我司所使用的10Gb/s以上速率的有源光器件也是采納這類方式。圖同軸連結(jié)頭圖器件引腳到內(nèi)部零件間的互聯(lián)圖器件引腳的構(gòu)造圖以及電參數(shù)的測(cè)試實(shí)例3.4光通路激光器發(fā)出的光信號(hào)要進(jìn)入光纖以及從光纖傳來的光信號(hào)要進(jìn)入光探測(cè)器都得經(jīng)過必定的光通路，光通路的構(gòu)造一般有兩種，如下圖。從圖中可知，b構(gòu)造是將光纖直接延長(zhǎng)到管殼內(nèi)部圖兩種光通路構(gòu)造進(jìn)行耦合，此時(shí)就需要對(duì)光纖進(jìn)行金屬化，而后經(jīng)過焊錫與外殼上的金屬套管密封起來，最后光纖尾部經(jīng)過粘膠來固定，以加強(qiáng)其機(jī)械性能。因?yàn)楣饫w和套管間有好多的縫隙，所以焊錫用量較大，有時(shí)為了減小焊錫的用量，先將光

24、纖焊接到一個(gè)小的金屬套管上，而后再焊接到管殼的套管中，但這樣會(huì)有兩次焊接操作并需要不同熔點(diǎn)的焊料，增添了工藝的復(fù)雜度，不利于自動(dòng)化生產(chǎn)。但假如采納直接耦合方式，則不得不采納這樣的構(gòu)造。當(dāng)光路中使用透鏡耦合時(shí)，則能夠經(jīng)過使用集成了透鏡或隔絕器的管殼來實(shí)現(xiàn)光路的耦合，如圖中的a構(gòu)造，這樣就不存在光纖的金屬化和密封焊接等問題，這類構(gòu)造的耦合瞄準(zhǔn)在外面的第二透鏡處達(dá)成?？偟膩碚f，兩種光路構(gòu)造除了生產(chǎn)過程不同外（a構(gòu)造更易于生產(chǎn)），在靠譜性方面也都有各自的問題。采納透鏡耦合方式，從激光器到光纖間的距離較長(zhǎng)，整個(gè)光路上元件的細(xì)小位移都會(huì)惹起耦合降落。如底座、殼體以及器件尾部耦合部分遇到機(jī)械應(yīng)力的作用都會(huì)惹

25、起光路發(fā)生位移，進(jìn)而使得耦合效率降落，這也是該類器件的常有無效模式。而關(guān)于直接耦合方式，因?yàn)槲怖w瞄準(zhǔn)激光器，并且往常與激光器位于同一個(gè)模塊上，所以殼體以及器件尾部受力對(duì)耦合光路的影響不大，但器件內(nèi)部光纖夾子的固定會(huì)影響到光路的耦合（有激光點(diǎn)焊和焊料固定兩種方式），焊接質(zhì)量不好，應(yīng)力的遲緩開釋都會(huì)致使光路位移，進(jìn)而使得耦合效率降落。3.5幾種封裝外殼的制作工藝和電特征實(shí)例小型雙列直插封裝（MiniDIL）小型雙列直插封裝合用于無制冷激光器、探測(cè)器和小功率泵浦激光器，擁有高靠譜性和低成本的特色，可依據(jù)需要設(shè)計(jì)成25ohm或50ohm般配，并可集成透鏡，如圖、所示。圖是小型雙列直插封裝的外形尺寸圖，

26、圖是小型雙列直插封裝制作流程圖。圖小型雙列直插封裝管殼外形尺寸圖圖小型雙列直插封裝管殼制作流程圖多層陶瓷蝶形封裝（Multilayerceramicbutterflytypepackages）多層陶瓷蝶形封裝是光通訊系統(tǒng)中激光器和泵浦激光器常用的一種封裝構(gòu)造，其主要應(yīng)用范圍是OC192（STM-64）、OC48（STM-16）、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，其靠譜性較高并且易于知足客戶的各樣需求，并且陶瓷電通路還可采納射頻連結(jié)器，所以該封裝的應(yīng)用范圍很廣。圖是多層陶瓷蝶形封裝的外形尺寸和頻次特征，圖是多層陶瓷蝶形封裝制作流程圖。圖多層陶瓷封裝外形尺寸和頻次特征

27、圖多層陶瓷蝶形封裝管殼制作流程圖射頻連結(jié)器型封裝射頻連結(jié)器型封裝一般應(yīng)用于10G以上速率，使用射頻連結(jié)器可獲取較好的電性能，圖中給出了射頻連結(jié)器型的常有封裝和不同種類的電性能。如下圖。圖射頻連結(jié)器型封裝管殼外形及頻次特征有源光器件的耦合和瞄準(zhǔn)4.1耦合方式激光器發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)入光纖的門路主要有兩種方式：直接耦合、透鏡耦合，此中透鏡耦合又分為單透鏡耦合和多透鏡耦合，如下圖。利用透鏡耦合能夠獲取比直接耦合更高的耦合效率。而采納雙透鏡耦合，其主要優(yōu)勢(shì)就是能夠分別公差，使得光路上的元件能夠有更大的位移空間。圖激光器到光纖的耦合方式直接耦合圖是直接耦合的兩種方式，直接耦合能夠使用劈形（cleaved）光

28、纖或許錐形（tapered）光纖來實(shí)現(xiàn)。劈形光纖由裸纖直接劈開獲取，光纖端面為平面，價(jià)錢較廉價(jià)，但因?yàn)槎嗣鏋槠矫嫠苑瓷漭^大，并且與激光器耦合時(shí)插入消耗也較大（一般為9-12dB）。圖直接耦合的兩種方式錐形光纖是在光纖的末梢聯(lián)合了一個(gè)透鏡，主要能夠經(jīng)過下邊兩種方法形成：1融化并將光纖尾端拉制成錐形，這一方法將使纖芯和包層均被錐形化。往常使用電弧或許將光纖伸入融化的玻璃中去對(duì)光纖進(jìn)行加熱。經(jīng)過控制工藝過程能夠控制透鏡的對(duì)稱性。該方法可獲取大概2-3dB的插入消耗。2腐化或許打磨，該方法在光纖端面形成透鏡的同時(shí)保持纖芯的直徑不發(fā)生變化。并且能夠獲取其余一些剖面外形（比如拋物面）而不只是是球面。這類

29、方法能夠獲取更好的耦合效率，在與激光器耦合時(shí)插入消耗能夠低至左右。關(guān)于直接耦合，光纖尾端一般安裝在湊近激光器的地方。所以，光纖一定延長(zhǎng)進(jìn)封裝內(nèi)部，此時(shí)，假如器件要求密閉封裝，還要對(duì)光纖進(jìn)行金屬化以便與管殼進(jìn)行密封辦理。別的，在直接耦合中影響光源到光纖耦合效率的主要要素是光源的發(fā)散角和光纖的數(shù)值孔徑（NA）。此外，光源的發(fā)光面尺寸、光纖端面尺寸、形狀以及二者間的距離等也都會(huì)影響耦合效率。透鏡耦合圖是透鏡耦合的幾種方式，透鏡耦合能夠是單透鏡也能夠是多透鏡。當(dāng)使用單透鏡時(shí)，激光器到光纖端面的距離由透鏡前后兩面的半徑?jīng)Q定。在使用多透鏡的狀況下，光束經(jīng)過第一個(gè)透鏡變?yōu)槠叫泄?，而后?jīng)過第二個(gè)透鏡聚焦。在需

30、要對(duì)反射進(jìn)行嚴(yán)格控制的時(shí)候能夠?qū)⒏艚^器擱置在光束平行后的任何一個(gè)地點(diǎn)（即兩個(gè)透鏡間的任何地點(diǎn)）。別的，透鏡耦合能夠?qū)⒋酥幸粋€(gè)透鏡安裝在管殼上，這樣光纖就不用伸入管殼內(nèi)部，也就不用對(duì)光纖進(jìn)行金屬化。圖透鏡耦合的幾種方式4.2瞄準(zhǔn)技術(shù)瞄準(zhǔn)技術(shù)一般分為“有源瞄準(zhǔn)”（activealignment）和“無源瞄準(zhǔn)”（passivealignment）。在有源瞄準(zhǔn)技術(shù)中，激光器或許探測(cè)器經(jīng)過外加偏壓或電流使器件處于工作狀態(tài)下進(jìn)行光軸等的瞄準(zhǔn)。關(guān)于無源瞄準(zhǔn)，有源光器件不需要工作，而是經(jīng)過某些標(biāo)志來進(jìn)行瞄準(zhǔn)。對(duì)比之下，無源瞄準(zhǔn)是一種較新的瞄準(zhǔn)技術(shù)，擁有簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、減少組裝設(shè)施和工序等長(zhǎng)處。下邊是業(yè)界使用的

31、一些瞄準(zhǔn)技術(shù)的例子。同軸型器件的瞄準(zhǔn)圖同軸型器件的瞄準(zhǔn)及裝置流程圖雙透鏡系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)圖蝶形封裝雙透鏡系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)及裝置圖直接耦合的瞄準(zhǔn)圖直接耦合的瞄準(zhǔn)及裝置圖有源光器件的其余組件/子裝置5.1透鏡圖給出了有源光器件內(nèi)部常用的幾種透鏡組件，圖給出了有源光器件管殼上常用的幾種集成透鏡組件。圖光模塊內(nèi)部使用的透鏡組件圖幾種集成在管殼上的透鏡5.2熱電制冷器（TEC）圖TEC原理及實(shí)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，這類方法的制冷成效主要取決于兩種資料的熱電勢(shì)。半導(dǎo)體資料擁有較高的熱電勢(shì)，所以能夠用來做成小型熱電制冷器，如下圖，當(dāng)通以正向電流時(shí)，熱量由上表面流到下

32、表面實(shí)現(xiàn)制冷的功能；反之，當(dāng)通以反向電流時(shí)，熱量由下表面流到上表面實(shí)現(xiàn)制熱的功能。在光發(fā)送器件里面，常用這類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(gè)恒定的值，以保持激光器性能（功率、光譜等）的穩(wěn)固。5.3底座關(guān)于單模尾纖的光發(fā)送器件，光信號(hào)耦合進(jìn)光纖的直徑約6m，一旦耦合光路固定好后便不允許有任何位移，比如在徑向發(fā)生1m的位移將會(huì)致使光功率降落到本來的約70（減小約）。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，所以要求底座有較好的機(jī)械強(qiáng)度和共面性，稍厚一些的底座其機(jī)械性能自然更好，自然也利于散熱。同時(shí)，在生產(chǎn)裝置過程中要注意熱沉的共面性以及安裝定位螺絲的次序和扭矩。5.4

33、激光器管芯和背光管組件在一個(gè)有源光器件內(nèi)部包含了各個(gè)子組件，由這些子組件依據(jù)必定的裝置次序組裝成為一個(gè)完好的器件。往常，激光器管芯和背光檢測(cè)管也都是以一個(gè)組件的形式出現(xiàn)的。圖是一些激光器管芯組件和背光管組件的構(gòu)造和資料特征圖。關(guān)于激光器管芯組件來說，一般還集成了般配電阻，有時(shí)熱敏電阻也做在同一個(gè)組件上以便正確地探測(cè)激光器管芯的溫度。而背光管一般只有一個(gè)簡(jiǎn)單的PIN探測(cè)器在上邊，用來檢測(cè)光功率大小。組裝時(shí)一般都是經(jīng)過焊料與其余部分焊接在一同。圖一些激光器管芯和背光管組件的構(gòu)造和資料特征有源光器件的封裝資料關(guān)于光電子器件中所用的資料，主要關(guān)懷的是在同一器件內(nèi)部的不同資料間能否會(huì)互相影響，假如會(huì)互相

34、影響，就不可以使用。不相容的資料往常會(huì)因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)不一致、形成金屬間化合物、粘接不牢、離子污染、腐化或氧化、產(chǎn)生氣體污染和腐化組件等原由此導(dǎo)器件無效。下邊是一些有源光器件封裝過程中常用的資料和粘接方法：1、環(huán)氧膠（可采納紫外或許高溫固化）；2、焊錫；3、搪瓷或低溫玻璃；4、激光焊接；5、機(jī)械螺絲；6、銅焊。與玻璃折射率相般配的透明紫外膠（折射率）在室溫或紫外線的照耀下能快速固化，并且固化過程能夠裸露在空氣中進(jìn)行。玻璃、陶瓷以及其余各樣襯底資料能夠獲取較高的鍵合強(qiáng)度。即便暴露在高溫高濕等不利環(huán)境下，鍵合強(qiáng)度的長(zhǎng)久持久性依舊很好。關(guān)于100的焊料系統(tǒng)，在固化過程中無溶劑或其余揮發(fā)物開釋出來。傳統(tǒng)的有機(jī)粘膠主要用于將器件粘接到襯底以達(dá)到綁定的目的，同時(shí)也可用于熱傳