CN107121736A - 一种电控光器件的封装装置及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控光器件的封装装置及其封装方法，所述封装装置包括电控光器件基体及封装电控光器件基体的封装件，所述电控光器件基体包括线路板及固定于线路板上的芯片，芯片上设置光纤，封装件上设置供光纤贯穿的圆管通道，光纤位于圆管通道内的一段上套装一毛细管。本发明采用金属、金属合金、塑胶外壳代替Kovar合金材料，且在封装时采用普通注胶工艺，设备投入少，成本低；注胶时，封装件与线路板、芯片之间通过硬胶，增强粘合效果，而光纤出口与毛细管及毛细管与封装件之间通过软胶密封，能够保证光纤的传送效果；线路板与芯片连接采用标准金丝压焊，便于批量生产及自动化；封装材料为工程塑料及硅胶，大大减小生产能耗及污染。
Description
技术领域
本发明涉及电控光器件封装技术，特别是涉及一种电控光器件的封装装置及其封装方法。
背景技术
光器件产品由玻璃透镜、硅片及光纤构成。由于其材料本身的脆弱特性和外接环境污染，在实际工程应用中必须密封。现有电控光器件多采用金属外壳封装，比如MEMS VOA采用DIL、TO等封装形式，这种封装形式的设备成本和材料成本都很高。在样品阶段还需要开模，改版等，非常不利于研发和生产。
传统的封装方法通过Kovar合金进行封装，该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，广泛用于制作电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电器外壳等。
但是现有技术的Kovar合金在封装时，封装过程比较复杂，且由于气候影响，热胀冷缩过程中，整个封装结构容易受影响，影响传输效果，综合来说，存在如下缺点：1、因为采用合金材料，平行封焊所采用的设备比较贵，且生产周期比较长；2、软排线焊接中，需要焊胶打印，比较复杂；3、光纤金属化，成本比较高；4、Kovar材料冶炼为高耗能和重度污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电控光器件的封装装置及其封装方法，保证传输效果的同时，降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电控光器件的封装装置，包括电控光器件基体及封装电控光器件基体的封装件，所述电控光器件基体包括线路板及固定于线路板上的芯片，芯片上设置光纤，封装件上设置供光纤贯穿的圆管通道，光纤位于圆管通道内的一段上套装一毛细管。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述封装件包括第一封装件和第二封装件，芯片的两侧均设置光纤，第一封装件与第二封装件上分别设置供光纤贯穿的圆管通道，光纤位于圆管通道内的一段上套装一毛细管。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述第一封装件包括第一基体及设置于第一基体一侧与第一基体连通的圆管通道，第一基体的内侧设置第一凹槽，所述第二封装件包括第二基体及设置于第二基体一侧与第二基体连通的圆管通道，第二基体的内侧设置第二凹槽，第二基体嵌装于第一凹槽内。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述第一凹槽内上下两侧各设置一阻挡台阶，第一凹槽与第二凹槽之间形成用于容置线路板的空腔。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述第一封装件和第二封装件上至少各设置一圆管通道，芯片的两侧对应每一圆管通道设置一光纤。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述封装件包括第一封装件和第二封装件，芯片靠近第二封装件的一侧设置输入光纤和输出光纤，第二封装件上设置供光纤贯穿的圆管通道，第一封装件靠近线路板的侧面设置一透镜，输入光纤和输出光纤位于圆管通道内的一段上套装一毛细管。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述第二封装件上至少设置一圆管通道，芯片上对应每一圆管通道各设置一输入光纤和一输出光纤。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述第一封装件和第二封装件均为一体成型结构。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述封装件由金属、合金材料或塑料材料制成。
作为本发明的较佳实施例，本发明第一封装件和第二封装件与毛细管空腔处填充硅胶，例如注入填充料，如柔性绝缘硅胶。
本发明还公开了一种实现所述的电控光器件的封装装置的封装方法，包括如下步骤：
步骤1.将芯片通过硬胶粘接于线路板上；
步骤2. 通过压焊机将芯片的焊盘与线路板的焊盘进行焊接连接；
步骤3. 毛细管套装于光纤的外侧通过硬胶粘接于线路板上；
步骤4. 封装件套装于毛细管和光纤的外侧，芯片与线路板通过硬胶封装于封装件内；并用软胶填充毛细管与封装件（第一封装件和第二封装件）内壁之间的间隙
步骤5. 光纤出口及毛细管与封装件的圆管通道之间通过软胶固定粘接。
作为本发明的较佳实施例，本发明步骤4、5所述软胶由硅胶材料制成，步骤1、3、4所述硬胶由环氧树脂材料制成。
作为本发明的较佳实施例，本发明所述毛细管由玻璃材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用金属、合金材料或塑胶外壳代替其他合金材料（例如Kovar合金），且在封装时采用普通注胶工艺，设备投入少，成本低；注胶时，封装件与线路板、芯片之间通过硬胶，增强粘合效果，而光纤出口与毛细管及毛细管与封装件之间通过软胶密封，因光纤使用情况特殊，很容易受到热胀冷缩，从而影响传输效果，但是本发明采用软胶密封出口，在封装件受到热胀冷缩时，软胶具有一定的弹性，能够保证光纤的传送效果；线路板与芯片连接采用标准金丝压焊，便于批量生产及自动化；封装材料为金属、金属合金、工程塑料或硅胶，相对普通电路焊接大大减小生产能耗及污染。
附图说明
图1为本发明的实施例一整体结构组装图；
图2为本发明的实施例一分解结构示意图；
图3为本发明的实施例一封装件结构示意图；
图4为本发明的实施例一电控光器件基体结构示意图；
图5为本发明的实施例二双侧多进多出整体结构示意图；
图6为本发明的实施例二线路板结构示意图；
图7为本发明的实施例三整体结构组装图；
图8为本发明的实施例三分解结构示意图；
图9为本发明的实施例三封装件结构示意图；
图10为本发明的实施例三电控光器件基体结构示意图；
图11为本发明的实施例四单侧多进多出整体结构示意图；
图12为本发明的实施例四线路板结构示意图；
图13为本发明的线路板结构焊接结构示意图。
具体实施方式
本发明的主旨在于克服现有技术的不足，提供一种电控光器件的封装装置及其封装方法，采用耐高温金属、金属合金或塑料的封装形式，通过特殊的结构设计，避免了应力对电控光器件的光学性能造成影响。采用此方法封装的电控光器件能够满足恶劣环境下的应用。本发明包括双侧单进单出结构、双侧多进多出结构、单侧单进单出结构、单侧多进多出结构，下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的技术特征及优点进行更深入的诠释。
实施例1
实施例1为一种双侧单进单出的封装结构（透射式），具体结构示意图如图1-4所示，一种电控光器件的封装装置，包括电控光器件基体及封装电控光器件基体的封装件，所述电控光器件基体包括线路板3及固定于线路板3上的芯片6，芯片6上设置光纤5，封装件上设置供光纤5贯穿的圆管通道7，光纤5位于圆管通道7内的一段上套装一毛细管4。电控光器件基体与封装电控光器件基体的封装件通过硬胶粘合，光纤5出口与圆管通道7、毛细管4贴合处通过软胶粘合，因光纤使用情况特殊，很容易受到热胀冷缩，从而影响传输效果，但是本发明采用软胶密封出口，在封装件受到热胀冷缩时，软胶具有一定的弹性，能够保证光纤的传送效果。本发明所述封装件由金属、合金材料或塑料材料制成，所述毛细管由玻璃材料制成，第一封装件和第二封装件与毛细管的空腔处填充硅胶，例如注入填充料，如柔性绝缘硅胶。实施例1-4均采用上述材料，下面的实施例中不在累述。
如图1、2、3所示，本发明所述封装件包括第一封装件1和第二封装件2，所述第一封装件1包括第一基体11及设置于第一基体11一侧与第一基体11连通的圆管通道7，第一基体11的内侧设置第一凹槽12，所述第二封装件2包括第二基体21及设置于第二基体21一侧与第二基体21连通的圆管通道7，第二基体21的内侧设置第二凹槽22，第二基体21嵌装于第一凹槽12内，第一凹槽12与第二凹槽22之间形成用于容置线路板3的空腔。在粘合时，通过硬胶将线路板3粘合与第一凹槽12与第二凹槽22之间形成的空腔内。所述第一封装件1和第二封装件2均为一体成型结构，采用3D打印或者模具注塑而成。
本发明的电控光器件基体结构示意图如图4所示，所述电控光器件基体包括线路板3及固定于线路板3上的芯片6，芯片6上设置光纤5，芯片6的两侧均设置光纤5，因实施例1为双侧单进单出结构，所以在第二封装件2的一侧为输入光纤51，第一封装件1的一侧为输出光纤52，为了保护光纤，第一封装件1与第二封装件2上分别设置供光纤5贯穿的圆管通道7，光纤5位于圆管通道7内的一段上套装一毛细管4。
较佳地，为了更好的固定线路板3，本发明所述第一凹槽12内上下两侧各设置一阻挡台阶13，第一凹槽12与第二凹槽22之间形成用于容置线路板3的空腔。
本发明的线路板结构示意图如图13所示，虚线部分为芯片6的粘合处，线路板3上设置焊盘，图中虚线表示芯片粘贴位置及芯片焊盘，考虑到粘胶时的溢胶问题，两个打线焊盘61距离芯片6边界大概1mm，两个圆形的焊孔B1和B2用于焊接“L”型的焊脚C1和C2,考虑到焊锡时可能对打线焊盘61造成污染，要求两者相距大概1mm，线路板厚度为1.6mm。电气焊接的原理如图所示：焊盘A1与焊孔B1、焊脚C1导通，焊盘A2与焊孔B2、焊脚C2导通，焊盘A1与A2相互间不导通,B1与B2相互间不导通，C1与C2相互间不导通。
实施例2
实施例2与实施例1相比，均为双侧输出（透射式），但是实施例1为双侧单进单出，仅包括一路输入光纤和一路输出光纤，而实施例2为双侧多进多出结构，包括多路输入光纤和多路输出光纤。
具体结构如图5、6所示，本发明所述第一封装件1和第二封装件2上至少各设置一圆管通道7，芯片6的两侧对应每一圆管通道7设置一光纤5。例如图5、6中，设置3路输入光纤和3路输出光纤，每一输入光纤和输出光纤的外侧位于圆管通道7内的一段上均套装一毛细管4，第一封装件1和第二封装件2相应设置多个圆管通道7。
第一封装件1和第二封装件2的其他结构均与实施例1相同，仅根据多路输入光纤和输出光纤相应增加圆管通道7的数量，在此不再累述。
实施例3
实施例3与实施例1相比，实施例1为双侧单进单出的封装结构（透射式），而实施例3为单侧单进单出的封装结构（反射式），因为为反射结构，所以需要增加相应的结构。
如图7-10所示，一种电控光器件的封装装置，包括电控光器件基体及封装电控光器件基体的封装件，所述电控光器件基体包括线路板3及固定于线路板3上的芯片6，芯片6上设置光纤5，封装件上设置供光纤5贯穿的圆管通道7，光纤5位于圆管通道7内的一段上套装一毛细管4。电控光器件基体与封装电控光器件基体的封装件通过硬胶粘合，光纤5出口与圆管通道7、毛细管4贴合处通过软胶粘合，因光纤使用情况特殊，很容易受到热胀冷缩，从而影响传输效果，但是本发明采用软胶密封出口，在封装件受到热胀冷缩时，软胶具有一定的弹性，能够保证光纤的传送效果。第一封装件和第二封装件与毛细管的空腔处填充硅胶，例如注入填充料，如柔性绝缘硅胶。
如图7-9所示，本发明所述封装件包括第一封装件1和第二封装件2，芯片6靠近第二封装件2的一侧设置输入光纤51和输出光纤52，第二封装件2上设置供光纤5贯穿的圆管通道7，第一封装件1靠近线路板3的侧面设置一透镜14，透镜14能够对光纤进行反射，达到传送效果，从而实现单侧的单进单出效果。如图10所示，输入光纤51和输出光纤52位于圆管通道7内的一段上套装一毛细管4。在粘合时，通过硬胶将线路板3粘合与第一凹槽12与第二凹槽22之间形成的空腔内。所述第一封装件1和第二封装件2均为一体成型结构，采用3D打印或者模具注塑而成，成型后，透镜14嵌装于第一封装件1靠近线路板3的一侧。
如图3所示，所述第一封装件1包括第一基体11及设置于第一基体11一侧内部的透镜14，第一基体11的内侧设置第一凹槽12，所述第二封装件2包括第二基体21及设置于第二基体21一侧与第二基体21连通的圆管通道7，第二基体21的内侧设置第二凹槽22，第二基体21嵌装于第一凹槽12内。所述第一凹槽12内上下两侧各设置一阻挡台阶13，第一凹槽12与第二凹槽22之间形成用于容置线路板3的空腔。在粘合时，通过硬胶将线路板3粘合与第一凹槽12与第二凹槽22之间形成的空腔内。
第一封装件1中不设置圆管通道7，增加透镜14，第一封装件1和第二封装件2的其他结构均与实施例1相同，在此不再累述。
实施例4
实施例4与实施例3相比，实施例3为单侧单进单出的封装结构（反射式），而实施例4为单侧多进多出的封装结构（反射式）。
如图7-12所示，具体结构如下：一种电控光器件的封装装置，包括电控光器件基体及封装电控光器件基体的封装件，所述电控光器件基体包括线路板3及固定于线路板3上的芯片6，芯片6上设置光纤5，封装件上设置供光纤5贯穿的圆管通道7，光纤5位于圆管通道7内的一段上套装一毛细管4。电控光器件基体与封装电控光器件基体的封装件通过硬胶粘合，光纤5出口与圆管通道7、毛细管4贴合处通过软胶粘合，因光纤使用情况特殊，很容易受到热胀冷缩，从而影响传输效果，但是本发明采用软胶密封出口，在封装件受到热胀冷缩时，软胶具有一定的弹性，能够保证光纤的传送效果。
本发明所述封装件包括第一封装件1和第二封装件2，芯片6靠近第二封装件2的一侧设置输入光纤51和输出光纤52，第二封装件2上设置供光纤5贯穿的圆管通道7，第一封装件1靠近线路板3的侧面设置一透镜14，透镜14能够对光纤进行反射，达到传送效果，从而实现单侧的单进单出效果。如图10所示，输入光纤51和输出光纤52位于圆管通道7内的一段上套装一毛细管4。在粘合时，通过硬胶将线路板3粘合与第一凹槽12与第二凹槽22之间形成的空腔内。所述第一封装件1和第二封装件2均为一体成型结构，采用3D打印或者模具注塑而成，成型后，透镜14嵌装于第一封装件1靠近线路板3的一侧。
如图11、12所示，本发明所述第二封装件2上至少设置一圆管通道7，芯片6上对应每一圆管通道7各设置一输入光纤51和一输出光纤52。所以根据输入光纤51和输出光纤52的数量，第二封装件2相应增加圆管通道7。
实施例4的其他结构均与实施例3相同，在此不再累述。
另外，本发明还公开了一种实现所述的电控光器件的封装装置的封装方法，包括如下步骤：
步骤1.将芯片6通过硬胶粘接于线路板3上；
步骤2. 通过金丝压焊机将芯片6的焊盘与线路板3的焊盘进行焊接连接；
步骤3. 毛细管4套装于光纤5的外侧通过硬胶粘接于线路板3上；
步骤4. 封装件套装于毛细管4和光纤5的外侧，芯片6与线路板3通过硬胶封装于封装件内；并用软胶填充毛细管4与封装件（第一封装件1和第二封装件2内壁之间的间隙.
步骤5. 光纤5出口及毛细管4与封装件的圆管通道7之间通过软胶固定粘接。
本发明步骤4、5所述软胶由硅胶材料制成，所述硅胶为柔性硅胶材料，步骤1、3、4所述硬胶由环氧树脂材料制成，当然，本发明并不限于此，其他任何能够实现同样软胶和硬胶功能的材料均在本发明保护范围呢，采用软胶密封出口，在封装件受到热胀冷缩时，软胶具有一定的弹性，能够保证光纤的传送效果，硬胶能够方便粘合。另外，本发明所述毛细管由玻璃材料制成，性能稳定，保证传输效果。
通过以上实施例中的技术方案对本发明进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例为本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种电控光器件的封装装置，其特征在于：包括电控光器件基体及封装电控光器件基体的封装件，所述电控光器件基体包括线路板（3）及固定于线路板（3）上的芯片（6），芯片（6）上设置光纤（5），封装件上设置供光纤（5）贯穿的圆管通道（7），光纤（5）位于圆管通道（7）内的一段上套装一毛细管（4）。
2.根据权利要求1所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述封装件包括第一封装件（1）和第二封装件（2），芯片（6）的两侧均设置光纤（5），第一封装件（1）与第二封装件（2）上分别设置供光纤（5）贯穿的圆管通道（7），光纤（5）位于圆管通道（7）内的一段上套装一毛细管（4）。
3.根据权利要求2所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述第一封装件（1）包括第一基体（11）及设置于第一基体（11）一侧与第一基体（11）连通的圆管通道（7），第一基体（11）的内侧设置第一凹槽（12），所述第二封装件（2）包括第二基体（21）及设置于第二基体（21）一侧与第二基体（21）连通的圆管通道（7），第二基体（21）的内侧设置第二凹槽（22），第二基体（21）嵌装于第一凹槽（12）内。
4.根据权利要求3所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述第一凹槽（12）内上下两侧各设置一阻挡台阶（13），第一凹槽（12）与第二凹槽（22）之间形成用于容置线路板（3）的空腔。
5.根据权利要求2-4所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述第一封装件（1）和第二封装件（2）上至少各设置一圆管通道（7），芯片（6）的两侧对应每一圆管通道（7）设置一光纤（5）。
6.根据权利要求1所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述封装件包括第一封装件（1）和第二封装件（2），芯片（6）靠近第二封装件（2）的一侧设置输入光纤（51）和输出光纤（52），第二封装件（2）上设置供光纤（5）贯穿的圆管通道（7），第一封装件（1）靠近线路板（3）的侧面设置一透镜（14），输入光纤（51）和输出光纤（52）位于圆管通道（7）内的一段上套装一毛细管（4）。
7.根据权利要求6所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述第二封装件（2）上至少设置一圆管通道（7），芯片（6）上对应每一圆管通道（7）各设置一输入光纤（51）和一输出光纤（52）。
8.根据权利要求1所述的电控光器件的封装装置，其特征在于：所述封装件由金属、合金材料或塑料材料制成。
9.一种实现权利要求1-8中任一项所述的电控光器件的封装装置的封装方法，包括如下步骤：
步骤1.将芯片（6）通过硬胶粘接于线路板（3）上；
步骤2. 通过压焊机将芯片（6）的焊盘与线路板（3）的焊盘进行焊接连接；
步骤3. 毛细管（4）套装于光纤（5）的外侧通过硬胶粘接于线路板（3）上；
步骤4. 封装件套装于毛细管（4）和光纤（5）的外侧，芯片（6）与线路板（3）通过硬胶封装于封装件内；并用软胶填充毛细管（4）与封装件内壁之间的间隙.
步骤5. 光纤（5）出口及毛细管（4）与封装件的圆管通道（7）之间通过软胶固定粘接。
10.根据权利要求9所述的电控光器件的封装装置的封装方法，其特征在于：步骤4、5所述软胶由硅胶材料制成，步骤1、3、4所述硬胶由环氧树脂材料制成，所述毛细管（4）由玻璃材料制成。
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