CN107315229A - 集成封装结构及用于制作集成封装结构的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成封装结构，所述集成封装结构由半导体发光器件、光波导调制器芯片、壳体、盖板、限位架、连接光纤和输出尾纤组成；本发明还公开了一种用于制作集成封装结构的工艺；本发明的有益技术效果是：提出了一种集成封装结构及用于制作集成封装结构的工艺，该方案可有效缩减光发射端机的尺寸，降低安装空间需求，提高器件的集成度，同时，也避免了采用熔接方式连接所带来的一系列问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电器件集成封装技术，尤其涉及一种集成封装结构及用于制作集成封装结构的工艺。
背景技术
高速光通信和微波光子信号传输处理系统中，典型的光发射端机由半导体发光器件和光波导调制器组成，半导体发光器件和光波导调制器的连接方式如图1所示，半导体发光器件的输出尾纤与光波导调制器的输入尾纤相熔接，形成光路连接；半导体发光器件主要采用大功率DFB半导体激光器，为系统提供窄线宽、低噪声、大功率输出的光波信号；光波导调制器则通过电光、热光或电致吸收等物理效应，将电信号调制加载于光信号上进行传输或处理，常用的光波导调制器有铌酸锂光波导调制器、聚合物光波导调制器及硅基光波导调制器等，相对其它类型的调制器，基于线性电光效应的铌酸锂MZ光波导强度调制器具有低损耗、大带宽、高速率及高调制线性度等优点，是现有技术中的优选方案。
存在的问题是：现有技术中，光发射端机中的半导体发光器件和光波导调制器相对独立，两者之间通过尾纤熔接的方式相互连接，应用时，两者之间的连接光纤长度较长，由于光纤不能小半径弯曲，导致安装空间占用较大；另外，在大温变或强振动冲击等恶劣环境下，尾纤熔接点损耗存在较大波动，严重时甚至会出现熔接点断开的情况，引起整个系统工作失效；再有，当尾纤为保偏光纤时，在熔接点处容易出现偏振交叉耦合，从而在系统中引入噪声，劣化系数性能；总体来看，现有的光发射端机不能很好的满足系统对性能、可靠性及集成度的要求。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种集成封装结构，其结构为：所述集成封装结构由半导体发光器件、光波导调制器芯片、壳体、盖板、限位架、连接光纤和输出尾纤组成；
所述半导体发光器件由半导体发光芯片、热敏二极管、热沉和半导体制冷器组成；所述连接光纤的内端与光波导调制器芯片的输入端连接，所述输出尾纤的内端与光波导调制器芯片的输出端连接；所述壳体内设置有安装槽，安装槽中部设置有隔板，所述隔板将安装槽分隔为A槽和B槽；
所述半导体发光器件设置在A槽内；所述半导体制冷器的下底面与A槽的槽底连接；所述热沉的下底面与半导体制冷器的上表面连接；所述半导体发光芯片、热敏二极管和限位架均设置在热沉的上表面上，其中，半导体发光芯片的位置位于热敏二极管和限位架之间，限位架的位置位于半导体发光芯片和隔板之间，半导体发光芯片的发光端面朝向限位架；
所述限位架为Ω形结构，限位架和热沉上表面所围空间形成限位孔；
所述B槽的槽底上设置有安装台，所述光波导调制器芯片的下底面与安装台的上表面连接，光波导调制器芯片的输入端朝向隔板；所述隔板上设置有通过孔，所述连接光纤依次从通过孔和限位孔穿过，连接光纤的外端与半导体发光芯片邻近设置，连接光纤的外端面正对半导体发光芯片的发光端面，限位架将连接光纤卡紧在热沉上；所述壳体上设置有与输出尾纤匹配的导管，所述输出尾纤通过导管引出至壳体外；
所述盖板设置在壳体上，盖板将安装槽的开口部封闭；
所述半导体制冷器和A槽之间通过钎焊工艺连接；所述光波导调制器芯片和安装台之间通过柔性胶粘结；所述限位架通过激光焊接工艺焊接在热沉上。
本发明的原理是：首先，本发明将半导体发光器件和光波导调制器芯片近距离地封装在一起，二者之间的连接光纤较短，器件的整体尺寸较小；此外，连接光纤以端面近距离对正发光端面的方式与半导体发光芯片耦合，半导体发光器件和光波导调制器芯片不再需要用光纤熔接的方式来连接，可以避免由熔接点所引起的一系列问题；再有，光波导调制器芯片一般采用铌酸锂晶体制作，由于铌酸锂晶体与外围结构的热膨胀系数存在差异，若采用焊接方式设置光波导调制器芯片，当器件在大温变环境条件下工作时，光波导调制器芯片和外围结构的连接稳定性难以得到保证，于是本发明通过柔性胶来将光波导调制器芯片与安装台粘结，柔性胶的形变能力较强，可以有效消弭因热膨胀系数差异而导致的连接稳定性差的问题。
优选地，所述连接光纤的外周面上镀有金膜。
基于前述方案，本发明还提出了一种用于制作集成封装结构的工艺，所述集成封装结构的物理构成如前所述；所述工艺包括：预先制作好半导体发光器件、光波导调制器芯片、壳体、盖板、限位架、连接光纤和输出尾纤；
1)采用钎焊工艺，将半导体发光器件与A槽连接；
2)将连接光纤和输出尾纤连接在光波导调制器芯片上，然后用柔性胶将光波导调制器芯片粘接在安装台上；
3)使连接光纤穿过通过孔，然后将连接光纤外端放置在热沉上表面上与半导体发光芯片邻近的位置处；然后使输出尾纤穿过导管，将输出尾纤的外端放置在壳体外；然后将限位架放置在热沉上表面上并使限位架将连接光纤夹持住；
4)对半导体发光器件施加电流激励并对输出尾纤的输出功率进行实时检测；然后通过限位架对连接光纤的位置进行调节，当输出尾纤的输出功率达到最大值时，停止移动限位架；
5)采用激光焊接工艺，将限位架焊接在热沉上；
6)采用平行缝焊工艺，将盖板焊接在壳体上；
7)将输出尾纤和导管固定。
本发明的有益技术效果是：提出了一种集成封装结构及用于制作集成封装结构的工艺，该方案可有效缩减光发射端机的尺寸，降低安装空间需求，提高器件的集成度，同时，也避免了采用熔接方式连接所带来的一系列问题。
附图说明
图1、现有光发射端机中，半导体发光器件和光波导调制器的连接关系示意图；
图2、本发明的结构剖面示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：半导体发光芯片1-1、热敏二极管1-2、热沉1-3、半导体制冷器1-4、光波导调制器芯片2、壳体3、隔板3-1、盖板4、限位架5。
具体实施方式
一种集成封装结构，其结构为：所述集成封装结构由半导体发光器件、光波导调制器芯片2、壳体3、盖板4、限位架5、连接光纤和输出尾纤组成；
所述半导体发光器件由半导体发光芯片1-1、热敏二极管1-2、热沉1-3和半导体制冷器1-4组成；所述连接光纤的内端与光波导调制器芯片2的输入端连接，所述输出尾纤的内端与光波导调制器芯片2的输出端连接；所述壳体3内设置有安装槽，安装槽中部设置有隔板3-1，所述隔板3-1将安装槽分隔为A槽和B槽；
所述半导体发光器件设置在A槽内；所述半导体制冷器1-4的下底面与A槽的槽底连接；所述热沉1-3的下底面与半导体制冷器1-4的上表面连接；所述半导体发光芯片1-1、热敏二极管1-2和限位架5均设置在热沉1-3的上表面上，其中，半导体发光芯片1-1的位置位于热敏二极管1-2和限位架5之间，限位架5的位置位于半导体发光芯片1-1和隔板3-1之间，半导体发光芯片1-1的发光端面朝向限位架5；
所述限位架5为Ω形结构，限位架5和热沉1-3上表面所围空间形成限位孔；
所述B槽的槽底上设置有安装台，所述光波导调制器芯片2的下底面与安装台的上表面连接，光波导调制器芯片2的输入端朝向隔板3-1；所述隔板3-1上设置有通过孔，所述连接光纤依次从通过孔和限位孔穿过，连接光纤的外端与半导体发光芯片1-1邻近设置，连接光纤的外端面正对半导体发光芯片1-1的发光端面，限位架5将连接光纤卡紧在热沉1-3上；所述壳体3上设置有与输出尾纤匹配的导管，所述输出尾纤通过导管引出至壳体3外；
所述盖板4设置在壳体3上，盖板4将安装槽的开口部封闭；
所述半导体制冷器1-4和A槽之间通过钎焊工艺连接；所述光波导调制器芯片2和安装台之间通过柔性胶粘结；所述限位架5通过激光焊接工艺焊接在热沉1-3上。
进一步地，所述连接光纤的外周面上镀有金膜。
一种用于制作集成封装结构的工艺，所述集成封装结构由半导体发光器件、光波导调制器芯片2、壳体3、盖板4、限位架5、连接光纤和输出尾纤组成；所述半导体发光器件由半导体发光芯片1-1、热敏二极管1-2、热沉1-3和半导体制冷器1-4组成；所述连接光纤的内端与光波导调制器芯片2的输入端连接，所述输出尾纤的内端与光波导调制器芯片2的输出端连接；所述壳体3内设置有安装槽，安装槽中部设置有隔板3-1，所述隔板3-1将安装槽分隔为A槽和B槽；所述半导体发光器件设置在A槽内；所述半导体制冷器(1-4)的下底面与A槽的槽底连接；所述热沉1-3的下底面与半导体制冷器1-4的上表面连接；所述半导体发光芯片1-1、热敏二极管1-2和限位架5均设置在热沉1-3的上表面上，其中，半导体发光芯片1-1的位置位于热敏二极管1-2和限位架5之间，限位架5的位置位于半导体发光芯片1-1和隔板3-1之间，半导体发光芯片1-1的发光端面朝向限位架5；所述限位架5为Ω形结构，限位架5和热沉1-3上表面所围空间形成限位孔；所述B槽的槽底上设置有安装台，所述光波导调制器芯片2的下底面与安装台的上表面连接，光波导调制器芯片2的输入端朝向隔板3-1；所述隔板3-1上设置有通过孔，所述连接光纤依次从通过孔和限位孔穿过，连接光纤的外端与半导体发光芯片1-1邻近设置，连接光纤的外端面正对半导体发光芯片1-1的发光端面，限位架5将连接光纤卡紧在热沉1-3上；所述壳体3上设置有与输出尾纤匹配的导管，所述输出尾纤通过导管引出至壳体3外；所述盖板4设置在壳体3上，盖板4将安装槽的开口部封闭；所述半导体制冷器1-4和A槽之间通过钎焊工艺连接；所述光波导调制器芯片2和安装台之间通过柔性胶粘结；所述限位架5通过激光焊接工艺焊接在热沉1-3上；
所述工艺包括：预先制作好半导体发光器件、光波导调制器芯片2、壳体3、盖板4、限位架5、连接光纤和输出尾纤；
1)采用钎焊工艺，将半导体发光器件与A槽连接；
2)将连接光纤和输出尾纤连接在光波导调制器芯片2上，然后用柔性胶将光波导调制器芯片2粘接在安装台上；
3)使连接光纤穿过通过孔，然后将连接光纤外端放置在热沉1-3上表面上与半导体发光芯片1-1邻近的位置处；然后使输出尾纤穿过导管，将输出尾纤的外端放置在壳体3外；然后将限位架5放置在套在热沉1-3上表面上并使限位架5将连接光纤夹持住；
4)对半导体发光器件施加电流激励并对输出尾纤的输出功率进行实时检测；然后通过限位架5对连接光纤的位置进行调节，当输出尾纤的输出功率达到最大值时，停止移动限位架5；
5)采用激光焊接工艺，将限位架5焊接在热沉1-3上；
6)采用平行缝焊工艺，将盖板4焊接在壳体3上；
7)将输出尾纤和导管固定。
Claims (3)
1.一种集成封装结构，其特征在于：所述集成封装结构由半导体发光器件、光波导调制器芯片(2)、壳体(3)、盖板(4)、限位架(5)、连接光纤和输出尾纤组成；
所述半导体发光器件由半导体发光芯片(1-1)、热敏二极管(1-2)、热沉(1-3)和半导体制冷器(1-4)组成；所述连接光纤的内端与光波导调制器芯片(2)的输入端连接，所述输出尾纤的内端与光波导调制器芯片(2)的输出端连接；所述壳体(3)内设置有安装槽，安装槽中部设置有隔板(3-1)，所述隔板(3-1)将安装槽分隔为A槽和B槽；
所述半导体发光器件设置在A槽内；所述半导体制冷器(1-4)的下底面与A槽的槽底连接；所述热沉(1-3)的下底面与半导体制冷器(1-4)的上表面连接；所述半导体发光芯片(1-1)、热敏二极管(1-2)和限位架(5)均设置在热沉(1-3)的上表面上，其中，半导体发光芯片(1-1)的位置位于热敏二极管(1-2)和限位架(5)之间，限位架(5)的位置位于半导体发光芯片(1-1)和隔板(3-1)之间，半导体发光芯片(1-1)的发光端面朝向限位架(5)；
所述限位架(5)为Ω形结构，限位架(5)和热沉(1-3)上表面所围空间形成限位孔；
所述B槽的槽底上设置有安装台，所述光波导调制器芯片(2)的下底面与安装台的上表面连接，光波导调制器芯片(2)的输入端朝向隔板(3-1)；所述隔板(3-1)上设置有通过孔，所述连接光纤依次从通过孔和限位孔穿过，连接光纤的外端与半导体发光芯片(1-1)邻近设置，连接光纤的外端面正对半导体发光芯片(1-1)的发光端面，限位架(5)将连接光纤卡紧在热沉(1-3)上；所述壳体(3)上设置有与输出尾纤匹配的导管，所述输出尾纤通过导管引出至壳体(3)外；
所述盖板(4)设置在壳体(3)上，盖板(4)将安装槽的开口部封闭；
所述半导体制冷器(1-4)和A槽之间通过钎焊工艺连接；所述光波导调制器芯片(2)和安装台之间通过柔性胶粘结；所述限位架(5)通过激光焊接工艺焊接在热沉(1-3)上。
2.根据权利要求1所述的集成封装结构，其特征在于：所述连接光纤的外周面上镀有金膜。
3.一种用于制作集成封装结构的工艺，所述集成封装结构由半导体发光器件、光波导调制器芯片(2)、壳体(3)、盖板(4)、限位架(5)、连接光纤和输出尾纤组成；所述半导体发光器件由半导体发光芯片(1-1)、热敏二极管(1-2)、热沉(1-3)和半导体制冷器(1-4)组成；所述连接光纤的内端与光波导调制器芯片(2)的输入端连接，所述输出尾纤的内端与光波导调制器芯片(2)的输出端连接；所述壳体(3)内设置有安装槽，安装槽中部设置有隔板(3-1)，所述隔板(3-1)将安装槽分隔为A槽和B槽；所述半导体发光器件设置在A槽内；所述半导体制冷器(1-4)的下底面与A槽的槽底连接；所述热沉(1-3)的下底面与半导体制冷器(1-4)的上表面连接；所述半导体发光芯片(1-1)、热敏二极管(1-2)和限位架(5)均设置在热沉(1-3)的上表面上，其中，半导体发光芯片(1-1)的位置位于热敏二极管(1-2)和限位架(5)之间，限位架(5)的位置位于半导体发光芯片(1-1)和隔板(3-1)之间，半导体发光芯片(1-1)的发光端面朝向限位架(5)；所述限位架(5)为Ω形结构，限位架(5)和热沉(1-3)上表面所围空间形成限位孔；所述B槽的槽底上设置有安装台，所述光波导调制器芯片(2)的下底面与安装台的上表面连接，光波导调制器芯片(2)的输入端朝向隔板(3-1)；所述隔板(3-1)上设置有通过孔，所述连接光纤依次从通过孔和限位孔穿过，连接光纤的外端与半导体发光芯片(1-1)邻近设置，连接光纤的外端面正对半导体发光芯片(1-1)的发光端面，限位架(5)将连接光纤卡紧在热沉(1-3)上；所述壳体(3)上设置有与输出尾纤匹配的导管，所述输出尾纤通过导管引出至壳体(3)外；所述盖板(4)设置在壳体(3)上，盖板(4)将安装槽的开口部封闭；所述半导体制冷器(1-4)和A槽之间通过钎焊工艺连接；所述光波导调制器芯片(2)和安装台之间通过柔性胶粘结；所述限位架(5)通过激光焊接工艺焊接在热沉(1-3)上；
其特征在于：所述工艺包括：预先制作好半导体发光器件、光波导调制器芯片(2)、壳体(3)、盖板(4)、限位架(5)、连接光纤和输出尾纤；
1)采用钎焊工艺，将半导体发光器件与A槽连接；
2)将连接光纤和输出尾纤连接在光波导调制器芯片(2)上，然后用柔性胶将光波导调制器芯片(2)粘接在安装台上；
3)使连接光纤穿过通过孔，然后将连接光纤外端放置在热沉(1-3)上表面上与半导体发光芯片(1-1)邻近的位置处；然后使输出尾纤穿过导管，将输出尾纤的外端放置在壳体(3)外；然后将限位架(5)放置在套在热沉(1-3)上表面上并使限位架(5)将连接光纤夹持住；
4)对半导体发光器件施加电流激励并对输出尾纤的输出功率进行实时检测；然后通过限位架(5)对连接光纤的位置进行调节，当输出尾纤的输出功率达到最大值时，停止移动限位架(5)；
5)采用激光焊接工艺，将限位架(5)焊接在热沉(1-3)上；
6)采用平行缝焊工艺，将盖板(4)焊接在壳体(3)上；
7)将输出尾纤和导管固定。
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