CN110310949A - To封装件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

TO封装件，包括具有至少一个光电器件的基座。基座与构造成锅形的金属盖连接，金属盖具有电磁辐射可穿透的窗口、尤其构造成透镜，从而光电器件布置在严密密封的内部空间中。金属盖的壁具有至少一个侧壁和/或端壁区域，其朝内部空间的方向相对于金属盖的侧壁的与基座邻接的区域增厚地构造。

Description

TO封装件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种TO(Transistor Outline晶体管外形)封装件及其制造方法。本发明还涉及具有TO封装件以及用于TO封装件的金属盖的装置。
本发明尤其涉及应用在发送侧的TO封装件，即用于将电信号转变成光信号从而耦合到光导体中的TO封装件。本发明尤其涉及用于将光耦合到单模光纤中的TO封装件。
背景技术
在纤维光学的传输技术中，必须以高的尺寸精确度将导引光的纤维、尤其玻璃纤维安装在相应的光学系统之前，从而确保使光很好地耦入纤维芯部中。这尤其适用于单模(英语：single mode)纤维，单模纤维的光导体芯部仅具有约9μm的直径。构件相对彼此的布置在之后在运行中不允许改变或仅能非常微小地改变。
实际上已知有严密封闭的TO封装件，该TO封装件尤其由深冲的金属盖构成，金属盖通过焊接或钎焊与基座连接，接收或发送二极管安置在该基座上。
TO封装件具有窗口，窗口尤其构造成透镜。为了确保在导引光的纤维中耦入，实际上已知的是，首先使壳体与光学联接组件(Optical Sub Assembly光学子组件)连接。光学子组件本身可用作导引光的纤维的耦合元件或本身可包含导引光的纤维，光耦入该光学组件或耦出并且之后例如经由插接连接机构与导引光的纤维连接，数据信号经由该纤维通过另外的插头传输。
用于多模纤维的光学联接组件通常构造成塑料浇注件。由于塑料与金属壳体的热膨胀系数不同，由塑料制成的这种光学联接组件不太适用于单模纤维，二极管布置在金属壳体中。
因此在单模纤维中有利的是，光学联接组件包括金属壳体并且该金属壳体与TO封装件焊接。由此可提供这样的布置，在其中确保在TO封装件和光学联接组件之间的高的尺寸精确性。
但是对此的问题是，通过焊接、尤其通过激光焊接将应力引入壳体材料中，应力至少在冷却之后又导致几何结构改变。这尤其在用于TO封装件的深拉的盖的壳体壁通常相当薄的情况下是这样，由此也额外地有在焊接时壳体壁被刺穿从而使壳体失去严密密封的风险。但是也不能简单地提高壁厚，因为由此壳体的几何结构如此改变，使得壳体不再相应于在实际中使用的标准壳体。
因此，根据文献CN 2013 11504 Y的教导设置成，光学联接组件不与TO封装件的盖焊接，而是将适配器环焊接在TO封装件的基座上，适配器环本身与光学联接组件连接。该过程很麻烦并且导致，由于存在的适配器环使得由TO封装件和光学联接组件形成的组合的尺寸不再与以前使用的结构形状兼容。此外，通过适配器环作为额外的结构元件而将另外的形状和位置公差引入系统中，形状和位置公差又会影响纤维端部相对于需要耦入的光斑的定向。
发明内容
因此，本发明的目的是，至少减小现有技术的所述缺点。
本发明的目的尤其是以简单的方式提供TO封装件，TO封装件能够改进光学联接组件的焊接性能，但是此外TO封装件与现有技术已知的结构形式兼容。
本发明的目的通过根据独立权利要求中任一项所述的TO封装件、具有TO封装件的装置、用于TO封装件的金属盖以及用于制造TO封装件的方法实现。
本发明的优选的实施方式和改进方案是从属权利要求、说明书以及附图的对象。
本发明涉及一种TO封装件(Transistor Outline晶体管外形封装件)，TO封装件包括具有至少一个光电器件的基座。在基座上尤其布置发射极、尤其边缘辐射器发射极以及监视器二极管。边缘辐射器发射极可尤其构造成以90°角向上、即朝TO封装件的窗口的方向转动。作为发射极也可使用具有45°镜子的边缘辐射器。
为了能电连接布置在基座上的电子器件和光电器件，基座包括电穿通部。电穿通部尤其从其上侧延伸直至其下侧并且优选构造成经玻璃化的联接插脚。基座优选由金属构成，但是根据本发明的另一实施方式也可由陶瓷构成。
基座与构造成锅形的金属盖连接。锅形的金属盖包括优选平坦的底部，底部限定TO封装件的端壁并且侧壁从底部伸出。金属盖尤其具有圆柱形的横截面，但是根据本发明的另一实施方式也可具有椭圆形的横截面。但是侧壁也可构造成锥形。
金属盖包括电磁辐射可穿透的窗口，窗口尤其构造成透镜。
窗口或透镜尤其构造成玻璃窗口或玻璃透镜，其借助玻璃焊料固定在玻璃盖的端壁中的中央开口中。
金属盖和基座尤其通过焊接或钎焊彼此连接。由此构造严密封闭的内部空间，在内部空间中布置光电器件。
金属盖尤其构造成深拉的金属盖。
根据本发明，金属盖的壁包括至少一个侧壁和/或端壁区域，其构造成朝TO封装件的内部空间的方向相对于金属盖的侧壁的与基座邻接的区域增厚。
金属盖由此包括侧壁的与基座邻接的区域，该区域比侧壁和/或端壁的位于其上的区域具有更小的壁厚。其壁厚尤其阶梯状地增大的过渡区域位于TO封装件的内部空间中。
由此可提供金属盖，金属盖从外部尺寸、尤其直径开始就与现有技术已知的结构类型相同，但是其中，壁在端侧和/或在侧壁的区域中增厚地构造，使得可以简单的方式焊接、尤其借助激光点焊焊接由金属构成的光学联接组件，而没有使TO封装件的金属盖的壳体壁刺穿的风险。
同时通过增厚的区域提高机械稳定性，使得通过焊接引入到封装件材料中的应力减小。
此外，也可通过以下方式改进几何结构特性，使得通过在基座的区域中的较薄的壁厚可吸收机械应力。
此外，通过在基座的区域中的较薄的壁厚降低了在运行中朝端壁的方向的热量传输，这同样有助于减小由于热变形产生的几何误差。
优选地，增厚的侧壁和/或端壁区域相对于金属盖的与基座邻接的区域具有至少1.2倍的壁厚、特别优选1.5倍的壁厚和/或小于5倍的壁厚、特别优选小于2.5倍的壁厚。
此外优选设置成，侧壁的与基座邻接的区域具有的壁厚是0.1至0.25mm，而增厚的侧壁和/或端壁区域具有的厚度是0.3至1.0mm。
在本发明的改进方案中，基座的底部、即基座的上侧与金属盖的壁厚改变的侧壁的过渡区域间隔开，在该底部上至少安装光电器件。
与金属盖连接的基座由此没有充满侧壁更薄的整个区域，而是在具有更小壁厚的区段中终止。
由此朝侧壁的方向以及朝光学联接组件的方向热传输降低。
此外，电子结构元件可在基座的上侧上安装的面积没有改变。
由此，根据本发明的另一实施方式设置成，布置在基座上的电子结构元件伸到过渡区域之下。
壁厚增大的过渡区域尤其构造成在壳体壁中的布置在基座的上侧之上的阶梯部。在阶梯部之下可布置电子结构元件或电子结构元件的部件、尤其电子结构元件的电接触部。
金属盖优选具有的外直径(邻接端壁地测量)至少为2mm、优选至少2.5mm和/或最大10mm、优选最大4.5mm。
金属盖的壳体和/或光学联接组件的壳体优选由热膨胀系数α(在20和300℃之间的平均值)小于14ppm/K、特别优选小于12ppm/K的材料构成。
金属盖的壳体可尤其由铁镍或镍钴合金构成。此外，金属盖的壳体可设有防腐蚀的涂层，尤其含镍和/或含金的涂层。
此外，也可为金属盖的壳体使用铁素体不锈钢。铁素体不锈钢的优点是，其无需涂上防腐蚀涂层。
光学联接组件的壳体可同样由铁镍或镍钴合金构成。
此外，也可为光学联接组件的壳体使用不锈钢、尤其铁素体不锈钢。铁素体不锈钢的优点是，其无需涂上防腐蚀涂层。
窗口优选由玻璃构成，玻璃的热膨胀系数α相当于金属盖的材料的膨胀系数的0.90至1.10倍。
根据本发明的实施方式，TO封装件与用于联接单模纤维的光学联接组件连接。光学联接组件可包括单模纤维或与单模纤维连接。单模纤维尤其具有直径小于10μm的导引光的芯部。
TO封装件尤其构造成TO-41、TO-46、TO-38或TO-56类型的封装件。
侧壁的增厚区域优选在侧壁的高度的至少30％、特别优选至少50％和/或小于90％、优选小于80％上延伸。
本发明还涉及具有前述TO封装件和与TO封装件连接的光学联接组件的装置，光学联接组件用于联接导引光的纤维、尤其单模纤维。
光学联接组件的壳体在增厚的侧壁和/或端壁区域上与金属盖焊接。
尤其设置成，光学联接组件的金属壳体借助多个焊接点、尤其激光焊接点与金属盖连接。
如果光学联接组件与端壁连接，焊接点优选以圆形围绕金属盖的中轴线延伸。
在与侧壁焊接的情况下，优选光学联接组件的壳体形成套筒，金属盖布置在套筒中，其中，多个焊接点围绕套筒延伸。
在本发明的改进方案中，金属盖和光学联接组件的壳体借助多个焊接点焊接，其中，焊接点不规则地围绕光学联接组件的壳体的圆周分布。
通过在测试运行期间设置焊接点，如下面还更详细阐述地，经由焊接点本身校正形状和位置公差，使得由发射极射出的光作为轴向定向的斑点聚焦到光学纤维的导引光的芯部的端部上。
这使得焊接点不规则分布地布置，在其中焊接点不是分别相对彼此具有相同的角，而是相对彼此以不同的角围绕圆周分布。
本发明还涉及用于前述TO封装件的金属盖。
金属盖可尤其具有上述与金属盖相关描述的所有特征。
金属盖包括锅形构造的壳体，即，壳体具有优选圆柱形的构造方式，在其中环绕的侧壁仅沿一个方向从称为端壁的底部中伸出，在底部中设置用于窗口的开口。
侧壁具有下部区域，下部区域相对于侧壁的与下部区域邻接的区域和/或相对于端壁具有更小的壁厚。
尤其构造成阶梯状的壁厚改变的过渡区域对此布置在锅形的盖的内部中、优选布置在其内部的侧壁上。
本发明还涉及用于制造前述TO封装件的方法。
对此由板材冲压用于金属盖的坯件，并将其压印从而产生壁厚不同的区域以及开口。
尤其设置成，通过压印环的外部区域，在板材中产生环形的预制体，使得外部区域比环的内部区域具有更小的壁厚。
在后续的工具台中将预制体深冲成金属盖并且在深冲之后将窗口、尤其透镜设置到开口中。
根据本发明的优选的实施方式在同一工具中实施冲压、压印和深拉。
已经发现，在单一的方法步骤中可借助合适的工具提供锅形的金属盖，金属盖具有侧壁的下部区域，下部区域比侧壁的位于其上的区域构造得更薄。这尤其可通过以下方式实现，即，在第一步骤中由板材冲压出环并且同时进行压印，使得外部区域构造得更薄。然后例如可借助冲头将环深拉成金属盖、尤其相对于端壁具有法兰的金属盖。
附图说明
下面参考附图1至附图6根据实施例详细阐述本发明的对象。
图1在剖视图中示出了根据本发明的TO封装件的实施方式。
图2示出了图1示出的TO封装件如何与光学联接组件连接。光学联接组件在此与TO封装件的金属盖的端壁连接。
图3示出了图2的可替代的实施方式，在其中TO封装件的窗口构造成盘片。
图4是与光学联接组件连接的根据图2或图3的TO封装件的端侧俯视图。
图5是可替代的实施方式的剖视图，在其中光学联接组件与TO封装件的侧壁连接。
图6是实施例的流程图，在其中示出了用于制造TO封装件和光学联接组件构成的装置的方法步骤。
具体实施方式
图1为根据本发明的TO封装件1的实施例的剖视图。
TO封装件1包括基座2，在基座的上侧26上布置至少一个光电器件。
在该实施例中，发射极7位于基座2上，发射极用于将电信号转变成光信号。此外，监视器二极管8位于发射极7旁边，经由监视器二极管调节发射极的输出管线。发射极7尤其可构造成具有相对于其转动45°的镜子(未示出)的边缘辐射器。
基座2包括多个电穿通部，经由电穿通部发射极7与监视器二极管8接触。电穿通部作为联接插脚4从基座2的下表面16引出。
联接插脚4可与印刷电路板、尤其柔性印刷电路板5连接。
这种装有光电器件的基座2作为现有技术已知。
基座2与金属盖3如此连接，使得构造成严密封闭的TO封装件1，在其内部空间6中布置电子构件。
尤其基座2在连接区域17中与金属盖的侧壁11和/或在法兰29上与金属盖3的法兰14钎焊或焊接。
金属盖3构造成锅形并且包括端壁27，侧壁11从端壁27中伸出。
与端壁27相对地，金属盖3包括侧面突出的法兰14，法兰用于更好地连接在基座2上以及改进机械稳定性。
金属盖3基本构造成圆柱形并且包括中央开口10，在中央开口中布置窗口，在该实施例中窗口构造成透镜9。透镜9尤其借助焊料玻璃装入端壁27的开口10中。
与现有技术不同，金属盖3包括侧壁11的至少局部邻接在基座2上的区域12，相对于该区域，侧壁13a的朝端壁27的方向邻接的区域以及端壁13b的与其邻接的区域构造成增厚的。
在该实施例中在基座2的上表面26之上设置过渡区域15，该过渡区域尤其构造成阶梯部，在该阶梯部中，深拉的金属盖3的壁厚增大。
金属盖3的外部尺寸可相应于现有技术已知的结构形状。
由于在区域13a和13b中增大的壁厚，在该区域中提高了机械稳定性并且可以简单的方式通过焊接安装光学联接组件20(Optical Sub Assembly光学子组件)。
同时，通过侧壁11的邻接基座2的更薄的区域12降低了朝金属盖3的端壁27的方向的热传输。
因为过渡区域15与基座2的上表面26间隔开，在该区域28中在过渡区域15之下布置电子结构元件。
因此，根据本发明的实施方式，有利地，电子结构元件可安装在基座2的上表面26上的面积不降低。
此外，无需相对于现有技术改变基座2、尤其基座的直径。
图2在示意性的剖视图中示出了图1所示的TO封装件1如何与光学联接组件20耦联。
光学联接组件20包括金属构成的壳体18，壳体在该实施例中包括光导体21，光导体优选构造成单模光纤。光导体21尤其是外直径为50至250μm的单模光纤，其被装入套圈中、尤其陶瓷套圈中并且单模光钎用于耦联。
光学联接组件20包括法兰22，壳体18借助法兰焊接在TO封装件1的增厚地构造的端壁27上。在TO封装件2和光学联接组件20之间无需严密密封的连接，而是用于连接这些部件的焊接点就足够。
在本发明的实施例中，经由透镜9，从发射极7射出的光直接聚焦到光导体21的导引光的芯部的端部上。
此外，在该实施例中光学联接组件20包括联结机构19，联结机构用于连接光导体。联结机构19尤其可构造成插接连接件。
图3示出了本发明的可替代图2的实施方式。
与图2示出的实施例不同，TO封装件1的盖3设有窗口，窗口不是构造成透镜、而是构造成盘片23。
与此替代地，光学联接组件20包括透镜24，经由透镜又将光聚焦到光导体21的芯部的端部上。
光学联接组件20同样包括联结机构19。
图4是由如在图2或图3中示出的TO封装件和光学联接组件构成的装置的端侧的俯视图。
可看出，光学联接组件20的法兰22借助多个焊接点25a至25g与金属盖3的端壁27连接。
在测试运行中设置焊接点25a至25g，其中，经由监视器二极管(图1中的8)检验注入光导体21中的效率。
因为经由焊接点25a至25g基于材料的热膨胀以及微观结构变化将应力引入材料中，可通过焊接点25a至25g的位置进行精细定向，使得经由透镜9、24投影到纤维端部的芯部上的斑点沿轴向朝芯部定向。
因此，焊接点25a至25g不规则地分布，即，相对于中轴线具有彼此不同的角。
图5是本发明的可替代的实施方式的示意性剖视图。根据该实施方式，光学联接组件20与TO封装件1连接，其中，光学联接组件没有与金属盖3的端壁27连接，而是与侧壁11连接。
封装件18与盖3连接(未示出)的相应焊接点在此布置在侧壁11的增厚区域13a中。
图5示出的光学联接组件的实施例也包括导引光的纤维21以及用于联接到光学传输系统上的联结机构19。优选地，联结机构19包括套圈，导引光的纤维被装入该套圈中。
参考根据图6的流程图阐述，可如何制造前述TO封装件1。
首先，由板材、尤其延展性低的合金构成的板材冲压出用于金属盖3的环形坯件并且如此压印，使得坯件的边缘区域具有比其余区域更薄的壁厚。
然后将坯件深拉成金属盖3。优选在与冲压和压印相同的工具中进行深拉。
在盖的中央开口10中置入窗口、优选透镜9形式的窗口并且例如借助玻璃焊料固定。
然后将金属盖3与基座2焊接或钎焊，其中，基座已经装配有光电器件。在保护气体下进行焊接并且产生气密的连接。
为了连接光学联接组件20与TO封装件1，TO封装件首先进行测试运行并且经由耦联在光学联接组件上的光导体(未示出)与用于测量输出功率的测量仪器连接。
安置光学联接组件10并且相对于TO封装件1如此调整，使得从TO封装件1输出最大功率，这连续地经由测量仪器进行控制。然后首先设置焊接点，从而使光学联接组件20和金属盖3彼此连接(例如三个规则地围绕圆周分布的焊接点25a、25c和25e)。
最后可设置其他的焊接点25b、25d、25f、25g，从而精调结构元件并且由此优化信号。
通过本发明可提供一种TO封装件，该TO封装件尤其用于光学数据传输网络中的发送二极管。TO封装件能够借助焊接简单地固定光学联接组件，其中，同时可保持已知结构模型的尺寸以及基座的构造方式。
附图标记列表
1 TO封装件
2 基座
3 金属盖
4 联接插脚
5 电路板
6 内部空间
7 发射极
8 监视器二极管
9 透镜
10 开口
11 侧壁
12 侧壁的与基座邻接的区域
13a 增厚的侧壁区域
14 法兰
15 过渡区域
16 下表面
17 连接区域
18 壳体
19 联结机构
20 光学联接组件
21 光导体
22 法兰
23 盘片
24 透镜
25a-25g 焊接点
26 上表面
27 端壁
28 在过渡区域之下的区域
29 法兰

Claims (11)

1.一种TO封装件，包括具有至少一个光电器件的基座，其中，所述基座与锅形构造的金属盖连接，所述金属盖具有电磁辐射能穿透的窗口，尤其构造成透镜，从而所述光电器件布置在严密封闭的内部空间中，其特征在于，所述金属盖的壁具有至少一个侧壁和/或端壁区域，所述至少一个侧壁和/或端壁区域朝所述内部空间的方向相对于所述金属盖的侧壁的与基座邻接的区域增厚地构造。
2.根据前述权利要求所述的TO封装件，其特征在于，增厚的侧壁和/或端壁区域的壁厚是所述金属盖的与基座邻接的区域的壁厚的至少1.2倍、优选至少1.5倍和/或小于5倍。
3.根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件，其特征在于，所述侧壁的与基座邻接的区域的壁厚为0.10-0.25mm，并且其中增厚的侧壁和/或端壁区域的壁厚为0.3-1.0mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件，其特征在于，所述基座的底部与所述金属盖的侧壁的过渡区域间隔开，在所述过渡区域中壁厚改变；
优选地，其特征在于，布置在所述基座上的至少一个电子结构元件伸到所述过渡区域之下。
5.根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件，其特征在于，所述金属盖构造成深拉的盖，所述盖具有钎焊在其中的透镜。
6.根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件，其特征在于，所述金属盖的外直径为至少2mm、优选至少2.5mm和/或最高10mm、优选最高4.5mm，
和/或所述金属盖的壳体和/或所述光学联接组件的壳体由热膨胀系数α(在20和300℃的平均值)小于14ppm/K、优选小于12ppm/K的材料构成，
和/或至少所述金属盖的壳体由铁镍或镍钴合金构成或由铁素体不锈钢构成，
和/或TO封装件与用于联接单模纤维的光学联接组件连接，
和/或所述TO封装件构造成TO-41、TO-46、TO-38或TO-56类型的封装件，
和/或所述侧壁的增厚区域在所述侧壁的高度的至少30％、优选至少50％和/或小于90％、优选小于80％上延伸。
7.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件和与所述TO封装件连接的用于联接导引光的纤维的光学联接组件的装置，其中，所述光学联接组件的壳体在增厚的侧壁和/或端壁区域上与所述金属盖焊接。
8.根据前一项权利要求所述的具有TO封装件的装置，其特征在于，金属盖和所述光学联接组件的壳体借助多个焊接点、尤其不规则地围绕所述光学联接组件的壳体的圆周分布的焊接点彼此连接。
9.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件的金属盖，包括锅形构造的壳体，所述壳体具有在所述端壁中布置在中央的窗口，其中，所述侧壁具有下部区域，所述下部区域相对于所述侧壁的与所述下部区域邻接的区域和/或相对于所述端壁具有更小的壁厚。
10.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件的方法，包括：
由板材冲压出用于金属盖的坯件并将其压印，从而产生壁厚不同的区域以及开口；以及
将所述坯件深拉成金属盖；以及
在深拉之后将窗口、尤其透镜设置到开口中。
11.一种光学数据传输系统，包括具有根据前述权利要求中任一项所述的TO封装件和光学联接组件的装置，其中，所述TO封装件包括发射极，发射极的光耦入单模纤维中。
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