CN111239925B - 一种tosa聚焦透镜低温焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光通信器件封装技术领域，具体涉及一种TOSA聚焦透镜低温焊接方法。该方法包括：焊料的设计选择、透镜焊接、回温、气密性检测，气密性检测合格的产品即为焊接合格产品。本发明采用加热平台加热到低温玻璃焊料的熔点使玻璃焊料呈流动状态，然后利用真空吸附使得焊料良好的流淌在透镜和外壳周围，经过回温平台散热后焊料凝固就形成了气密性封装。本发明解决在低温条件下聚焦透镜的焊接可靠性，提供一种便利的焊接方法，实现不需要特殊的设备和环境就可以完成聚焦透镜的焊接。
Description
技术领域
本发明属于光通信器件封装技术领域，具体涉及一种TOSA聚焦透镜低温焊接方法。
背景技术
第五代通信系统(5G)的到来对于光通信行业的器件提出了更高的可靠性和性能的要求。对于用在骨干线路上的激光器来说要满足高速率的传输只是其中一项重要的指标，高可靠性对于骨干线路上的激光器也是尤为关键的。要满足高可靠性的要求，必须要保证激光器芯片在整个封装结构内处于一个很好的惰性环境下，这样才能最大的让激光器芯片达到高寿命的特性。因为激光器芯片从发光到最终传输信号中间是需要光学透镜来组成光路系统的，那么如何保证封装结构上的光学透镜也能满足气密性的要求成为目前需要解决的问题。
目前国内外激光器封装厂家的做法是在生产外壳的时候采用高温烧结(800℃-1000℃)的方法把透镜固定在外壳上，这种方法的可靠性是满足要求的，但可实现性不强，无论是周期还是成本都不占有优势。
发明内容
本发明的目的是解决在低温条件下聚焦透镜的焊接可靠性，提供一种便利的焊接方法，实现不需要特殊的设备和环境就可以完成聚焦透镜的焊接。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种TOSA聚焦透镜低温焊接方法，具体步骤如下：
步骤一：焊料的设计选择
根据TOSA(光传输次组件)的耐受条件选择用于焊接的玻璃焊料的熔点，玻璃焊料的熔点应低于TOSA耐受温度30℃以上，并根据被焊接聚焦透镜的外形尺寸设计玻璃焊料形状和尺寸。
步骤二：聚焦透镜焊接
根据所选玻璃焊料确定加热平台设定温度，加热平台设定的温度应比玻璃焊料熔点温度高10℃；将聚焦透镜底部置于管壳上的聚焦透镜安装孔中，聚焦透镜位于管壳内，然后将环状的玻璃焊料套在聚焦透镜底部的外围，使玻璃焊料熔化后能够将聚焦透镜和管壳焊接为一体，组装完成后将管壳固定在加热平台上；加热平台上设有通孔，与管壳上用于安装聚焦透镜的安装孔对齐；在加热平台的底部对通孔进行抽真空，真空度为0.07～0.09个大气压；真空吸附使得玻璃焊料更好的流淌在聚焦透镜和管壳周围，待玻璃焊料均匀融化至聚焦透镜与焊料接触的边缘无气泡和空隙，关闭真空。
步骤三：回温
将焊接好的TOSA聚焦透镜放置在回温平台上降温，回温平台设定的温度等于步骤二中加热平台设定的温度的二分之一，误差范围为±10℃。
步骤四：气密性检测
利用氦质子检漏仪检测焊接后的TOSA聚焦透镜是否满足气密性要求；若满足气密性要求，则产品焊接合格；若不满足气密性要求，则返回步骤二重新焊接，不断重复步骤二～步骤四，直至气密性检测符合要求。
本发明的有益效果：本发明采用加热平台加热到低温玻璃焊料的熔点使玻璃焊料呈流动状态，然后利用真空吸附使得焊料良好的流淌在透镜和管壳周围，经过回温平台散热后焊料凝固就形成了气密性封装。本发明实现过程非常简便，避免复杂的设备条件，为器件封装的可实现性提供了便利。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
结合附图和技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明的一种TOSA聚焦透镜低温焊接方法的流程示意图如图1所示。
采用100G LR4 TOSA作为示例说明，但本发明不仅仅局限于100G LR4 TOSA，应当包括所有的TOSA的聚焦透镜的焊接。具体步骤如下：
步骤一：焊料的设计和选择
焊料的熔点选择一般要根据TOSA的耐受温度来决定，本实施例中选用的100G LR4TOSA的耐受温度为400℃，玻璃焊料的熔点要低于被焊接器件耐受温度30摄氏度以上，因此选用的低温玻璃焊料的熔点是360℃，焊料一般采用的是预成型结构，在形状的设计上要尽可能的贴合聚焦透镜的外形。本实施例100G LR4 TOSA聚焦透镜尺寸直径为1.8mm，选择环状焊料的内径为1.9mm，厚度为2mm。
步骤二：透镜焊接
根据上述焊料的选择确定熔接温度为360℃，加热平台设定为370℃，实际测量温度范围应在365～375℃之间。在显微镜下，把聚焦透镜放入TOSA管壳中透镜位置的安装孔内，须保证聚焦透镜的下半部平放在孔内，然后把低温玻璃焊料平套在聚焦透镜上。将已经组装好的TOSA聚焦透镜放在加热平台上，加热平台的通孔与TOSA管壳上用于安装透镜的通孔相对齐，并从加热平台底部对通孔抽真空，使透镜底部通上真空，真空度在0.08±0.01个大气压，当观察到玻璃焊料均匀融化，TOSA聚焦透镜和低温玻璃焊料接触的边缘无气泡和空隙时，关闭真空。
步骤三：回温和应力释放
焊接完的产品温度基本在360℃附近，如果直接放到室温环境下玻璃内部会因剧烈降温导致内部裂纹产生气密性不够的风险，所以需要把产品放在设定180℃实测180±10℃的回温平台上降温，时间为10分钟。
步骤四：气密性检测
在40倍显微镜下观察低温玻璃焊料融化的情况，要求低温玻璃焊料与TOSA聚焦透镜紧密贴合无缝隙，低温玻璃焊料融化均匀有光泽无气泡。外观检查合格以后将焊接好的10支100G LR4 TOSA放入密封罐中，倒入I型氟油盖好密封罐，用氮气增加至4个大气压，定时4小时，打压结束后自动放气。把产品悬空沥干之后放入85℃的II型氟油内，观察表面是否有成串的小气泡或个别的大气泡，如均无表明器件粗检漏合格满足要求。然后把经过初检合格的器件放入密封罐中用5个大气压强的氦气压4个小时，然后取出静止10分钟后放入氦质谱检漏仪中测试氦气浓度，氦气浓度小于5×10-9Pa.m3/s，则判定TOSA聚焦透镜焊接通过微漏测试，产品焊接合格。
Claims (1)
1.一种TOSA聚焦透镜低温焊接方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：焊料的设计选择
根据TOSA的耐受条件选择用于焊接的玻璃焊料的熔点，玻璃焊料的熔点应低于TOSA耐受温度30℃以上，并根据被焊接聚焦透镜的外形尺寸设计玻璃焊料形状和尺寸；
步骤二：聚焦透镜焊接
根据所选玻璃焊料确定加热平台设定温度，加热平台设定的温度应比玻璃焊料熔点温度高10℃；将聚焦透镜底部置于管壳上的聚焦透镜安装孔中，聚焦透镜位于管壳内，然后将环状的玻璃焊料套在聚焦透镜底部的外围，使玻璃焊料熔化后能够将聚焦透镜和管壳焊接为一体，组装完成后将管壳固定在加热平台上；加热平台上设有通孔，与管壳上用于安装聚焦透镜的安装孔对齐；在加热平台的底部对通孔进行抽真空，真空度为0.07～0.09个大气压；真空吸附使得玻璃焊料更好的流淌在聚焦透镜和管壳周围，待玻璃焊料均匀融化至聚焦透镜与焊料接触的边缘无气泡和空隙，关闭真空；
步骤三：回温
将焊接好的TOSA聚焦透镜放置在回温平台上降温，回温平台设定的温度等于步骤二中加热平台设定的温度的二分之一，误差范围为±10℃；
步骤四：气密性检测
利用氦质子检漏仪检测焊接后的TOSA聚焦透镜是否满足气密性要求；若满足气密性要求，则产品焊接合格；若不满足气密性要求，则返回步骤二重新焊接，不断重复步骤二～步骤四，直至气密性检测符合要求。
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