CN111805082B - 一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉光通信领域，具体涉及一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法。一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，包括以下步骤：（1）光路器件贴装；（2）隔离器的贴装；（3）管体焊接；（4）插针焊接。本发明在保证贴装正确操作的前提下，调整管体和插针激光耦合焊接的工艺，采用打点的方式焊接，每组三个焊点分别由三个焊枪焊接，使能量均匀分布，应力拉扯一致，从而不会导致光路偏移，插针焊接的焊点分布呈梅花形状，能够增加焊接对称性，保证充足的应力释放，大大提高了器件的性能，缩小了功率随外界环境温度变化范围，更好的将同轴器件的高低温功率误差控制在标准范围内，降低了废品率，成本低，适合同轴产品的批量生产。

Description

一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法
技术领域
本发明涉光通信领域，具体涉及一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法。
背景技术
随着光通信的迅速发展，以及5G时代的迅猛提速，对光通信核心元器件的可靠性要求越来越高，并且要求光器件能在全温下工作，即-45℃到85℃，环境温度的变化要求光功率稳定在一定的范围内，以免对通信系统造成误差。
光器件跟踪误差TE(Tracking Error)，指的是在两个不同管壳温度条件下的光纤输出功率的比值，用以衡量器件耦合效率的稳定性。在光器件生产制造中，TE值是器件的考核指标要求之一，标准要求BOX产品跟踪误差小于0.5dB，同轴光器件跟踪误差小于0.5dB，TE值反映了器件在高低温情况下的稳定性，如果光器件的TE性能不合格，会导致光器件报废，无法使用，因此，目前对光器件跟踪误差的控制也越来越受行业关注。
同轴光器件高低温跟踪误差的情况是不可避免的，同轴光器件在焊接时存在应力，由于受外界环境影响，材料热胀冷缩，导致应力释放，激光器与光纤的焦距发生变化，而光纤只有9微米的进光孔径，材料以及拉力热胀冷缩出现了位置稍微的偏移后，光功率就会发生变化，从而导致功率误差的出现。激光焊接是由一个光源发光，通过分路器分为三束光源，通过调整，能够使三个焊枪能量相差控制在10％之内，达到标准要求，但是仍然存在偏差，传统的光器件焊接工艺，每个焊枪焊接的焊点集中分布在圆周的一侧，由于焊枪间的功率存在误差，必定会造成能量偏差，导致光器件圆周的能量分布不均，在高低温环境的影响下，使其TE值超出标准范围，导致废品率的增加，同时也增加了生产成本，降低了生产效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的焊接方式存在光器件圆周能量分布不均，在高低温环境影响下，使光器件TE值超出标准范围，导致废品率增加的技术问题，提供一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，在保证贴装正确的前提下，管体和插针激光耦合焊接的焊点通过打点的方式分布，大大缩小了光器件TE的范围，使TE值满足标准要求，从而减少废品率。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，包括以下步骤：
(1)光路器件贴装：将芯片贴装在热沉上，将45度全反片贴装在平面光路上；
(2)隔离器的贴装：采用胶水将隔离器贴装在金属环上；
(3)管体焊接：采用三个焊枪呈正三角形排布，管体上9个焊点分为三组，每组第一点焊接完成后，管体旋转150度进行第二点的焊接，之后管体再旋转150度进行第三点的焊接，焊斑的熔深和直径对称相等；
(4)插针焊接：插针与管体之间的焊接采用管体焊接同样的方式，采用三个焊枪呈正三角形排布，插针上9个焊点分为三组，每组第一点焊接完成后，插针旋转150度进行第二点的焊接，之后插针再旋转150度进行第三点的焊接，三组焊点位于同一圆周面上，然后再焊接3个焊点，3个焊点分别位于相邻两组焊点的中间位置，并且位于与三组焊点所在圆周面平行的圆周面上，插针上的焊点呈梅花形状分布，焊斑的熔深和直径对称相等。
进一步地，所述步骤(1)中，采用金锡焊料Sn/Au:80/20将芯片贴装在热沉上，金锡焊料的厚度控制在3～6微米之间，焊料均匀。
进一步地，所述步骤(1)中，采用银胶84-1将光路45度全反片贴装在平面光路上，银胶的厚度控制在3～6微米之间，胶水均匀。
进一步地，所述步骤(2)中，隔离器通过三点、四点或者六点贴装在金属环上，贴装点保证圆周360度均匀分布，胶水量要一致。
进一步地，所述步骤(3)和步骤(4)中，焊斑的熔深为0.3～0.6mm，焊斑的直径为0.4～0.6mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法在保证贴装正确操作的前提下，调整管体和插针激光耦合焊接工艺，采用打点的方式焊接，每组三个焊点分别由三个焊枪焊接，三组焊点均匀分布在圆周上，使焊枪能量分开，应力拉扯一致，不会导致光路偏移，大大提高了器件的性能，缩小了功率随外界环境温度变化范围，更好的将同轴器件的高低温功率误差控制在标准范围内，降低了废品率，提高了生产效率，操作简单，成本低，适合同轴产品的批量生产。
(2)本发明控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，在插针耦合焊接工艺中采用与管体焊接同样的方式，采用打点的方式焊接三组焊点，再在三组焊点靠下位置处焊接三点，使插针焊点呈梅花形状，从而增加焊接对称性，保证充足的应力释放。
(3)本发明控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，在光路器件贴装工艺上，控制金锡焊料和银胶的厚度在3～6微米之间，使焊料均匀，胶水均匀，受力方向均匀，这样光路上的热膨胀系数会保持一致而不会使光路偏移。
(4)本发明控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，在隔离器贴装工艺上，隔离器采用三点、四点或者六点贴装，贴装点保证圆周360度均匀分布，胶水量要一致，这样外部高低温影响时，张力相同，不会出现因粘接点位置受热膨胀系数改变而发生光路改变的现象。
附图说明
图1为本发明隔离器采用四点贴装的贴装点分布图。
图2为本发明管体焊接焊点的焊接顺序示意图。
图3为本发明插针耦合焊接的焊点分布图。
图4为采用传统贴装和焊接方法后光器件的功率三温分布数据示意图。
图5为采用传统贴装和焊接方法后光器件的跟踪误差分布数据示意图。
图6为采用本发明的贴装和焊接方法后光器件的功率三温分布数据示意图。
图7为采用本发明的贴装和焊接方法后光器件的跟踪误差分布数据示意图。
图中：1.焊枪I，1-1.焊枪I焊接第一点，1-2.焊枪I焊接第二点，1-3.焊枪I焊接第三点，2.焊枪II，2-1.焊枪II焊接第一点，2-2.焊枪II焊接第二点，2-3.焊枪II焊接第三点，3.焊枪III，3-1.焊枪III焊接第一点，3-2.焊枪III焊接第二点，3-3.焊枪III焊接第三点，4.隔离器，4-1.第一贴装点，4-2.第二贴装点，4-3.第三贴装点，4-4.第四贴装点，5.金属环，6.插针。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于具体实施例。
一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，包括以下步骤：
(1)光路器件贴装：采用金锡焊料Sn/Au:80/20将芯片贴装在热沉上，金锡焊料的厚度控制在3～6微米之间，焊料均匀，采用银胶84-1将光路45度全反片贴装在平面光路上，银胶的厚度控制在3～6微米之间，胶水均匀，受力方向均匀，这样光路上的热膨胀系数会保持一致而不会使光路偏移，激光器芯片出光后经过45度全反片使光路旋转45度，垂直底座向上；
(2)隔离器的贴装：采用型号为AC-10的胶水将隔离器贴装在金属环上，隔离器通过四点贴装在金属环上，如图1所示，隔离器与金属环之间的贴装点分别为第一贴装点4-1、第二贴装点4-2、第三贴装点4-3和第四贴装点4-4，贴装点保证圆周360度均匀分布，胶水量要一致，这样外部高低温影响时，张力相同，不会出现因粘接点位置受热膨胀系数改变而发生光路改变的现象，隔离器不仅限于四点贴装，还可以通过三点或者六点进行贴装；
(3)管体焊接：如图2所示，采用三个焊枪呈正三角形排布，三个焊枪分别为焊枪I1、焊枪II2和焊枪III3，焊枪I1的功率为1.19J，焊枪II2的功率为1.31J，焊枪III3的功率为1.29J，管体上9个焊点分为三组，每组第一点(焊枪I焊接第一点1-1、焊枪II焊接第一点2-1和焊枪III焊接第一点3-1)焊接完成后，管体旋转150度进行第二点(焊枪I焊接第二点1-2、焊枪II焊接第二点2-2和焊枪III焊接第二点3-2)的焊接，之后管体再旋转150度进行第三点(焊枪I焊接第三点1-3、焊枪II焊接第三点2-3和焊枪III焊接第三点3-3)的焊接，三组焊点均匀分布在管体圆周上，焊斑的熔深和直径对称相等，同时焊斑的大小和熔深要满足要求，熔深的大小控制在0.3～0.6mm之间，焊斑的直径控制在0.4～0.6mm之间，采用这种打点的方式焊接，每组三个焊点分别采用三个焊枪焊接，使焊枪能量分开，应力拉扯一致，不会导致光路偏移；
(4)插针焊接：如图3所示为插针焊接焊点分布图，插针与管体之间的焊接采用管体焊接同样的方式，采用三个焊枪呈正三角形排布，相应的调整焊枪功率，使焊枪I1的功率为1.75J，焊枪II2的功率为1.86J，焊枪III3的功率为1.79J，插针和管体之间为穿透焊接或者是搭接焊接，插针6上的9个焊点分为三组，每组第一点焊接完成后，插针旋转150度进行第二点的焊接，之后插针再旋转150度进行第三点的焊接，三组焊点位于同一圆周面上，然后再焊接3个焊点，3个焊点分别位于相邻两组焊点的中间位置，并且位于与三组焊点所在圆周面平行的圆周面上，插针6上的12个焊点呈梅花形状分布，焊点分布呈梅花形状能够增加焊接对称性，保证充足的应力释放，焊斑的熔深和直径对称相等，焊斑的大小和熔深要满足要求，熔深的大小控制在0.3～0.6mm之间，焊斑的直径控制在0.4～0.6mm之间。
采用传统的贴装和焊接方法后，对光器件进行测试，其结果见表一：
表一
Figure BDA0002582925910000051
Figure BDA0002582925910000061
从表一光器件的测试结果可以看出，编号为IB4255和IB4256的光器件低温跟踪误差超出规范标准，型号为IB4261和IB4268的光器件高温跟踪误差超出规范标准，不符合要求，采用传统的贴装和焊接方法，TE不良率占比大概为13％，图4为采用传统贴装和焊接方法后光器件的功率三温分布数据示意图，图5为采用传统贴装和焊接方法后光器件的跟踪误差分布数据示意图。
采用本发明的控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法后，对光器件进行测试，其结果见表二：
表二
Figure BDA0002582925910000071
Figure BDA0002582925910000081
通过表一和表二的测试数据对比来看，采用本发明的贴装和焊接工艺后，其光器件的高低温追踪误差满足XMD标准小于1dB的要求，在贴装和焊接工艺控制较好的情况下，可以达到0.4dB的插损，远远小于标准1dB的要求，商温的跟踪误差达到0.4dB，工温的跟踪误差在0.8dB范围内，能够将同轴器件的高低温功率误差控制在标准范围内，提高了器件性能，降低了废品率，图6为采用本发明的贴装和焊接方法后光器件的功率三温分布数据示意图，图7为采用本发明的贴装和焊接方法后光器件的追踪误差分布数据示意图。
本发明控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法在保证贴装正确操作的前提下，调整管体和插针激光耦合焊接工艺，采用打点的方式焊接，每组三个焊点分别由三个焊枪焊接，三组焊点均匀分布在圆周上，使焊枪能量分开，应力拉扯一致，不会导致光路偏移，大大提高了器件的性能，缩小了功率随外界环境温度变化范围，更好的将同轴器件的高低温功率误差控制在标准范围内，降低了废品率，提高了生产效率，操作简单，成本低，适合同轴产品的批量生产；在插针耦合焊接工艺中采用与管体焊接同样的方式，采用打点的方式焊接三组焊点，再在三组焊点靠下位置处焊接三点，使插针焊点呈梅花形状分布，从而增加焊接对称性，保证充足的应力释放；在光路器件贴装工艺上，控制金锡焊料和银胶的厚度在3～6微米之间，使焊料均匀，胶水均匀，受力方向均匀，这样光路上的热膨胀系数会保持一致而不会使光路偏移；在隔离器贴装工艺上，隔离器采用三点、四点或者六点贴装，贴装点保证圆周360度均匀分布，胶水量要一致，这样外部高低温影响时，张力相同，不会出现因粘接点位置受热膨胀系数改变而发生光路改变的现象。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）光路器件贴装：将芯片贴装在热沉上，将45度全反片贴装在平面光路上；
（2）隔离器的贴装：采用胶水将隔离器贴装在金属环上；
（3）管体焊接：采用三个焊枪呈正三角形排布，管体上9个焊点分为三组，每组第一点焊接完成后，管体旋转150度进行第二点的焊接，之后管体再旋转150度进行第三点的焊接，焊斑的熔深和直径对称相等；
（4）插针焊接：插针与管体之间的焊接采用管体焊接同样的方式，采用三个焊枪呈正三角形排布，插针上9个焊点分为三组，每组第一点焊接完成后，插针旋转150度进行第二点的焊接，之后插针再旋转150度进行第三点的焊接，三组焊点位于同一圆周面上，然后再焊接3个焊点，3个焊点分别位于相邻两组焊点的中间位置，并且位于与三组焊点所在圆周面平行的圆周面上，插针上的焊点呈梅花形状分布，焊斑的熔深和直径对称相等。
2.根据权利要求1所述的一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用金锡焊料Sn/Au:80/20将芯片贴装在热沉上，金锡焊料的厚度控制在3~6微米之间，焊料均匀。
3.根据权利要求1所述的一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用银胶84-1将光路45度全反片贴装在平面光路上，银胶的厚度控制在3~6微米之间，胶水均匀。
4.根据权利要求1所述的一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，其特征在于：所述步骤（2）中，隔离器通过三点、四点或者六点贴装在金属环上，贴装点保证圆周360度均匀分布，胶水量要一致。
5.根据权利要求1所述的一种控制同轴光器件跟踪误差的贴装和焊接方法，其特征在于：所述步骤（3）和步骤（4）中，焊斑的熔深为0.3~0.6mm，焊斑的直径为0.4~0.6mm。
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