CN111884039B - 一种光发射激光器、光发射组件及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光传输领域，特别涉及一种新型光发射激光器、光发射组件及其组装方法，其中新型光发射激光器包括管座、热沉、激光器、管帽，管帽盖于管座上并合围形成密封空间，管座位于密封空间中的部位具有第一凸起，热沉共晶在第一凸起上，以垂直管座中轴线的平面为水平面，激光器以出光面较之水平面倾斜的方式共晶到热沉上，激光器从光口射出的光束可透过管帽上的透镜，且不与管座的中轴线保持平行。光发射组件由新型光发射激光器依次经封焊管体、调节环连接至适配器插芯形成。本发明可以在保证产品质量下，降低光发射组件的生产成本。

Description

一种光发射激光器、光发射组件及其组装方法

技术领域

本发明涉及光传输领域，特别涉及一种新型光发射激光器、光发射组件及其组装方法。

背景技术

在光通信传输系统中，光发射组件(Transmitting Optical Sub-Assembly扮演着将电转换成光的功能，光发射组件的质量将直接影响信号传输的质量和距离。光发射激光器是发射组件和光模块的重要组成部分，其TO-can封装的封装质量，也将直接影响光模块的传输质量和传输距离。数据中心、无源光网络以及光线路终端的海量需求，都离不开光发射组件来完成电光转换功能，但随着光通信市场竞争的日益增加，降低产品生产成本、提高产品质量，成为以技术求得创新并持续发展的一个方向。

传统光发射激光器的TO-can封装工艺，主要原材料有管座、热沉、激光器laser、监控探测器MPD、探测器MPD垫片、若干金线和管帽组成，生产工艺为：(1采用固晶银胶粘贴方式先将MPD垫片贴在管座斜槽上，高温170度烘烤1小时，然后再采用固晶银胶粘贴方式将监控探测器MPD贴在MPD垫片上，同样高温170度烘烤1小时；(2热沉和激光器，采用共晶金锡焊料方式粘贴在管座上，完成热沉和激光器的组装；(3采用焊线工艺，将芯片与管座对应位置用金线连接上；(4采用电阻封焊工艺，将管帽封焊到管座上。在原材料不变条件下，按照现有成熟的封装工艺，暂时无法提高生产效率。

传统光发射组件组装，主要原材料有TO-can封装的光发射激光器、封焊管体、调节环、适配器插芯，如10G以上速率，还需增加隔离器，主要目的为保证长距离传输质量，生产工艺为：(1点353ND胶将隔离器组装在适配器插芯上高温烘烤固定；(2将封焊管体采用电阻封焊工艺封焊到光发射激光器上，利用发射耦合机台将适配器插芯和光发射激光器耦合到最佳功率要求，依次焊接调节环穿透焊位置和搭接焊位置，完成光发射组件的组装。

发明内容

本发明之目的是在保证产品质量下，降低光发射组件的生产成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种新型光发射激光器，包括管座、热沉、激光器、管帽，所述管帽盖于管座上并合围形成密封空间，管座位于密封空间中的部位具有第一凸起，所述热沉共晶在第一凸起上，以垂直管座中轴线的平面为水平面，所述激光器以出光面较之水平面倾斜的方式共晶到所述热沉上，激光器从光口射出的光束可透过管帽上的透镜，且不与管座的中轴线保持平行。

进一步地，所述激光器的出光面较之水平面倾斜成1-10度角。

进一步地，所述出光面较之水平面具体倾斜成5度角。

进一步地，所述热沉的本体为陶瓷垫片。

进一步地，所述新型光发射激光器还包括监控探测器、MPD垫片，管座位于密封空间中的部位具有毗邻第一凸起的第二凸起，第二凸起顶面具有斜槽，MPD垫片粘接固定在斜槽上，监控探测器贴到MPD垫片上，其光敏区对准激光器的背光部。

进一步地，所述第一凸起靠近管座的中轴线的一侧面为竖直面，热沉、激光器位于该竖直面上。

进一步地，所述新型光发射激光器是TO-can封装。

还提供一种光发射组件，包括封焊管体、调节环、适配器插芯以及上述新型光发射激光器，新型光发射激光器依次经封焊管体、调节环连接至适配器插芯上，光发射激光器的光轴对准适配器插芯。

还提供上述光发射组件的组装方法，包括：

步骤A.将封焊管体压配到光发射激光器上后进行封焊；

步骤B.用发射耦合机台，将适配器插芯和光发射激光器一段耦合到最佳功率后穿透焊焊接调节环，再将适配器插芯和光发射激光器二段耦合到最佳功率后完成调节环与封焊管体的搭接焊焊接。

进一步地，所述步骤B采用电阻封焊工艺实施。

进一步地，所述镭射耦合焊接机具有3束焊枪，各焊枪倾斜30度角度，所述步骤B中，用镭射耦合焊接机的倾斜焊枪对封焊管体的顶面与调节环的底部平面进行90度角搭接焊。

进一步地，所述步骤B具体包括：

步骤B1.镭射耦合焊接机的下夹头夹紧封焊好封焊管体的光发射激光器后驱动光发射激光器受击发光，镭射耦合焊接机的上夹手夹紧适配器插芯后，耦合机台对上夹手的X、Y、 Z轴进行位置调节，直至光发射激光器受击发出的光得以通过适配器插芯传输出去且镭射机台监控到满足最佳功率时，上夹手上抬离焦进行穿透焊从而完成所述一段耦合；

步骤B2.上夹手对焊接在适配器插芯上的调节环底部平面与封焊管体顶面进行压平，并继续耦合至镭射机台监控到满足最佳功率时，离焦上抬进行搭接焊从而完成所述二段耦合。

进一步地，所述步骤B2中具体是离焦上抬15um进行搭接焊。

本发明为应对激烈的市场环境，以低成本、高质量的产品赢取市场，光发射组件通过更改TO-can激光器封装角度，取消光发射组件的光隔离器，具体地，保持TO-can封装的MPD 和MPD垫片原有贴片方式不变，激光器共晶要求倾斜设定度角贴片，然后依次完成焊线和封帽工序，如此形成的新型光发射激光器组装形成光发射组件时，可取消隔离器，以减少生产工序和产品生产周期，提高生产效率，达到降低产品35％以上成本，同时，新型光发射激光器因激光器倾斜，管帽lens反射光不会垂直打入激光器发光条影响发光质量，故对产品质量也可保证。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

图1示出了本发明TO-can封装的光发射激光器的剖面图。

图2示出了本发明TO-can封装的光发射激光器内部的封装正视图。

图3示出了本发明的光发射激光器的爆炸图。

图4示出了本发明的光发射组件的结构示意图。

图5示出了本发明的光发射组件的爆炸图。

图6示出了本发明的光发射组件的测试眼图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实施例的光发射激光器如图1-3所示，包括有管座1、MPD垫片2、MPD监控探测器3、热沉4、激光器5、金线6、管帽7，所述管帽7盖于管座1上，且两者合围形成密封空间，管座1位于密封空间中的部位具有第一凸起，第一凸起靠近管座1的中轴线的一侧面为竖直面，热沉2为陶瓷垫片，其被共晶到第一凸起的竖直面上，以垂直管座1中轴线的平面为水平面，激光器3以出光面较之水平面倾斜5度角的方式共晶到热沉2上，激光器5从光口射出的光束可透过管帽7上的透镜，且不与管座1的中轴线保持平行，金线6两端分别连接热沉2与管座1上相应器件，激光器3经热沉2、金线6与相应器件建立电气连接关系。

管座1位于密封空间中的部位具有第二凸起，第二凸起位于第一凸起上竖直面的旁侧，第二凸起顶面水平，且该顶面具有12度斜槽，MPD垫片2粘接固定在斜槽上，MPD监控探测器3贴到MPD垫片2上，其光敏区对准激光器5的背光部。通过金线6建立MPD监控探测器3与管座1上相应器件的电气连接关系。

上述光发射激光器通过以下生产工艺实现其封装：

步骤S11.采用固晶银胶粘接工艺，将MPD垫片2贴到管座1的斜槽上，高温170度烘烤 1小时完成固定；

步骤S12.采用固晶银胶粘接工艺，将MPD监控探测器3贴到MPD垫片2上，高温170度烘烤1小时完成固定；

步骤S13.采用共晶金锡焊料粘贴工艺，将热沉4和激光器5共晶到管座1上第一凸起竖直面的对应位置，其中，激光器5的出光面较之水平面倾斜5度角组装；

步骤S14.焊线工艺，将金线6焊至激光器5、MPD监控探测器3上的对应焊盘位置；

步骤S15.封帽工艺，采用电阻封焊机台将管帽7和管座1封装。

以上完成图4中光发射激光器8的TO-can封装。

见图4，封装好光发射激光器8后，需将其与封焊管体9、调节环10、适配器插芯11组装形成光发射组件。具体地，使TO-can封装的光发射激光器8依次经封焊管体9、调节环10连接至适配器插芯11上，其中，保持光发射激光器8的光轴对准适配器插芯11。

上述光发射组件通过以下生产工艺实现组装：

步骤S21.采用电阻封焊工艺，将封焊管体9压配到TO-can封装的光发射激光器8上后进行封焊；

步骤S22.用镭射耦合焊接，其中，镭射耦合焊接机为3束焊枪设计，焊枪倾斜30度角度，主要目的为保证封焊管体9的顶面与调节环10底部平面的90度角搭接焊，具体生产操作为：镭射耦合焊接机下夹头夹紧已经封焊好封焊管体9的激光器8，给激光器8提供固定大小的工作电流，激光器8受击发光，上夹手夹紧适配器插芯11，耦合机台通过对上夹手的 X、Y、Z轴的位置调节，将激光器8受击发出的大小光通过适配器插芯11传输出去，待镭射机台大面积PD监控到要求功率时，上夹手上抬离焦进行穿透焊，这个焊接前离焦目的为焊接后焊点向上拉高调节环10提前进行尺寸补偿；焊接后调节环10与适配器插芯11完成固定，至此，一段耦合完成，然后进行二段耦合，上夹手对焊接在适配器插芯11上的调节环10底部平面与封焊管体9顶面进行压平动作，继续耦合到最大功率后离焦上抬15um进行搭接焊，这个焊接前离焦目的为焊接后焊点向下拉扯调节环10所以提前进行尺寸补偿，至此二段耦合完成，产品完成焊接固定。

至此，光发射组件组装完成，本实施例的光发射组件，具有如下优势：

1、传统生产工艺，TO-can封装的激光器5，角度要求±1度，本实施例的激光器5的角度要求±5度，对比未改动之前的角度公差大，同时按照现有共晶设备可以满足精度要求，无需优化生产共晶设备，TO-can封装可以正常生产；

2、本实施例的光发射激光器8，因激光器5倾斜5度角设计，激光器5工作发出的光在光路传输过程中，管帽7内部透镜反射光不会垂直打入激光器5发光条造成内部光串扰，保证光传输质量；

3、传统发射组件，10G以上速率、传输LR以上距离都需隔离器，保证模块在10Km以上的传输质量，2.5G速率不增加隔离器；按照本实施例优化的TO-can封装结构，2.5G以上速率传输质量更佳，10G以上速率，可以取消隔离器，经测试，验证眼图如图6所示，同样可以满足长距离传输要求；

4、本实施例的光发射组件，不装隔离器即可满足传输质量和距离要求，减少隔离器组装工序和生产周期，提高了生产效率，由于传统方案中隔离器占整个光发射组件成本的35％以上，故本实施例的光发射组件，可在保证产品质量的同时，大幅降低生产成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种光发射组件的组装方法，其特征在于，包括：

步骤A.将封焊管体压配到光发射激光器上后进行封焊；

步骤B.用镭射耦合焊接机，将适配器插芯和光发射激光器一段耦合到最佳功率后穿透焊焊接调节环，再将适配器插芯和光发射激光器二段耦合到最佳功率后完成调节环与封焊管体的搭接焊焊接；

所述镭射耦合焊接机具有3束焊枪，各焊枪倾斜30度角度，所述步骤B中，用镭射耦合焊接机的倾斜焊枪对封焊管体的顶面与调节环的底部平面进行90度角搭接焊。

2.如权利要求1所述的组装 方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

步骤B1.镭射耦合焊接机的下夹头夹紧封焊好封焊管体的光发射激光器后驱动光发射激光器受激 发光，镭射耦合焊接机的上夹手夹紧适配器插芯后，耦合机台对上夹手的X、Y、Z轴进行位置调节，直至光发射激光器受激 发出的光得以通过适配器插芯传输出去且镭射机台监控到满足最佳功率时，上夹手上抬离焦进行穿透焊从而完成所述一段耦合；

步骤B2.上夹手对焊接在适配器插芯上的调节环底部平面与封焊管体顶面进行压平，并继续耦合至镭射机台监控到满足最佳功率时，离焦上抬进行搭接焊从而完成所述二段耦合。

3.如权利要求2所述的组装 方法，其特征在于，所述步骤B2中具体是离焦上抬15 μ m进行搭接焊。

4.如权利要求1所述的组装 方法，其特征在于，所述光发射激光器包括管座、热沉、激光器、管帽，所述管帽盖于管座上并合围形成密封空间，管座位于密封空间中的部位具有第一凸起，所述热沉共晶在第一凸起上，以垂直管座中轴线的平面为水平面，所述激光器以出光面较之水平面倾斜的方式共晶到所述热沉上，激光器从光口射出的光束可透过管帽上的透镜，且不与管座的中轴线保持平行。

5.如权利要求4所述的组装 方法，其特征在于，所述激光器的出光面较之水平面倾斜成1-10度角。

6.如权利要求4所述的组装 方法，其特征在于，所述出光面较之水平面具体倾斜成5度角。

7.如权利要求4所述的组装 方法，其特征在于，所述热沉的本体为陶瓷垫片。

8.如权利要求4所述的组装 方法，其特征在于，所述光发射激光器还包括监控探测器、MPD垫片，管座位于密封空间中的部位具有毗邻第一凸起的第二凸起，第二凸起顶面具有斜槽，MPD垫片粘接固定在斜槽上，监控探测器贴到MPD垫片上，其光敏区对准激光器的背光部。

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