CN209319001U - 蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统涉及激光加工领域，包括工作台，工作台上设置有三光束激光焊接机。激光焊接机的激光光束两两间隔一百二十度，工作台上还包括工件台和夹具台，工件台被配置于安放待加工工件，夹具台上设有光纤准直器，通过夹具台上的光纤准直器实现了蝶形封装光电器件的自动耦合，通过三光束激光焊接机的设置实现了蝶形封装光电器件的焊接，从而实现了蝶形封装光电器件的自动耦合和三光束激光焊接。

Description

蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，尤其涉及蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统。

背景技术

目前在光通信领域大量使用的高速光电器件，都采用气密性良好的蝶形封装；特别是高速半导体光放大器(SOA)，由于有光纤输入和光纤输出，又必须采用气密性良好的蝶形封装，造成光功率耦合很困难，基本上都采用手动方式进行光学对准、光纤耦合和光纤固定来完成蝶形封装光电器件的制作。

由于下一代5G网络的发展，对蝶形封装的光电器件的需求日益增长。特别是迷你蝶形封装的光电器件，如果按传统的手动方式进行蝶形封装光电器件的制作和生产，费时效率低、重复性不好、质量很难保证；而迷你蝶形封装的体积更小，耦合要求更高，特别是迷你蝶形封装的半导体光放大器(SOA)，输入端或输出端常有内置光隔离器，导致无法采用手动方式进行耦合生产。

实用新型内容

为了能够实现蝶形封装光电器件的自动耦合和激光焊接，本实用新型的技术方案提供了蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统。技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供了蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统，包括工作台，所述工作台上设置有三光束激光焊接机。所述激光焊接机的激光光束两两间隔一百二十度，所述工作台上还包括工件台和夹具台，所述工件台被配置于安放待加工工件，所述夹具台上设有光纤准直器。

通过夹具台上的光纤准直器实现了蝶形封装光电器件的自动耦合，通过三光束激光焊接机的设置实现了蝶形封装光电器件的焊接，从而实现了蝶形封装光电器件的自动耦合和激光焊接。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述工件台还包括升降动力装置、旋转动力装置和支架，所述支架安装在所述旋转动力装置上，所述旋转动力装置安装在所述升降动力装置上，所述支架上还设有光电器件夹具。

通过升降动力装置和旋转动力装置的设置使得工件的角度和高度可以进行调节，从而便于蝶形封装光电器件耦合时的位置调节。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述支架与所述光电器件夹具之间还设有工件耦合旋转装置，所述工件耦合旋转装置包括工件耦合旋转台和带动所述工件耦合旋转台旋转的旋转马达。

通过工件耦合旋转装置的设置使得需要双端耦合的光电器件在进行耦合操作时不需要重新放置光电器件的位置，就可以改变光纤耦合的端口，增加了蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的兼容性。

结合第一方面或第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述工件耦合旋转台中央设有热沉，所述热沉安装在所述光电器件夹具的一侧，所述工件耦合旋转台上还设有光探测器，所述光探测器安装在所述光电器件夹具的另一侧。

通过光探测器的设置，能够感应焊接激光的光束的能量大小，从而判断焊接能量是否达到最大值，从而判断焊接是否完成。

结合第一方面或第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述夹具台包括光纤准直器夹具、线性滑轨和五维调节台，所述线性滑轨的一个固定端安装在所述光纤准直器夹具上，所述五维调节台安装在所述线性滑轨的滑台上，所述光纤准直器可调节的安装在所述五维调节台上。

通过线性滑轨和五维调节台的设置，使得可以精密的微调光纤准直器在蝶形光电器件的输出端尾管和输入端尾管处芯片出光处的位置，从而大大增加了耦合精度。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：通过夹具台上的光纤准直器实现了蝶形封装光电器件的自动耦合，通过三光束激光焊接机的设置实现了蝶形封装光电器件的焊接，从而实现了蝶形封装光电器件的自动耦合和激光焊接。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理，其中：

图1为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的工件台的主视图；

图3为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的工件耦合旋转装置的俯视图；

图4为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的夹具台的主视图；

图5为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的激光焊头结构图；

图6为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的输入输出双耦合接头翻转结构图；

图7为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的主视图。

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施方1式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

目前在光通信领域大量使用的高速光电器件，都采用气密性良好的蝶形封装；特别是高速半导体光放大器(SOA)，由于有光纤输入和光纤输出，又必须采用气密性良好的蝶形封装，造成光功率耦合很困难，基本上都采用手动方式进行光学对准、光纤耦合和光纤固定来完成蝶形封装光电器件的制作。

由于下一代5G网络的发展，对蝶形封装的光电器件的需求日益增长。特别是迷你蝶形封装的光电器件，如果按传统的手动方式进行蝶形封装光电器件的制作和生产，费时效率低、重复性不好、质量很难保证；而迷你蝶形封装的体积更小，耦合要求更高，特别是迷你蝶形封装的半导体光放大器(SOA)，输入端或输出端常有内置光隔离器，导致无法采用手动方式进行耦合生产。

为了能够实现蝶形封装光电器件的自动耦合和激光焊接，本实用新型的技术方案提供了蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统。技术方案如下：

下面根据图1至图7以SOA为例对本实用新型做进一步详细说明。

如图7所示，图7为一种典型的迷你蝶形封装的半导体光放大器，迷你蝶形封装的半导体放大器宽度仅有九毫米，如果按传统的手动方式进行蝶形封装光电器件的制作和生产，费时效率低、重复性不好、质量很难保证；而迷你蝶形封装的体积更小，耦合要求更高，特别是迷你蝶形封装的半导体光放大器(SOA)1.1，输入端1.3或输出端1.2还常有内置光隔离器，如果采用手动方式进行耦合生产几无可能。

图1为本实用新型一种实施例中所揭示的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统的工件台的主视图，从安装结构上看，蝶形封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统可以分为工作台2.15部分和机柜部分。图1中的2.10是三光束同步激光器模块，三个输出端口分别接到激光焊接机的激光点焊头2.11上，激光点焊头2.11放置于工作台2.15上，激光点焊头2.11分别配置有三维调节系统，激光点焊头2.11的激光光束以120度均匀间隔、分布在以工件台2.12为中心的等距离圆周上。激光点焊头2.11与工件台中心的距离等于激光点焊头2.11聚焦镜的焦距。图1的2.13是工件台，工件台2.13是放置需要耦合的蝶形光电器件的工作台；2.12是光纤准直器的夹具台。

图1中的2.1和2.2分别是计算机和计算机显示器；2.3是计算机的PCI运动控制卡，通过驱动器2.4控制：1)3个激光点焊头2.11的3维调节平移；2)蝶形光电器件工件台2.13的上下Z轴、平面旋转和蝶形光电器件输入输出翻转等3维调节；3)光纤准直器夹具和五维调节台2.12的XYZ线性3轴平移和2维弧度调节。图1中的2.7是蝶形光电器件的驱动电流源，由计算机通过2.3接口卡控制电流大小和通断；2.5是计算机数字模拟信号转换(AD)接口卡，将探测到的耦合光功率转换成数字信号，输入到计算机程序提供耦合优化的判断。2.6是半导体激光器光源控制，在蝶形半导体光放大器(SOA)输入光纤耦合时，提供相应的光源。图1的2.9是分屏显示器，通过3根CCD电缆2.14将3个激光点焊头2.11的图像信息显示在2.9的3个分屏上。图1中的2.10是三光束同步准连续激光器模块，通过3根能量光缆2.8将能量激光传送到3个激光点焊头2.11。在计算机2.1程序控制下，三光束会同步发出能量激光的准连续脉冲，将耦合好的光纤准直器焊接到蝶形光电器件的尾管上，完成光电器件耦合。

图5是系统3个激光点焊头2.11详细结构图。3.1是点焊头聚焦镜，激光通过聚焦镜将能量有效地集中在需要焊接的工件点上，聚焦镜的焦距决定了激光点焊头2.11到工件台的距离。3.2是激光导入筒，激光采用D80标准接口输入；激光导入筒3.2可以有光束准直功能，也可以是光束自然导入，这里对激光导入筒3.2的类型不加以限制。3.3是CCD摄像头，用于点焊头的对焦，需要和激光光束调成一致，即和激光一起发出的红光导引光在CCD上的成像，与激光光束基本一致。3.4是激光反射镜，对激光反射，对自然光透射。能量激光可以通过激光反射镜3.4反射到聚焦镜，而通过聚焦镜的导引光或可见光可以通过反射镜到CCD上成像，互不干涉。3.5、3.7和3.9分别是点焊头的3轴移动滑台，3.6、3.8和3.10分别是3轴移动滑台的马达，可以由计算机通过马达驱动器2.4和运动控制卡2.3程序控制调节点焊头的位置，以达到焊接点和最佳聚焦位置。

图2是蝶形光电器件工件台2.13详细结构图。图中2.15是工作台，蝶形光电器件工件台2.13固定在工作平台中间位置。4.1是电动Z轴升降台，可以调节工件台2.13的高低，主要用于耦合时的Z轴方向的微调，同时也可以在点焊时，通过改变工件的高低来调整点焊位置的高低。Z轴调节由马达4.2驱动控制。4.3是工件旋转台，4.4是工件旋转台4.3的控制马达。可以通过工件旋转台4.3改变点焊位置的水平位置。4.6是工件耦合旋转台，4.7是控制马达，都固定在工件支架板4.5上。工件耦合旋转台4.6的作用是不用重新放置光电器件的位置，就可以改变光纤耦合的端口，是特别设计给需要双光纤准直器耦合的半导体光放大器(SOA)的。

图3给出工件耦合旋转台4.6的详细结构。5.1是蝶形半导体光放大器(SOA)器件的热沉；4.9是SOA器件夹具，SOA的驱动电流以及内部温度控制TEC和热敏电阻都通过夹具4.9由2.7提供；5.2是光探测器，需要耦合的光纤准直器的输出接到光探测器5.2，通过所测光功率的大小可以判断耦合是否优化到最大值。具体操作时，需要耦合的SOA器件1.1安置在SOA器件夹具4.9上，用临时螺丝或螺杆固定在热沉5.1上，光纤准直器被光纤夹具送入输出尾管1.2内进行耦合，光纤的另一端接入到光探测器5.2中。问题是，SOA器件1.1的输出端耦合结束后，需要再耦合输入端1.3时如何处理。按一般情况是松开固定螺丝和器件夹具，卸下SOA器件，再将输入端1.3朝上，重新安装SOA期间。这样既不方便，也容易损坏已经耦合好的输出光纤。而本实用新型中的工件耦合旋转台4.6就可以保证在不拆卸SOA器件的情况下，通过旋转改变耦合的端口。具体结构和操作如图6所示。图6左是正常耦合SOA器件1.1输出端时的情况，SOA器件1.1安置在热沉5.2，1.1的输出端尾管1.2朝上，1.1的输入端尾管1.3朝下；当SOA器件的输出端耦合完成后，不需要卸下SOA器件1.1，也不需要取出耦合时插入光探测器5.3的光纤准直器的另一端光纤，只需要将工件耦合旋转台按图6左示意的反时针方向旋转180°；这样，如图6右所示，耦合好的输出端1.2朝下，而需要耦合的输入端1.3朝上，夹具的连接，耦合输出端的光纤准直连接等都不需要任何额外操作或改变，就可以对SOA器件1.1的输入端1.3进行耦合。特别是，一般SOA器件1.1的输入端1.3都有内置的光隔离器，不可能像通过监测输出端1.2光纤准直器输出光功率的同样方法来耦合输入端1.3的光纤准直器，因为光隔离器只容许光输出，而隔离了光输入。这时，需要通过另外的半导体激光光源2.6给光纤准直器输出激光，利用SOA光放大器件具有光放大的功能，当输入端光纤准直耦合到位时，即输入到SOA器件1.1的光功率最大时，SOA器件1.1的输出光功率也最大。因此，采用工件耦合旋转台更换耦合输出和输入端的高效就更明显，只需要反时钟旋转180°就由SOA器件1.1的输出端1.2耦合转入输入端1.3耦合；而顺时钟旋转180°，SOA器件1.1地输入端1.3耦合就转为输出端1.2耦合。

图4是光纤准直器夹具和五维调节台2.12的详细结构图。7.6是光纤准直器夹具，固定在五维调节台7.5上；五维调节台7.5安装在滑块7.3上，通过Z轴线性滑台7.2，由马达7.4驱动控制调节，使五维调节台7.5可以在垂直方向上下调节移动。整个光纤准直器夹具和五维调节台2.12通过7.1支架板固定在工作台2.15上。光纤准直器耦合是蝶形光电器件耦合的关键，耦合的精度完全由五维调节台的调节精度来保证。五维调节台由XYZ方向3轴和XY弧度2维组成，通过光纤准直器夹具7.6可以在3个线形方向和2个旋转方向上，精密地微调光纤准直器7.7在蝶形光电器件1.1的输出端尾管1.2和输入端尾管1.3处芯片出光处的位置，通过检测耦合过程中的光功率，在程序软件的算法指引下，自动寻找最佳的耦合位置。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“前端”、“后端”仅表示相对的位置关系，当被描述的对象的绝对位置关系改变后，则该想对应的位置关系也相应的改变。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统，其特征在于，包括工作台，所述工作台上设置有三光束激光焊接机，所述激光焊接机的激光光束两两间隔一百二十度，所述工作台上还包括工件台和夹具台，所述工件台被配置于安放待加工工件，所述夹具台上设有光纤准直器。

2.根据权利要求1所述的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统，其特征在于，所述工件台还包括升降动力装置、旋转动力装置和支架，所述支架安装在所述旋转动力装置上，所述旋转动力装置安装在所述升降动力装置上，所述支架上还设有光电器件夹具。

3.根据权利要求2所述的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统，其特征在于，所述支架与所述光电器件夹具之间还设有工件耦合旋转装置，所述工件耦合旋转装置包括工件耦合旋转台和带动所述工件耦合旋转台旋转的旋转马达。

4.根据权利要求3所述的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统，其特征在于，所述工件耦合旋转台中央设有热沉，所述热沉安装在所述光电器件夹具的一侧，所述工件耦合旋转台上还设有光探测器，所述光探测器安装在所述光电器件夹具的另一侧。

5.根据权利要求1所述的蝶型封装光电器件的自动耦合和三光束激光点焊系统，其特征在于，所述夹具台包括光纤准直器夹具、线性滑轨和五维调节台，所述线性滑轨的一个固定端安装在所述光纤准直器夹具上，所述五维调节台安装在所述线性滑轨的滑台上，所述光纤准直器可调节的安装在所述五维调节台上。