光器件封装详解-有源光器件的结构和封装(4)

2019-04-02 15:28

3.3.3 多层陶瓷

多层陶瓷引线是在陶瓷层上通过金属化的方法生成走线以实现模块内外的互联,如图3.3所示。该方法如果使用差分的形式可以获得高达10Gb/s的信号速率。

图3.3 多层陶瓷

3.3.4 同轴连接器

前面提到的几种引脚设计,对于器件的安装来说都是直接将器件焊接在PCB板上,而一般的PCB材料对于超过3-5Gb/s左右的信号很难提供良好的传输特性。因此,对于高速率的信号间互联一般通过同轴电缆来实现,这样业界对于10Gb/s或更高速率的有源光器件的电接口都采用同轴电缆的方式,如图3.4、3.5和3.6所示。我司所使用的10Gb/s以上速率的有源光器件也是采用这种方式。

图3.4 同轴连接头

图3.5 器件引脚到内部部件间的互联

图3.6 器件引脚的结构图以及电参数的测试实例

3.4 光通路--------------------------------------------------------------------------

激光器发出的光信号要进入光纤以及从光纤传来的光信号要进入光探测器都得经过一定的光通路,光通路的结构一般有两种,如图3.6所示。从图中可知,b结构是将光纤直接延伸到管壳内部

图3.6 两种光通路结构

进行耦合,此时就需要对光纤进行金属化,然后通过焊锡与外壳上的金属套管密封起来,最后光纤尾部通过粘胶来固定,以增强其机械性能。由于光纤和套管间有很多的空隙,所以焊锡用量较大,

有时为了减小焊锡的用量,先将光纤焊接到一个小的金属套管上,然后再焊接到管壳的套管中,但这样会有两次焊接操作并需要不同熔点的焊料,增加了工艺的复杂度,不利于自动化生产。但如果采用直接耦合方式,则不得不采用这样的结构。当光路中使用透镜耦合时,则可以通过使用集成了透镜或隔离器的管壳来实现光路的耦合,如图3.6中的a结构,这样就不存在光纤的金属化和密封焊接等问题,这种结构的耦合对准在外部的第二透镜处完成。

总的来说,两种光路结构除了生产过程不同外(a结构更易于生产),在可靠性方面也都有各自的问题。采用透镜耦合方式,从激光器到光纤间的距离较长,整个光路上元件的微小位移都会引起耦合下降。如底座、壳体以及器件尾部耦合部分受到机械应力的作用都会引起光路发生位移,从而使得耦合效率下降,这也是该类器件的常见失效模式。而对于直接耦合方式,由于尾纤对准激光器,而且通常与激光器位于同一个模块上,因此壳体以及器件尾部受力对耦合光路的影响不大,但器件内部光纤夹子的固定会影响到光路的耦合(有激光点焊和焊料固定两种方式),焊接质量不好,应力的缓慢释放都会导致光路位移,从而使得耦合效率下降。 3.5 几种封装外壳的制作工艺和电特性实例 3.5.1 小型双列直插封装(MiniDIL)

小型双列直插封装适用于无制冷激光器、探测器和小功率泵浦激光器,具有高可靠性和低成本的特点,可根据需要设计成25ohm或50ohm匹配,并可集成透镜,如图3.7、3.8所示。图3.7是小型双列直插封装的外形尺寸图,图3.8是小型双列直插封装制作流程图。

图3.7 小型双列直插封装管壳外形尺寸图

图3.8 小型双列直插封装管壳制作流程图

3.5.2 多层陶瓷蝶形封装(Multilayer ceramic butterfly type packages)

多层陶瓷蝶形封装是光通信系统中激光器和泵浦激光器常用的一种封装结构,其主要应用范围是OC192(STM-64)、OC48(STM-16)、DWDM等高速率激光器、泵浦激光器、可调激光器以及激光调制器等,其可靠性较高并且易于满足客户的各种需求,而且陶瓷电通路还可采用射频连接器,所以该封装的应用范围很广。图3.9是多层陶瓷蝶形封装的外形尺寸和频率特性,图3.10是多层陶瓷蝶形封装制作流程图。

图3.9 多层陶瓷封装外形尺寸和频率特性

图3.10 多层陶瓷蝶形封装管壳制作流程图

3.5.3 射频连接器型封装

射频连接器型封装一般应用于10G以上速率,使用射频连接器可获得较好的电性能,如图3.11所示。图中给出了射频连接器型的常见封装和不同类型的电性能。

图3.11 射频连接器型封装管壳外形及频率特性

4 有源光器件的耦合和对准

4.1 耦合方式

激光器发出的光信号进入光纤的途径主要有两种方式:直接耦合、透镜耦合,其中透镜耦合又


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