[发明专利]带耦合透镜的高速蝶形封装管壳及光发射器组件、制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种高速蝶形封装管壳及光发射器组件(TOSA)的设计，该光发射器组件主要用于10Gb/s及以上的光纤通信系统。

背景技术

光发射器组件是现代光纤通信的核心器件，速率小于10Gb/s的光发射器组件通常采用TO-Can封装，10Gb/s及以上的高速光发射器组件通常采用蝶形封装以提高器件的高频性能。光发射器组件的光学输出都是耦合光发射芯片的输出到单模光纤或单模插针，但由于单模发射器芯片和单模光纤的模相差较大，为了保证光路的稳定性和耦合效率，高速蝶形器件耦合光路的设计一般采用准直、聚焦的双透镜的结构(图1)。现代光通信对可插拔、低功耗的光收发器件的速率提出了越来越高的要求，传统的蝶形封装光发射器件的体积和功耗都不能满足光收发器件要求，高速光发射器件向小型化的蝶形封装TOSA快速发展。由于多源协议的高速小型化TOSA的尺寸很小，不能采用传统的双透镜结构，现有的技术一般是采用以下两种方式：1、采用在低速TOSA封装上使用的单透镜结构(图2)；2、采用在管壳的光窗外焊接聚焦透镜的方式(图3)。方法1由于采用单透镜结构，耦合效率和光路的稳定性明显劣于双透镜结构。方法2由于要在管壳上同时焊接聚焦透镜和光纤插针，工艺实现非常复杂，仪器和生产成本都非常高。这两种方法都采用带玻璃光窗的管壳以实现密封。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高速蝶形封装管壳及光发射器组件，其通过在管壳上直接焊接透镜来代替光窗，实现准直、聚焦的双透镜的结构，解决了TOSA多源协议对体积限制的问题，实现了高耦合效率和稳定性的光路设计，也能保证管壳的密封性，通过减少热沉上的部件以减小器件的功耗。在小型化的TOSA中通过将隔离器置于准直和聚焦透镜的中间的平行光以提高器件的光学隔离度；通过将隔离器置于温度控制的环境中能保证器件在整个工作温度范围内的隔离度。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的产品技术方案是：一种带耦合透镜的高速蝶形封装管壳及光发射器组件，其主要包括：

蝶形金属陶瓷管壳，尾部有一开口，开口的内侧有一镀金层；

半导体制冷器，焊接固定在蝶形金属陶瓷管壳里面；

热沉，焊接固定在半导体制冷器上；

过渡块，焊接固定在热沉上；

热敏电阻、发射器芯片和背光探测器，都焊接固定在过渡块上；

准直透镜，焊接固定在热沉上；

光学隔离器，固定在热沉上，处于准直透镜和聚焦透镜的中间，从而确保该组件的光学隔离度；

聚焦透镜，是用金属模具将金属套筒和透镜玻璃压制一体成型的，金属套筒的外侧还有一镀金层，聚焦透镜通过AuSn焊料焊接固定在蝶形金属陶瓷管壳的开口处；

焊接工件和陶瓷光纤插针，焊接固定在蝶形金属陶瓷管壳上。

作为优选的技术方案，所述蝶形金属陶瓷管壳的金属部分为可阀，高频输入的陶瓷部分为氧化铝，两者通过高温焊接在一起。

作为优选的技术方案，所述热沉采用钨铜或镍材料。

作为优选的技术方案，所述过渡块为氮化铝材料制成的高频薄膜电路，过渡块通过焊料焊接在热沉上。

作为优选的技术方案，所述光学隔离器采用环氧树脂固定在热沉上。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的工艺技术方案是：一种带耦合透镜的高速蝶形封装管壳及光发射器组件的制造工艺，其主要包括以下步骤：

在蝶形金属陶瓷管壳的尾部的开口的内侧镀上一层镀金层；

在金属套筒的外侧镀上一层镀金层；

用金属模具将金属套筒和透镜玻璃压制一体成型为聚焦透镜，以保证金属套筒和透镜玻璃之间的气密性；

将聚焦透镜通过AuSn焊料焊接固定在蝶形金属陶瓷管壳的开口处，以达到包括聚焦透镜在内的蝶形金属陶瓷管壳的密封性；

将半导体制冷器焊接在蝶形金属陶瓷管壳里面，焊接是要保证没有焊接空隙，以保证良好的热传导和器件的长期可靠性；

将热敏电阻、发射器芯片和背光探测器焊接固定在过渡块上，然后将过渡块焊接在热沉上，再通过光学耦合平台将准直透镜和隔离器固定在热沉上；

将焊接好后的热沉组件在高倍显微镜下准确的焊接于焊有半导体制冷器和聚焦透镜的管壳内，焊接过程中要保证光路的准直；

将焊接工件和陶瓷光纤插针激光焊接在蝶形金属陶瓷管壳外以实现光纤耦合，焊接工件用来调整陶瓷光纤插针的位置以实现最大的耦合效率。