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光模塊封裝工藝簡介
返回列表 來源: 發(fā)布日期: 2021.08.21

光模塊的分類可以通過不同方面進行具體劃分。例如,電信應用、數(shù)通應用這是在應用領(lǐng)域的劃分;芯片、光器件、光模塊是按照部件劃分;TO、Box、COB則是封裝工藝。

引線耦合

可是,光模塊的類型都有一共同點,就是生產(chǎn)工藝大體都分為封裝和測試。

封裝,也就是器件封裝,簡單去描述,就是生產(chǎn)一塊披薩,把面粉、芝士、火腿、水果、花椒等‘部件’,按順序,通過油、醬料、爐子、劃片等步驟結(jié)合到一起,就成了披薩。

在披薩制作前,面粉芝士火腿等都是獨立個體,但制造完成后,便成了一個不可分割的整體。封裝同理,就是用膠、焊料、熱等技藝把器件按步驟做好。

測試,也就是器件測試,還是用上面的例子,將披薩烤好后,嘗一下,看看鹽和糖的比例是否正確,實際測試肯定更復雜,這里只談工藝,測試往后放一放。

正常的光模塊生產(chǎn)工藝,最關(guān)鍵的工序,便是從貼片開始,打線、芯片老化、透鏡耦合、封蓋、激光調(diào)整焊接、軟板焊接。

1.貼片

將片狀器件進行貼合,光學芯片中的激光器、光學二極管、激光器驅(qū)動電芯片就是片狀器件。

它們大類屬于半導體裸片器件,裸片(die,業(yè)內(nèi)稱作die attach、die bonding)被貼到的地方就是載體(carrier,光器件貼片的載體很多,如PCBA的裸銅、可伐合金等)。

數(shù)通領(lǐng)域大名鼎鼎的COB封裝就是使用PCBA的裸銅作為載體。

2.打線

全稱引線鍵合(wire bonding)是一種電子內(nèi)互聯(lián)技術(shù),具體講便是將金屬線在熱、壓力、超聲等能量結(jié)合。

引線鍵合是一種固態(tài)焊接工藝,鍵合過程中兩種金屬材料(線和焊盤)形成緊密接觸,通過金屬原子在兩種材料中間發(fā)生電子共享、原子擴散,從而在原子層面上鍵合。

3.芯片老化

老化,也稱為老練(burn in),按MIL-STD-883的定義,去篩選優(yōu)秀器件,剔除勉強合格的器件。這些器件的缺點可能是材質(zhì)的固有缺陷,或者工藝不精。

在當時可能看不出來,但隨著時間流逝,缺點會爆發(fā)出來,所以老化篩選是必要的,篩選時用最大額度工作條件之上進行測試,或者施加能以相等的或更高的靈敏度揭示出隨時間和應力變化的失效模式的等效篩選條件。

芯片老化

4.透鏡耦合

從一個光模塊到另一個光模塊,將電信號轉(zhuǎn)化為光信號,在光纖里傳遞,這個過程中,發(fā)送光的,是光模塊的激光器,傳遞光的,是連接模塊的光纖。

光纖極小,所以需要將光耦合到光纖纖芯中,負責這個工作的,就是透鏡。

不同的透鏡決定它們性能的就是主要材質(zhì),玻璃、PEI塑料、硅是最常見的三種材料,其中玻璃是最佳材料,但是相較其他兩項要貴,硅是最近發(fā)展的最好的材料,是COB、Box封裝模塊的流行款式,而PEI塑料,性價比最高。

5.封蓋

封蓋,部分的光器件需要氣密性封裝,所以需要進行封蓋。將蓋板置于底座上,把縫彌合,就是簡單理解的封蓋。

塑料、膠水這些材料無法進行氣密性封裝,現(xiàn)在封蓋的材料選的都是無機物。從外觀上就可以看出,現(xiàn)在常見的氣密性封裝器件Box和TO Can的主要材料是可伐合金和玻璃。

玻璃透光,可伐合金的熱膨脹系數(shù)和玻璃接近,二者都可以通過焊接實現(xiàn)氣密。

6.激光調(diào)整焊接

單模類光模塊,LC跳線頭和OSA之間通過Receptacle進行機械連接。Receptacle可以分為Z環(huán)和光纖適配器兩個部件。

Receptacle和Box或者TO Can之間是通過激光調(diào)整焊接起來的。

光纖適配器內(nèi)有陶瓷插芯,在焊接前需要將光耦合到纖芯中,“調(diào)整”的意思就在于此了。激光調(diào)整焊接的英文名叫l(wèi)aser welding。

7.軟板焊接

Box封裝的OSA基本上采用電氣互聯(lián)軟板FPC和PCBA,焊接二者的方式有手動焊接、熱壓焊接、激光焊接。

手動焊接基本已經(jīng)被淘汰,不只是因為技術(shù)過難,更因為光模塊內(nèi)軟板的pin極多,要保障良品率和一致性。

行業(yè)現(xiàn)在使用是方便好操作的熱壓焊接,而最后的激光焊接技術(shù)還未成熟,并不被行業(yè)大眾接受。

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