百科*问答
光模块封装工艺简介

光模块的分类可以通过不同方面进行具体划分。例如,电信应用、数通应用这是在应用领域的划分;芯片、光器件、光模块是按照部件划分;TO、Box、COB则是封装工艺。

引线耦合

可是,光模块的类型都有一共同点,就是生产工艺大体都分为封装和测试。

封装,也就是器件封装,简单去描述,就是生产一块披萨,把面粉、芝士、火腿、水果、花椒等‘部件’,按顺序,通过油、酱料、炉子、划片等步骤结合到一起,就成了披萨。

在披萨制作前,面粉芝士火腿等都是独立个体,但制造完成后,便成了一个不可分割的整体。封装同理,就是用胶、焊料、热等技艺把器件按步骤做好。

测试,也就是器件测试,还是用上面的例子,将披萨烤好后,尝一下,看看盐和糖的比例是否正确,实际测试肯定更复杂,这里只谈工艺,测试往后放一放。

正常的光模块生产工艺,最关键的工序,便是从贴片开始,打线、芯片老化、透镜耦合、封盖、激光调整焊接、软板焊接。

1.贴片

将片状器件进行贴合,光学芯片中的激光器、光学二极管、激光器驱动电芯片就是片状器件。

它们大类属于半导体裸片器件,裸片(die,业内称作die attach、die bonding)被贴到的地方就是载体(carrier,光器件贴片的载体很多,如PCBA的裸铜、可伐合金等)。

数通领域大名鼎鼎的COB封装就是使用PCBA的裸铜作为载体。

2.打线

全称引线键合(wire bonding)是一种电子内互联技术,具体讲便是将金属线在热、压力、超声等能量结合。

引线键合是一种固态焊接工艺,键合过程中两种金属材料(线和焊盘)形成紧密接触,通过金属原子在两种材料中间发生电子共享、原子扩散,从而在原子层面上键合。

3.芯片老化

老化,也称为老练(burn in),按MIL-STD-883的定义,去筛选优秀器件,剔除勉强合格的器件。这些器件的缺点可能是材质的固有缺陷,或者工艺不精。

在当时可能看不出来,但随着时间流逝,缺点会爆发出来,所以老化筛选是必要的,筛选时用最大额度工作条件之上进行测试,或者施加能以相等的或更高的灵敏度揭示出随时间和应力变化的失效模式的等效筛选条件。

芯片老化

4.透镜耦合

从一个光模块到另一个光模块,将电信号转化为光信号,在光纤里传递,这个过程中,发送光的,是光模块的激光器,传递光的,是连接模块的光纤。

光纤极小,所以需要将光耦合到光纤纤芯中,负责这个工作的,就是透镜。

不同的透镜决定它们性能的就是主要材质,玻璃、PEI塑料、硅是最常见的三种材料,其中玻璃是最佳材料,但是相较其他两项要贵,硅是最近发展的最好的材料,是COB、Box封装模块的流行款式,而PEI塑料,性价比最高。

5.封盖

封盖,部分的光器件需要气密性封装,所以需要进行封盖。将盖板置于底座上,把缝弥合,就是简单理解的封盖。

塑料、胶水这些材料无法进行气密性封装,现在封盖的材料选的都是无机物。从外观上就可以看出,现在常见的气密性封装器件Box和TO Can的主要材料是可伐合金和玻璃。

玻璃透光,可伐合金的热膨胀系数和玻璃接近,二者都可以通过焊接实现气密。

6.激光调整焊接

单模类光模块,LC跳线头和OSA之间通过Receptacle进行机械连接。Receptacle可以分为Z环和光纤适配器两个部件。

Receptacle和Box或者TO Can之间是通过激光调整焊接起来的。

光纤适配器内有陶瓷插芯,在焊接前需要将光耦合到纤芯中,“调整”的意思就在于此了。激光调整焊接的英文名叫laser welding。

7.软板焊接

Box封装的OSA基本上采用电气互联软板FPC和PCBA,焊接二者的方式有手动焊接、热压焊接、激光焊接。

手动焊接基本已经被淘汰,不只是因为技术过难,更因为光模块内软板的pin极多,要保障良品率和一致性。

行业现在使用是方便好操作的热压焊接,而最后的激光焊接技术还未成熟,并不被行业大众接受。

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