一种TO封装的光发射组件及光发射组件的封装方法与流程

本发明涉及光通信，尤其涉及一种to封装的光发射组件及光发射组件的封装方法。

背景技术：

1、to封装技术，也就是transistor outline封装技术，是当今光器件主要的封装技术，运用在光通信、医疗设备、探测设备等多个领域；由于其制造成本低、可靠性高、封装自动化程度高等优势，成为绝大多事光器件封装厂家核心选择。

2、传统to实现方式如图1所示，图1中，管脚5、6，贯通管座1，并且从管座1的上下表面突出，其固定方式为利用熔融玻璃烧结在管座1上；带有透镜11的管帽12通过电阻焊焊接在管座1上，传统to内部封装结构如图2所示，其利用共晶焊工艺，将半导体激光器4固定在管座1的上表面凸台基板3上；引线5、6的突出的部分利用导线8、10电连接于半导体激光器4。带有透镜11的管帽12在管座1的上表面通过电阻焊工艺形成气密结构，使得半导体激光器4、引线5、6的突出的部分以及导线8、10工作在气密环境中，从而延长光器件工作寿命已经可靠性。

3、通常，制作管座1的材料为与玻璃热膨胀系数相同的可伐合金，底座1上的凸台2与底座平面通过冲压一体成型。

4、传统发射端to工作形式是：经过整形的电信号，从driver输出，经过pcb上的信号走线，器件软板的信号走线，输入到传统上的管脚5、6以及引线8、10加载到激光器上，从而驱动激光器4发光，完成电信号向光信号的转换。

5、根据信号完整性理论，管脚5、6以及引线8、10长度越短，其寄生电感越小，阻抗连续性越好，传递到激光器4上的信号越能保证其真实性。但是由于受到传统to封装工艺的限制，管脚5、6以及引线8、10长度减小到某一临界值后，无法再进一步缩短，所以当信号速率进一步增加时，管脚5、6以及引线8、10带来的寄生效应，严重影响了信号质量，使得传统to难以实现50g以上信号的传输应用。

6、且传统to封装工艺将激光器芯片4共晶焊在热沉3上，热沉3预先共晶在底座1上，由此带来了以下两个问题：

7、传统to芯片直接共晶到底座上的陶瓷基板上，当芯片老化失效后，整个to组件(包括底座，管帽，背光探测器等)也跟着芯片一起报废，造成了浪费。

8、传统to芯片直接共晶到底座上的陶瓷基板上，当芯片共晶的时候，热量由to底座传递到陶瓷基板上，熔化基板上的焊料实现共晶。但是在受热的过程中，to底座的玻璃绝缘子也经受了330℃以上的高温，其与底座的结合力发生了变化，这会导致有可能出现to底座和玻璃绝缘子直接出现漏气问题。

9、热沉的厚度往往由底座厂家设计，同时不同厂家的激光器芯片厚度不同，所以使用传统to底座封装的光器件，不可避免会出现激光器芯片不在底座中心的“偏心”情况；加上热沉厚度、长宽自带20um加工误差，同时基板在焊接到底座上时，也会带来10～20um的贴片误差，从而影响激光器芯片的贴装精度；贴装精度下降，会影响光器件耦合效率、工作距离等关键指标，导致产品成品率受损。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种to封装的光发射组件及光发射组件的封装方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种to封装的光发射组件，包括底座和管帽，所述底座与管帽固定连接，所述底座上设有多根管脚，所述底座上固定有coc组件和芯片驱动器，所述芯片驱动器通过引线电连接在coc组件的激光器芯片与电驱动管脚之间，所述coc组件包括激光器芯片、第一热沉以及第二热沉，所述第一热沉固定在底座上，所述第二热沉固定在第一热沉上，所述激光器芯片固定在第二热沉上。

3、进一步地，第一热沉为金属热沉；第二热沉为陶瓷热沉。

4、进一步地，所述第一热沉竖立在底座上，激光器芯片位于第一热沉的侧面，所述芯片驱动器平放在底座上，使芯片驱动器与激光器芯片呈90度垂直放置。

5、进一步地，本发明的to封装的光发射组件还包括透镜，所述透镜固定在第一热沉上，所述透镜位于激光器芯片的正上方。

6、进一步地，所述透镜的入光面设有透射膜和反射膜，所述透射膜用于透射激光器芯片发出的激光，所述反射膜用于将激光器芯片发出的激光反射给背光探测器。

7、进一步地，本发明的to封装的光发射组件还包括用于监控激光器背光大小的背光探测器，所述背光探测器固定在芯片驱动器上端，用于接收从透镜反射的光。

8、进一步地，所述底座上还固定有滤波电路，所述滤波电路包括第一低压滤波电容或/和第二低压滤波电容，所述第一低压滤波电容用于过滤从外部输入到芯片驱动器上控制信号的低频纹波；

9、所述第二低压滤波电容用于过滤从外部输入到芯片驱动器供电电源上的纹波。

10、进一步地，所述第一低压滤波电容至少为一个，第一低压滤波电容的一端与控制信号管脚、芯片驱动器的控制信号输入端通过引线电连接，第一低压滤波电容的另一端接地；

11、所述第二低压滤波电容至少为一个，第二低压滤波电容的一端与供电电源管脚、芯片驱动器的供电电源端通过引线电连接，第二低压滤波电容的另一端接地。

12、进一步地，所述底座上还固定有匹配电阻，所述匹配电阻用于给芯片驱动器提供外部匹配电阻。

13、所述匹配电阻的一端与底座上的外部直流供电管脚通过引线电连接，匹配电阻的另一端与激光器芯片的正极通过引线电连接。

14、进一步地，所述第一热沉上还固定有至少一个第三电容，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端与外部直流供电管脚通过引线电连接。

15、本发明还公开了一种光发射组件的封装方法，包括如下步骤：

16、将激光器芯片以及第二热沉、第一热沉进行组装，并完成金丝键合工艺，形成coc组件；其中，第二热沉、第三电容固定在第一热沉上，所述激光器芯片固定在第二热沉上；

17、将coc组件竖立贴装到底座上，将芯片驱动器、第一低压滤波电容、匹配电阻、第二低压滤波电容贴装到底座上，完成金丝键合工艺；

18、将透镜固定到第一热沉上，位置位于激光器芯片的正前方；

19、将管帽封焊到底座上，形成气密机构，完成光发射组件制作。

20、进一步地，激光器芯片可采用dfb芯片或eml(电吸收调制激光器)芯片以及其他类型激光器芯片。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、1.本发明方案在信号传输链路上，采用了将芯片驱动器内置在to内部的结构(driver芯片是可以直接键合的裸die)，相较于传统模块和器件使用的将driver封装后焊接在pcba上，在通过pcb走线连接to底座的结构，缩短了driver到激光器芯片之间的链路长度，减少了driver封装造成的链路带宽降低、同时减小了阻抗不连续点数目，使得高速信号在链路上损耗和反射更少，提高信号传输质量。本发明将电芯片(driver)集成到to中，并在底座上设置滤波电路，大幅度提升了to器件的输入/输出信号质量，提高产品性能。

23、2.传统to芯片直接共晶到底座上的陶瓷基板上，当芯片老化失效后，整个to组件(包括底座、管帽、背光探测器等)也跟着芯片一起报废，造成了浪费。

24、本发明在coc级别做老化，芯片老化失效直接将coc报废，减少了包括底座、管帽、背光探测器等材料的浪费。

25、3.传统to芯片直接共晶到底座上的陶瓷基板上，在受热的过程中，to底座的玻璃绝缘子也经受了330℃以上的高温，其与底座的结合力发生了变化，这会导致有可能出现to底座和玻璃绝缘子直接出现漏气问题。

26、本发明在coc级别做共晶，底座to底座的玻璃绝缘子不经受高温，不会出现出现to底座和玻璃绝缘子直接出现漏气问题。

27、4.不同热沉厚度以及不同厂家的激光器芯片厚度造成的激光器芯片“偏心”的情况，在本发明中，由于coc组件的贴片位置，以及透镜与激光器芯片的相对位置是可调的，所以贴片精度只取决于设备的贴片精度，一般贴片误差可控制到3～5um内。避免了激光器偏心问题带来的一系列光路不稳定的问题。