光器件封装详解

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有源光器件的结构和封装

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目录

1有源光器件的分类 (5)

2有源光器件的封装结构 (5)

2.1光发送器件的封装结构 (6)

2.1.1同轴型光发送器件的封装结构 (7)

2.1.2蝶形光发送器件的封装结构 (7)

2.2光接收器件的封装结构 (8)

2.2.1同轴型光接收器件的封装结构 (8)

2.2.2蝶形光接收器件的封装结构 (9)

2.3光收发一体模块的封装结构 (9)

2.3.11×9和2×9大封装光收发一体模块 (9)

2.3.2GBIC（Gigabit Interface Converter）光收发一体模块 (10)

2.3.3SFF（Small Form Factor）小封装光收发一体模块 (11)

2.3.4SFP（Small Form Factor Pluggable）小型可插拔式光收发一体模块 (12)

2.3.5光收发模块的子部件 (12)

3有源光器件的外壳 (14)

3.1机械及环境保护 (14)

3.2热传递 (14)

3.3电通路 (15)

3.3.1玻璃密封引脚 (15)

3.3.2单层陶瓷 (15)

3.3.3多层陶瓷 (16)

3.3.4同轴连接器 (16)

3.4光通路 (17)

3.5几种封装外壳的制作工艺和电特性实例 (18)

3.5.1小型双列直插封装（MiniDIL） (18)

3.5.2多层陶瓷蝶形封装（Multilayer ceramic butterfly type packages） (19)

3.5.3射频连接器型封装 (20)

4有源光器件的耦合和对准 (20)

4.1耦合方式 (20)

4.1.1直接耦合 (21)

4.1.2透镜耦合 (22)

4.2对准技术 (22)

4.2.1同轴型器件的对准 (22)

4.2.2双透镜系统的对准 (23)

4.2.3直接耦合的对准 (23)

5有源光器件的其它组件/子装配 (23)

5.1透镜 (23)

5.2热电制冷器（TEC） (24)

5.3底座 (25)

5.4激光器管芯和背光管组件 (25)

6有源光器件的封装材料 (26)

6.1胶 (26)

6.2焊锡 (27)

6.3搪瓷或低温玻璃 (27)

6.4铜焊 (28)

7附录：参考资料清单 (28)

有源光器件的结构和封装

关键词：有源光器件、材料、封装

摘要：本文对光发送器件、光接收器件以及光收发一体模块等有源光器件的封装类型、材料、结构和电特性等各个方面进行了研究，给出了详细研究结果。

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缩略语英文全名中文解释

1有源光器件的分类

一般把能够实现光电（O/E）转换或者电光（E/O）转换的器件叫做有源光电子器件，其种类非常繁多，这里只讨论用于通信系统的光电子器件。在光通信系统中，常用的光电子器件可以分为以下几类：光发送器件、光接收器件、光发送模块、光接收模块和光收发一体模块。

光发送器件一般是在一个管壳内部集成了激光二极管、背光检测管、热敏电阻、TEC制冷器以及光学准直机构等元部件，实现电/光转换的功能，最少情况可以只包含一个激光二极管。而光发送模块则是在光发送器件的基础上增加了一些外围电路，如激光器驱动电路、自动功率控制电路等，比起光发送器件来说其集成度更高、使用更方便。

光接收器件一般是在一个管壳内部集成了光电探测器（APD管或PIN管）、前置放大器以及热敏电阻等元部件，实现光/电转换的功能，最少情况可以只包含一个光电探测器管芯。光接收模块则是在光接收器件的基础上增加了放大电路、数据时钟恢复电路等外围电路，同样使用起来更加方便。

把光发送模块和光接收模块再进一步集成到同一个器件内部便形成了光收发一体模块。它的集成度更高，使用也更加方便，目前广泛用于数据通信和光传输等领域。

2有源光器件的封装结构

前面提到，有源光器件的种类繁多且其封装形式也是多种多样，这样到目前为止，对于光发送和接收器件的封装，业界还没有统一的标准，各个厂家使用的封装形式、管壳外形尺寸等相差较大，但大体上可以分为同轴型和蝶形封装两种，如图2.1所示。而对于光收发一体模块，其封装形式则较为规范，主要有1×9和2×9大封装、2×5和2×10小封装（SFF）以及支持热插拔的SFP和GBIC等封装。

图2.1光通信系统常用的两种封装类型的有源光器件

光器件与一般的半导体器件不同，它除了含有电学部分外，还有光学准直机构，因此其封装结构比较复杂，并且通常由一些不同的子部件构成。其子部件一般有两种结构，一种是激光二极管、光电探测器等有源部分都安装在密闭型的封装里面，同一封装里面可以只含有一个有源光器件，也

可以与其它的元部件集成在一起。TO-CAN就是最常见的一种，如图2.2所示，它管帽上有透镜或玻璃窗，管脚一般采用“金属－玻璃”密封。这种以TO-CAN形式封装的部件一般用于更高一级的装配，例如可以加上适当的光路准直机构和外围驱动电路构成光发送或接收模块以及收发一体模块。

图2.2TO-CAN封装外形和结构图

另一种结构就是将激光器或者探测器管芯直接安装在一个子装配上（submount），然后再粘接到一个更大的基底上面以提供热沉，上面可能还有热敏电阻、透镜等元件，这样的单元一般称为光学子装配（OSA：optical subassembly）。光学子装配一般又分为两种：发送光学子装配（TOSA）和接收光学子装配（ROSA），图2.3就是一个典型的蝶形封装用发送光学子装配实物图。光学子装配通常安装在TEC制冷器上或者直接安装在封装壳体的底座上。

图2.3光学子装配（OSA）

2.1光发送器件的封装结构

光发送器件的封装主要分为两种类型：同轴型封装（coaxial type package）和蝶形封装（butterfly type package）。同轴型封装一般不带制冷器，而蝶形封装根据需要可以带制冷器也可以不带制冷器。