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光模塊的分類可以通過不同方面進(jìn)行具體劃分。例如,電信應(yīng)用、數(shù)通應(yīng)用這是在應(yīng)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。
可是,光模塊的類型都有一共同點(diǎn),就是生產(chǎn)工藝大體都分為封裝和測(cè)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(dú)立個(gè)體,但制造完成后,便成了一個(gè)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(cè)試,也就是器件測(cè)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(shí)際測(cè)試肯定更復(fù)雜,這里只談工藝,測(cè)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(jìn)行貼合,光學(xué)芯片中的激光器、光學(xué)二極管、激光器驅(qū)動(dòng)電芯片就是片狀器件。
它們大類屬于半導(dǎo)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(kuò)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(qiáng)合格的器件。這些器件的缺點(diǎn)可能是材質(zhì)的固有缺陷,或者工藝不精。
在當(dāng)時(shí)可能看不出來,但隨著時(shí)間流逝,缺點(diǎn)會(huì)爆發(fā)出來,所以老化篩選是必要的,篩選時(shí)用最大額度工作條件之上進(jìn)行測(cè)試,或者施加能以相等的或更高的靈敏度揭示出隨時(shí)間和應(yīng)力變化的失效模式的等效篩選條件。
4.透鏡耦合
從一個(gè)光模塊到另一個(gè)光模塊,將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào),在光纖里傳遞,這個(gè)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(fù)責(zé)這個(gè)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(xiàng)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(jià)比最高。
5.封蓋
封蓋,部分的光器件需要?dú)饷苄苑庋b,所以需要進(jìn)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(jìn)行氣密性封裝,現(xiàn)在封蓋的材料選的都是無機(jī)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(shí)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(jìn)行機(jī)械連接。Receptacle可以分為Z環(huán)和光纖適配器兩個(gè)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(dòng)焊接、熱壓焊接、激光焊接。
手動(dòng)焊接基本已經(jīng)被淘汰,不只是因?yàn)榧夹g(shù)過難,更因?yàn)楣饽K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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