多埠光電器件封裝方法及基於該方法的多埠光電器件與流程

2023-12-02 08:00:16 1

本發明屬於無源光網絡領域，特別涉及光電器件的封裝方法。

背景技術：

基于波分復用技術的無源光網絡是一種具有大容量、網絡安全性高和便於升級的光接入網技術。無源光網絡又稱被動式光纖網絡，為光纖通信網絡的一種，其特點是不用電源就可以完成信號處理。無源光網絡系統是一種純介質的網絡。具有設備體積小、組網靈活多樣、設備簡單、安裝簡單、擴容較簡單、維護費用低的特點。

無源光網絡pon(passiveopticalnetwork：無源光纖網絡)主要包括位於局端的光線路終端olt(opticallineterminal)、終端光網絡單元onu(opticalnetworkunit)、以及光配線網odn(opticaldistributionnetwork)三部分。pon「無源」是指odn全部由光分路器(splitter)等無源器件組成，不含有任何電子器件及電源。由於這種接入技術使得接入網的olt與onu之間只需光纖、光分路器等光無源器件，不需租用機房和配備電源，因此被稱為無源光網絡。在pon的架構中，一個olt下可以有多個pon的單元。每一個單元均可形成一個獨立的pon網。「無源」是指該系統在服務提供商和客戶之間不需要電源和有源的電子組件。它僅由光纖、分路器、接頭和連接器組成。光通信的核心技術在於光電器件技術，許多系統技術的實現是建立在器件技術進步的基礎之上的。

光電器件是pon技術的核心部件。其作用是通過光電轉換按協議實現上下行的信息傳輸。無論是在olt還是onu光節點。光電器件的性能及成本對整個無源光網絡系統的性能及成本產生重大影響。無源光網絡的發展也對光電器件提出新的要求。

在無源光網絡的架構中，為節省光纖資源，光電器件都採用單纖雙向的結構，即將發射元器件與接收元器件封裝在同一器件中。通常被稱為單纖雙向器件。在pon的早期規模應用中，如乙太網無源光網絡epon(ethernetpassiveopticalnetwork，epon)或gpon(gigabit-capablepon，gpon)等，光線路終端olt及onu側的光電器件基本都是收發合一的單纖雙向器件。在一些應用中，光網絡單元onu側也集成了有線電視catv(cabletelevision,catv)接收單元，構成一發二收的結構，即所謂的單纖三向器件。儘管業內曾經開發過幾類集成技術，但是在實際規模應用中的單纖雙向或單纖三向光電器件都是利用傳統的同軸雷射焊接工藝，採用分立元件。有源元件採用to(transistoroutline)罐氣密密封技術以保證長期可靠性。

圖3所示的一個典型10gepon光線路終端olt單纖雙向三埠光電器件主要由發射端1—1577nmeml(electricalabsorptionmodulationlaser,eml)to、發射端2—1490nmdfb(distributedfeedbacklaser)to、光插針接口、接收端1310nmapd(avalanchephotodiode)to和三埠器件金屬本體等五個主要部分組成。採用了兩個波長1577nm及1490nm的發射，接收波長為1310nm。

圖4所示的另外一種10gepon光線路終端olt單纖雙向四埠光電器件主要由發射端1—1577nmemlto、發射端2—1490nmdfbto、接收端1—1310nmapdto、光插針接口、接收端2—1270nmapdto和四埠器件金屬本體及其內部的透鏡，玻片等部分組成。它採用了四個波長，1577nm/1490nm/1310nm/1270nm。

這兩種多埠光電器件都採用了傳統的to結構。每個埠的雷射發射晶片或接收晶片都是獨立密封在to中以保證可靠性。實際光電模塊的設計表明，像這樣傳統的to型封裝四埠光電器件結構，用在xfp(10gigabitsmallformfactorpluggable,xfp)的模塊中能夠預留出來給pcba的空間都比較緊張，更不用說用在更小型封裝的sfp+(smallformfactorpluggable,sfp)模塊中。

光接入帶寬需求的急增推動pon技術的發展。10g的以太無源光網絡10gepon，ngpon(nextgenerationpon,ngpon)等在近年逐步普及應用，實現了早期pon網絡的帶寬升級。這些應用對上述雙向光電器件不同要求，特別是在光線路終端olt端新增加了發射或接收的埠，光線路終端olt側的光電器件也變成單纖雙向三埠、四埠甚至更高埠的器件。如在10gepon應用的光線路終端olt側，光電器件是兩個發射一個接收的單纖雙向三埠器件。在gpon向ngpon升級時，pon架構需考慮重用現有資源及前後向兼容等問題而採用所謂的混合無源光網絡combopon方案。在combopon的光線路終端olt側需要兩個發射兩個接收的單纖雙向四埠器件。

另一方面，運營商/設備商為降低維護成本也在努力提升設備密度，特別是光線路終端olt局端設備。設備密度的提升要求光電模塊的尺寸更小型。如10gepon光線路終端olt等目前大量使用的xfp的模塊封裝形式將轉為更小型的sfp+封裝。設備的小型化意味著少佔機房面積、少消耗能源，能有效地降低網絡的運行成本。

無源光網絡pon設備更高密度以及網絡升級更多埠數的要求對光線路終端olt所用光電器件的尺寸提出了嚴峻的挑戰。實際設計表明，現有的傳統to結構封裝的單纖雙向三埠或四埠器件幾乎已經不能滿足sfp+模塊的尺寸要求，需要更小尺寸的平臺技術。為實現光電器件的小型化集成化，一系列集成技術如矽光平臺siob(silicononbench，siob)，光電混合集成的平面光迴路plc(planarlightcircuit,plc)，小型化to內置單纖光器件，以及徹底集成的單片集成等開發出來。這些集成技術的發展為光線路終端光電器件的小型化提供了多樣選擇，但從工藝複雜性及成本的角度並不一定適合於批量應用。

技術實現要素：

本發明為解決上述技術問題，提出了一種多埠光電器件封裝方法，通過在無源光網絡pon的局端光線路終端olt側的多通道光電器件取消單個通道獨立氣密封裝，採用整個一體的盒型氣密封裝方法，使得封裝效率更高、元件尺寸更小，成本更低。

本發明採用的技術方案是：一種多埠光電器件封裝方法，該多埠光電器件至少包括：金屬氣密盒、雷射器晶片以及接收晶片；所述雷射器晶片與接收晶片採用平面化結構耦合封裝於金屬氣密盒中，所述金屬氣密盒一側設有與外部連接的接口；所述雷射晶片與接收晶片各自的管腳分別與該接口電連接；所述金屬氣密盒採用平行縫焊工藝密封。

基於該封裝方法的三埠光電器件，包括：採用平行縫焊工藝密封的金屬氣密盒；以及沿同一光路依次分布第一雷射器晶片、-45°透反射濾波片、+45°透反射濾波片；還包括：-45°透反射濾波片正上方設置的第二雷射器晶片，以及+45°透反射濾波片正下方設置的接收晶片；

所述第一雷射器晶片、-45°透反射濾波片、+45°透反射濾波片、第二雷射器晶片以及接收晶片，採用平面化結構耦合封裝於金屬氣密盒中，所述金屬氣密盒一側設有與外部連接的接口；所述第一雷射器晶片、第二雷射器晶片以及接收晶片各自的管腳分別與該接口電連接。

更進一步地，所述第一雷射器晶片採用1577nmeml晶片。

更進一步地，所述第二雷射器晶片採用1490nmdfb晶片。

更進一步地，所述接收晶片採用1310nmapd晶片。

基於該封裝方法的四埠光電器件，包括：採用平行縫焊工藝密封的金屬氣密盒；以及沿同一光路依次分布第一雷射器晶片、第一-45°透反射濾波片、+45°透反射濾波片、第二-45°透反射濾波片；還包括：第一-45°透反射濾波片正上方設置的第二雷射器晶片、+45°透反射濾波片正下方設置的第一接收晶片、以及第二-45°透反射濾波片正上方設置的第二接收晶片；

所述第一雷射器晶片、第一-45°透反射濾波片、+45°透反射濾波片、第二-45°透反射濾波片、第二雷射器晶片、第一接收晶片以及第二接收晶片，採用平面化結構耦合封裝於金屬氣密盒中，所述金屬氣密盒一側設有與外部連接的接口；所述第一雷射器晶片、第二雷射器晶片、第一接收晶片以及第二接收晶片各自的管腳分別與該接口電連接。

更進一步地，所述第一雷射器晶片採用1577nmeml晶片或1577nmdml晶片。

更進一步地，所述第二雷射器晶片採用1490nmdfb晶片。

更進一步地，所述第一接收晶片與第二接收晶片採用1310nmapd晶片。

本發明的有益效果：本發明的多埠光電器件封裝方法，各個通道都不用傳統的to結構密封而直接用雷射二極體晶片或接收晶片，平面化結構耦合封裝在一個金屬氣密盒子後，利用成熟的平行封焊技術將整個金屬氣密盒密封；可以大大縮小整個多埠光電器件的尺寸，滿足小型化要求，同時本申請採用的氣密封裝保證了器件的可靠性；並且本申請採用了整個一體的盒型氣密封裝，封裝效率更高、元件尺寸更小，成本更低、功能更為強大，更利於集成。

附圖說明

圖1為本申請實施例提供的三埠小型化結構的光路原理示意圖；

其中，1為1577nmeml晶片；2為-45°透反射濾波片；3為1490nmdfb晶片；4為+45°透反射濾波片；5為光接口光插針；6為1310nmapd晶片；7為金屬氣密盒。

圖2為本申請實施例提供的四埠小型化結構的光路原理示意圖；

其中，1為1577nmeml/dml晶片；2為透反射濾波片；3為1490nmdfb晶片；4為+45°透反射玻片b；5為反射玻片；6為接收端apd晶片；7為第二光接口光插針；8為接收端apd晶片；9為金屬氣密盒。

圖3是一個典型的10gepon光線路終端olt單纖雙向三埠光電器件原理示意圖；

其中，1為1577nmemlto；2為1490nmdfbto；3為光插針接口；4為接收端1310nmapdto；5為三埠器件金屬本體。

圖4是一個典型的10gepon光線路終端olt單纖雙向四埠光電器件原理示意圖；

其中，1為1577nmemlto；2為1490nmdfbto；3為1310nmapdto；4為光插針接口；5為1270nmapdto；6為四埠器件金屬本體。

具體實施方式

為便於本領域技術人員理解本發明的技術內容，下面結合附圖對本發明內容進一步闡釋。

本申請的技術方案為：一種多埠光電器件封裝方法，該多埠光電器件至少包括：金屬氣密盒、雷射器晶片以及接收晶片；所述雷射器晶片與接收晶片採用平面化結構耦合封裝於金屬氣密盒中，所述金屬氣密盒採用平行縫焊工藝密封。為了便於本領域技術人員理解本申請的技術內容，以下結合附圖對本申請的內容做進一步的闡述。

如圖1所示，為本實施例提供的三埠小型化結構的光路原理示意圖，該三埠小型化結構，包括：採用平行縫焊工藝密封的金屬氣密盒；以及沿同一光路依次分布1577nmeml晶片1、-45°透反射濾波片2、+45°透反射濾波片4連通光插針接口5；還包括：-45°透反射濾波片2正上方設置的1490nmdfb晶片3，以及+45°透反射濾波片正下方設置的1310nmapd晶片6；

所述1577nmeml晶片1、-45°透反射濾波片2、+45°透反射濾波片4、1490nmdfb晶片3以及1310nmapd晶片6，採用平面化結構耦合封裝於金屬氣密盒7中，金屬氣密盒7一側設有與外部連接的接口(見圖1左側齒狀排列的部分)；所述1577nmeml晶片1、1490nmdfb晶片3以及1310nmapd晶片6各自的管腳分別與該接口電連接，通過這樣的設計將雷射晶片與接收晶片與光模塊電路板連接的接口進行統一布線，通過統一的接口與外部光模塊電路板連接，進一步降低了光電器件的尺寸。

如圖2所示，為本實施提供的四埠小型化結構的光路原理示意圖，還四埠結構，包括：採用平行縫焊工藝密封的金屬氣密盒；以及沿同一光路依次分布1577nmeml/dml晶片1、第一-45°透反射濾波片2、+45°透反射濾波片4、第二-45°透反射濾波片5連通光插針接口7；還包括：第一-45°透反射濾波片正上方設置的1490nmdfb晶片3、+45°透反射濾波片正下方設置的第一接收apd晶片6、以及第二-45°透反射濾波片正上方設置的第二接收apd晶片8；

所述第一-45°透反射濾波片2、第一-45°透反射濾波片4、+45°透反射濾波片4、第二-45°透反射濾波片5、1490nmdfb晶片3、第一接收apd晶片6以及第二接收apd晶片8，採用平面化結構耦合封裝於金屬氣密盒9中，金屬氣密盒9一側設有與外部連接的接口(見圖2左側齒狀排列的部分)；所述1577nmeml/dml晶片1、1490nmdfb晶片3、第一接收apd晶片6以及第二接收apd晶片8各自的管腳與該接口電連接。

本申請中所述的沿同一光路依次分布的-45°透反射濾波片，指透反射濾波片在集成平面上與該條光路呈-45°或135°角設置，本申請中取-45°進行表示；同理沿同一光路依次分布的+45°透反射濾波片，指透反射濾波片在集成平面上與該條光路呈45°或-135°設置，本申請中取45°進行表示。

根據本申請的封裝方法，可以實現圖1與圖2所示的三埠與四埠的光電器件的小型化，同時本申請的封裝方法還可以擴展至更高埠光電器件，並能實現封裝效率高、元件尺寸更小，成本更低的效果。

如圖3和圖4所示的to型結構，每一個埠與光模塊的電連接都採用獨立的、每個元件的管腳直接與光模塊電路板連接；如圖1和圖2所示的採用本申請的封裝方法實現的一體型平面封裝結構三埠與四埠光電器件與光模塊，則採用設置於金屬氣密盒一側的接口，通過將接收晶片與雷射晶片各自的管腳分別與該接口電連接，實現了統一的接口與外部光模塊電路板連接，降低了光電器件的整體布局尺寸，同時也有效減小了應用本申請光電器件的光模塊的尺寸，進而可以提高光線路終端olt局端設備的密度，降低運營商/設備商的運營成本。

本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。