专利名称：光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法
技术领域：
本发明涉及一种激光无钎剂软钎焊方法 背景技术有源器件(激光器)与光纤之间的对准及连接(通常称为耦合)是保证光电 子器件耦合效率和高可靠性的关键技术，是光电子器件制造技术领域最前沿和 最重要的研究内容之一。目前已经公开发表的技术主要有以下两个方面一、 激光熔化焊有源对准方法，该方法是在激光器件工作的状态下，在光 纤的输出端测量光功率，同时调整光纤与激光器件之间的位置，当光输出功率 达到最大的时候用激光熔化焊的方法固定光纤。这种方法因为需要高精度对准 平台以及马鞍焊架、光纤套管等辅助机械元件，并且要求实时调整光轴，所以 成本高，效率低，而且金属熔化及凝固产生的残余应力对定位的准确性会产生 潜在的影响。二、 V槽定位的无源对准方法，该法是在硅平台上刻蚀V形槽，用环氧 树脂将光纤固定在V形槽中或用钎悍的方法将光纤固定在V槽中实现对准。 用环氧树脂将光纤固定在V形槽中，光纤上浮会产生对准偏移导致耦合效率 下降，用钎焊的方法将光纤固定在V槽中，使用钎剂，固定后需要除钎剂处理。这两种方法需要加工v槽，工艺复杂且效果不佳。目前光纤对准定位方法普遍存在需要通过辅助手段对准，熔焊后残余应力导致光纤对准偏移，而v槽定位连接时光纤上浮导致对准精度差的问题。发明内容本发明的目的是为了解决目前光纤定位对准方法普遍存在需要通过辅助 手段对准，熔焊过程中光纤易发生偏转或偏移，导致钎焊质量差及光纤钎焊精 度差的问题，提供了一种光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法。光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法按以下步骤进行 一、将钎料预置在自对准焊盘上，光纤放置于钎料上表面；二、在惰性气体保护下进行激光钎焊， 惰性气体流速为1 10LPM，热源激光功率为10~20W，钎料熔化对光纤产生润 湿力使光纤向焊盘的平衡位置自动回复从而自动校正横向及转角偏移；三、钎 料凝固后光纤的位置固定下来，即完成了光纤自对准激光无钎剂软钎焊。本发明是一种先进的自组装的封装方法，对准与定位一次完成，不需要昂 贵的高精度定位平台，也不需要有源对准而省去输出检测设备，因此是一种低 成本、高精度、高耦合效率的方法，适合于大批量制造过程。另外，由于焊接 过程中不使用钎剂，焊点处没有钎剂残渣的腐蚀作用。该发明是基于钎料润湿 力的光纤自对准激光无钎剂软钎焊，钎料熔化后润湿铺展效果良好，浸润光纤， 对光纤产生的回复力及回复力矩使光纤向焊盘的平衡位置回复，钎料凝固后， 光纤随之固定并准确地处于焊盘的平衡位置，焊点内部没有裂纹及孔洞等缺 陷。因此该方法是材料热加工领域的绿色制造技术，可广泛应用于光电子器件 封装，光通讯中光纤对准与定位。
图i为具体实施方式
十六中焊点内部扫描电镜图。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法按以下步 骤进行 一、将钎料预置在自对准焊盘上，光纤放置于钎料上表面；二、在惰 性气体保护下进行激光钎焊，惰性气体流速为1 10LPM，热源激光功率为 10~20W，钎料熔化对光纤产生润湿力使光纤向焊盘的平衡位置自动回复从而 自动校正横向及转角偏移；三、钎料凝固后光纤的位置固定下来，即完成了光纤自对准激光无钎剂软钎焊。本实施方式步骤一中自对准焊盘的理论平衡位置唯一。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中自 对准焊盘的形状为椭圆形。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。所谓焊盘的理论平衡位置是指对于光纤-钎料-焊盘系统，当系统能量达到 最小时，光纤在焊盘上所处的位置，从理论和工艺上综合考虑，椭圆形焊盘适 合作为自对准焊盘，其平衡位置为椭圆的长轴。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二的不同点是步骤一中自对准焊盘的材料为Au/Ni/Cu， Au层厚度为2nm， Ni层厚度为7拜，Cu 层厚度为35pm。其它步骤及参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
二的不同点是步骤一中自 对准焊盘的长轴与短轴比为1 3: 1。其它步骤及参数与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
二的不同点是步骤一中自 对准焊盘的长轴与短轴比为1.5。其它步骤及参数与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
二的不同点是步骤一中自 对准焊盘的长轴与短轴比为2.5。其它步骤及参数与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
二的不同点是步骤一中自 对准焊盘的长轴与短轴比为2。其它步骤及参数与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤一中自 对准焊盘的面积为0.15~0.4mm2。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤一中自对准焊盘的面积为0.34mm2。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
七的不同点是步骤一中自对准焊盘的面积为0.17mm2。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。对于椭圆焊盘，其长短轴比值对回复力的大小及自对准的精度都有影响。 基本规律是回复力随着焊盘的长短轴比值成线性变化。也就是说焊盘长短轴比 值越大，越有利于回复。从工艺上考虑，钎焊过程中激光斑点完全覆盖焊点处 才能保证钎焊效果好。焊盘的长短轴比值以及焊盘面积需要控制在上述范围内 能够要保证激光斑点完全覆盖焊点处，自对准精度高。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中所用的钎料为80Au-20Sn。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中 所用的钎料体积为0.0015~0.06mm3。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
九的不同点是步骤一中所用的钎料为80Au-20Sn，体积0.01~0.06mm3。其它步骤及参数与具体实施方 式九相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中所用的钎料为80Au-20Sn，体积0.0015~0.03mm3。其它步骤及参数与具体实施 方式十相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中 所用的钎料为80Au-20Sn，体积0.0019mm3。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中 光纤镀层为Ni/Au， Ni层厚度为2.5拜，Au层厚度为0.2拜。其它步骤及参数 与具体实施方式
一相同。本实施方式焊点内部扫描电镜如图1所示，焊点内部没有出现裂纹及孔洞 等缺陷。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中惰性气体为纯度为99.99的氩气。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
权利要求
1、光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在于光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法按以下步骤进行一、将钎料预置在自对准焊盘中心上，光纤放置于钎料上表面；二、在惰性气体保护下进行激光钎焊，惰性气体流速为1～10LPM，热源激光功率为10～20W，钎料熔化对光纤产生润湿力使光纤向焊盘的平衡位置自动回复，从而自动校正横向及转角偏移；三、钎料凝固后光纤的位置固定下来，即完成了光纤自对准激光无钎剂软钎焊。
2、 根据权利要求1所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于步骤一中自对准焊盘的形状为椭圆形。
3、 根据权利要求1或2所述的光纤自对准激光无钎剂软钎悍方法，其特 征在于自对准焊盘材料为Au/Ni/Cu， Au层厚度为2pm， Ni层厚度为7pm， Cu层厚度为35|im。
4、 根据权利要求2所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于椭圆形自对准焊盘的长轴与短轴比为1~3: 1。
5、 根据权利要求2所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于椭圆形自对准焊盘的长轴与短轴比为2: 1。
6、 根据权利要求1所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于步骤一中所用的钎料为80Au-20Sn。
7、 根据权利要求1所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于步骤一中所用的钎料体积为0.0015~0.06mm3。
8、 根据权利要求1所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于步骤一中光纤镀层为Ni/Au， Ni层厚度为2.5pm， Au层厚度为0.2^im。
9、 根据权利要求1所述的光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，其特征在 于步骤二中惰性气体为纯度为99.99的氩气。
全文摘要
光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法，它涉及激光无钎剂软钎焊方法。它解决了目前光纤耦合过程中成本高，效率低，工艺复杂等问题。光纤自对准激光无钎剂软钎焊方法按以下步骤进行一、将光纤与钎料置于自对准焊盘上；二、在惰性气体保护下进行激光钎焊；钎料熔化对光纤产生的润湿力使光纤向焊盘的平衡位置回复，从而自动校正横向及转角偏移；三、钎料凝固后光纤的位置固定下来，完成钎焊。本发明不需要高精度的对准平台，不需要加工V形槽，在激光软钎焊过程中可实现材料局部加热，并且可实现无钎剂焊接，适用于光电子器件的高精度对准及定位连接。
文档编号G02B6/42GK101324687SQ20081013687
公开日2008年12月17日 申请日期2008年8月4日 优先权日2008年8月4日
发明者威 张, 王春青 申请人:哈尔滨工业大学