高可靠性非气密封装并行收发组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高可靠性非气密封装并行收发组件，包括发射光组件和接收光组件；发射光组件包括第一插针准直器、第一金属管壳、第一电接口、第一棱镜、第一隔离器、第一玻璃载体、第一全反射片、第一带通滤光片阵列、第一激光器芯片组、第一发射准直透镜组、第一监控探测器芯片组以及第一玻璃框；接收光组件包括第二插针准直器、第二金属管壳、第二电接口、第二棱镜、第二玻璃载体、第二全反射片、第二带通滤光片阵列、45°反射片、第二探测器芯片组、第二接收准直透镜组以及第二玻璃框。所述高可靠性非气密封装并行收发组件具有可靠性高、生产性强、成本低等有益效果。
【专利说明】高可靠性非气密封装并行收发组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高可靠性非气密封装并行收发组件，属于光通信领域的光收发合一的器件及模块【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现今光通信用器件常用的多种封装形式，如ΤΟ-CAN、BOX、蝶形等封装形式具有高的稳定性和可靠性，其原因之一在于这些封装全部是气密封装，气密封装可以消除腔体内部水汽并阻止外界水汽侵入，起到保护有源芯片和光路的作用，以获得高可靠性及长寿命。
[0003]用于CFP2、QSFP+ 及 QSFP28 模块封装的 LR4 器件，如 4 X 1G T0SA/R0SA.4X 25GT0SA/R0SA及收发合一器件，如果采用气密封装，则需要在电接口处用陶瓷件与金属壳体相连，而陶瓷件需要模具制作，并且陶瓷件与金属壳体采用特殊工艺密封，这种金属-陶瓷封装的管壳成本高，不利于器件的规模化生产。
[0004]现有的非气密性封装方案仅适用于短距离、多模光纤场合，如塑料管壳封装、基于COB (Chip on board)封装、采用树脂胶密封封装等,这些方案用于长距离、单模场合时,会表现出可靠性和光路稳定性较差等缺点。
[0005]对于LR4器件的波分复用/解复用结构，有AWG方案、刻蚀光栅方案及滤光片方案等，其中以滤光片方案物料成本低、光路简单、光学指标优秀等优点已被规模化商用。对于收发模块，除了少数方案为收发合一外(如CN201310751180)，发射器件(或组件)与接收器件(或组件)的光路是独立的，优点是不用采用特殊元件(如环行器)，节约成本。针对发射光组件，如专利CN201210184192中采用光学调整板组作为耦合的辅助元件，该元件增加器件成本，同时加长了器件的长度，又如专利US20120189314中采用了分束器将激光器输出的功率向下反射一定比例的能量，用于监控发射功率，该方法增加成本，同时在纵向增加了器件的体积，装配略复杂；针对接收光组件，由于常规的探测器芯片的打线电极与光敏面是共面的，如专利CN201210184192中方案，探测器芯片需要垂直放置，而接收光组件中前置放大器只能水平放置，造成探测器芯片与前置放大器的电互联需要转折90度，又会造成电信号的损耗。
[0006]针对发射光组件和接收光组件，存在光口与管壳固定的问题，为了保证可靠性，两者需要激光焊接，然而激光焊接会引起光口处的插针与准直透镜的位移及倾斜，造成焊接后功率下降、响应度下降，特别是准直透镜与插针外金属件存在直接的应力传递时尤为明显。
[0007]因此有必要设计一种高可靠性非气密封装并行收发组件，以克服上述问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种可靠性高、可生产性强、成本低的高可靠性非气密封装并行收发组件。
[0009]本发明是这样实现的: 本发明提供一种高可靠性非气密封装并行收发组件，包括发射光组件和接收光组件；所述发射光组件包括第一插针准直器、第一金属管壳、第一电接口、第一棱镜、第一隔离器、第一玻璃载体、第一全反射片、第一带通滤光片阵列、第一激光器芯片组、第一发射准直透镜组、第一监控探测器芯片组以及第一玻璃框，其中，所述第一玻璃载体、所述第一全反射片和所述第一带通滤光片阵列组成发射光滤光片组件，所述发射光滤光片组件设于所述第一金属管壳内；所述第一发射准直透镜组设置于所述第一激光器芯片组的上方，且所述第一激光器芯片组位于所述第一发射准直透镜组的焦点处，所述第一监控探测器芯片组设置于所述第一激光器芯片组的后方，所述第一玻璃框固定于所述第一发射准直透镜组、第一激光器芯片组以及第一监控探测器芯片组的外侧，并位于所述发射光滤光片组件的下方；所述第一隔离器设置于所述发射光滤光片组件的光口的上方，所述第一棱镜设置于所述第一隔离器的上方，所述发射光滤光片组件的光口、第一隔离器及第一棱镜同轴分布，所述第一插针准直器设置于所述第一棱镜的出射光口上方，且固定于所述第一金属管壳的上端，所述第一电接口固定于所述第一金属管壳的下端；所述接收光组件包括第二插针准直器、第二金属管壳、第二电接口、第二棱镜、第二玻璃载体、第二全反射片、第二带通滤光片阵列、45°反射片、第二探测器芯片组、第二接收准直透镜组以及第二玻璃框，其中第二玻璃载体、第二全反射片和第二带通滤光片阵列组成接收光滤光片组件，所述接收光滤光片组件位于所述第二金属管壳内；所述第二接收准直透镜组设于所述第二探测器芯片组的上方，所述第二玻璃框位于所述第二接收准直透镜组的下方，且包覆于所述第二探测器芯片组的外侧，所述45°反射片设于所述第二接收准直透镜组的上方，所述接收光滤光片组件设于所述45°反射片的上方，所述第二棱镜设置于所述接收光滤光片组件的光口上方，其中，所述接收光滤光片组件的光口与所述第二棱镜同轴设置，所述第二插针准直器设置于所述第二棱镜的入射光口上方，且固定于所述第二金属管壳的上端，所述第二电接口固定于所述第二金属管壳的下端。
[0010]进一步地，所述第一插针准直器I与所述第一金属管壳通过激光焊接固定，所述第一金属管壳的尾部留有键槽，所述第一电接口嵌入所述第一金属管壳的键槽内。
[0011]进一步地，所述第一电接口采用陶瓷板和软带组装，所述第一电接口与第一金属管壳之间设有绝缘材料。
[0012]进一步地，所述第一玻璃框和所述第二玻璃框的内部封灌有芯片保护胶。
[0013]进一步地，所述第一全反射片和第一带通滤光片阵列分别粘贴于所述第一玻璃载体的前后表面，所述第一全反射片占所述第一玻璃载体前表面3/4的面积，另外1/4的面积为透射光口，所述透射光口处安装带有增透膜的玻璃片。
[0014]进一步地，所述第一发射准直透镜组包括四个非球面型的发射准直透镜，所述第一激光器芯片组包括四个激光器芯片，所述第一监控探测器芯片组包括四个监控探测器芯片，其中，每个激光器芯片的下方各垂直放置一个监控探测器芯片，每个激光器芯片的上方各垂直放置一个发射准直透镜。
[0015]进一步地，所述第二插针准直器与第二金属管壳通过激光焊接固定，所述第二金属管壳的尾部留有键槽，所述第二电接口嵌入所述第二金属管壳的键槽内。
[0016]进一步地，所述第二电接口与第二金属管壳之间设有绝缘材料。
[0017]进一步地，所述第二探测器芯片组包括四个探测芯片，四个探测芯片均倾斜放置，四个探测器芯片的倾斜方向相互一致，倾斜角度为大于0°、小于12°之间的任意角度。
[0018]进一步地，所述第一激光器芯片组和所述第二探测器芯片组的表面均采用防水汽保护工艺进行保护。
[0019]本发明具有以下有益效果:
所述高可靠性非气密封装并行收发组件包括发射光组件和接收光组件，其采用第一、第二金属管壳、电接口以及插针准直器，可明显降低组件的成本，减少组件的体积，并实现高可靠性，在光口采用插针准直器，优化组件内部光路，以保证光学及电学指标，有助于器件和模块的小型化和集成化，使得其可生产性强,成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021]图1为本发明实施例提供的发射光组件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的发射光组件另一视角的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的发射光组件中激光器芯片处胶密封的示意图；
图4为本发明实施例提供的第一电接口的第一实施例的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第一电接口的第二实施例的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的第一电接口的第三实施例的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第一棱镜的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的第一棱镜的光路偏折示意图；
图9为本发明实施例提供的发射光滤光片组件的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的发射光滤光片组件复用功能的示意图；
图11为本发明实施例提供的发射光滤光片组件解复用功能的示意图；
图12为本发明实施例提供的发射光组件中的光路示意图；
图13为本发明实施例提供的接收光组件的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的接收光组件另一视角的结构示意图；
图15为本发明实施例提供的第二探测器芯片组的结构示意图；
图16为本发明实施例提供的接收光组件中激光器芯片处胶密封的示意图；
图17为本发明实施例提供的第二电接口的第一实施例的结构示意图；
图18为本发明实施例提供的第二电接口的第二实施例的结构示意图；
图19为本发明实施例提供的第二电接口的第三实施例的结构示意图；
图20为本发明实施例提供的接收光组件中的光路示意图；
图21为本发明实施例提供的接收光组件中的另一视角的光路示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]本发明实施例提供一种高可靠性非气密封装并行收发组件，包括发射光组件和接收光组件。所述高可靠性非气密封装并行收发组件可应用于CWDM、LWDM或850nm波段的多信道波长同时工作的情形，为了便于陈述，下面以用于CWDM的四信道发射光组件和四信道接收光组件组成的器件为例进行说明，其中工作波长采用CWDM的常用四个波长:λ 1、λ 2、λ 3 和 λ 4，如 1271nm, 1291nm, 131 Inm 1331nm。
[0024]如图1至图12所示，所述发射光组件包括第一插针准直器101、第一金属管壳102、第一电接口 103、第一棱镜104、第一隔离器105、第一玻璃载体106、第一全反射片107、第一带通滤光片阵列108、第一激光器芯片组109、第一发射准直透镜组110、第一监控探测器芯片组111以及第一玻璃框112，其中，所述第一玻璃载体106、所述第一全反射片107和所述第一带通滤光片阵列108组成发射光滤光片组件，所述发射光滤光片组件设于所述第一金属管壳内；所述第一发射准直透镜组110设置于所述第一激光器芯片组109的上方，且所述第一激光器芯片组109位于所述第一发射准直透镜组110的焦点处，所述第一监控探测器芯片组111设置于所述第一激光器芯片组109的后方，所述第一玻璃框112固定于所述第一发射准直透镜组110、第一激光器芯片组109以及第一监控探测器芯片组111的外侦牝并位于所述发射光滤光片组件的下方；所述第一隔离器105设置于所述发射光滤光片组件的光口的上方，所述第一棱镜104设置于所述第一隔离器105的上方,所述发射光滤光片组件的光口、第一隔离器105及第一棱镜104同轴分布,所述第一插针准直器101设置于所述第一棱镜104的出射光口上方，且固定于所述第一金属管壳102的上端，所述第一电接口 103固定于所述第一金属管壳102的下端。所述第一发射准直透镜组110包括四个非球面型的发射准直透镜，所述第一激光器芯片组109包括四个激光器芯片，所述第一监控探测器芯片组111包括四个监控探测器芯片，其中，每个激光器芯片的下方各垂直放置一个监控探测器芯片，每个激光器芯片的上方各垂直放置一个发射准直透镜。
[0025]其中，第一插针准直器101对于发射光组件与接收光组件可适当变化，如对于发射光组件，第一插针准直器101可集成有隔离器。
[0026]所述发射光组件各部件相对位置:所有的光学部件的中心均位于同一个平面I内，平面I与第一金属管壳102的底面平行，如图2所示。第一激光器芯片组109为四个不同工作波长的激光器芯片，激光器芯片等间距分布，或非等间距分布，根据光路的特点可适当调节间距。每个激光器芯片的下方各垂直放置一个监控探测器芯片，四个监控探测器芯片组成第一监控探测器芯片组111，在第一激光器芯片组109的上方各垂直放置一个非球面型的发射准直透镜，四个发射准直透镜组成第一发射准直透镜组110，激光器芯片放置在发射准直透镜的焦点上，因此激光器芯片发射的光信号通过发射准直透镜的准直后，以准平行光的形式传播。在第一发射准直透镜组110、第一激光器芯片组109及第一监控探测器芯片组111的外侧粘贴第一玻璃框112。发射光滤光片组件放置在非球面型的发射准直透镜的上方，并且各个发射准直透镜对应一个带通滤光片，四个带通滤光片组成第一带通滤光片阵列108，各信道的带通滤光片、发射准直透镜、激光器芯片及监控探测器芯片同轴分布。
[0027]第一发射准直透镜组110的四个发射准直透镜为相同的透镜，各透镜独立耦合、独立粘贴。在发射光滤光片组件的光口上方放置第一隔离器105,第一隔离器105上方放置第一棱镜104,并且发射光滤光片组件的光口、第一隔离器105及第一棱镜104同轴分布。第一棱镜104的出射光口上方为第一插针准直器101,第一插针准直器101与第一金属管壳102通过激光焊接固定，第一金属管壳102的尾部留有键槽，第一电接口 103嵌入在第一金属管壳102的键槽内，必要时可在第一电接口 103与第一金属管壳102之间加入绝缘材料。
[0028]第一激光器芯片组109中各激光器芯片的光谱模式可以是单纵模，也可以是多纵模；使用波长可以是短波长(850nm附近),也可以是长波长(1310nm附近、1550nm附近)；芯片类型有但不限于DFB芯片、FP芯片、VCSEL芯片、EML芯片。插针准直器内的传输光纤传输光纤可以是单模光纤也可以是多模光纤。第一激光器芯片组109采用固晶胶固化，如银胶、金锡焊料等，具有高的剪切强度、粘接力同时导热良好，同时固晶胶具有良好的防水汽特性。第一激光器芯片组109的表面采用防水汽保护工艺进行保护，如钝化工艺，可有效防护外界环境的影响。
[0029]第一激光器芯片组109与第一发射准直透镜组110耦合的外侧密闭一圈第一玻璃框112，在第一玻璃框112内部封灌芯片保护胶113，芯片保护胶113选取吸水性小、粘附力强、耐高低温的种类，可选类型包含折射率匹配胶、环氧树脂胶、硅胶等，采用类似于LED封装的密封工艺，具有高的可靠性，可保护芯片、防止水汽。密封并固化之后在第一玻璃框112的上方粘贴玻璃盖板114，如图3所示。折射率匹配胶会改变光程差，因此在耦合第一发射准直透镜组110时需要预留一定的间距。
[0030]对于第一电接口 103，其采用简单的陶瓷板和软带组装，组装后的电接口与管壳102采用焊料固化在一起，所用的焊料不限:环氧树脂胶、玻璃胶、硅胶、锡料、钎料(如金锡合金)等等，固化的方式根据焊料不同而不同，如热固化、锡焊、纤焊等，具有机械强度高、热稳定性好及透气性低的优点。组装后的第一电接口 103 —部分位于管壳102的内部，另一部分位于管壳102的外部，如图1、图2所示。第一电接口 103的组装方式至少有三种，第一种方式采用无金层引脚的陶瓷板115和软带116组装，将软带116采用特定的胶直接粘贴在陶瓷板115上，如图4所示，该方式中软带可与陶瓷板齐平，无需预留空间；第二种方式采用带金层引脚的陶瓷板117和软带118组装，陶瓷板117上镀有金层119，软带118的引脚与金层119通过锡焊互连，该方式需要在陶瓷板117上预留空间，如图5所示；第三种方式为双层软带结构，如图6所示，即在图5的基础上再次叠加一层，先将带金层引脚的陶瓷板120和软带121组装，陶瓷板120上镀有金层122，软带121的引脚与金层122通过锡焊互连，之后将带金层引脚的陶瓷板123和软带124组装，陶瓷板123上镀有金层125，软带124的引脚与金层125通过锡焊互连，最后将两个部件通过绝缘胶固定。
[0031]对于第一棱镜104，如图7所示，包含四个工作表面:入射面126，出射面127以及两个反射面128、129，其中入射面126与出射面127平行，反射面128与反射面129平行，入射面126与反射面129之间的夹角为130，夹角130以及入射面126的尺寸决定了光路在平面I内偏折的位移131。第一棱镜的平行四边形结构决定了入射光方向与出射光方向平行，如图8所示。
[0032]对于第一插针准直器101，作为发射光组件(上行信号)的光口，该第一插针准直器101预先制作，可以输出准平行光或者接收准平行光，其内部含有准直透镜，该准直透镜与第一发射准直透镜组110相匹配，使得激光器光路具有高的耦合效率。
[0033]对于发射光滤光片组件，由第一玻璃载体106,第一全反射片107和第一带通滤光片阵列108装配而成，如图9所示。第一玻璃载体106倾斜放置，第一玻璃载体106可为实体型玻璃板，也可以是带有中空的玻璃板。发射光滤光片组件对激光器发射的光信号起到波分复用的作用，对探测器接收的光信号起到解复用的作用。第一全反射片107和第一带通滤光片阵列108通过精密的装配分别粘贴在第一玻璃载体106的前后表面，第一全反射片107占据第一玻璃载体106前表面3/4的面积，剩余1/4表面为透射光口，透射光口处可添加带有增透膜的玻璃片。第一带通滤光片阵列108为不同工作波长的带通滤光片并行排列放置而成，带通滤光片中心波长为CWDM或LWDM的多信道工作波长。
[0034]对于激光器信号，第一激光器芯片组109通过第一发射准直透镜组110发出的平行光透过第一带通滤光片阵列108进入发射光滤光片组件内，之后被发射光滤光片组件复用，如图10所示；对于探测器光信号，第一插针准直器101输出的平行光进入发射光滤光片组件光口内，之后被发射光滤光片组件解复用，如图11所示。在发射光组件内光信号主要以准平行光的形式传播。平行光的优点是传播距离长，并且在有效传播距离内对其进行会聚时，会聚光的响应度或者耦合效率比较一致，可以保证器件四个通道的功率或者响应度的均匀。对于激光器信号，其光路传播示意图如图12所示。第一激光器芯片组109为四个不同工作波长的激光器芯片，工作波长分别是λ 1、λ 2、入3和入4。激光器芯片发射的后向光被第一监控探测器芯片组111接收，发射的前向光为近高斯光束，经过第一发射准直透镜组110的准直后形成准平行光，平行光的有效传播距离可达20mm以上。第一激光器芯片组109通过第一发射准直透镜组110发出的平行光，之后透过相应的第一带通滤光片阵列108在第一玻璃载体106内传播。第一带通滤光片阵列108的作用是对特定的窄谱宽内的光信号透过，而对其他光信号反射，如1311nm带通滤光片,对1311 ±8.5nm的光透射,而对此通带外的光反射，因此1271nm、1291nm和1331nm光波能够被滤光片反射。第一玻璃载体106的两个工作面的研磨角度与第一带通滤光片阵列108的反射角度相同，因此被反射的光能够沿原有的角度传播。对于第一路准平行光λ I透过带通滤光片后直接从第一玻璃载体106的光口处透射，其余准平行光λ 2、λ 3和λ 4在第一玻璃载体106内传播时需要通过第一全反射片107的反射，将光反射到下一个通道的带通滤光片上，并依次反射，最后到达第一玻璃载体106的输出光口处出射。出射的平行光被第一插针准直器101接收，之后再通过外接的跳线传输到链路中。
[0035]其中，第一插针准直器101中的陶瓷插芯可以是单模插芯，也可以是多模插芯；所以传输光纤可以是单模光纤也可以是多模光纤。
[0036]如图13至图21，所述接收光组件包括第二插针准直器201、第二金属管壳202、第二电接口 203、第二棱镜204、第二玻璃载体205、第二全反射片206、第二带通滤光片阵列207、45°反射片208、第二探测器芯片组209、第二接收准直透镜组210以及第二玻璃框211，其中第二玻璃载体205、第二全反射片206和第二带通滤光片阵列207组成接收光滤光片组件，所述接收光滤光片组件位于所述第二金属管壳202内；所述第二接收准直透镜组210设于所述第二探测器芯片组209的上方，所述第二玻璃框211位于所述第二接收准直透镜组210的下方，且包覆于所述第二探测器芯片组209的外侧，所述45°反射片208设于所述第二接收准直透镜组210的上方，所述接收光滤光片组件设于所述45°反射片208的上方，所述第二棱镜204设置于所述接收光滤光片组件的光口上方，其中，所述接收光滤光片组件的光口与所述第二棱镜204同轴设置，所述第二插针准直器201设置于所述第二棱镜204的入射光口上方,且固定于所述第二金属管壳202的上端,所述第二电接口 203固定于所述第二金属管壳202的下端。
[0037]各部件相对位置如图14所示，第二插针准直器201、第二棱镜204、接收光滤光片组件及45°反射片208的中心位于同一个平面II内，平面II与第二金属管壳202的底面平行，第二探测器芯片组209、接收准直透镜210及45°反射片208的中心位于同一平面III内，平面II与平面III垂直。在平面III内，第二探测器芯片组209为四个相同的探测器芯片，探测器芯片等间距分布，或非等间距分布，根据光路的特点可适当调节间距。第二接收准直透镜组210包括四个接收准直透镜，在每个探测器芯片的上方各垂直放置一个球面型的接收准直透镜，在第二接收准直透镜组210下方、第二探测器芯片组209的外侧粘贴U型第二玻璃框211，如图15所示。在接收准直透镜的上方放置45°反射片208。
[0038]45°反射片208至少可米用两种的工作原理,第一种方式为45°面镀膜,第二种方式为棱镜内表面全反射。第二接收准直透镜组210组成形式有至少有两种，第一种组成形式为四个独立的准直透镜并行排列，四个透镜的光轴高度相同，光轴之间的横向距离可以微调，第二种组成形式为模具制作或者刻蚀的阵列透镜，即一个基板上有四个透镜元件，四个准直透镜的光轴的高度和间距相同。第二探测器芯片组209组成形式有至少两种，第一种组成形式为四个独立的探测器芯片并行排列，可通过高精度贴片机贴装，第二种组成形式为芯片工艺成型的探测器阵列芯片。第二探测器芯片组209放置在第二接收准直透镜组210的后焦点上。
[0039]在平面II内，在45°反射片208的上方设置接收光滤光片组件，接收光滤光片组件的各个带通滤光片与各个接收准直透镜、探测器芯片一一对应。在接收光滤光片组件的光口上方放置第二棱镜204,并且接收光滤光片组件的光口与及第二棱镜204同轴分布。第二棱镜204的入射光口上方为第二插针准直器201,第二插针准直器201与第二金属管壳202通过激光焊接固定，第二金属管壳202的尾部留有键槽，第二电接口 203嵌入在第二金属管壳202的键槽内，必要时可在第二电接口 203与第二金属管壳202之间加入绝缘材料。
[0040]第二探测器芯片组209中各个探测器芯片的类型有但不限于电极共面型探测器芯片、电极异面型探测器芯片、电极与光接收面共面型探测器芯片、电极与光接收面异面型探测器芯片、带微透镜型探测器芯片、SMT (表面贴)型探测器芯片等等。
[0041]第二探测器芯片组209采用固晶胶固化，如银胶、金锡焊料等，具有高的剪切强度、粘接力同时导热良好，同时固晶胶具有良好的防水汽特性。第二探测器芯片组209表面采用保护性钝化膜，可有效防护外界环境的影响。第二探测器芯片组209、第二玻璃框211与第二接收准直透镜组210的内部封灌芯片保护胶113，芯片保护胶113选取吸水性小、粘附力强、耐高低温的种类，可选类型包含折射率匹配胶、环氧树脂胶、硅胶等，采用类似于LED封装的密封工艺，具有高的可靠性，可保护芯片、防止水汽。
[0042]对于第二电接口 203，采用加工简单的陶瓷板和软带组装，组装后的第二电接口203与第二金属管壳202采用焊料固化在一起，所用的焊料不限:环氧树脂胶、玻璃胶、硅胶、锡料、钎料(如金锡合金)等等，固化的方式根据焊料不同而不同，如热固化、锡焊、纤焊等，具有机械强度高、热稳定性好及低透气性等优点。组装后的第二电接口 203 —部分位于第二金属管壳202的内部,另一部分位于第二金属管壳202的外部,如图13、14所不。电接口的组装方式至少有三种，第一种方式采用无金层引脚的陶瓷板213和软带214组装，将软带214采用特定的胶直接粘贴在陶瓷板213上，如图17所示，该方式中软带可与陶瓷板齐平，无需预留空间；第二种方式采用带金层引脚的陶瓷板215和软带216组装，陶瓷板215上镀有金层217，软带216的引脚与金层217通过锡焊互连，该方式需要在陶瓷板215上预留空间，如图18所示；第三种方式为双层软带结构，如图19所示，即在图18的基础上再次叠加一层，先将带金层引脚的陶瓷板218和软带219组装，陶瓷板218上镀有金层220，软带219的引脚与金层220通过锡焊互连，之后将带金层引脚的陶瓷板221和软带222组装，陶瓷板221上镀有金层223，软带222的引脚与金层223通过锡焊互连，最后将两个部件通过绝缘胶固定。
[0043]对于第二棱镜204，与第一棱镜104相似，根据接收组件的结构可更改夹角及尺寸，以获得需求的偏移。对于接收光滤光片组件，与发射组件中的发射光滤光片组件的原理相同、结构相似，根据滤光片间隔的不同可改变滤光片、玻璃载体及全反射片的尺寸。
[0044]在接收光组件内光信号同样以准平行光的形式传播。对于下行的探测器信号，其光路传播示意图如图20、图21所示。光路中下行的四路光信号λ 1、λ 2、入3和入4通过第二插针准直器201以准平行光的形式输入到器件内，之后被第二棱镜204偏折，并进入第二玻璃载体205的光口内，并在第二玻璃载体205内传播，其中第一路光信号λ I透过第一个带通滤光片后直接到达45°反射片208，被转折90°后被第一个接收准直透镜210会聚到探测器芯片，其余光信号λ2、λ3和λ 4需要经过第二全反射片、带通滤光片的反射，从相应的带通滤光片出射后到达45°反射片208，被转折90°后被对应的接收准直透镜会聚到探测器芯片。
[0045]为了减少探测器的回波损耗，所述第二探测器芯片组209包括四个探测芯片，可以将第二探测器芯片组209中各探测器芯片倾斜放置，倾斜方向可任意；但是为了便于贴装，四个探测器芯片的倾斜方向相互一致，倾斜角度为大于0°、小于12°之间的任意角度，也可以不倾斜设置；另外，也可以将45°反射片208的反射面角度设定为37° ~53°之间的任一角度。
[0046]第二插针准直器201中的陶瓷插芯可以是单模插芯，也可以是多模插芯；所以传输光纤可以是单模光纤也可以是多模光纤。
[0047]综上所述，本发明提出的高可靠性非气密封装并行收发组件采用机械加工的管壳、简单的电接口以及插针准直器，可明显降低组件的成本，减少组件的体积，同时采用芯片保护胶密封芯片周围环境、采用焊料密封电接口与管壳，从而实现高可靠性，另外光口采用插针准直器，优化组件内部光路，以保证光学及电学指标，有助于器件和模块的小型化和集成化。本发明可应用于CWDM、LffDM波长，可封装于CFP、CFP2、CFP4、QSFP+, QSFP28等模块中。
[0048]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于，包括发射光组件和接收光组件； 所述发射光组件包括第一插针准直器、第一金属管壳、第一电接口、第一棱镜、第一隔离器、第一玻璃载体、第一全反射片、第一带通滤光片阵列、第一激光器芯片组、第一发射准直透镜组、第一监控探测器芯片组以及第一玻璃框，其中，所述第一玻璃载体、所述第一全反射片和所述第一带通滤光片阵列组成发射光滤光片组件，所述发射光滤光片组件设于所述第一金属管壳内； 所述第一发射准直透镜组设置于所述第一激光器芯片组的上方，且所述第一激光器芯片组位于所述第一发射准直透镜组的焦点处，所述第一监控探测器芯片组设置于所述第一激光器芯片组的后方，所述第一玻璃框固定于所述第一发射准直透镜组、第一激光器芯片组以及第一监控探测器芯片组的外侧，并位于所述发射光滤光片组件的下方；所述第一隔离器设置于所述发射光滤光片组件的光口的上方，所述第一棱镜设置于所述第一隔离器的上方，所述发射光滤光片组件的光口、第一隔离器及第一棱镜同轴分布，所述第一插针准直器设置于所述第一棱镜的出射光口上方，且固定于所述第一金属管壳的上端，所述第一电接口固定于所述第一金属管壳的下端； 所述接收光组件包括第二插针准直器、第二金属管壳、第二电接口、第二棱镜、第二玻璃载体、第二全反射片、第二带通滤光片阵列、45°反射片、第二探测器芯片组、第二接收准直透镜组以及第二玻璃框，其中第二玻璃载体、第二全反射片和第二带通滤光片阵列组成接收光滤光片组件，所述接收光滤光片组件位于所述第二金属管壳内； 所述第二接收准直透镜组设于所述第二探测器芯片组的上方，所述第二玻璃框位于所述第二接收准直透镜组的下方，且包覆于所述第二探测器芯片组的外侧，所述45°反射片设于所述第二接收准直透镜组的上方，所述接收光滤光片组件设于所述45°反射片的上方，所述第二棱镜设置于所述接收光滤光片组件的光口上方，其中，所述接收光滤光片组件的光口与所述第二棱镜同轴设置，所述第二插针准直器设置于所述第二棱镜的入射光口上方，且固定于所述第二金属管壳的上端，所述第二电接口固定于所述第二金属管壳的下端。
2.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第一插针准直器I与所述第一金属管壳通过激光焊接固定，所述第一金属管壳的尾部留有键槽，所述第一电接口嵌入所述第一金属管壳的键槽内。
3.如权利要求1或2所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第一电接口采用陶瓷板和软带组装，所述第一电接口与第一金属管壳之间设有绝缘材料。
4.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第一玻璃框和所述第二玻璃框的内部封灌有芯片保护胶。
5.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第一全反射片和第一带通滤光片阵列分别粘贴于所述第一玻璃载体的前后表面，所述第一全反射片占所述第一玻璃载体前表面3/4的面积，另外1/4的面积为透射光口，所述透射光口处安装带有增透膜的玻璃片。
6.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第一发射准直透镜组包括四个非球面型的发射准直透镜，所述第一激光器芯片组包括四个激光器芯片，所述第一监控探测器芯片组包括四个监控探测器芯片，其中，每个激光器芯片的下方各垂直放置一个监控探测器芯片，每个激光器芯片的上方各垂直放置一个发射准直透镜。
7.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第二插针准直器与第二金属管壳通过激光焊接固定，所述第二金属管壳的尾部留有键槽，所述第二电接口嵌入所述第二金属管壳的键槽内。
8.如权利要求1或7所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第二电接口与第二金属管壳之间设有绝缘材料。
9.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第二探测器芯片组包括四个探测芯片，四个探测芯片均倾斜放置，四个探测器芯片的倾斜方向相互一致，倾斜角度为大于0°、小于12°之间的任意角度。
10.如权利要求1所述的高可靠性非气密封装并行收发组件，其特征在于:所述第一激光器芯片组和所述第二探测器芯片组的表面均采用防水汽保护工艺进行保护。
【文档编号】G02B6/43GK104516070SQ201410731222
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】胡百泉, 徐红春, 刘成刚, 林雪枫, 郑盼, 赵丹 申请人:武汉电信器件有限公司