Способ изготовления волоконно-оптического приемного или передающего модуля — SU 1757345 (original) (raw)

Формула

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ПРИЕМНОГО ИЛИ ПЕРЕДАЮЩЕГО МОДУЛЯ, включающий металлизацию световода, установку излучающего или приемного оптоэлектронного элемента на опору, нанесение припоя на металлический слой опорной площадки, фиксирование световода путем расплавления припоя, укладки в него световода с одновременной юстировкой и охлаждение припоя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности модуля, металлический слой выполняют из по крайней мере двух раздельных секций, расположенных вдоль оптической оси модуля, на ближайшую к оптоэлектронному элементу секцию наносят первый припой с температурой плавления не более 130oС объемом (0,2 0,3) S1, где S1 площадь секции, перед охлаждением припоя световод перемещают параллельно опорной площадке на расстояние не более 5 мкм от нее, после фиксирования световода на первой секции на следующую секцию наносят второй припой объемом (0,15 0,25) S2, где S2 площадь второй секции, имеющий твердость по Бринеллю не менее 120 МПа и временное сопротивление разрыву не менее 40 МПа, и фиксируют световод нв этой секции.
2. Способ, отличающийся тем, что в качестве первого припоя выбирают припой состава, мас.
Индий 10 20
Сплав Розе 80 90,
а в качестве второго припоя выбирают припой состава, мас.
Олово 59 61
Свинец Остальное

Описание

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к технологии сборки светодиодов, инжекционных лазеров, фотодиодов со светодиодами при изготовлении передающих, либо приемных оптических модулей, применяемых в ВОСП, измерительной технике, медицине и т.д.
Основным фактором, ограничивающим длину передающей линии до ретрослятора, является мощность излучения вводимая в световод с низким коэффициентом затухания. Эффективное преобразование лазерной моды малого размера в моду световода большего размера возможно только с помощью микрооптики при точной установке (с точностью долей микрона) отдельных элементов: кристалла ЛД, микролинзы, световода. Кроме того, оптическое соединение ДД-световод должно быть надежным и высокостабильным в течение работы, при хранении и перевозке, т.е. устойчивым при воздействии механических и климатических факторов.
Известны различные способы закрепления световода с одновременной его юстировкой относительно излучающего либо приемного элемента. Например, инжекционный лазер сформирован на подложке, продолжением которой является опора для световода. В опорной ее части выполнена канавка перед излучающей областью. В канавку укладывают световод, юстируют по мощности излучения, регистрируемой фотоприемников на противоположном конце световода и закрепляют клеем.
В описанном способе сопряжения предъявляются высокие требования к точности изготовления канавок и геометрии световодов: цилиндричности, точности, диаметр соосности сердцевины относительно оболочки, что весьма трудно выполнимо особенно при серийном изготовлении как многомодовых и одномодовых световодов (для последних допуски на геометрические размеры должны укладываться в десятые доли микрона).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ сборки излучающего и/или приемного элемента со световодом, включающий металлизацию световода, установку излучающего и/или приемного элемента на опору, нанесение припоя на металлический слой микропечи, установленной на опоре, фиксирование световода путем расплавления, припоя, укладки в него металлизированного световода с одновременной юстировкой и охлаждения припоя. Причем микропечь выполнена односекционной, фиксацию производят один раз без учета усадки припоя и без контроля качества юстировки и пайки после охлаждения припоя. Также для прочной фиксации световода и надежности соединения во время эксплуатации необходимо использовать высокотемпературный "жесткий" припой, который дает при охлаждении значительную усадку ("мягкий" низкотемпературный припой имеет усадку намного меньше). В способе не оговаривается количество наносимого припоя, что крайне важно для воспроизводимости техпроцесса сборки. Если количество припоя ненормировано, то трудно подобрать ток через микропечку, чтобы расплавить его и поддерживать при заданной температуре. Перегрев нежелателен ввиду близкого расположения излучающего кристалла лазерного диода и сильной температурной зависимости его характеристик. Кроме того, при разном количестве припоя образуется разный профиль расплава и при охлаждении припоя трудно предугадать направление и величину смещения световода.
Целью изобретения является повышение надежности сопряжения излучающего и/или приемного элемента со световодом при высокой эффективности оптического согласования и сохранения параметров элемента, повышение воспроизводимости процесса сборки.
Поставленная цель достигается тем, что наносят припой объемом V1 с температурой плавления не более 130оС на металлический слой первой секции ближайшей к элементу микропечи, выполненной по крайней мере из двух электрически разделенных секций, установленных последовательно вдоль направления оси излучения, перед охлаждением припоя световод перемещают параллельно поверхности микропечи на расстояние не более 5 мкм от нее, после фиксирования световода на первой секции, на следующую секцию наносят припой объемом V2 с температурой плавления не менее 150оС и фиксируют световод на этой секции, причем выбирают
V1=K1 S1иV2=K2 S2 где К1 эмпирически определяемый коэффициент, зависящий от выбора припоя, мм.
К2 0,15.0,26 мм;
S1 и S2 площадь контактной поверхности первой и второй секции, соответственно, мм2.
При выборе припоя для первой секции состава мас.
индий 10.20,
сплав Розе 80.90 эмпирически выбирают коэффициент К1 0,20.0,30 мм.
На фиг. 1 схематично изображена часть передающего оптического модуля с излучающим элементом лазерным диодом 1, имеющим электрический вывод 2 и излучающую грань 3, установленным на опоре 4, и со световодом 5, укрепленным припоями 6 и 7, нанесенными на контактные поверхности 8 и 9 первой и второй секции микропечи 10, закрепленной на опоре 11.
На фиг. 2 изображены разрез (А-А) и вид сверху двухсекционной микропечи 10, где 12 контактный слой, 13 керамическая подложка, 14 изолирующий слой, 15 резистивный слой, 16 слой металлизации.
Пример конкретного применения.
При сборке устройства (см.фиг.1), лазерный диод 1 устанавливали на опоре 4. На другой опоре 11 сплавом Розе закрепляли микропечь 10.
Покрытие на световод наносят последовательно осаждая методом магнетронного распыления следующие металлы: хром (0,07.0,1 мкм), медь (0,1.0,2 мкм), никель (0,25.0,3 мкм), а затем гальванически осаждая золото (0,5 мкм).
В качестве припоя применен сплав, состоящий из индия и сплава Розе, выбранных в соотношениях, указанных в таблице. В ней даны коэффициенты К1 и К2, определяющие объемы V1 и V2 припоев при заданны площадях металлизаций S1 и S2 первой и второй секции микропечи, а также измеренная величина смещения световода (d) после сборки излучателя.
Сборку излучателя с волоконным световодом проводили в специальном 3-координатном механическом юстировочном приспособлении с точностью перемещения по координатам 0,1 мкм и диапазоном перемещений 5,0 мм. На излучатель подавали ток, соответствующий мощности излучения 2 мВт. Волоконный световод со сформированным профилем на конце (микролинзой) заводили в трубу корпуса излучателя, закрепляли в специальном зажиме, выставляли визуально по направлению, перпендикулярному излучающей грани кристалла на расстоянии 100 мкм от кристалла (см.фиг.1). Электрические контакты (электроды) подводили к металлизированным площадкам 12 первой стадии микропечи ближайшей к кристаллу. Контроль положения световода и электродов, а также процесс пайки осуществляли с помощью микроскопа МБС-10. Юстировкой ВС по трем координатам добивались максимального сигнала на фотоприемнике, установленном на выходном конце световода. Если мощность, введенная в световод, достаточная, то переходят к технологическому процессу, фиксации световода, который состоит из следующих операций:
пластина из сплава (Розе + индий) укладывается на световод и одним и краем касается металлизации между электродами 8;
на электроды плавно подается напряжение до расплавления припоя;
проводится юстировка световода с визуальным контролем возможного повреждения кристалла на максимум введенной в него мощности;
световод приподнимают вверх от микропечи на расстояние не более 5 мкм;
напряжение на электроды снимается, припой отверждается;
если мощность на выходе световода снизилась ниже требуемого на значения или качество спая неудовлетворительное, то повторяют все перечисленные операции;
после этого электроды переводят на вторую пару контактных площадок;
на вторую секцию микропечи 9 укладывают пластину припоя ПОС-61 объемом;
на электроды сначала подается напряжение до расплавления припоя, а затем снимается;
визуально контролируется качество припоя.
Использование: изготовление приемного или передающего оптических модулей для волоконно-оптических линий связи, измерительной технике, медицине и т. д. Сущность изобретения: световод закрепляют перед приемным или излучающим оптоэлектронным элементом на опорной площадке, выполненной из двух секций. На ближней к оптоэлектронному элементу секции световод закрепляют припоем с температурой плавления не более 130°С, объемом (0,2...0,3)S1, где S1 площадь секции, причем перед охлаждением припоя световод приподнимают над опорной площадкой не более чем на 5 мкм, а затем закрепляют световод на второй секции другим припоем объемом (0,15...0,25)S2, где S2 площадь секции, имеющим твердость по Бринеллю не менее 120 МПа и временное сопротивление разрыву не менее 40 МПа. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки

Заявка

4866968/10, 18.06.1990

Научно-исследовательский институт "Полюс"

Бессонова С. В, Курленков С. С, Курнявко Ю. В, Сапожников С. М, Швейкин В. И

МПК / Метки

МПК: G02B 6/42

Метки: волоконно-оптического, модуля, передающего, приемного

Опубликовано: 27.08.1995

Код ссылки

Способ изготовления волоконно-оптического приемного или передающего модуля