CN1893323A - 光电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有密封封接的光电器件(108，208)的光电设备(101，201)以及制造这种光电设备的方法，例如，光电设备可以是用于光纤通讯网络的光发送器或接收器。该光电设备(101，201)包括第一分总成(102，202)和第二分总成(103，203)，第一分总成(102，202)包括至少一个光学元件以及第二分总成(103，203)包括至少一个光电器件(108，208)。光电器件沿着光轴(6)与所述的至少一个光学元件光学对准。第一、第二分总成(102，202；103，203)沿着界面(122，222)连接在一起，所述的界面(122，222)完全围绕光轴(6)延伸，并形成所述的光电器件(108，208)的壳体，所述的各分总成通过跨越所述的界面(122，222)的至少两个连接处相连接，所述的界面(122，222)包括至少一个非密封连接处(116，216)和与所述的非密封连接处相分离的密封连接处(34，36)，所述的密封连接处完全围绕光轴(6)延伸，以密封封接在壳体内的所述的光电器件(108，208)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有密封封接的光电器件的光电设备以及一种制造这种设备的方法，例如一种用于光纤通讯网络的光发送器或接收器。
背景技术
光电传送或接收模块(此处所指的传送和接收模块是相互独立的，若组合在一起则成为“光收发模块”)通常是由多个分总成构成的，在制造上述设备的过程中，各分总成固定在一起之前需要各自进行光学对准。例如，光学传送模块通常具有包括布设在陶瓷衬底上的混合电路的分总成，混合电路包括与关联的电路相连接的诸如光检测器或激光二极管之类的光电器件，电路用于接收或传送来自于/发送至光电器件的信号。光电器件也需要与设置在另一个分总成内的诸如透镜或光隔离器之类的光学元件进行光学对准。在制造过程中，这些分总成需要安装在一起，进行光学对准，然后固定在一起。在某些情况下，有必要将光电元件密封在光收发模块内，可以使光电元件在苛刻的外部环境中获得足够长的使用寿命。
在生产的环境中，在同一时间，在保持光学对准的情况下进行密封封接是困难的。通常使用焊接加工以形成密封封接，但是需要昂贵的设备，使用方便和操作安全是接受这种加工方法的理由，因此，焊接加工可以用于相邻器件的光学对准。由于焊接所产生的热应力，许多种焊接技术在器件的光学对准过程中会产生偏差。由于焊接产生的对准偏差，可以优选诸如环氧胶之类的粘合剂，将器件粘结起来，尽管粘结并不能在苛刻的外部环境中最终提供一种良好的密封封接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更为便捷的密封封接的光电设备，以及一种制造上述密封封接的光电设备的方法。
根据本发明，提供一种光电设备，包括第一分总成和第二分总成，所述的第一分总成包括至少一个光学元件以及第二分总成包括至少一个光电器件，所述的光电器件沿着光轴与所述的至少一个光学元件光学对准，所述的第一、第二分总成沿着界面连接在一起，所述的界面完全围绕所述的光轴延伸，以形成所述的光电器件的壳体，所述的各分总成通过跨越所述的界面的至少两个连接处相连接，所述的界面包括至少一个非密封连接和与所述的非密封连接相分离的密封连接，所述的密封连接完全围绕所述的光轴延伸，以密封封接在所述的壳体内的所述的光电器件。
此外，根据本发明提供一种由第一分总成和第二分总成构成光电器件的方法，所述的第一分总成包括至少一个光学元件以及第二分总成包括至少一个光电器件，包括以下步骤：
i)将所述的第一、第二分总成结合起来，形成所述的各分总成之间的界面；
ii)沿着光轴光学对准所述的光电器件和所述的光学元件；
iii)在所述的界面之间的一个或更多的连接处，将所述的各分总成连接在一起，以固定所述的光电器件和所述的光学元件的光学对准，所述的连接处没有形成完全围绕所述的光轴延伸的密封连接；以及
iv)在步骤iii)后，沿着密封连接处将所述的各分总成连接在一起，所述的密封连接处完全围绕所述的光轴延伸，以密封封接壳体内所述的光电器件，所述的壳体由第一、第二分总成构成。
光电器件可以是任何类型的光电器件，例如固体光检测器或激光二极管。
密封连接可以使用各种技术形成，取决于构成第一、第二分总成的材料，第一、第二分总成在界面上相接触。界面可以由金属表面形成，从而获得良好的气密特性。例如此种技术可以包括：焊接，金属硬焊或软焊，在延伸穿越界面的金属突出部采用锯齿焊或电阻凸焊。
非密封连接处优选位于密封连接处提供的密封连接内。在本发明的一个优选实施例中，密封连接处围绕非密封连接处形成。因此，非密封连接处可以依据不妨碍形成密封封接的方式进行定位。
非密封连接处完全围绕所述的光轴延伸，使得非密封连接处位于密封封接内。采用此种方式，非密封连接处的加工可以与光电设备形成密封封接的工艺相分离。例如，非密封连接处可以使用粘结剂设置在一个或多个区域，粘结剂可以采用诸如光固化环氧树脂粘结剂之类的粘结剂。粘结剂固化后可以围绕光轴形成一个屏障，尽管是非气密的，也可以辅助保护壳体内的光学器件和光电设备不受密封连接处形成的过程中可能产生的气体以及其它污染物的侵害。
附图说明
附图1和2是现有技术中光电设备的透视图，显示了具有光学器件的第一分总成与具有电子和光电器件的第二分总成是如何进行光学对准，然后使用环氧粘合剂粘结在一起的；
附图3是根据与附图3中的设备相似的本发明的第一实施例中的光电设备的透视图，但是具有一对横向延伸的凸缘，该凸缘由环氧粘合剂形成的内侧非密封连接处和由焊料形成的外侧密封连接处共同连接起来；
附图4是根据与附图3中的设备相似的本发明的第一实施例中的光电设备的透视图，但是在该设备中，凸缘由环氧粘合剂构成的内侧非密封连接处和由电阻焊构成的外侧密封连接处共同连接起来；
附图5是用于第二实施例中的凸缘一部分的局部断面图，该凸缘具有适于应用电阻焊的轮廓；以及
附图6是第一、第二分总成连接在一起后，本发明的第一、第二实施例中的光电设备的外部透视图。
具体实施方式
附图1显示了由第一分总成2和第二分总成3组装过程中的现有技术中的光电设备1。光电设备1是用于光纤通讯系统中光学接收设备。第一分总成2设置有光纤插头(未显示)可以插入的光学插孔4。尽管在附图中没有显示，但是在第一分总成2的内部沿光轴6设置有多个传统的光学器件，用于收集和接收来自于光纤连接器的光辐射，并将光辐射导入设置在第二分总成3中的采用光电二极管接收器8形式的光检测器，当光电设备1组装时，第二分总成3对准光轴6。
光电二极管8与其它的电子器件10电连接，并与上述电子器件一起支承在陶瓷衬底12之上。电连接可以采用布设在陶瓷衬底12之上的平板或采取传统的线束形式。电连接装置14从光电设备1的外部，延伸并穿过陶瓷衬底12到达光电设备1。
如附图2所示，第一分总成2和第二分总成3沿着光轴6光学对准并组装在一起。在制造过程中，通常有必要将第二分总成3在特定的公差范围内(典型的是±5μm)沿着光轴6横向上的X轴和Y轴与第一分总成2对准，在可能的情况下，也要在光轴6方向上的Z轴上进行最佳地定位。如果光电设备1不是具有光检测器的接收设备，而是具有激光二极管的发送设备，那么其也有必要在X轴和Y轴确定的平面上作旋转调整。这种光学对准可以使用位于将来自于光纤的光辐射导入的光学插孔4内的试验夹具(未显示)进行，与此同时，电测试设备测量光电二极管8接收到的信号的强度。
在第一分总成2和第二分总成3组装在一起并对准之前，环氧粘结剂16的液滴涂覆在环绕上述分总成之一的整个周边上，优选的是第二分总成3。如附图1和2所示，第一分总成2和第二分总成3均具有大致以光轴6为中心的呈矩形轮廓的相匹配的一个端部。当第一分总成2和第二分总成3相对的表面18、20结合在一起时，就形成了连续的界面22，使得环氧粘结剂16的液滴可以容纳其中，固化时在界面内延伸，并形成完全环绕光轴6的密封。紫外线或兰色光可以用于固化环氧粘结剂16，使得第一分总成和第二分总成连接在一起。这种连接形成了良好的密封，但是正如众所周知的那样：环氧粘结剂不能形成密封封接。因此，在极端的环境下，氧气或水蒸气有可能会渗透至环绕光电二极管探测器8和电子器件10的空间，从而导致光电设备1过早的失效。
附图3显示了根据本发明的第一实施例的光电设备101。为方便起见，附图3中的特征对应于附图1中的相近特征的附图标记增加100。第二实施例101在多个方面不同于现有技术中的光电设备1。第一分总成102和第二分总成103均具有金属制的横向突出的凸缘30、32，上述凸缘横向于光轴106延伸。每一凸缘30、32位于各分总成102、103的纵向端部，使得凸缘30、32内侧相对的表面118、120相互匹配。至少上述的凸缘之一，优选的是第二分总成103的凸缘32，具有环绕着外周面的焊料层(a solder perform)34，用于形成凸缘30、32之间的密封连接。在制造光电设备101的过程中，环氧粘结剂的液滴116涂覆在焊料层34的横向内侧，优选的是涂覆在延伸并完全环绕光轴106的连续条带内。作为替代的方式，也可以将粘结剂仅涂覆在一个或几个不连续的位置上。此后，第一分总成102和第二分总成103可以组装在一起并对准。在正确地对准后，只要在凸缘30、32之间环绕着焊料层34的区域还存在一个小的余量间隙，就可以通过蓝色光或紫外线对环氧粘结剂116进行固化。
固化的环氧粘结剂116具有两个目的。第一，直到凸缘30、32被加热熔化焊料层34时，可以保持对准，然后在凸缘30、32之间延伸并环绕界面形成密封连接。因此，第一分总成102和第二分总成在上述各分总成之间的空间内形成光学器件的气密腔。第二，固化后的环氧粘结剂116，形成连续的条带，既避免焊料流向光电二极管108或电子器件110，也避免焊接过程中的气体到达光电二极管108或电子器件110。
固化后的环氧粘结剂116所提供的连接处，也允许在不同的时间、在不同的用于对准过程中的生产设备中形成密封封接，这就意味着不必设计既能进行对准也能进行焊接的生产厂，不论对准和焊接是同时还是先后进行。
附图4显示了根据本发明的第二实施例的光电设备201，附图中的特征对应于第一实施例中的相近特征的附图标记增加100。第二实施例中的201不同于第一实施例中的101在于：内侧环氧粘结剂216的条带固化后，凸缘130、132使用电阻焊的方式进行连接。如附图5所示，凸缘130、132具有位于其内侧相对的表面218、220上的隆起结构36，当电流流过凸缘130、132之间的隆起结构36时，它们被焊接在一起。此后，隆起结构36在凸缘130、132相接触的部位熔化，延伸并完全环绕凸缘130、132之间的界面222形成密封连接。
附图6显示了根据本发明第一、第二实施例中完全组装后的光电设备101、201。如图所示，凸缘130、230、132、232连接在一起，并在上述凸缘之间的界面122、222形成密封连接。
在描述过的实施例101、201中，界面122、222横向于光轴106、206延伸。然而，有可能在另一方向上对界面进行定向，例如平行于光轴的方向，例如与筒体的同心表面相匹配。然而在大多数情况下，如果从第一和第二分总成相毗邻或较近毗邻的平面沿光轴的径向向外延伸是较为方便的，使得在考虑到光轴的情况下，X轴和Y轴方向上的对准比较便利。
如果有必要的话，应当使用具有更高热固性的环氧粘结剂形成环氧连接，而不是通过在界面上给予的光照数量来获得，从而使环氧粘结剂可以获得辅助的热固性，使环氧粘结提高密度。
尽管本发明已描述采用焊料层或电阻焊形成密封封接，但是应当认识到：任何能够形成密封封接的适当技术都可以采用，例如，可以是在第一、第二分总成之间使用硬焊或锯齿焊形成连接处。
永久性的非密封连接或非密封连接位于密封连接处的内部也并不是必需的。非密封连接处也可以设置在密封连接处的外部，例如位于界面的周边部分。这样就允许将界面的这一部分从包含密封连接处的部分切除，当希望密封连接处的区域或尺寸尽可能小的时候，这种做法是有用的。这样也允许将界面上构成非密封连接部分的材料去除，使得光电设备在这一区域的尺寸尽可能的小。
应当了解，尽管光轴被描述为沿着垂直于界面的方向以及第一分总成的长轴方向延伸，当各分总成对准时，光轴仅由各分总成之间的光辐射通道进行限定，因此，在由所附的权利要求所限定的本发明范围内的其它设备中，光轴可以沿着任何其它方向的第一和第二分总成之间的光辐射通道进行延伸。如果光来自于或发送至一个以上的光电器件时，可能会有一条以上的光轴。
因此，本发明提供了一种构成光电设备的便捷方法，在该方法中将第一和第二分总成组装在一起，然后光学对准，并在沿着各分总成的连接面内形成密封连接。
应当认识到：在不脱离如所附的权利要求所限定的本发明的范围内，各种替换、改变和或添加，都可能纳入上文中各部分所给出的结构和组合。
Claims (11)
1、一种光电设备(101，201)，包括第一分总成(102，202)和第二分总成(103，203)，所述的第一分总成(102，202)包括至少一个光学元件以及第二分总成(103，203)包括至少一个光电器件(108，208)，所述的光电器件沿着光轴(6)与所述的至少一个光学元件光学对准，所述的第一、第二分总成(102，202；103，203)沿着界面(122，222)连接在一起，所述的界面(122，222)完全围绕所述的光轴(6)延伸，以形成所述的光电器件(108，208)的壳体，所述的各分总成通过跨越所述的界面(122，222)的至少两个连接处相连接，所述的界面(122，222)包括至少一个非密封连接处(116，216)和与所述的非密封连接处相分离的密封连接处(34，36)，所述的密封连接处完全围绕所述的光轴(6)延伸，以密封封接在所述的壳体内的所述的光电器件(108，208)。
2、如权利要求1所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的非密封连接处(116，216)位于所述的密封连接处(34，36)提供的所述的密封封接之内。
3、如权利要求2所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的非密封连接处(116，216)完全围绕所述的光轴(6)延伸。
4、如前述任一权利要求之一所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的非密封连接处(116，216)通过一种粘合剂形成。
5、如前述任一权利要求之一所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的界面(122，222)是由位于所述的第一分总成(102，202)上的第一表面(118，218)和所述的第二分总成(103，203)上的第二表面(120，220)构成的。
6、如权利要求5所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的第一、第二表面(118，218；120，220)横向于所述的光轴(6)延伸。
7、如权利要求1-5之一所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的第一、第二表面平行于所述的光轴(6)延伸。
8、如权利要求6所述的光电设备(101，201)，其特征在于：所述的第一、第二表面(118，218；120，220)形成于平行的凸缘(30，130；32，132)之上。
9、一种由第一分总成(102，202)和第二分总成(103，203)构成光电器件(108，208)的方法，所述的第一分总成(102，202)包括至少一个光学元件以及第二分总成(103，203)包括至少一个光电器件(108，208)，该方法包括以下步骤：
i)将所述的第一、第二分总成(102，202；103，203)结合起来，形成所述的各分总成之间的界面(122，222)；
ii)沿着光轴(6)光学对准所述的光电器件(108，208)和所述的光学元件；
iii)在所述的界面(122，222)之间的一个或更多的连接处(116，216)，将所述的各分总成(102，202；103，203)连接在一起，以固定所述的光电器件(108，208)和所述的光学元件的光学对准，所述的连接处(116，216)没有形成密封连接完全围绕所述的光轴延伸的密封封接；以及
iv)在步骤iii)后，沿着密封连接处(34，36)将所述的各分总成连接在一起，所述的密封连接处完全围绕所述的光轴(6)延伸，以密封封接壳体内所述的光电器件(108，208)，由此所述的壳体由第一、第二分总成(102，202；103，203)构成。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的密封连接处环绕所述的非密封连接处(116，216)形成，使得所述的非密封连接处位于所述的密封封接之内。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述的非密封连接处(116，216)完全围绕所述的光轴(6)延伸，将光电器件(108，208)与形成所述的密封封接的工艺相分离。
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