Способ изготовления волоконно-оптического приемного или передающего модуля

 

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.

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 130^оС 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 150^оС 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.

Формула изобретения

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 130^oС 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

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---