CN110954771A - 一种光模块coc的老化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光模块COC的老化方法，通过对光模块加电使COC发光并有源耦合透镜，通过监控光纤输出光功率确认穿过透镜的光耦合进光纤；老化前在光模块写入预设测试程序，给光模块上电，检测器对准光纤的出光口测试老化前的性能参数；给光模块写入预设老化程序，将光模块装到老化板上放入老化环境中；将老化后光模块写入预设测试程序，用检测器对准光纤出光口测试老化后COC性能参数；对比老化前后相关性能参数变化，筛选早期失效COC。本发明将COC与供电光模块电连接，通过对光模块两端加电进行老化COC并对其相关性能参数进行测试，跟模块的老化进行合并，省掉COC夹具费用成本，提高测试效率和降低工时。

Description

一种光模块COC的老化方法

技术领域

本发明涉及光通信的技术领域，特别是涉及一种光模块COC的老化方法。

背景技术

随着5G通信的飞速发展以及数据中心的需求日益旺盛，市场对100G、400G等多路复用光模块的需求越来越大。光模块所使用的各种电子元器件COC(Chip On Carrier，基板上芯片或芯片上芯片)通常需要通过老化来筛选出早期失效的COC，从而保证应用在光模块上的COC的长期可靠性。TOSA(Transmitter Optical Subassembly,光发射次模块)常见的封装形式有两种：TO封装和BOX(壳体)封装。TO封装的缺点是目前可以做到的速率不高，所以对于一些高速率器件还是需要选择BOX封装。BOX封装，也称深腔封装，无论从传输速率还是散热等方面都要优于TO封装，但由于贴装是在一个空间很小的壳体内完成，其贴装难度和成本远大于TO封装。如何在封装前就将不良的COC筛选出来，就成为了COC生产厂家需要解决的重大问题。高温功率老化是行业内采用的比较多的筛选方法，高温功率老化是给元器件通电，模拟器件在实际电路中的工作条件，再加上+80～+150℃之间的高温进行几小时至几十小时的老化，使它们内部潜在的故障加速暴露出来，然后进行电气参数测量，筛选剔除那些失效或参数变化的元器件，尽可能把早期失效消灭在之前。

然而COC生产厂家传统的老化工艺一般是在COC老化测试夹具上对元器件进行老化，例如该元器件为激光器，光模块6所使用的激光器通常需要通过老化来筛选出早期失效的激光器，从而保证应用在光模块6上的激光器的长期可靠性。如图1-2所示，通常情况下是将激光器芯片3在带有预置金锡焊料2的COC基板1上制作成一个COC(芯片在基板上)，采用金丝键合工艺将激光器芯片3和COC基板1连接起来。然后将完成金丝键合的COC装到老化夹具4上并使用加电探针5给COC加电，然后将COC连同老化夹具4放入老化箱中进行老化。老化前后均需测试激光器芯片3的相关性能参数，比如激光器芯片3的Ith(阈值电流)、SMSR(边摸抑制比)、波长、光功率等一系列参数，然后通过比较老化前后的参数的变化量来筛选出早期失效的激光器芯片3。在现有的老化方法中存在以下问题：

1、通常为了获得良好的高频性能，COC的尺寸通常设计得非常小，COC加电的老化夹具的制作精度要求非常高，因而COC老化夹具得成本非常高，因此COC生产厂家向包含元器件的光模块生产厂家售出的经过老化检测的良品COC的价格比未经过老化检测的含不良品的COC高出50％，而一般未经过老化检测的含不良品的COC中的不良率仅为2％-5％；

2、传统老化工艺是在COC上对元器件(如激光器芯片)进行老化，COC本身的尺寸小，而元器件本身发热量又比较大，将COC装夹在老化夹具上，通常很难保证COC本身跟夹具接触良好，因而COC本身的实际温度变化就会非常大，这样会影响其测试精度；而元器件老化对温度的控制要求非常高，通常要求温度偏差不超过5度。要改善COC的散热，需要提高COC老化夹具的制作精度，同时为了保证COC跟夹具贴合良好，通常还需要在夹具上进行镀厚金处理，进一步加大了夹具的制作成本；

3、COC老化之前需要对COC进行金丝键合，由于COC的尺寸非常小，COC金丝键合的夹具设计精度要求也非常高，因而夹具的制作成本也非常高；例如如果在COC进行老化，需要配备昂贵的COC老化夹具；一个能装20个COC的老化夹具通常需要5000元，按照月产出10k的模块来计算，平均一天需要老化2000个COC，需要大约100个老化夹具，光夹具的费用就需要50万元，而且夹具一年的维护费用也需要至少20万元；

4、COC的金丝键合之前需要将COC装到已经金丝键合的夹具上，金丝键合完毕后又需要将COC从夹具上拆下来；同样，老化前后也需要将COC从老化夹具上拆下来和装下去；COC装夹需要耗费大量的人力、物力，同时由于COC本身的尺寸非常小，装夹的过程中极易损伤激光器，这也会带来额外的物料损耗成本；例如，传统的COC老化方式，COC打线和COC老化都是需要用镊子直接操作COC进行上下料，而COC本身尺寸非常小，通常操作会带来约5％的良率损失；按照约产出10k模块来计算，操作损失5％的COC就是2500个，按照每个COC50元来计算，月损失就是12.5万元；

5、COC老化前后的测试是采用多模光纤或者积分球来收集激光器发出的光进行测试，通常测试每一个COC时均需要执行一次激光器跟光纤的对准操作，测试效率相对较低，测试的准确性也很难保证。

发明内容

本发明提供了一种光模块COC的老化方法，解决了现有技术中COC老化的测试成本较高(老化夹具)、测试效率和精度较低以及测试过程中在老化夹具上对光模块的电子元器件表面损伤较大的技术问题。

本发明解决上述技术问题的方案如下：一种光模块COC的老化方法，包括以下步骤：

步骤一，将待老化发光产品的COC与光模块电连接；

步骤二，老化前在光模块中写入第一预设测试程序，通过对光模块加电、COC发光、耦合透镜，使穿过透镜的光耦合进光纤，通过监控光纤输出的光功率确认透镜耦合达到要求；

步骤三，用检测器对准光纤的出光口测试老化前的相关性能参数；

步骤四，给光模块写入预设老化程序，然后将光模块装到老化板上放入老化环境中，等到老化环境稳定后，然后升温上电进行老化；

步骤五，老化后给光模块写入第二预设测试程序，然后给光模块上电，用控制器对准光纤的出光口测试老化前COC的相关性能参数；

步骤六，对比老化前后的相关性能参数，通过比较老化前后相关性能参数的变化值，按照预设变化的合理范围筛选出早期失效的COC。

进一步，所述光纤为适配器。

进一步，所述检测器为光检测器。

进一步，所述预设变化的合理范围为0-20％，当COC老化前后的相关性能参数变化超过20％，所述COC可判定为早期失效。

进一步，所述COC中芯片为激光器芯片，所述相关性能参数包括阈值电流、边摸抑制比、波长及光功率。

进一步，所述激光器芯片的个数为多个，多个COC发出的光通过多路复用器照射到透镜上。

进一步，所述COC中芯片为光探测器芯片，所述相关性能参数包括暗电流及响度。

进一步，步骤一中还包括将所述光模块、COC、透镜均固定于金属壳体上，所述透镜在金属壳体上固定的方法是先用UV进行粘贴，然后进行烘烤干燥。

进一步，所述待老化发光产品的COC通过胶水、共晶方式固定安装于金属壳体上上，所述COC与光模块的电连接方式采用金丝键合工艺。

进一步，还包括以下步骤：将筛选出早期失效的COC的光模块重复步骤三-步骤六完成其他COC的老化测试；将早期失效的COC拆下来更换新的COC；将老化后的良品继续完成其它工序的组装和测试。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种光模块COC的老化方法，具有以下优点：

1、光模块中包含多个电子元器件，每个电子元器件对应一个COC，首先通过待老化发光产品的COC与光模块电连接，然后直接通过对光模块两端加电进行老化COC并对其相关性能参数进行测试，跟模块的老化进行了合并，相当于省掉了COC老化的工序，省掉了COC夹具的费用成本，大大提高了测试效率和精度。

2、传统的COC老化方式，COC打线和COC老化都是需要用镊子直接操作COC进行上下料，而COC本身尺寸非常小，通常操作会带来约5％的良率损失；本发明采用在模块端进行老化，操作产生的良率损失基本上可以忽略不计，完全避免了操作所带来的良率损失；解决了测试过程中在老化夹具上对光模块的电子元器件表面损伤较大的技术问题。

3、传统老化方式需要给COC打线，需要准备COC打线的夹具。COC本身尺寸比较小，装夹很不方便。采用本发明的方法COC打线在COC贴装到模块之后进行，跟模块内其它元器件的打线一起进行。这节省了一道工序，同时也不需要专用的COC打线夹具，节约了成本。

4、通过检测器来进行COC老化前后的测试，取代了现有的采用多模光纤或者积分球的检测方式，进一步提高了其测试效率及测试准确度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中光模块中COC的结构示意图；

图2为现有技术中光模块中COC安装于老化夹具中的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的电子元器件安装于光模块中的待测试结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、COC基板；2、金锡焊料；3、激光器芯片；4、老化夹具；5、加电探针；6、光模块；7、COC；8、金属壳体；9、多路复用器；10、透镜；11、适配器。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-3所示，本发明提供了一种光模块COC的老化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将待老化发光产品的COC7与光模块6电连接；

步骤二，老化前在光模块6中写入第一预设测试程序，通过对光模块6加电、COC7发光、耦合透镜10，使穿过透镜10的光耦合进光纤，通过监控光纤输出的光功率确认透镜10耦合达到要求；

步骤三，用检测器对准光纤的出光口测试老化前的相关性能参数；

步骤四，给光模块6写入预设老化程序，然后将光模块6装到老化板上放入老化环境中，等到老化环境稳定后，然后升温上电进行老化；

步骤五，老化后给光模块6写入第二预设测试程序，然后给光模块6上电，用控制器对准光纤的出光口测试老化前COC的相关性能参数；

步骤六，对比老化前后的相关性能参数，通过比较老化前后相关性能参数的变化值，按照预设变化的合理范围筛选出早期失效的COC7。

可以理解的是，待老化发光产品的COC7也可通过金属壳体8固定安装于带有光模块6；透镜10可固定于地面，也可以固定于金属壳体8上；光模块6上设有多个电子元器件，每个电子元器件对应一个COC7；老化前的第一预设测试程序、预设老化程序以及老化后的第二预设测试程序均为现有技术且容易实现，所以毋庸赘述。预设老化程序的目的是使得每个激光器芯片通过光模块6写入老化所需要的电流。按照测试需要，老化前后的第一及第二预设测试程序可以相同也可以不同。光纤也可被替换为适配器11。光模块6对于COC7来说主要是起到供电作用。

根据背景技术可知，高温功率老化是行业内采用的比较多的筛选方法，高温功率老化是给元器件通电，模拟器件在实际电路中的工作条件，再加上+80～+150℃之间的高温进行几小时至几十小时的老化，使它们内部潜在的故障加速暴露出来，然后进行电气参数测量，筛选剔除那些失效或参数变化的元器件，尽可能把早期失效消灭在之前。

上述实施例中提供了一种光模块COC的老化方法，具有以下优点：

1、首先将COC7与供电光模块6电连接，然后直接通过对光模块6两端加电进行老化COC7并对其相关性能参数进行测试，跟模块的老化进行了合并，相当于省掉了COC老化的工序，省掉了COC夹具的费用成本，大大提高了测试效率和精度。如果在COC7进行老化，需要配备昂贵的COC老化夹具。一个能装20个COC的老化夹具通常需要5000元，按照月产出10k的模块来计算，平均一天需要老化2000个COC，需要大约100个老化夹具，光夹具的费用就需要50万元，而且夹具一年的维护费用也需要至少20万元。本发明将COC7与供电光模块6电连接，通过对光模块6两端加电进行老化COC7并对其相关性能参数进行测试，跟模块的老化进行合并，省掉COC夹具费用成本，提高测试效率和降低工时。

2、传统的COC老化方式，COC打线和COC老化都是需要用镊子直接操作COC进行上下料，而COC本身尺寸非常小，通常操作会带来约5％的良率损失；本发明采用在模块端进行老化，操作产生的良率损失基本上可以忽略不计，完全避免了操作所带来的良率损失；解决了测试过程中在老化夹具上对光模块的电子元器件表面损伤较大的技术问题。按照约产出10k模块来计算，操作损失5％的COC就是2500个，按照每个COC50元来计算，月损失就是12.5万元。本发明采用在模块端进行老化，操作产生的良率损失基本上可以忽略不计，完全避免了操作所带来的良率损失。

3、传统老化方式需要给COC打线，需要准备COC打线的夹具。COC本身尺寸比较小，装夹很不方便。采用本发明的方法COC打线在COC贴装到模块之后进行，跟模块内其它元器件的打线一起进行。这节省了一道工序，同时也不需要专用的COC打线夹具，节约了成本。

4、通过检测器来进行COC7老化前后的测试，取代了现有的采用多模光纤或者积分球的检测方式，进一步提高了其测试效率及测试准确度。

优选的，所述光纤为适配器11。通过将光纤设计为适配器11，更加便于对各路光纤进行收集，使用起来更加方便。

优选的，所述检测器为光检测器。光检测器可采用PD控制的方式，PD检测器设计简单、成本较低且能完成上述测试功能。

优选的，所述预设变化的合理范围为0-20％，当COC7老化前后的相关性能参数变化超过20％，所述COC7可判定为早期失效。

优选的，所述COC7中芯片为激光器芯片，所述相关性能参数包括阈值电流、边摸抑制比、波长及光功率。

优选的，所述激光器芯片3的个数为多个，多个COC7发出的光通过多路复用器9照射到透镜上。采用多路复用器9，可使多路数据信息共享一路信道。当复用线路上的数据流连续时，这种共享方式可取得良好效果。显然，这样做比每台终端各用一根通信线路传送也更为经济。

优选的，除了可以是激光器之外，所述COC7中芯片也可以是光探测器芯片，所述相关性能参数包括暗电流及响度；当然所述COC7中芯片也可以其他任何发光元器件。

优选的，所述待老化发光产品的COC7通过胶水固定安装于光模块6上，所述COC7与光模块6的电连接方式采用金丝键合工艺。

传统的COC老化方式，由于COC的尺寸非常小，而COC本身又是发热源，COC跟老化夹具的接触直接影响老化的温度，一旦接触不好老化的实际温度就会有很大的偏差，这也会带来额外的良率损失。本发明采用直接在光模块6上进行老化的方式，由于COC7直接用胶水粘贴在光模块6的金属壳体8上，能很好地保证COC7跟金属壳体8的接触，从而很好地保障了COC7本身的温度控制，避免了因为接触不良带来的额外良率损失。

优选的，步骤一中还包括将所述光模块6、COC7、透镜10均固定于金属壳体8上，所述透镜10在金属壳体8上固定的方法是先用UV进行粘贴，然后进行烘烤干燥。

优选的，所述待老化发光产品的COC7通过胶水、共晶方式固定安装于金属壳体8上，所述COC7与光模块6的电连接方式采用金丝键合工艺。

优选的，还包括以下步骤：将筛选出早期失效的COC7的光模块6重复步骤三-步骤六完成其他COC7的老化测试；将早期失效的COC7拆下来更换新的COC7；将老化后的良品继续完成其它工序的组装和测试。

如图3所示的具体实施例中，主要包括以上四个方面：在光模块端进行老化的光引擎，需要已经装配好光模块6、激光器芯片3、多路复用器9、透镜10以及适配器11，能够正常加电。在老化前通过有源耦合的方式通过图中所示的透镜10将4个激光器芯片3发出的光耦合进适配器11，可保证老化的时候给光模块加电时每一个激光器芯片3耦合进适配器11的光功率至少有-40dBm。

将如图3所示的产品装到老化板上，每个激光器芯片3通过光模块6写入老化所需要的电流，然后将光模块6放置在老化箱中，将老化箱内的温度设置到老化所需要的温度，然后给模块加电进行老化。

将大面积PD检测器对准适配器11的出光口(也可接光纤)直接测试激光器的Ith(阈值电流)光功率。在老化前后老化后各测试一次，通过比较老化前后Ith(阈值电流)、光功率变化量筛选出早期不良的激光器芯片3。

老化筛选出早期失效的激光器芯片3采用直接更换对应通道的COC后重新老化的方法。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块COC的老化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将待老化发光产品的COC与光模块电连接；

步骤二，老化前在光模块中写入第一预设测试程序，通过对光模块加电、COC发光、耦合透镜，使穿过透镜的光耦合进光纤，通过监控光纤输出的光功率确认透镜耦合达到要求；

步骤三，用检测器对准光纤的出光口测试老化前的相关性能参数；

步骤四，给光模块写入预设老化程序，然后将光模块装到老化板上放入老化环境中，等到老化环境稳定后，然后升温上电进行老化；

步骤五，老化后给光模块写入第二预设测试程序，然后给光模块上电，用控制器对准光纤的出光口测试老化前COC的相关性能参数；

步骤六，对比老化前后的相关性能参数，通过比较老化前后相关性能参数的变化值，按照预设变化的合理范围筛选出早期失效的COC。

2.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述光纤为适配器。

3.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述检测器为光检测器。

4.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述预设变化的合理范围为0-20％，当COC老化前后的相关性能参数变化超过20％，所述COC可判定为早期失效。

5.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述COC中芯片为激光器芯片，所述相关性能参数包括阈值电流、边摸抑制比、波长及光功率。

6.根据权利要求5所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述激光器芯片的个数为多个，多个COC发出的光通过多路复用器照射到透镜上。

7.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述COC中芯片为光探测器芯片，所述相关性能参数包括暗电流及响度。

8.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，步骤一中还包括将所述光模块、COC、透镜均固定于金属壳体上，所述透镜在金属壳体上固定的方法是先用UV进行粘贴，然后进行烘烤干燥。

9.根据权利要求8所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，所述待老化发光产品的COC通过胶水、共晶方式固定安装于金属壳体上上，所述COC与光模块的电连接方式采用金丝键合工艺。

10.根据权利要求1所述一种光模块COC的老化方法，其特征在于，还包括以下步骤：将筛选出早期失效的COC的光模块重复步骤三-步骤六完成其他COC的老化测试；将早期失效的COC拆下来更换新的COC；将老化后的良品继续完成其它工序的组装和测试。

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