CN114325967A - 一种光器件密封结构及密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光器件封装技术领域，尤其涉及一种光器件密封结构及密封方法，所述光器件密封结构包括：光器件底座、镀金金属尾管、光纤、玻璃焊接层、玻璃套管、第一胶层、第二胶层；所述光纤的裸纤段一端穿过镀金金属尾管进入内腔。玻璃焊接层设置在裸纤段和镀金金属尾管之间；玻璃套管设置在光纤和镀金金属尾管之间；所述第一胶层设置在玻璃套管和镀金金属尾管之间；所述第二胶层设置在光纤和玻璃套管之间；通过在镀金金属尾管与光纤之间增加一个玻璃套管，可将填充在光纤和镀金金属尾管之间的环氧树脂胶水分离成为第一胶层、第二胶层，其中玻璃套管的膨胀系数较低，可以有效的降低环氧树脂对光纤的影响，提高结构稳定性，提高产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及光器件封装技术领域，尤其涉及一种光器件密封结构及密封方法。
背景技术
在光通信领域中，半导体光器件与光纤之间的密封，可采用玻璃焊以及胶水直接进行连接密封；具体加工方式是先通过玻璃焊料连接半导体光器件的尾管和光纤的裸纤，然后再通过胶水填充尾管和光纤之间的间隙。
但胶水的蹦胀系数大于光纤的蹦胀系数，若采用上述结构进行光纤的封装，会导致结构的可靠性差，且产品良率低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明实施例提供一种光器件密封结构及密封方法，以解决现有直接通过玻璃焊和胶水封装半导体光器件和光纤导致的结构可靠性差及产品良率低的技术问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种光器件密封结构，包括：
光器件底座，设置有内腔，以及与内腔连通的侧开口；
镀金金属尾管，设置在光器件底座一侧且通过侧开口与内腔连通；
光纤，包括裸纤段和涂覆段；所述裸纤段一端穿过镀金金属尾管进入内腔；
玻璃焊接层，设置在裸纤段和镀金金属尾管之间；
玻璃套管，设置在光纤和镀金金属尾管之间，一端抵靠在玻璃焊接层上；
第一胶层，设置在玻璃套管和镀金金属尾管之间；
第二胶层，设置在光纤和玻璃套管之间；
其中，所述裸纤段部分位于玻璃套管内；所述涂覆段部分位于玻璃套管内。
本发明的更进一步优选方案是：所述光器件密封结构还包括设置在玻璃套管另一端的用于连接玻璃套管端部和光纤的第三连接胶层。
本发明的更进一步优选方案是：所述镀金金属尾管包括尾管主体，设置在尾管主体外侧的镀金层，依次设置在尾管主体内的裸纤孔，玻璃焊料孔，以及玻璃套管孔；所述玻璃焊接层设置在玻璃焊料孔和裸纤段之间；所述玻璃套管孔、玻璃焊料孔、裸纤孔的孔径依次缩小；所述裸纤孔的孔径与裸纤段的孔径相适应；所述玻璃套管的外径的大小在玻璃焊料孔的孔径、玻璃套管孔的孔径之间。
本发明的更进一步优选方案是：所述镀金金属尾管还包括设置在玻璃焊料孔和裸纤孔之间的密封锥形孔，所述密封锥形孔的孔径从玻璃焊料孔到裸纤孔的方向逐渐缩小。
本发明的更进一步优选方案是：所述尾管主体采用可伐材料，所述密封锥形孔的深度为1.6±0.3mm；所述玻璃套管孔的深度为1±0.2mm。
本发明的更进一步优选方案是：所述玻璃套管一端凸出于镀金金属尾管设置；所述玻璃套管凸出于镀金金属尾管部分的长度在0.6mm～2mm之间。
本发明的更进一步优选方案是：所述光器件密封结构还包括套设在镀金金属尾管、玻璃套管、及部分光纤外侧的保护胶帽；所述保护胶帽的内壁贴合在镀金金属尾管、玻璃套管、光纤外侧。
本发明实施例还提供一种光器件密封方法，包括步骤：
将光纤的裸纤段穿过镀金金属尾管并进入光器件底座的内腔；
调整光器件底座位置，使镀金金属尾管的方向朝上；
在玻璃焊料孔、密封锥形孔和裸纤段之间添加低温玻璃焊料，加热使玻璃焊料熔化形成并玻璃焊接层，连接裸纤段和镀金金属尾管；
在镀金金属尾管内玻璃焊接层上方的位置填充环氧树脂胶水，并***玻璃套管使玻璃套管的一端抵靠在玻璃焊接层上；所述环氧树脂胶水在玻璃套管的隔离作用下形成第一胶层和第二胶层。
本发明的更进一步优选方案是：所述光器件密封方法还包括步骤：
在玻璃套管凸出于镀金金属尾管的一端点环氧树脂胶水，使环氧树脂胶水在玻璃套管端部和光纤之间形成第三胶层；
在镀金金属尾管、玻璃套管外侧套设保护胶帽。
本发明的更进一步优选方案是：所述玻璃焊料为熔点280±10度的低温玻璃；所述加热使玻璃焊料熔化步骤中：通过电磁感应来加热镀金金属尾管，使镀金金属尾管内的玻璃焊料熔化。
与现有技术相比，本发明提供的光器件密封结构及密封方法的有益效果至少是以下：
该光器件密封结构通过在镀金金属尾管与光纤之间增加一个玻璃套管，可将填充在光纤和镀金金属尾管之间的环氧树脂胶水分离成为第一胶层、第二胶层，其中玻璃套管的膨胀系数较低，可以有效的降低环氧树脂对光纤的影响，提高结构稳定性，提高产品良率。
附图说明
图1是本发明实施例的光器件密封结构的结构示意图；
图2是本发明实施例的光器件密封结构的***示意图；
图3是本发明实施例的光器件密封结构的剖视图；
图4是图3中A部分的放大示意图；
图5是本发明实施例的镀金金属尾管的剖视图；
图6是本发明实施例的光器件密封方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种光器件密封结构及密封方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的一种光器件密封结构，一并参见图1至图5，该光器件密封结构包括：光器件底座1、镀金金属尾管2、光纤3、玻璃焊接层4、玻璃套管5、第一胶层61、第二胶层62；其中，所述光器件底座1设置有内腔11，以及与内腔11连通的侧开口(图中未示出)；所述镀金金属尾管2设置在光器件底座1一侧且通过侧开口与内腔11连通；所述光纤3包括裸纤段31和涂覆段32，所述裸纤段31一端穿过镀金金属尾管2进入内腔11。所述玻璃焊接层4设置在裸纤段31和镀金金属尾管2之间；所述玻璃套管5设置在光纤3和镀金金属尾管2之间，一端抵靠在玻璃焊接层4上；所述第一胶层61设置在玻璃套管5和镀金金属尾管2之间；所述第二胶层62设置在光纤3和玻璃套管5之间；其中，所述裸纤段31部分位于玻璃套管5内；所述涂覆段32部分位于玻璃套管5内。
其中，裸纤段31包括纤芯(图中未示出)和包层(图中未示出)；所述涂覆段32包括纤芯、包层以及涂覆层(图中未示出)。
其中，请参照图4，所述裸纤段31、涂覆段32的分界部位处于玻璃套管5，可以通过玻璃套管5对光纤3的分界部位进行保护，提高密封结构的稳定性。
其中，所述第一胶层61、第二胶层62均是经环氧树脂胶水固化后形成。
通过在镀金金属尾管2与光纤3之间增加一个玻璃套管5，可将填充在光纤3和镀金金属尾管2之间的环氧树脂胶水分离成为第一胶层61、第二胶层62，其中玻璃套管5的膨胀系数较低，可以有效的降低环氧树脂对光纤3的影响，提高结构稳定性，提高产品良率。
本实施例中，所述侧开口设置有两个，所述镀金金属尾管2、光纤3、玻璃焊接层4、玻璃套管5、第一胶层61、第二胶层62均设置有两组，可应用于双芯泵浦源光器件的密封。
其中，请参照图1至图4，所述光器件密封结构还包括设置在玻璃套管5另一端的用于连接玻璃套管5端部和光纤1的第三连接胶层63。通过在玻璃套管5端部和光纤1之间增加第三连接胶,63，可以用于限制光纤1的位置，防止光纤1向侧面弯曲时与玻璃套管5内孔的侧壁发生磕碰导致的光纤1损坏，提高光纤1的侧拉性能。
其中，请参照图3至图5，所述镀金金属尾管2包括尾管主体21，设置在尾管主体21外侧的镀金层(图中未示出)，依次设置在尾管主体21内的裸纤孔22，玻璃焊料孔23，以及玻璃套管孔24；所述玻璃套管孔24、玻璃焊料孔23、裸纤孔22的孔径依次缩小；所述玻璃焊接层4设置在玻璃焊料孔23和裸纤段31之间；所述裸纤孔22的孔径与裸纤段31的孔径相适应；所述玻璃套管5的外径的大小在玻璃焊料孔23的孔径、玻璃套管孔24的孔径之间。所述裸纤段31依次穿过玻璃套管孔24、玻璃焊料孔23、裸纤孔22进入光器件底座1的内腔11。
其中，所述裸纤孔22用于定位光纤3的位置，可以使整根光纤3全部被限制在镀金金属尾管2中心区域(轴芯)，避免后续光纤3偏心导致的光纤干涉损伤及玻璃焊料挂壁问题。所述玻璃焊料孔23用于定位玻璃焊接层4的位置，且通过玻璃焊料孔23的深度确定玻璃焊接层4的厚度，保证焊接部位结构的稳定性；所述玻璃套管孔24可用于确定第一胶层61、第二胶层62的厚度，同时可用于安装玻璃套管5。通过在镀金金属尾管2内设置裸纤孔22、玻璃焊料孔23、玻璃套管孔24；可提高与镀金金属尾管2连接的各部件的生产效率或安装效率，可用于提高光器件密封结构的生产效率。
其中，请参照图3至图5，所述玻璃焊料孔23靠近裸纤孔22的一端设置有密封锥形孔231，所述密封锥形孔231的孔径从玻璃焊料孔23到裸纤孔22的方向逐渐缩小。其中，所述密封锥形孔231一端的孔径与玻璃焊料孔23的孔径相同，所述密封锥形孔231另一端的孔径与裸纤孔22的孔径相同。本实施例通过在玻璃焊料孔23一端设置密封锥形孔231，在玻璃焊料熔融形成玻璃焊接层4时，可加速玻璃焊料的填充速度，降低玻璃焊料挂壁的风险，保证玻璃焊接层4的密封以及连接效果。
其中，所述密封锥形孔231的内壁的倾斜角度在25度至75度之间。
其中，所述尾管主体21采用可伐材料；所述密封锥形孔231的深度为1.6±0.3mm；所述玻璃套管孔24的深度为1±0.2mm。其中，所述密封锥形孔231的深度是指密封锥形孔231接近裸纤孔22的一端到尾管主体21端部的距离；所述玻璃套管孔24的深度是指玻璃套管孔24靠近玻璃焊料孔23一端到尾管主体21端部的距离。
通过设置尾管主体21的材料为可伐材料，可配合电磁感应使尾管主体21发热从而熔化玻璃焊料，即可形成玻璃焊接层4，降低玻璃焊接层4的生产难度，提高生产效率。其中，通过高频电磁感应加热，对尾管主体21的内孔深度是有具体要求的，当内孔的深度过大时，会影响加热的效率，影响玻璃焊料的加热熔化；本实施例通过大量创造性试验得出的密封锥形孔231的深度范围1.6±0.3mm，可以保证加热的正常进行，可使玻璃焊接层4的正常形成，保证生产效率。其中，所述玻璃套管孔24是用于安装玻璃套管5的，通过限定玻璃套管孔24的深度在1±0.2mm，可以保证玻璃套管5安装的稳定性，同时也保证玻璃焊接层4的厚度，保证密封性能，即保证整个光器件密封结构的结构稳定性。
其中，请参照图1至图4，所述玻璃套管5一端凸出于镀金金属尾管2设置；所述玻璃套管2凸出于镀金金属尾管5部分的长度在0.6mm～2mm之间。为了保证玻璃焊接层4的正常形成，需要限定密封锥形孔231的深度，即也同时限定了玻璃套管孔24的深度。首先玻璃套管孔24的深度是小于密封锥形孔231的深度的，同时玻璃套管孔24的深度不能过大，因为会影响玻璃焊接层4的厚度。为了更好的保护光纤的裸纤段31、述涂覆段32分界处，可以增加玻璃套管2的长度，使玻璃套管2凸出于镀金金属尾管5设置，在不影响加热的前提下，可以更好的保护光纤3，提高结构的稳定性。
进一步的，如图1和图2所示，所述光器件密封结构还包括套设在镀金金属尾管2、玻璃套管5、及部分光纤3外侧的保护胶帽7；所述保护胶帽7的内壁贴合在镀金金属尾管2、玻璃套管5、光纤3外侧。通过增加保护胶帽7可额外增加一层防护，防止光器件密封结构与外界直接发生磕碰，提高结构稳定性。同时，所述保护胶帽7的内壁是贴合在镀金金属尾管2、玻璃套管5、光纤3外侧的，可以有效的防止外界杂质灰尘进入光器件密封结构，保证光器件密封结构的正常使用。
本发明实施例还提供一种光器件密封方法，如图1和图2所示，包括步骤：
S100，将光纤的裸纤段穿过镀金金属尾管并进入光器件底座的内腔；
S200，调整光器件底座位置，使镀金金属尾管的方向朝上；
S300，在玻璃焊料孔、密封锥形孔和裸纤段之间添加低温玻璃焊料，加热使玻璃焊料熔化形成并玻璃焊接层，连接裸纤段和镀金金属尾管；
S400，在镀金金属尾管内玻璃焊接层上方的位置填充环氧树脂胶水，并***玻璃套管使玻璃套管的一端抵靠在玻璃焊接层上；所述环氧树脂胶水在玻璃套管的隔离作用下形成第一胶层和第二胶层。
其中，在进行光器件的封装前，先将光纤***光器件底座中，可定位光纤和光器件底座封装时的相对位置；然后调整光器件底座的位置，使镀金金属尾管的方向朝上，即可在熔化低温玻璃焊料时，通过重力引导低温流动填充密封锥形孔，提高填充的效率，同时保证的填充效果，使形成的玻璃焊接层具有良好的密封性以及连接强度；在进行环氧树脂胶水填充后，加入玻璃套管将镀金金属尾管内的环氧树脂分离成第一胶层和第二胶层，即可有效的降低高膨胀系数的环氧树脂对光纤的影响，同时玻璃套管也可以对位于玻璃套管内的裸纤段和涂覆段光纤进行保护，提高封装结构的稳定性。
具体的，所述光器件密封方法还包括步骤：
S500，在玻璃套管凸出于镀金金属尾管的一端点环氧树脂胶水，使环氧树脂胶水在玻璃套管端部和光纤之间形成第三胶层；
S600，在镀金金属尾管、玻璃套管外侧套设保护胶帽。
通过在玻璃套管端部和光纤之间点环氧树脂胶水，使其形成第三连接胶层，可以用于限制光纤的位置，防止光纤向侧面弯曲时与玻璃套管内孔的侧壁发生磕碰导致的光纤损坏，提高光纤的侧拉性能。通过增加保护胶帽可额外增加一层防护，防止光器件密封结构与外界直接发生磕碰，提高结构稳定性。
进一步的，如图1至图3所示，所述玻璃焊料为熔点200±10度的低温玻璃；所述加热使玻璃焊料熔化步骤中：通过电磁感应来加热镀金金属尾管，使镀金金属尾管内的玻璃焊料熔化。本实施例中，所述玻璃焊料采用低温玻璃焊料，且熔点在280±10度左右，在保证玻璃焊料正常熔化形成玻璃焊料层的同时，不会损坏光纤的包层，保证光纤正常的使用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所述这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种光器件密封结构，其特征在于，包括：
光器件底座，设置有内腔，以及与内腔连通的侧开口；
镀金金属尾管，设置在光器件底座一侧且通过侧开口与内腔连通；
光纤，包括裸纤段和涂覆段；所述裸纤段一端穿过镀金金属尾管进入内腔；
玻璃焊接层，设置在裸纤段和镀金金属尾管之间；
玻璃套管，设置在光纤和镀金金属尾管之间，一端抵靠在玻璃焊接层上；
第一胶层，设置在玻璃套管和镀金金属尾管之间；
第二胶层，设置在光纤和玻璃套管之间；
其中，所述裸纤段部分位于玻璃套管内；所述涂覆段部分位于玻璃套管内。
2.根据权利要求1所述的光器件密封结构，其特征在于，所述光器件密封结构还包括设置在玻璃套管另一端的用于连接玻璃套管端部和光纤的第三连接胶层。
3.根据权利要求1或2所述的光器件密封结构，其特征在于，所述镀金金属尾管包括尾管主体，设置在尾管主体外侧的镀金层，依次设置在尾管主体内的裸纤孔，玻璃焊料孔，以及玻璃套管孔；所述玻璃套管孔、玻璃焊料孔、裸纤孔的孔径依次缩小；所述玻璃焊接层设置在玻璃焊料孔和裸纤段之间；所述裸纤孔的孔径与裸纤段的孔径相适应；所述玻璃套管的外径的大小在玻璃焊料孔的孔径、玻璃套管孔的孔径之间。
4.根据权利要求3所述的光器件密封结构，其特征在于，所述镀金金属尾管还包括设置在玻璃焊料孔和裸纤孔之间的密封锥形孔，所述密封锥形孔的孔径从玻璃焊料孔到裸纤孔的方向逐渐缩小。
5.根据权利要求4所述的光器件密封结构，其特征在于，所述尾管主体采用可伐材料，所述密封锥形孔的深度为1.6±0.3mm；所述玻璃套管孔的深度为1±0.2mm。
6.根据权利要求5所述的光器件密封结构，其特征在于，所述玻璃套管一端凸出于镀金金属尾管设置；所述玻璃套管凸出于镀金金属尾管部分的长度在0.6mm～2mm之间。
7.根据权利要求6项所述的光器件密封结构，其特征在于，所述光器件密封结构还包括套设在镀金金属尾管、玻璃套管、及部分光纤外侧的保护胶帽；所述保护胶帽的内壁贴合在镀金金属尾管、玻璃套管、光纤外侧。
8.一种光器件密封方法，其特征在于，包括步骤：
将光纤的裸纤段穿过镀金金属尾管并进入光器件底座的内腔；
调整光器件底座位置，使镀金金属尾管的方向朝上；
在玻璃焊料孔、密封锥形孔和裸纤段之间添加低温玻璃焊料，加热使玻璃焊料熔化形成并玻璃焊接层，连接裸纤段和镀金金属尾管；
在镀金金属尾管内玻璃焊接层上方的位置填充环氧树脂胶水，并***玻璃套管使玻璃套管的一端抵靠在玻璃焊接层上；所述环氧树脂胶水在玻璃套管的隔离作用下形成第一胶层和第二胶层。
9.根据权利要求8所述的光器件密封方法，其特征在于，所述光器件密封方法还包括步骤：
在玻璃套管凸出于镀金金属尾管的一端点环氧树脂胶水，使环氧树脂胶水在玻璃套管端部和光纤之间形成第三胶层；
在镀金金属尾管、玻璃套管外侧套设保护胶帽。
10.根据权利要求8或9所述的光器件密封方法，其特征在于，所述玻璃焊料为熔点280±10度的低温玻璃；所述加热使玻璃焊料熔化步骤中：通过电磁感应来加热镀金金属尾管，使镀金金属尾管内的玻璃焊料熔化。
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