浅谈一下有源光器件封装材料

现在世界已经进入全光纤时代，光纤的出现，使得全世界走进地球村这一设想成为可能。同样，高清视频、AR/VR、IOT和无人驾驶等应用的出现，对网络容量和传输稳定性要求越来越高，光纤通信犹如社会的血脉，使得人类在信息时代的汪洋大海中乘风破浪。为了满足光通讯系统不断发展的需求，有源光通信器件的发展涉及到许许多多的技术，包括40G/100G高速传输器件与模块技术、下一代光纤接入技术、光载射频ROF（Radio Over Fiber）器件与模块技术、光集成技术、高速互连光电器件与模块等，因此，光通讯系统有源光器件各元器件封装工艺以及封装材料的选择面临着严峻挑战。

一、有源光器件介绍

1、有源光器件介绍

有源光器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏，可以对光信号做主动操作，包括光信号的发射、探测、放大接收、调制以及波长变化等。

2、有源光器件分类

光通讯系统中，常用的有源光器件，按照应用分类，可以分为以下几类：激光器光源、调制器、探测器、放大器、广汽激光器OFL。按照功能分类，可以分为以下几类：光发送器件、光接收器件、光发送模块、光接收模块和光收发一体模块。

（1）光发送器件：一般是在一个管壳内部集成了激光二极管、背光检测管、热敏电阻、 TEC制冷器以及光学准直机构等元部件，实现电 /光转换的功能，最少情况可以只包含一个激光二极管。

（2）光发送模块：一般是在光发送器件的基础上增加了一些外围电路，如激光器驱动电路、自动功率控制电路等，比起光发送器件来说其集成度更高、使用更方便。

（3）光接收器件：一般是在一个管壳内部集成了光电探测器（ APD 管或 PIN管）、前置放大器以及热敏电阻等元部件，实现光 /电转换的功能，最少情况可以只包含一个光电探测器管芯。

（4）光接收模块：一般是在光接收器件的基础上增加了放大电路、数据时钟恢复电路等外围电路， 同样使用起来更加方便。

（5）光收发一体模块：一般是把光发送模块和光接收模块进一步集成到同一个器件内部，它的集成度更高，使用更加方便，目前广泛用于数据通信和光传输等领域。

二、有源光器件封装形式

有源光器件的种类繁多且封装形式多种多样，目前，对于光发送和光接收器件的封装， 业界还没有统一的标准，各个厂家使用的封装形式、 管壳外形尺寸等相差较大，但大体上可以分为同轴型和蝶形封装两种。而对于光收发一体模块，其封装形式较为规范，主要有 1×9和2×9大封装、 2×5和2×10小封装（ SFF）以及支持热插拔的 SFP和GBIC 等封装。

1、 光发送器件的封装结构

光发送器件的封装主要分为两种类型：同轴型封装（ coaxial type package）和蝶形封装 （ butterfly type package）。同轴型封装一般不带制冷器， 而蝶形封装根据需要可以带制冷器也可以不带制冷器。

2、光接收器件的封装结构

与光发送器件一样，光接收器件的封装类型也主要是同轴型和蝶形两种。

3、光收发一体模块的封装结构

光收发一体模块就是将光发送和光接收两部分集成在同一个封装内部构成的一种新型光电子器件。光收发一体模块封装有着比较规范的标准，目前主要有以下一些形式：1×9 footprint、2×9 footprint 、GBIC（Gigabit Interface Converter）Transceiver、SFF（Small Form Factor）以及 SFP（Small Form Factor Pluggable）。其中 1X9 和2X9两种封装为大封装， 2X5和2X10 SFF两种为小封装。

三、有源光器件TO封装和光路耦合技术

1、TO封装

光器件采用TO封装的一般称之为同轴器件，在有源光器件中，同轴器件主要包括同轴型光发送器件和同轴型光接受器件。同轴型光发送器件主要由 TO-CAN 、耦合部分、接口部分等组成，其中 TO-CAN 是主要核心部件，TO-CAN封装主要是将激光器管芯和背光检测管连接在热沉上，通过键合的方法与外部实现互联，并且TO-CAN 一定要密闭封装。同轴型光接收器件主要由 TO-CAN 、耦合部分、 接口部分等组成。其中TO-CAN 是主要核心部件， 里面集成了探测器（ PIN或者 APD）和前置放大器，通过键合的方法与外部实现互联， 并且一定要密闭封装。然后将它和金属外壳、透镜、尾纤等组件连接固定在一起。目前，同轴器件因为易于制造和成本优势，基本霸占了主流的光器件市场应用。TO封装也从尺寸上也有很大的进步。常规的TO封装器件规格主要包括：TO56、TO46、TO52、TO38、TO85和TO65等。

2、光路耦合

光模块中，激光器是核心器件，光模块外，光纤则是核心，光纤的纤芯直径很小，单模光纤只有几个um，多模几十um，光路耦合就是将激光器发出的光信号耦合到光纤纤芯中。光路耦合途径主要有直接耦合和透镜耦合两种方式，其中透镜耦合又分为单透镜耦合和多透镜耦合。利用透镜耦合可以获得比直接耦合更高的耦合效率。而采用双透镜耦合，其主要优势就是可以分散公差，使得光路上的元件可以有更大的位移空间。

（1） 直接耦合

直接耦合可以使用劈形（ cleaved）光纤或者锥形（tapered）光纤来实现。劈形光纤由裸纤直接劈开获得，光纤端面为平面，价格较便宜，但由于端面为平面所以反射较大，并且与激光器耦合时插入损耗也较大。锥形光纤是在光纤的末梢结合了一个透镜，主要可以通过熔化并将光纤末端拉制成锥形使纤芯和包层均被锥形化。或者通过打磨，使得光纤端面形成透镜的同时保持纤芯的直径不发生变化。对于直接耦合，光纤末端一般安装在靠近激光器的地方。因此，光纤必须延伸进封装内部，此时，如果器件要求密闭封装，还要对光纤进行金属化以便与管壳进行密封处理。

（2）透镜耦合

透镜耦合可以是单透镜也可以是多透镜。当使用单透镜时，激光器到光纤端面的距离由透镜前后两面的半径决定。在使用多透镜的情况下，光束通过第一个透镜变成平行光，然后通过第二个透镜聚焦。在需要对反射进行严格控制的时候可以将隔离器放置在光束平行后的任何一个位置（即两个透镜间的任何位置）。此外，透镜耦合可以将其中一个透镜安装在管壳上，这样光纤就不必伸入管壳内部，也就不必对光纤进行金属化。

四、有源光器件封装材料

有源光器件封装场景主要包括：TO封装、光路耦合、光纤阵列、透镜装配、芯片贴装等 。

【注意】除特别说明，上述参数均为参考值而非最高规格，如果您对此存在疑问，请第一时间联系小李子。

1、TO封装

同轴型封装光发送器件和光接收器件主要由TO-CAN 、耦合部分和接口部分等组成，其中 TO-CAN 是主要核心部件。在光发送器件中，激光器管芯和背光检测管需要通过粘合剂粘接在热沉上，再通过键合的方法与外部实现互联，并且TO-CAN 需要密闭封装。在光接收器件中，里面集成了探测器（ PIN或者 APD）和前置放大器，通过键合的方法与外部实现互联， 也需要密闭封装，然后它和金属外壳、透镜、尾纤等组件也需要通过粘合剂粘接固定在一起。同时，TO封装粘合剂要求低收缩、低应力、高TG、耐冷热冲击和高低温循环等。

针对TO封装要求，蕞达公司主要推出一款EP3410单组份环氧UV胶，特别对LED波长365nm点光源设计的高性能双重固化胶，在365nm光照条件下实现更快的定位和更好的固化深度，低收缩率，低CTE，高TG,更好的耐湿热性能和阻隔水汽的特点，广泛应用于光器件和其他电子元件的制造。

2、光路耦合

激光器发出的光信号要进入光纤以及从光纤传来的光信号要进入光探测器都得经过一定的光通路，光通路的结构是将光纤直接延伸到管壳内部进行耦合，此时就需要对光纤进行金属化，然后通过焊锡与外壳上的金属套管密封起来，最后光纤尾部需要通过粘合剂来固定，以增强其机械性能。同时，光路耦合封装材料要求透光率高、低应力、阻隔水汽、长期信赖性等。

针对光路耦合封装要求，蕞达公司主要推出一款AC3601紫外线照射固化粘合剂，无色透明，对基材粘结力强，固化收缩率低，低吸湿性，耐高温耐水煮和长期信赖性， 适用于光路耦合封装。

3、光纤阵列

光纤阵列简称 FA，是利用V形槽把一条光纤或一条光纤带安装在阵列基片上，光纤阵列是放置于该V形槽中除去光纤涂层的裸露光纤部分，通过加压盖板加压并且需要粘合剂进行密封与定位，在前端部位该光纤精确定位，端面经过研磨抛光，最后和PLC芯片进行耦合对接。同时，光纤阵列封装材料要求流动性佳，耐湿防水和长期稳定性等。

针对光纤阵列封装要求，蕞达公司主要推出二款环氧树脂粘合剂EP2727和UEP1353AB。其中EP2727是一种环氧型光固化胶粘剂，流动性佳，有利于填充小间隙，高透光率，低收缩率，低光衰，低吸湿性，可通过85%/85℃和PCT高温高湿测试。其中UEP1353AB环氧胶，双组份胶，低释气，极低收缩率，粘结力强，优异的耐高温性能，主要应用光纤阵列V槽头或其它光学元件封装。

4、透镜装配

透镜耦合可以是单透镜也可以是多透镜。当使用单透镜时，激光器到光纤端面的距离由透镜前后两面的半径决定。在使用多透镜的情况下，光束通过第一个透镜变成平行光，然后通过第二个透镜聚焦，在需要对反射进行严格控制的时候可以将隔离器放置在光束平行后的任何一个位置（即两个透镜间的任何位置）。此外，透镜耦合可以将其中一个透镜通过粘合剂粘接安装在管壳上，这样光纤就不必伸入管壳内部，也就不必对光纤进行金属化。在透镜装配固定前，其端面需要研磨成一定楔角，以减少反射光对通信系统造成的影响，透镜与玻璃套管间的空隙需要精准测试尺寸公差，然后进行胶水填充，保证能够有效填充，同时避免胶水在固化过程中产生应力导致器件在温度变化下发生开裂现象。同时要求透镜装配材料粘结力强大，低收缩低应力，耐高低温循环以及不会随着温度变化发生形变和位移等。

针对透镜装配要求，蕞达公司主要推出EP3408、EP2162和AC3601三款透镜装配粘合剂。其中EP3408是一款UV加热双重固化的环氧树脂粘合剂，低固化收缩率，低吸湿性，隔离水氧，耐冷热冲击和长期信赖性等，适用于光学元器件密封与定位。EP2162是一种单组份低温快速固化环氧树脂粘合剂，尤其适用于低温固化制程，可以有效解决光学透镜、元器件与基材的有限耐热性的矛盾，主要适用于热敏元器件和光学透镜组装等。AC3601是一款紫外线照射固化胶，对大多基材粘结力强，固化收缩率低，低吸湿性，隔离水氧，耐高低温循环和长期可靠性等。

5、芯片贴装

在电路设计上，光收发一体模块主要采用专用集成电路构成，也有直接在 PCB板上绑定芯片的形式（ chip on board），COB的生产过程是将集成电路芯片用含银的环氧树脂胶直接粘接在电路板上，并经过引线键合（ wire bonding），再加上适当抗垂流性的环氧树脂或硅烷树脂粘合剂将 COB区域密封，这样可以省掉集成电路的封装成本，但使用这种封装的模块生产工艺复杂，并且对相应的封装粘合剂要求很高。

针对芯片贴装，蕞达公司主要推出二款COB封装粘合剂EP5841H和EP2161,其中EP5841是一款银填充导电粘合剂，工作寿命长，可以高速点胶，对Ag、PPF和 Au有优异的附着力，耐85RH/85℃，适用于≤ 3 x 3mm芯片尺寸封装。其中，EP2161是一款单组份环氧树脂包封材料，粘度非常稳定，即使应用传统的时间/压力点胶设备，也可以准确控制胶点大小，固化后的材料可以通过1000小时高温/高湿/测试，以及高达125℃的热循环测试，有较高可靠性。

功率器件、继电器、光器件、同轴器件？TO封装及TO老化座的特点

什么是半导体功率器件、继电器、光器件、同轴器件？采用TO封装的特点以及TO系列老化测试座的选择！

同轴器件、半导体功率器件、继电器和光器件是现代电子领域中常见的一些器件类型。根据鸿怡电子负责半导体相关器件老化测试座的工程师介绍：它们在电路设计和电子设备中起着重要的作用。在本文中，我们将对这四种器件进行详细的介绍和解释。

半导体集成电路IC

首先我们需要先了解一下半导体功率器件、继电器和光器件、同轴器件是什么？

1、半导体功率器件是一种能够在电路中控制和传输功率的器件。它主要由半导体材料制成，具有高效率和高耐压特性。半导体功率器件包括晶体管、场效应管和双极型晶体管等。它们被广泛应用于各种功率放大和控制电路中。

半导体功率器件

2、继电器是一种电气开关装置，能够在电路中实现信号的转换和控制。继电器通常由电磁继电器和固态继电器两种类型。电磁继电器利用线圈对机械触点进行控制，而固态继电器利用半导体器件实现电路的开关。继电器广泛应用于电力系统、自动化控制和通讯设备等领域。

半导体继电器

3、光器件是利用光学原理来处理光信号的器件。它包括光电二极管、光电导、光电晶体管等。光器件主要用于光通信、光传感和光记录等应用。光器件的特点是响应快速、传输速率高，并且可以实现高密度的信息传输。

半导体光器件

4、同轴器件是一种用于传输电信号的电缆系统。同轴器件由内导体、绝缘层、外导体和外层护套组成。它通常用于电视信号传输、计算机网络和通讯系统等领域。同轴器件具有抗干扰能力强、传输速率高和传输距离远等优点。

为什么这几种半导体器件都采用TO系列封装呢？以上几种器件在设计过程中以及出厂前均会进行老化测试，那么TO系列老化测试座该如何选择呢？

鸿怡电子TO老化插座工程师介绍：功率器件、继电器和光器件等在半导体集成电路IC扮演着重要的角色。TO封装作为一种常见的封装方式，其具有独特的特点和优势。同时，TO封装系列老化测试座一直以来也备受关注。

TO247老化测试座

TO24老化座图纸

如：TO247-3L下压老化座

封装尺寸：TO247封装/TO-3P封装，间距5.44mm，尺寸41.1*15.6mm

测试支持：测试环境温度-45~155℃；相对湿度RH 85%，测试时长1000小时

产品特色：适用于自动化上下料，批量老化板快速取放芯片，自动化老化测试车间，批量推进至老化炉老化舱内，进行智能老化测试。

产品用途：HAST/HTOL等老化测试、可靠性测试，自动化设备匹配使用，手工测试亦可。

TO252老化测试座

首先，我们来了解一下功率器件、继电器和光器件等采用TO封装的特点。TO封装是一种常见的器件封装方式，其外形呈现出正四棱柱状，具有一定的焊盘和引脚。TO封装具有以下特点：

1. 良好的散热性能：TO封装器件通常由金属外壳和内部封装结构组成，能够有效地吸收和散发器件产生的热量，从而确保器件的正常工作温度范围。

2. 高密度封装：TO封装器件的引脚和焊盘布局紧凑，可实现器件的高密度封装，有利于节省电路板空间，提高整体系统的集成度。

3. 良好的机械强度：TO封装采用金属外壳，具有较高的机械强度，能够有效保护器件内部结构免受外界环境的影响和损坏。

TO263老化测试夹具

接下来，我们来了解TO封装系列老化测试座的优势。TO封装系列老化测试座是用于对TO封装器件进行老化测试的一种设备，其具有以下优势：

1. 稳定可靠：TO封装系列老化测试座采用优质材料制造，具有稳定可靠的性能，可以长时间连续工作，确保测试结果的准确性和可靠性。

2. 高效节能：TO封装系列老化测试座采用先进的控制技术和能量管理系统，能够实现对器件的高效测试，并且在尽可能节省能源的同时，确保测试的可靠性。

3. 多功能性：TO封装系列老化测试座具有多种测试模式和功能，可以满足不同类型TO封装器件的老化测试需求，提供全面的测试数据和分析结果。

4. 可定制化：TO封装系列老化测试座可以根据用户的特定需求进行定制，包括测试参数、测试时间、测试环境等，满足用户对测试设备的个性化需求。

TO247老化测试插座

最后，鸿怡电子TO老化测试座工程师总结：TO封装具有良好的散热性能、高密度封装和机械强度等特点，适用于功率器件、继电器和光器件等。而TO封装系列老化测试座则具有稳定可靠、高效节能、多功能性和可定制化等优势。通过使用TO封装系列老化测试座，能够全面了解TO封装器件的老化性能和可靠性，在工程设计和产品选型中起到重要的指导作用。

TO46老化测试座

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