低变形高可靠性光发射组件的制作方法

1.本发明涉及一种低变形高可靠性光发射组件。


背景技术：

2.随着光通信技术的发展，对光发射组件的可靠性要求越来越高。因此要求光发射组件在高低温以及受到外力影响时，光功率的变化尽可能小。这样就要求光路上各种元件保持稳定，变形尽可能小。
3.但是，由于空间的限制，光发射组件的外壳的尺寸是很难增长的，其壁厚也很难加厚。如何在不改动光发射组件外壳的情况，减小光路上零件的变形就成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.由于光发射组件的外尺寸受到msa协议的影响很难改变，而外壳的壁厚牵涉到散热以及内部空间的要求也很难加厚，传统的加固各个零件以减小变形的方法很难实施。而本发明采用了中空基板，基板不接触变形最大的外壳中心，减小了外壳变形对光路的影响。
5.具体的技术方案如下：
6.一种低变形高可靠性光发射组件，包括光发射组件，光发射组件的元器件均封装在外壳内部，内部的元器件均设置在基板上，基板与光发射组件的外壳连接；其特征在于：基板平铺在外壳内腔的底面上，元器件均设置在基板的正面上，基板的背面开设凹槽，凹槽覆盖外壳的形变区，基板背面上凹槽周围的基板边沿与外壳接触并固定。
7.本发明技术方案，密封的光发射组件外壳受到高低温以及焊接工艺的影响，内部空气膨胀或收缩形成了内外压差，导致外壳变形。由密封的光发射组件外壳变形图，可知外壳的中心变形最严重，四周的变形很小。由此想到，如果光路上的零件不接触中心，只接触边沿，就可以避免受到外壳变形的影响。因此本发明提出了中空的基板，基板只接触外壳的边沿，从而大大减小了外壳变形的影响，大大提高了可靠性。
8.对本发明技术方案的进一步优选，凹槽深度为基板厚度的10％-30％，有效地保证了基板与外壳不接触，使得外壳的变形对基板不产生影响。凹槽的深度太浅可能会在接触到变形的外壳，太深影响自身的刚度。
9.对本发明技术方案的进一步优选，基板为矩形，基板边沿的壁厚小于基板总宽度的15％。经过形变实验验证，密封的光发射组件外壳受到高低温的影响，内部空气膨胀或收缩形成了内外压差，导致外壳变形。由密封的光发射组件外壳变形图，可知外壳的中心变形最严重，四周的变形很小；因此，基板边沿的壁厚小于基板总宽度的15％，非常接近外壳边沿，有效地的避免外壳形变对内部元器件的影响。
10.对本发明技术方案的进一步优选，基板背面的基板边沿呈“u”字形或矩形。
11.对本发明技术方案的进一步优选，透镜、激光器组件和隔离器设置在第一基板的正面上，波分复用器和位移器设置在第二基板的正面上，第一基板与第二基板的厚度不同，第一基板与第二基板呈“一”字型平铺在外壳内腔的底面上，第一基板与第二基板之间设置
间隔，第一基板与第二基板的背面均开设u字形凹槽。第一基板和第二基板的分段式基板设置，主要是因外壳内部元器件的发热量不同，对基板的散热要求不同，基板的厚度要求不同；其次，因光发射组件的外尺寸受到msa协议的影响很难改变，内部空间的要求，使得基板厚度的选择非常重要，基板厚度越低其内部安装元器件的空间相对大些，因此，采用分段式基板结构，可尽可能的增大内部安装元器件的空间。
12.对本发明技术方案的进一步优选，基板的制作材料采用可伐合金、钨铜合金或钼铜合金。基板的制作材料选择目的是，变形小，导热好，机加工比较方便；进一步，可伐、钨铜、钼铜具有低膨胀系数和稳定耐腐蚀等特性，同时易于机加工，比传统的陶瓷更适合作为本发明基板的材料。
13.对本发明技术方案的进一步优选，基板的边沿设置倒角或圆角。由于外壳内部通常有倒角和圆角，基板边沿有倒角或圆角，可使基板尽可能地靠近外壳的边缘。
14.本发明技术方案提及的光发射组件为本技术领域内的已知技术，本领域技术人员已知。
15.本发明与现有技术相比的有益效果是：
16.本发明，基板上凹槽的设置，基板不接触变形最大的外壳中心，基板只接触外壳的边沿，减小了外壳变形对光路的影响。
附图说明
17.图1是光发射组件的剖视图(基板的凹槽)。
18.图2是光发射组件形变的示意图。
19.图3是光发射组件的内部结构示意图。
20.图4是第一基板的立体图。
21.图5是第一基板的主视图。
22.图6是第二基板的立体图。
23.图7是第二基板的主视图。
24.图8是实施例3的基板仰视图(图中反应出tec基板和mux基板二为一成一体结构的背面挖槽)。
25.图9是实施例3的光发射组件的剖视图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-9及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.实施例1
28.本实施例的光发射组件的元器件均封装在外壳内部，内部的元器件均设置在基板上，基板与光发射组件的外壳连接；基板平铺在外壳内腔的底面上，元器件均设置在基板的正面上，基板背面上开设凹槽5，凹槽5覆盖外壳的形变区，基板背面上凹槽周围的基板边沿6与外壳接触并固定。
29.如图2所示，密封的光发射组件外壳受到低温的影响，内部空气收缩形成了内外压
差，导致外壳变形。仔细观察变形图，发现外壳的中心变形最严重，四周的变形很小。由此想到，如果光路上的零件不接触中心，只接触边沿，就可以避免受到外壳变形的影响。
30.进一步，由于光发射组件的外尺寸受到msa协议的影响很难改变，而外壳的壁厚牵涉到散热以及内部空间的要求也很难加厚，传统的加固各个零件以减小变形的方法很难奏效。
31.因此本实施例提出了中空的基板，在基板的背面开设凹槽5，凹槽5覆盖外壳的形变区，使得基板只接触外壳的边沿，从而大大减小了外壳变形的影响，大大提高了可靠性。
32.如图1所示，可以看出中空的基板都支撑在光发射组件外壳的边沿，中心的位置是空的，没有接触，大大减小外壳变形的影响。
33.进一步，在本领域技术人员的常规认知下，为了减小外壳变形对内部元器件的影响，通常想到的加固外壳，这种方法受到msa协议的限制，很难实施。另外还有一种方法是在外壳正中心放置小的基板，这样变形对称，光路只有平移没有旋转角度，也可以减小光功率的变化。但是外壳中心与零件中心不重合，偏心放置不利于结构的稳定。而且小基板面积过小支撑结构薄弱，在震动冲击中容易脱落。
34.本实施例的技术方案，凹槽深度为基板厚度的10％-30％，有效地保证了基板与外壳不接触，使得外壳的变形对基板不产生影响。
35.本实施例的技术方案，基板为矩形，基板背面的基板边沿呈矩形，基板边沿的壁厚l1小于基板总宽度l的15％，有效地的避免外壳形变对内部元器件的影响。
36.本实施例中提及的基板边沿的壁厚l1，是表示基板背面的四周与外壳内部底面接触的部分；基板总宽度l，表示是基板装在光发射组件上，基于光发射组件的宽度方向上的尺寸。如图5和7所示。
37.本实施例的技术方案，基板的制作材料采用可伐合金、钨铜合金或钼铜合金。
38.本实施例的技术方案，基板的边沿设置倒角或圆角，以便基板可以尽可能地靠近外壳的边缘。
39.实施例2
40.本实施例在实施例1的基础上，光发射组件内部的元器件设置在两个基板上，分别为第一基板7与第二基板8。第一基板和第二基板的分段式基板设置，主要是因外壳内部元器件的发热量不同，对基板的散热要求不同，基板的厚度要求不同；其次，因光发射组件的外尺寸受到msa协议的影响很难改变，内部空间的要求，使得基板厚度的选择非常重要，基板厚度越低其内部安装元器件的空间相对大些，因此，采用分段式基板结构，可尽可能的增大内部安装元器件的空间。
41.如图3所示，本实施例的光发射组件内部的元器件包括透镜、激光器组件1、隔离器2、波分复用器3和位移器4。透镜、激光器组件1和隔离器2设置在第一基板7的正面上，波分复用器3和位移器4设置在第二基板8的正面上，第一基板7与第二基板8的厚度不同，第一基板7与第二基板8呈“一”字型平铺在外壳内腔的底面上，第一基板与第二基板之间设置间隔，第一基板与第二基板的背面均开设u字形凹槽9，如图1所示。
42.如图4、5、6和7所示，第一基板7的背面开设u字形凹槽9，以及第二基板8的背面开设u字形凹槽9，u字形凹槽9覆盖外壳的形变区，使得基板只接触外壳的边沿，从而大大减小了外壳变形的影响，大大提高了可靠性。
43.如图1所示，本实施例的技术方案，请参考剖面视图，可以看出中空的基板(基板背面均开设凹槽，形成背面中空的基板)都支撑在光发射组件外壳的边沿，中心的位置是空的，没有接触。大大减小外壳变形的影响。
44.本实施例的技术方案，基板更换为挖槽铜基板，以下有益效果是挖槽铜基板测试数据，如下表1，表1为在不同温度下使用两种基板的光发射组件的光功率。
45.表1
46.更换项目常温25℃低温-40℃普通陶瓷基板9.01dbm0.51dbm挖槽铜基板8.45dbm7.68dbm
47.普通陶瓷基板的变化达8-10db以上，光功率经常小于0dbm；而低变形挖槽铜基板通常变化小于1db，符合高可靠性的要求。
48.实施例3
49.如图8所示，本实施例在实施例1的基础上，基板由tec基板10，即热电制冷器基板和mux基板11，即波分复用器基板，合二为一构成。tec基板与mux基板为一体结构。本实施例一体结构的tec基板10和mux基板11，稳定性更好。
50.本实施例，在tec基板10和mux基板11的背面挖槽，即开设凹槽5，凹槽5覆盖外壳的形变区，使得基板只接触外壳的边沿，从而大大减小了外壳变形的影响，大大提高了可靠性。
51.如图8和9所示，在tec基板10上安装透镜、激光器组件1和隔离器2，mux基板11上安装mux波分复用器和位移器4。
52.以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。