一种光电器件与光纤的低温封装方法技术

本发明专利技术提供了一种光电器件与光纤的低温封装方法，其包括：根据待连接的光纤的尺寸，准备金属套管，使金属套管的内径不小于光纤的外径，或在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁或凹槽结构的对准固定结构；选择低温软钎料，并将低温软钎料填入到所需焊接的部位，进行预热；通过局部加热的方式加热金属套管或对准固定结构，使低温软钎料在金属套管或对准固定结构内表面熔化，并通过辅助补缩和致密化处理，促使钎料熔化填充焊缝，完成光电器件与光纤的连接。本发明专利技术的技术方案借助新的封装结构，主要通过钎料的局部熔化和高温度梯度下液态钎料的快速对流，在完成连接的同时避免光纤及内部光电传感器件的热损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种光电器件与光纤的低温封装方法
本专利技术属于光电子器件和封装
，尤其涉及一种光电器件与光纤的低温封装方法。
技术介绍
光电子器件中，光纤与信号处理系统之间的可靠连接是保证光信号传输质量和稳定性的关键。常用的光电器件一般需要将光纤密闭封装在壳体上，以保证光电子器件正常工作，避免外部环境如水汽、悬浮颗粒、气氛变化等光电信号造成影响。传统的密闭封装主要通过Sn-Bi、Au-Sn、SAC等共晶钎料的钎焊或纳米颗粒烧结完成，一般需要对整个腔体进行整体加热（>160℃），才能获得较好的互连强度和密闭性。然而，现有光纤和光电芯片如红外传感器、CMOS图像传感器、光信号处理器等往往无法长期承受150℃以上的高温，易由于热应力发生变形，导致光学信号出现偏差。特别在后续集成封装过程中，如套管与光电器件的焊接、光电器件的组装和贴装等，所得接头也会由于整体加热而发生重熔或溢流，导致光纤与套管连接失效或丧失密闭性。因此，必须开发新的低温封装工艺，解决光纤在光电器件制造过程中的封装难题。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种光电器件与光纤的低温封装方法，通过设计新的封装结构，并结合加热工艺的改进，实现在低温条件下光纤与光电器件壳体的连接，并能减小焊接热的影响，避免多次封装过程中内部器件的热损伤和焊缝重熔、溢流等可靠性问题。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种光电器件与光纤的低温封装方法，其包括：步骤S1，根据待连接的光纤的尺寸，准备金属套管，使金属套管的内径不小于光纤的外径，或在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁或凹槽结构的对准固定结构；其中，所述光纤可以为光纤尾纤或光纤束。在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁的对准固定结构时，对准固定结构满足使光纤穿过光电器件的壳体时，光纤与光电器件的壳体之间的间隙逐渐增大或减小；步骤S2，选择低温软钎料，并将低温软钎料填入到光纤与光电器件的壳体之间的待焊接部位，进行预热；步骤S3，通过局部加热的方式加热金属套管或对准固定结构，使低温软钎料在金属套管或对准固定结构内表面熔化，并通过辅助补缩和致密化处理，促使钎料熔化填充焊缝，完成光电器件与光纤的连接。进一步的，局部加热金属套管、对准固定结构的凸起部位。作为本专利技术的进一步改进，所述金属套管、对准固定结构的材料为紫铜、黄铜、可伐合金、铝合金、陶瓷或玻璃等电子金属或非金属材料。采用此技术方案，通过使用高导热材料作为壳体，能够有效缩短钎料的熔化、凝固过程，避免过量热输入引起的局部过热作为本专利技术的进一步改进，所述光纤、金属套管、对准固定结构的表面设有Ti/Ni/Au、Ti/Pt/Au、Cr/Ni/Cu等表面金属化层。采用此技术方案，设置表面金属化层，则能够有效改善钎料润湿速度和质量，保证焊缝的性能和完整性。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述低温软钎料为Sn-Bi、Sn-In、Sn-Ag-Cu或Bi-In钎料合金的钎料环、焊丝或钎料膏。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述低温软钎料的填入方式为预置钎料环、钎料膏点胶、激光喷球或在局部加热的同时送入焊丝，加热温度为50-120℃。作为本专利技术的进一步改进，根据连接顺序使用熔点不同的软钎料填入到待焊接部位，加热温度呈从高到低的梯度设置。其中，根据连接顺序使用熔点不同的软钎料的熔点从高到低设置。采用此技术方案，可以实现自动化填充钎料，并进一步降低焊接温度，减少对前道焊接部位和热敏感器件的热损伤；而预热则可以保证液相钎料流动至低温区域时充分填充、润湿和进行界面反应。步骤S3中，加热区域仅为金属套管与光纤连接中的金属套管和金属套管与对准固定结构连接中的对准固定结构。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述局部加热为感应加热、电阻加热或激光加热等局部加热技术；采用感应加热或电阻加热时，所述感应电流、电阻加热的电流发生在金属套管或对准固定结构中；采用激光加热时，所述激光加热的激光束射向低温软钎料；加热过程中，所述金属套管、对准固定结构中的局部峰值温度为130-200℃，加热过程中光电器件、光纤、金属套管和未焊区域的温度不高于120℃。采用此技术方案，金属管套及对准固定结构内表面的温度较高，足以熔化局部钎料，但同时待焊基体和未焊区域温度低于钎料熔点（120-138℃）及传统回流加热温度（150-180℃），因此焊缝内存在较高的温度梯度（~104-5℃/m），液态钎料内存在强对流，可借助导流槽，流动、润湿、填充低温区域，从而在完成互连的同时有效避免前道工序中焊缝内钎料的重熔或溢流。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述辅助补缩和致密化处理为在焊接的同时施加超声振动或在增加的导流槽中进行二次补锡。其中借助点胶、送丝技术进行二次补锡。采用此技术方案，可以加速助焊剂及杂质的排出，并加速加热区域内表面产生的液态钎料的对流流动，使其填充至低温未焊区域，快速凝固，形成高强度密封接头，能够取得较好的焊缝组织和表面形貌。作为本专利技术的进一步改进，所述金属套管、对准固定结构的顶部设有至少两重斜面坡口或导流槽；所述金属套管、对准固定结构的底部为阻挡限流结构。进一步的，所述斜面坡口的坡口宽度为0.1-1mm，所述金属套管或对准固定结构与光纤之间的间隙的宽度为0.1-1mm，间隙的深度为0.1-10mm。采用此技术方案，可以通过斜面或导流槽促进液态钎料在焊缝区域的填充，特别在密闭封装，是保证5mm以上深度大尺寸焊缝的密闭性和完整性的必要条件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术的技术方案借助新的封装结构，主要通过钎料的局部熔化和高温度梯度下液态钎料的快速对流，从而完成了钎料在焊缝中的填充和界面反应。而且在光器件与光纤的连接过程中，仅对金属管壳或对准固定结构的一侧进行加热，并利用温度梯度和辅助补缩及致密化等处理，促使热端产生的液态钎料快速流动、填充低温未焊区域，因而能够有效降低对光纤及前导焊接工艺（光纤-管壳接头）所得焊缝的热影响，实现原位集成和多重封装，在完成连接的同时避免光纤及内部光电传感器件的热损伤。第二，采用本专利技术技术方案，设备及工艺的兼容性强、生产效率高，可以进行自动化的结构对准、钎料填充和快速焊接，并可根据封装结构设计、选择多种熔点“从高到低”的钎料和对准固定结构，在保证气密性的同时实现多器件的多次原位（异位）连接和封装，能够实现大规模光电器件的一步化集成和工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的光纤与光电器件壳体直接封装的结构示意图。图2为本专利技术实施例2得到的光纤经金属套筒与光电器件壳体插接封装的结构示意图。图3为本专利技术实施例3得到的光纤束和金属套筒与光电器件壳体平面封装的结构示意图。1-光纤，2-光电器件壳体，3-凹槽结构，4-SnBi合金焊膏，5-可伐合金壳体，6-金属套管，7-阶梯凹槽，8-Sn-Bi焊丝，9-Sn-In钎料环，10-光纤束，11-铝合金管套，12-陶瓷壳体，13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电器件与光纤的低温封装方法，其特征在于，其包括：/n步骤S1，根据待连接的光纤的尺寸，准备金属套管，使金属套管的内径不小于光纤的外径，或在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁或凹槽结构的对准固定结构；其中，所述光纤为光纤尾纤或光纤束；/n在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁的对准固定结构时，所述对准固定结构满足使光纤穿过光电器件的壳体时，光纤与光电器件的壳体之间的间隙逐渐增大或减小；/n步骤S2，选择低温软钎料，并将低温软钎料填入到所需焊接的部位，进行预热；/n步骤S3，通过局部加热的方式加热金属套管或对准固定结构，使低温软钎料在金属套管或对准固定结构内表面熔化，并通过辅助补缩和致密化处理，促使钎料熔化填充焊缝，完成光电器件与光纤的连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电器件与光纤的低温封装方法，其特征在于，其包括：
步骤S1，根据待连接的光纤的尺寸，准备金属套管，使金属套管的内径不小于光纤的外径，或在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁或凹槽结构的对准固定结构；其中，所述光纤为光纤尾纤或光纤束；
在光电器件的壳体上待焊接的部位制作带有薄壁的对准固定结构时，所述对准固定结构满足使光纤穿过光电器件的壳体时，光纤与光电器件的壳体之间的间隙逐渐增大或减小；
步骤S2，选择低温软钎料，并将低温软钎料填入到所需焊接的部位，进行预热；
步骤S3，通过局部加热的方式加热金属套管或对准固定结构，使低温软钎料在金属套管或对准固定结构内表面熔化，并通过辅助补缩和致密化处理，促使钎料熔化填充焊缝，完成光电器件与光纤的连接。


2.根据权利要求1所述的光电器件与光纤的低温封装方法，其特征在于：所述光纤、金属套管、对准固定结构的表面设有Ti/Ni/Au、Ti/Pt/Au、Cr/Ni/Cu表面金属化层。


3.根据权利要求2所述的光电器件与光纤的低温封装方法，其特征在于：所述金属套管、对准固定结构的材料为紫铜、黄铜、可伐合金、铝合金、陶瓷或玻璃。


4.根据权利要求3所述的光电器件与光纤的低温封装方法，其特征在于：步骤S2中，所述低温软钎料为Sn-Bi、Sn-In、Sn-Ag-Cu或Bi-In钎料合金的钎料环、焊丝或钎料膏。


5.根据权利要求4所述的光电器件与光纤的低温封装方法，其特征在于：步骤S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝温泊，韩喆浩，李明雨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44