多端口光电器件封装方法及基于该方法的多端口光电器件与流程

本发明属于无源光网络领域，特别涉及光电器件的封装方法。

背景技术：

基于波分复用技术的无源光网络是一种具有大容量、网络安全性高和便于升级的光接入网技术。无源光网络又称被动式光纤网络，为光纤通信网络的一种，其特点是不用电源就可以完成信号处理。无源光网络系统是一种纯介质的网络。具有设备体积小、组网灵活多样、设备简单、安装简单、扩容较简单、维护费用低的特点。

无源光网络pon(passiveopticalnetwork：无源光纤网络)主要包括位于局端的光线路终端olt(opticallineterminal)、终端光网络单元onu(opticalnetworkunit)、以及光配线网odn(opticaldistributionnetwork)三部分。pon“无源”是指odn全部由光分路器(splitter)等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源。由于这种接入技术使得接入网的olt与onu之间只需光纤、光分路器等光无源器件，不需租用机房和配备电源，因此被称为无源光网络。在pon的架构中，一个olt下可以有多个pon的单元。每一个单元均可形成一个独立的pon网。“无源”是指该系统在服务提供商和客户之间不需要电源和有源的电子组件。它仅由光纤、分路器、接头和连接器组成。光通信的核心技术在于光电器件技术，许多系统技术的实现是建立在器件技术进步的基础之上的。

光电器件是pon技术的核心部件。其作用是通过光电转换按协议实现上下行的信息传输。无论是在olt还是onu光节点。光电器件的性能及成本对整个无源光网络系统的性能及成本产生重大影响。无源光网络的发展也对光电器件提出新的要求。

在无源光网络的架构中，为节省光纤资源，光电器件都采用单纤双向的结构，即将发射元器件与接收元器件封装在同一器件中。通常被称为单纤双向器件。在pon的早期规模应用中，如以太网无源光网络epon(ethernetpassiveopticalnetwork，epon)或gpon(gigabit-capablepon，gpon)等，光线路终端olt及onu侧的光电器件基本都是收发合一的单纤双向器件。在一些应用中，光网络单元onu侧也集成了有线电视catv(cabletelevision,catv)接收单元，构成一发二收的结构，即所谓的单纤三向器件。尽管业内曾经开发过几类集成技术，但是在实际规模应用中的单纤双向或单纤三向光电器件都是利用传统的同轴激光焊接工艺，采用分立元件。有源元件采用to(transistoroutline)罐气密密封技术以保证长期可靠性。

图3所示的一个典型10gepon光线路终端olt单纤双向三端口光电器件主要由发射端1—1577nmeml(electricalabsorptionmodulationlaser,eml)to、发射端2—1490nmdfb(distributedfeedbacklaser)to、光插针接口、接收端1310nmapd(avalanchephotodiode)to和三端口器件金属本体等五个主要部分组成。采用了两个波长1577nm及1490nm的发射，接收波长为1310nm。

图4所示的另外一种10gepon光线路终端olt单纤双向四端口光电器件主要由发射端1—1577nmemlto、发射端2—1490nmdfbto、接收端1—1310nmapdto、光插针接口、接收端2—1270nmapdto和四端口器件金属本体及其内部的透镜，玻片等部分组成。它采用了四个波长，1577nm/1490nm/1310nm/1270nm。

这两种多端口光电器件都采用了传统的to结构。每个端口的激光发射芯片或接收芯片都是独立密封在to中以保证可靠性。实际光电模块的设计表明，像这样传统的to型封装四端口光电器件结构，用在xfp(10gigabitsmallformfactorpluggable,xfp)的模块中能够预留出来给pcba的空间都比较紧张，更不用说用在更小型封装的sfp+(smallformfactorpluggable,sfp)模块中。

光接入带宽需求的急增推动pon技术的发展。10g的以太无源光网络10gepon，ngpon(nextgenerationpon,ngpon)等在近年逐步普及应用，实现了早期pon网络的带宽升级。这些应用对上述双向光电器件不同要求，特别是在光线路终端olt端新增加了发射或接收的端口，光线路终端olt侧的光电器件也变成单纤双向三端口、四端口甚至更高端口的器件。如在10gepon应用的光线路终端olt侧，光电器件是两个发射一个接收的单纤双向三端口器件。在gpon向ngpon升级时，pon架构需考虑重用现有资源及前后向兼容等问题而采用所谓的混合无源光网络combopon方案。在combopon的光线路终端olt侧需要两个发射两个接收的单纤双向四端口器件。

另一方面，运营商/设备商为降低维护成本也在努力提升设备密度，特别是光线路终端olt局端设备。设备密度的提升要求光电模块的尺寸更小型。如10gepon光线路终端olt等目前大量使用的xfp的模块封装形式将转为更小型的sfp+封装。设备的小型化意味着少占机房面积、少消耗能源，能有效地降低网络的运行成本。

无源光网络pon设备更高密度以及网络升级更多端口数的要求对光线路终端olt所用光电器件的尺寸提出了严峻的挑战。实际设计表明，现有的传统to结构封装的单纤双向三端口或四端口器件几乎已经不能满足sfp+模块的尺寸要求，需要更小尺寸的平台技术。为实现光电器件的小型化集成化，一系列集成技术如硅光平台siob(silicononbench，siob)，光电混合集成的平面光回路plc(planarlightcircuit,plc)，小型化to内置单纤光器件，以及彻底集成的单片集成等开发出来。这些集成技术的发展为光线路终端光电器件的小型化提供了多样选择，但从工艺复杂性及成本的角度并不一定适合于批量应用。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题，提出了一种多端口光电器件封装方法，通过在无源光网络pon的局端光线路终端olt侧的多通道光电器件取消单个通道独立气密封装，采用整个一体的盒型气密封装方法，使得封装效率更高、元件尺寸更小，成本更低。

本发明采用的技术方案是：一种多端口光电器件封装方法，该多端口光电器件至少包括：金属气密盒、激光器芯片以及接收芯片；所述激光器芯片与接收芯片采用平面化结构耦合封装于金属气密盒中，所述金属气密盒一侧设有与外部连接的接口；所述激光芯片与接收芯片各自的管脚分别与该接口电连接；所述金属气密盒采用平行缝焊工艺密封。

基于该封装方法的三端口光电器件，包括：采用平行缝焊工艺密封的金属气密盒；以及沿同一光路依次分布第一激光器芯片、-45°透反射滤波片、+45°透反射滤波片；还包括：-45°透反射滤波片正上方设置的第二激光器芯片，以及+45°透反射滤波片正下方设置的接收芯片；

所述第一激光器芯片、-45°透反射滤波片、+45°透反射滤波片、第二激光器芯片以及接收芯片，采用平面化结构耦合封装于金属气密盒中，所述金属气密盒一侧设有与外部连接的接口；所述第一激光器芯片、第二激光器芯片以及接收芯片各自的管脚分别与该接口电连接。

更进一步地，所述第一激光器芯片采用1577nmeml芯片。

更进一步地，所述第二激光器芯片采用1490nmdfb芯片。

更进一步地，所述接收芯片采用1310nmapd芯片。

基于该封装方法的四端口光电器件，包括：采用平行缝焊工艺密封的金属气密盒；以及沿同一光路依次分布第一激光器芯片、第一-45°透反射滤波片、+45°透反射滤波片、第二-45°透反射滤波片；还包括：第一-45°透反射滤波片正上方设置的第二激光器芯片、+45°透反射滤波片正下方设置的第一接收芯片、以及第二-45°透反射滤波片正上方设置的第二接收芯片；

所述第一激光器芯片、第一-45°透反射滤波片、+45°透反射滤波片、第二-45°透反射滤波片、第二激光器芯片、第一接收芯片以及第二接收芯片，采用平面化结构耦合封装于金属气密盒中，所述金属气密盒一侧设有与外部连接的接口；所述第一激光器芯片、第二激光器芯片、第一接收芯片以及第二接收芯片各自的管脚分别与该接口电连接。

更进一步地，所述第一激光器芯片采用1577nmeml芯片或1577nmdml芯片。

更进一步地，所述第二激光器芯片采用1490nmdfb芯片。

更进一步地，所述第一接收芯片与第二接收芯片采用1310nmapd芯片。

本发明的有益效果：本发明的多端口光电器件封装方法，各个通道都不用传统的to结构密封而直接用激光二极管芯片或接收芯片，平面化结构耦合封装在一个金属气密盒子后，利用成熟的平行封焊技术将整个金属气密盒密封；可以大大缩小整个多端口光电器件的尺寸，满足小型化要求，同时本申请采用的气密封装保证了器件的可靠性；并且本申请采用了整个一体的盒型气密封装，封装效率更高、元件尺寸更小，成本更低、功能更为强大，更利于集成。

附图说明

图1为本申请实施例提供的三端口小型化结构的光路原理示意图；

其中，1为1577nmeml芯片；2为-45°透反射滤波片；3为1490nmdfb芯片；4为+45°透反射滤波片；5为光接口光插针；6为1310nmapd芯片；7为金属气密盒。

图2为本申请实施例提供的四端口小型化结构的光路原理示意图；

其中，1为1577nmeml/dml芯片；2为透反射滤波片；3为1490nmdfb芯片；4为+45°透反射玻片b；5为反射玻片；6为接收端apd芯片；7为第二光接口光插针；8为接收端apd芯片；9为金属气密盒。

图3是一个典型的10gepon光线路终端olt单纤双向三端口光电器件原理示意图；

其中，1为1577nmemlto；2为1490nmdfbto；3为光插针接口；4为接收端1310nmapdto；5为三端口器件金属本体。

图4是一个典型的10gepon光线路终端olt单纤双向四端口光电器件原理示意图；

其中，1为1577nmemlto；2为1490nmdfbto；3为1310nmapdto；4为光插针接口；5为1270nmapdto；6为四端口器件金属本体。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

本申请的技术方案为：一种多端口光电器件封装方法，该多端口光电器件至少包括：金属气密盒、激光器芯片以及接收芯片；所述激光器芯片与接收芯片采用平面化结构耦合封装于金属气密盒中，所述金属气密盒采用平行缝焊工艺密封。为了便于本领域技术人员理解本申请的技术内容，以下结合附图对本申请的内容做进一步的阐述。

如图1所示，为本实施例提供的三端口小型化结构的光路原理示意图，该三端口小型化结构，包括：采用平行缝焊工艺密封的金属气密盒；以及沿同一光路依次分布1577nmeml芯片1、-45°透反射滤波片2、+45°透反射滤波片4连通光插针接口5；还包括：-45°透反射滤波片2正上方设置的1490nmdfb芯片3，以及+45°透反射滤波片正下方设置的1310nmapd芯片6；

所述1577nmeml芯片1、-45°透反射滤波片2、+45°透反射滤波片4、1490nmdfb芯片3以及1310nmapd芯片6，采用平面化结构耦合封装于金属气密盒7中，金属气密盒7一侧设有与外部连接的接口(见图1左侧齿状排列的部分)；所述1577nmeml芯片1、1490nmdfb芯片3以及1310nmapd芯片6各自的管脚分别与该接口电连接，通过这样的设计将激光芯片与接收芯片与光模块电路板连接的接口进行统一布线，通过统一的接口与外部光模块电路板连接，进一步降低了光电器件的尺寸。

如图2所示，为本实施提供的四端口小型化结构的光路原理示意图，还四端口结构，包括：采用平行缝焊工艺密封的金属气密盒；以及沿同一光路依次分布1577nmeml/dml芯片1、第一-45°透反射滤波片2、+45°透反射滤波片4、第二-45°透反射滤波片5连通光插针接口7；还包括：第一-45°透反射滤波片正上方设置的1490nmdfb芯片3、+45°透反射滤波片正下方设置的第一接收apd芯片6、以及第二-45°透反射滤波片正上方设置的第二接收apd芯片8；

所述第一-45°透反射滤波片2、第一-45°透反射滤波片4、+45°透反射滤波片4、第二-45°透反射滤波片5、1490nmdfb芯片3、第一接收apd芯片6以及第二接收apd芯片8，采用平面化结构耦合封装于金属气密盒9中，金属气密盒9一侧设有与外部连接的接口(见图2左侧齿状排列的部分)；所述1577nmeml/dml芯片1、1490nmdfb芯片3、第一接收apd芯片6以及第二接收apd芯片8各自的管脚与该接口电连接。

本申请中所述的沿同一光路依次分布的-45°透反射滤波片，指透反射滤波片在集成平面上与该条光路呈-45°或135°角设置，本申请中取-45°进行表示；同理沿同一光路依次分布的+45°透反射滤波片，指透反射滤波片在集成平面上与该条光路呈45°或-135°设置，本申请中取45°进行表示。

根据本申请的封装方法，可以实现图1与图2所示的三端口与四端口的光电器件的小型化，同时本申请的封装方法还可以扩展至更高端口光电器件，并能实现封装效率高、元件尺寸更小，成本更低的效果。

如图3和图4所示的to型结构，每一个端口与光模块的电连接都采用独立的、每个元件的管脚直接与光模块电路板连接；如图1和图2所示的采用本申请的封装方法实现的一体型平面封装结构三端口与四端口光电器件与光模块，则采用设置于金属气密盒一侧的接口，通过将接收芯片与激光芯片各自的管脚分别与该接口电连接，实现了统一的接口与外部光模块电路板连接，降低了光电器件的整体布局尺寸，同时也有效减小了应用本申请光电器件的光模块的尺寸，进而可以提高光线路终端olt局端设备的密度，降低运营商/设备商的运营成本。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。