一种小型化高可靠性板载光电探测器结构及封装方法与流程

1.本发明涉及板载光电探测器领域，具体涉及小型化高可靠直调激光器封装结构及封装方法。


背景技术：

2.基于高速光电探测器，具有高响应度、高幅频响应平坦度、低射频反射损耗等显著优势，其将输入的光信号解调制并匹配，输出高频射频信号，实现光电转换，广泛应用在光纤通信、微波光子等领域。高速光电探测器的封装设计主要将探测器芯片、输入光纤、陶瓷基板、射频及供电引针等进行金属密闭封装。
3.现有光电探测器封装结构中，通常采用标准的射频连接器输出信号，为了保证其抗振性能，安装通过螺纹孔固定，供电通过侧面绝缘子进行输入。
4.这种传统封装形式，主要有以下几方面缺点：
5.(1)体积和重量大：
6.光电探测器通常采用标准尺寸，射频绝缘子直接输出，供电直接绝缘子输入的方式，且内部构造较为空旷，而现实中存在较多的使用场合需要进行尺寸压缩，其大尺寸造成了空间浪费。
7.(2)安装不便且可靠性不高：
8.普通光电探测器采用双圆头螺钉尾部按压固定，其整体重心较为偏离，抗振动性能相对较差。
9.(3)外部互联较占空间：
10.由于光电探测器为射频连接器输出，与其他模块之间一般以电缆或同轴连接器相连，使得装配距离较长，互联较占空间。


技术实现要素：

11.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种小型化高可靠性板载光电探测器结构及封装方法，采用集成的陶瓷基板，将射频信号采样、匹配、耦合进行集成，光纤输入通过高温焊接密封，射频以高频绝缘子针直接引出的方式输出，供电通过绝缘子针直接焊接供电。整体尺寸较普通光电探测器体积减小约2/3，构造更为简单，能够适应板载、腔体内直接装配等安装方式，使用范围更加广泛，运用场景更多。
12.本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：
13.一种小型化高可靠性板载光电探测器结构，包括：
14.封装壳体，头部开设有射频信号孔，尾部开设有光纤固定孔，所述光纤固定孔和射频信号孔正对，所述封装壳体的侧面开设有馈电针孔；
15.高频绝缘子针，头部穿过射频信号孔位于封装壳体内，所述高频绝缘子针外表面与射频信号孔内壁无缝密封；
16.馈电绝缘子针，头端穿过馈电针孔位于封装壳体内；所述馈电绝缘子针外表面与
馈电针孔内壁无缝密封；
17.陶瓷基板，设置在封装壳体内，与高频绝缘子针电连接；
18.采样电阻，设置在陶瓷基板上，与陶瓷基板电连接；
19.探测器芯片，设置在陶瓷基板上，与陶瓷基板电连接；
20.光纤，尾端穿过光纤固定孔位于探测器芯片正上方，光纤外表面与光纤固定孔无缝密封。
21.进一步地，所述高频绝缘子针包括：
22.射频导体，采用可伐合金制作；
23.射频绝缘层，外套在射频导体中部，采用7070玻璃；射频绝缘层内套在射频信号孔，外表面与射频信号孔无缝连接。
24.进一步地，所述馈电绝缘子针包括：
25.馈电导体，采用可伐合金制作；
26.馈电绝缘层，外套在馈电导体中部，采用bh-g/k玻璃；馈电绝缘层内套在馈电针孔内，外表面与射频信号孔无缝连接。
27.进一步地，还包括光纤支架；所述光纤支架设置在封装壳体内，将位于封装壳体内的光纤固定在封装壳体中。
28.进一步地，所述光纤支架成ω形，将光纤扣压在内，光纤支架的两个翼板分别与光纤上的镍管和陶瓷基板焊接。
29.进一步地，还包括：
30.尾管，沿其轴向方向设有穿孔，所述尾管设置在封装壳体外部，穿孔正对光纤固定孔；
31.尾套管，外套在尾管上，内腔与尾管的外表面粘结固定。
32.进一步地，所述尾管的外表面设有缺口槽，所述缺口槽与穿孔连通；所述穿孔内壁与光纤外表面之间通过缺口槽填充焊锡，焊锡将光纤固定孔内壁与光纤外表面之间的缝隙堵塞密封。
33.进一步地，所述封装壳体包括：
34.封装腔体，成开口盒状，头部开设有射频信号孔，尾部开设有光纤固定孔，所述光纤固定孔和射频信号孔正对，所述封装腔体的底部开设有馈电针孔；所述陶瓷基板、采样电阻、探测器芯片均位于封装腔体内；所述封装腔体表面设有镀镍镀金层；
35.盖板，设置在封装腔体的开口处，将封装腔体内部密封；所述盖板表面设有镀镍镀金层。
36.一种小型化高可靠性板载光电探测器的封装方法，包括以下步骤：
37.s1、一体化加工封装腔体以及尾管，并在加工封装腔体上开设射频信号孔、光纤固定孔、馈电针孔，在尾管上开设穿孔以及缺口槽；并将一体化加工的封装腔体以及尾管表面镀镍镀金处理；
38.s2、加工盖板，并将盖板表面镀镍镀金处理；
39.s3、将高频绝缘子针采用焊接烧结的方式固定在射频信号孔中；
40.s4、将陶瓷基板底部整体镀金，上表面的微带走线处镀金，将探测器芯片焊接烧结在陶瓷基板上，再将陶瓷基板采用焊接烧结的方式固定在封装腔体底部；
41.s5、将采样电阻焊接烧结在陶瓷基板上；
42.s6、将光纤夹持在光学耦合平台上，从光纤固定孔处穿入封装腔体内，直至光纤的出纤面位于探测器芯片的正上方；
43.s7、将光纤支架扣置在光纤的镍管处，利用激光点焊的方式，将光纤支架分别于镍管和封装腔体固定；
44.s8、向尾管的缺口槽内注入焊锡，使焊锡将光纤外表面与光纤固定孔之间的缝隙填满；
45.s9、将封装腔体内部抽真空后，使用盖板将封装腔体密封；
46.s10、将尾套管外套到尾管上，使用环氧胶水将尾套管与尾管粘接固定。
47.进一步地，高频绝缘子针与射频信号孔的焊接、陶瓷基板与封装腔体的焊接、电阻和探测器芯片与陶瓷基板的焊接均采用预制焊片焊接。
48.进一步地，焊接烧结的焊料为ausn，焊接烧结方式为真空共晶焊接。
49.由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
50.1、采用高频绝缘子针代替传统的射频接口，且高频绝缘子针通过预成型工艺设计保证与安装板更加可靠的装配效果。
51.2、内部射频部分封装采用集成方式做优化设计，保证可靠的射频信号的传输，同时各部件之间采用预制焊片焊接，保证了焊接界面极低的空洞率，降低了界面热阻，保证了封装结构内部优异的散热性能。
52.3、内部射频部分封装采用集成方式，减小体积，减少了元器件数，整体尺寸较普通光电探测器体积减小约2/3，构造更为简单，能够适应板载、腔体内直接装配等安装方式，使用范围更加广泛，运用场景更多。
53.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
54.本发明的附图说明如下：
55.图1为实施例中小型化高可靠直调激光器封装结构的俯视结构示意图。
56.图2为图1中a-a剖处结构示意图。
57.图3为图2中b处放大结构示意图。
58.图4为图1中c-c剖处结构示意图。
59.图5为实施例中盖板未示出的小型化高可靠性板载光电探测器结构的俯视结构示意图。
60.图6为图5的立体结构示意图。
61.图中：11.封装腔体；111.射频信号孔；112.光纤固定孔；113.馈电针孔；12.盖板；21.射频导体；22.射频绝缘层；31.馈电导体；32.馈电绝缘层；4.陶瓷基板；5.采样电阻；6.探测器芯片；7.光纤；8.光纤支架；9.尾管；91.穿孔；92.缺口槽；101.尾套管。
具体实施方式
62.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
63.实施例：
64.如图1至图6所示，小型化高可靠性板载光电探测器结构，包括：
65.封装壳体，头部开设有射频信号孔111，尾部开设有光纤固定孔112，所述光纤固定孔112和射频信号孔111正对，所述封装壳体的侧面开设有馈电针孔113；具体的封装壳体包括：
66.封装腔体11，成开口盒状，头部开设有射频信号孔111，尾部开设有光纤固定孔112，所述光纤固定孔112和射频信号孔111正对，所述封装腔体11的底部开设有馈电针孔113；所述陶瓷基板4、采样电阻5、探测器芯片6均位于封装腔体11内；所述封装腔体11表面设有镀镍镀金层；
67.盖板12，设置在封装腔体11的开口处，将封装腔体11内部密封；所述盖板12表面设有镀镍镀金层。
68.高频绝缘子针，头部穿过射频信号孔111位于封装腔体11内，所述高频绝缘子针外表面与射频信号孔111内壁无缝密封，用于实现射频信号的传输。具体的高频绝缘子针包括射频导体21，采用可伐合金制作；射频绝缘层22，外套在射频导体21中部，采用7070玻璃；射频绝缘层22内套在射频信号孔111，外表面与射频信号孔111无缝连接。
69.馈电绝缘子针，头端穿过馈电针孔113位于封装腔体11内；所述馈电绝缘子针外表面与馈电针孔113内壁无缝密封，用于实现电信号的传输。具体的馈电绝缘子针包括：馈电导体31，采用可伐合金制作；馈电绝缘层32，外套在馈电导体31中部，采用bh-g/k玻璃；馈电绝缘层32内套在馈电针孔113内，外表面与射频信号孔111无缝连接。
70.陶瓷基板4，设置在封装腔体11内，与射频导体21电连接；
71.采样电阻5，设置在陶瓷基板4上，与陶瓷基板4电连接；
72.探测器芯片6，设置在陶瓷基板4上，与陶瓷基板4电连接；
73.光纤7，尾端穿过光纤固定孔112位于探测器芯片6正上方，光纤7外表面与光纤固定孔112无缝密封。
74.光纤支架8，所述光纤支架8设置在封装腔体11内，将位于封装腔体11内的光纤7固定在封装腔体11中。所述光纤支架8成ω形，将光纤7扣压在内，光纤支架8的两个翼板分别与光纤7上的镍管和陶瓷基板4焊接。
75.尾管9，沿其轴向方向设有穿孔91，所述尾管9设置在封装腔体11外部，穿孔91正对光纤固定孔112；所述尾管9的外表面设有缺口槽92，所述缺口槽92与穿孔91连通；所述穿孔91内壁与光纤7外表面之间通过缺口槽92填充焊锡，焊锡将光纤固定孔112内壁与光纤7外表面之间的缝隙堵塞密封。
76.尾套管101，外套在尾管9上，内腔与尾管9的外表面粘结固定。
77.本实施例小型化高可靠性板载光电探测器的封装方法，包括以下步骤：
78.s1、一体化加工封装腔体11以及尾管9，并在加工封装腔体11上开设射频信号孔111、光纤固定孔112、馈电针孔113，在尾管9上开设穿孔91以及缺口槽92；并将一体化加工的封装腔体11以及尾管9表面镀镍镀金处理；
79.s2、加工盖板12，并将盖板12表面镀镍镀金处理；
80.s3、将高频绝缘子上的射频绝缘层22与固定在射频信号孔111采用ausn焊料真空共晶烧结的方式焊接密封在一起；
81.s4、将陶瓷基板4底部整体镀金，上表面的微带走线处镀金，将探测器芯片6ausn焊料真空共晶烧结的方式焊接在陶瓷基板4上，再将陶瓷基板4采用ausn焊料真空共晶烧结的方式焊接在封装腔体11底部；
82.s5、将采样电阻5采用ausn焊料真空共晶烧结的方式焊接在陶瓷基板4上；
83.s6、将光纤7夹持在光学耦合平台上，从光纤固定孔112处穿入封装腔体11内，直至光纤7的出纤面位于探测器芯片6的正上方；
84.s7、将光纤支架8扣置在光纤7的镍管处，利用激光点焊的方式，将光纤支架8分别于镍管和封装腔体11焊接固定；
85.s8、向尾管9的缺口槽92内注入焊锡，使焊锡将光纤7外表面与光纤固定孔112之间的缝隙填满；
86.s9、将封装腔体11内部抽真空后，使用盖板12将封装腔体11密封；
87.s10、将尾套管101外套到尾管9上，使用环氧胶水将尾套管101与尾管9粘接固定。
88.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。