TWI454005B - 蝶式雷射模組構裝結構與方法 - Google Patents

Description

蝶式雷射模組構裝結構與方法

　　本發明係有關於一種蝶式雷射模組構裝結構與方法，尤其是指一種構裝過程時間短、成本花費低、耦光效率較佳且同時可提高良率的雷射模組構裝結構，藉由將構裝過程簡化為經二次耦光來完成，以達到上述功效為發明應用者。

　　按，現今通訊科技日新月異，藉由電話、網路等通訊設施的架設，人與人的距離愈來愈近，而通訊設施之傳輸係以無線或有線的方式進行，但無線傳輸會因使用之天候、地形等因素影響，使得通訊時之干擾問題無法有效控制與解決，所以有線傳輸在目前通訊上仍是最有效、穩定的訊號傳輸方式。

　　然而，有線傳輸為將電子信號或光信號透過纜線來作為訊號之傳輸路徑，其中，尤以光信號之傳輸方式最為快速(可超過11次方個bit-per-second)，而光信號的傳輸介質為光纖(Fiber Optics)纜線，光纖通訊為存在有頻寬高、重量輕、訊號正確性高、傳輸距離遠，且不會被外界電磁波干擾等優點；而光纖通訊的系統中，於發射端必須有一個光發射模組將電信號換成光信號，當光信號到達接收後，亦經光接收模組將光信號轉換成電信號，如此才能建構出一光纖通信系統。

　　而一般常見的半導體雷射模組構裝型式，可分為下列三種類型：同軸構裝、雙排線式構裝及蝶式構裝，其中蝶式雷射模用於高速度、高功率光訊號傳輸。然而，在雷射的構裝過程中，最重要的部份是光纖與雷射之間的耦光對準與固定，一般光通訊雷射模組都是使用雷射銲接作固定結合，雷射銲接具有構裝速度快、重複性高與可靠度高等優點，但在雷射銲接的過程中，金屬材料吸收雷射所發出的光能，將之轉換成熱能，而材料因熱能而熔化並且瞬間冷凝，產生了型態上的變化，這種型態上的變化，會產生不小的熱應力，使得光纖改變原本最佳的位置，造成了耦光功率的改變，而光纖經焊接前後所產生的位移，稱為銲後位移，銲後位移越大相對會影響整個雷射模組的耦光效率。

　　而傳統之蝶式雷射模組於實際構裝時，一個雙光束的雷射焊接系統被用於把光纖套管和雷射二極體連結起來，而其中絕大部分在於光對準與構裝，由於光纖本身為細小且容易斷裂破損的玻璃材質，因此在光纖對準與固定前(尤其以雷射銲接技術固定光纖)經常需將光纖固定在一個可提供保護的套管內，製作方法係以銲錫(鉛錫或金錫)技術將外表鍍金光纖銲接於金屬管內，形成光纖-銲錫-套管之光纖套管，因此，在操作光纖對準步驟，僅處理光纖套管與雷射對準，待光纖對準後，鞍型扣件扣住光纖套管，再利用一個雙光束的雷射銲接方式將鞍型扣件、光纖套管與基座固定。由於銲後位移(postweld PWS)的凝固收縮過程變換造成蝶式雷射模組構裝耦光效率低，良率不高且構裝技術門檻高，其關鍵技術為鞍型扣件與光纖套管與基座結合；在傳統的蝶式雷射模組構裝方面，當鞍型扣件與光纖套管被雷射 (被調整好之後)焊接接合時，PWS是很大的。因此，耦合效率和收益率是低的，為了使耦光效率增加並必須結合的雷射鐵錘(laser hammer)補救而增長製程時間，且良率不高。

　　緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，因而發明出一種蝶式雷射模組構裝結構與方法，以期達到更佳實用價值性之目的者。

　　本發明之主要目的為提供一種蝶式雷射模組構裝結構與方法，為指一種構裝過程時間短、成本花費低、耦光效率較佳且同時可提高良率的雷射模組構裝結構，藉由將構裝過程簡化為經二次耦光來完成，以達到上述功效為目的者。

　　本發明蝶式雷射模組構裝結構與方法的目的與功效係由以下之技術所實現：

　　其模組包含有上、下部組件，該下部組件為包含有建構光源發射構件的基板、與結合固定於基板上的弧形扣件，而該上部組件為由一可與弧形扣件結合的套筒對應嵌入一組裝光纖的套管所構成；藉此，以利用於上部組件之光纖與套筒的第一次耦光及上、下部組件之套筒與弧形扣件結合的第二次耦光，達到構裝過程時間短、成本花費低、耦光效率較佳以及提高良率的功效者。

　　本發明蝶式雷射模組構裝結構與方法中之光源發射構件進一步包含有雷射二極體、檢光二極體及熱敏電阻者。

　　本發明蝶式雷射模組構裝結構與方法中之弧形扣件進一步藉以該弧形扣件的形狀設計，而能達到易與蝶式外殼作連線（電路）結合者，並與原傳統蝶式雷射模組電性一樣。

　　本發明蝶式雷射模組構裝結構與方法中之光纖套管結構進一步可以構裝成橢圓形光纖透鏡，以可作為光纖放大器的構裝者。

　　為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

　　首先，請參閱第一～三圖，本發明蝶式雷射模組構裝結構與方法分解示意圖，主要於基殼（３）內焊接有雷射模組（Ａ），其係包含有：
　　一下部組件（１），為由一基板（１１）與弧形扣件（１２）所構成，於基板（１１）上係建構有雷射二極體（１３１）、電光二極體（１３２）及熱敏電阻（１３３）的光源發射組件（１３），而其弧形扣件（１２）為對應覆蓋在基板（１１）上方且卡固在基板（１１）兩側，於弧形扣件（１２）兩側設有供線路穿設的透孔（１２１）；
　　一上部組件（２），為由一與弧形扣件（１２）結合的套筒（２１）對應嵌入一組裝光纖的套管（２２）所構成者。

　　請參閱第一～四圖所示，當於構裝時，其步驟如下：

(a)將架構有光源發射組件（１３）的基板（１１）對應弧形扣件（１２），讓弧形扣件（１２）使用緊配方式與基板（１１）進行結合，而完成下部組件（１）的配置；

(b)將組裝光纖的套管（２２）(Fiber Ferrule)放入套筒（２１）(Sleeve)中與雷射二極體（１３１）進行耦光；

(c)找到最佳耦光位置，將套管（２２）與套筒（２１）進行雷射銲接，將光纖套管（２２）與套筒（２１）重新進行耦光，完成上部組件（２）的配置；

(d)將配置完成之上、下部組件（２）、（１）放至於加工機台，驅動雷射，當光纖套管（２２）與金屬套筒（２１）在最佳耦光效率狀況下，再利用機台上之平台進行耦光至最佳位置，以雷射銲接將上、下部組件（２）、（１）固定。
　　當上述之上、下部組件（２）、（１）固定後構成一雷射模組（Ａ），再將該雷射模組（Ａ）與基殼（３）結合，如下步驟：

(e)該基殼（３）內備設有熱電致冷器（３１），再將雷射模組（Ａ）置入基殼（３）之熱電致冷器（３１）上利用打線機結合，成為一完整之蝶式雷射模組。

　　本發明雷射構裝技術在構裝過程中，為光纖頭端與雷射二極體（１３１）之對準與結合，此為決定該模組的良率。而本發明之雷射模組其製程時間較原本蝶式雷射模組構裝方式要短、花費較為便宜、耦光效率較佳以及良率較高；利用雷射模組（Ａ）分上、下部組件（２）、（１）部分獨立進行，再結合高速蝶式雷射模組之新構裝技術應用，將高速蝶式雷射模組以TO-Butterfly TOSA方式進行構裝，將會大幅減少製程所需時間，並降低成本。

　　然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

　　藉由上述可知，本發明之組成與使用實施說明相較於一般現有裝置，我們可以知道蝶式雷射模組構裝結構與方法，具有下列幾項優點，如下：

1. 傳統蝶式雷射模組所使用之鞍型扣件，價格昂貴，其設計形狀為方便用於雷射補償所設計，當銲接後整體結構強度較新型蝶式雷射模組構裝方式低且構裝技術門檻高；本發明蝶式雷射模組構裝技術其元件材料便宜、元件結構強、銲接方式技術低，且具有較高之可靠度。
2. 相較於傳統蝶式模組之構裝，此本發明蝶式雷射模組構裝將雷射模組分上、下部組件部分獨立進行，完成後再與外盒結合，減少製程之困難度，進而減少製程時間。
3. 傳統之蝶式雷射模組構裝時，其產生主要之銲後位移方向，影響耦光功率甚鉅(Y軸)；相較之下，本發明蝶式雷射模組構裝，其主要銲後位移方向，不僅存在著拘束，且對於耦光效率之影響較小(Z軸)。
4. 雷射模組之構裝可利用三光束雷射銲接系統(3-beam laser welding system)取代雙光束雷射銲接系統(2-beam laser welding system)，因雙光束雷射銲接系統為特殊設計，相對的成本比三光束雷射銲接系統貴，所以可減少成本，使蝶式雷射模組更具有競增力。
5. 傳統之蝶式雷射模組構裝，因無法構裝具有橢圓形光纖透鏡的光纖套管，而本發明則可利用旋轉耦光，而可以構裝橢圓形光纖透鏡，進一步作為光纖放大器的構裝者。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

<本發明>

(A)．．．雷射模組

(1)．．．下部組件

(11)．．．基板

(12)．．．弧形扣件

(121)．．．透孔

(13)．．．光源發射組件

(131)．．．雷射二極體

(132)．．．光二極體

(133)．．．熱敏電阻

(2)．．．上部組件

(21)．．．套筒

(22)．．．套管

(3)．．．基殼

(31)．．．熱電致冷器

第一圖：本發明之上部組件分解示意圖

第二圖：本發明之下部組件分解示意圖

第三圖：本發明之組合示意圖

第四圖：本發明之組裝基殼狀態示意圖

(A)．．．雷射模組

(1)．．．下部組件

(11)．．．基板

(12)．．．弧形扣件

(121)．．．透孔

(131)．．．雷射二極體

(2)．．．上部組件

(21)．．．套筒

(22)．．．套管

Claims (10)

1. 一種蝶式雷射模組構裝結構，主要於基殼內焊接有雷射模組，其係包含有：
   　　一下部組件，為由一基板與弧形扣件所構成，於基板上係建構有光源發射組件，而其弧形扣件為對應覆蓋在基板上方且卡固在基板兩側，於弧形扣件兩側設有供線穿設的透孔，以藉透孔對應基殼作連線結合；
   　　一上部組件，為由一與弧形扣件結合的套筒對應嵌入一組裝光纖的套管所構成者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之蝶式雷射模組構裝結構，其中該基板上係建構有雷射二極體、檢光二極體及熱敏電阻的光源發射組件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之蝶式雷射模組構裝結構，其中將該雷射模組與基殼結合，而其基殼內備設有熱電致冷器，再將雷射模組置入基殼之熱電致冷器上利用打線機結合，成為一完整之蝶式雷射模組者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之蝶式雷射模組構裝結構，其中該組裝光纖的套管為橢圓形光纖透鏡者。
5. 一種蝶式雷射模組構裝方法，其步驟如下：
   (a)將架構有光源發射組件的基板對應弧形扣件，讓弧形扣件使用緊配方式與基板進行結合，而完成下部組件的配置；
   (b)將組裝光纖的套管(Fiber Ferrule)放入套筒 (Sleeve)中與光源發射組件進行耦光；
   (c)找到最佳耦光位置，將套管與套筒進行雷射銲接，完成上部組件的配置；
   (d)將配置完成之上、下部組件放至於加工機台，再利用機台上之平台進行耦光，以雷射銲接將上、下部組件固定。
6. 如申請專利範圍第5項所述之蝶式雷射模組構裝方法，其中該基板上係建構有雷射二極體、檢光二極體及熱敏電阻的光源發射組件。
7. 如申請專利範圍第5項所述之蝶式雷射模組構裝方法，其中該組裝光纖的套管為橢圓形光纖透鏡者。
8. 如申請專利範圍第5或6項所述之蝶式雷射模組構裝方法，其中該套管與套筒雷射銲接後，可將套管與套筒重新進行耦光者。
9. 如申請專利範圍第5或6項所述之蝶式雷射模組構裝方法，其中當上、下部組件固定後構成一雷射模組，再將該雷射模組與基殼結合，為於基殼內備設有熱電致冷器，再將雷射模組置入基殼之熱電致冷器上利用打線機結合，成為一完整之蝶式雷射模組。
10. 如申請專利範圍第7項所述之蝶式雷射模組構裝方法，其中以橢圓形光纖透鏡進行旋轉耦光者。