第一章绪论
本课题针对以TOSA为代表的同轴型光电子器件的激光辉接封装,以实现自动化封装,快速化、器件高性能、低成本化为目标,基于TOSA组件的结构和封装工艺,设计了适用于同轴型光电子器件封装的激光揮接设备,并对LD与SMF稱合对准平台进行运动误差敏感性分析,研究了激光揮接参数对煌接质量的影响,进行了激光岸接试验,获得了不同激光傳接参数下揮接断裂拉力和揮点断面溶池特征尺寸。本论文的研宄为自动化封装实现关键技术的突破,为激光辉接参数的选取提供理论依据与技术指导。首先介绍了SC型TOSA组件的结构,分析了LD与SMF对准特点,基于SC型TOSA组件的封装工艺、提出了同轴型光电子器件激光揮接设备的设计思想,然后分析了用于稱合对准与燥接平台的结构,构建了LD与SMF稱合对准与燥接平台,接着重点设计了同轴型光电子器件激光燒接设备,并设计了燥接单元平台,可以实现LD与SMF的五维精密对准和LD组件与SMF组件的固接,最后设计了同轴型光电子器件激光辉接设备的对准和揮接单元控制系统、上下夹具的气动控制主电路和气动回路,可以实现LD组件与SMF组件夹紧与卸载。整套设备结构较简单,设计合理,易于控制,小型化,成功地实现了对同轴一—型光电子器件的自动化封装。(1)各运动平台自身运动精度对位置误差的影响很大,须严格控制。当各平台间无轴间姿态误差时,三个线误差几乎等值反映在某一个方向上,反之,它们稍增大或减小反映在某一方向,但必须注意它们同时引起其它敏感方向的误差。(2)各运动平台之间无轴间姿态误差时,三个角度误差引起的位置误差均反映在与之垂直方向,且主要反映在误差敏感方向,反之,三个角度误差同时引起三个方向的位置误差,且误差较前稍增大或减小。(3)由于轴间姿态误差的影响,使原本不存在误差的敏感方向产生误差,且较轴间无姿态误差时位置误差有稍增大或减小,其大小较平台自身精度小两个数量级,但它导致其它误差敏感方向产生误差,所以仍需控制,反之,若误差发生在不敏感方向,可放宽。(4)各运动平台之间无轴间姿态误差时,各角度误差均等值或稍增大反映在某一方向,同时也会引起其它方向很小的姿态误差,反之,a和向姿态误差的分配趋向均勾。
本论文具体安排如下:第一章:绪论,介绍了课题的来源,概述了光电子器件及其在光纤通信系统中的作用、发展趋势,以及封装技术现状,阐析了同轴型光电子器件封装工艺过程及其封装关键技术,分析了多自由度系统误差建模与分析研宄现状,重点分析了同轴型光电子器件激光燥接设备和工艺的研究现状,指明了论文主要研究内容与章节安排。第二章:同轴型光电子器件激光揮接设备设计,介绍了SC型TOSA组件的结构,分析了LD与SMF对准特点,提出了同轴型光电子器件封装设备的设计思想,分析了用于親合对准与揮接的封装平台结构,构建了LD与SMF親合对准与煙接平台,重点设计了同轴型光电子器件激光得接设及其控制系统。第三章:耦合对准平台误差建模与分析,分析了LD与SMF五轴耦合对准平台的误差成因,阐述了多体系统理论中各种运动的特点,以及齐次坐标变换原理,重点分了LD与SMF对准系统位姿模型,建立了其运动误差模型,进行了各单元误差敏感分析,为运动误差的补偿、提高运动平台加工精度和系统装配精度提供理论依据与技术指导。第三章:同轴型光电子器件激光傳接工艺研宄,概述了激光揮接的特点及其主要参数,基于有限元法,建立了SC型TOSA组件激光揮接有限元模型,进行了瞬态热分析,重点分析了激光揮接参数对煙接质量的影响规律,基于正交试验法,分析了各激光揮接参数对煙接质量的影响程度。进行了激光燥接试验,获得了不同激光傳接参数下傳接断裂拉力和燒点断面溶池深度和宽度,并与有限元结果进行了比较。第五章:全文总结与研究展望,对全文所研究的工作进行相应的总结和后续研究工作的开展进行展望。
第三章耦合对准平台误差建模与分析……………23
3.1误差成因分析……………23
3.2 LD与SMF对准系统误差建模……………24
3.2.1对准系统的位姿模型……………25
3. 2. 2运动误差模型……………29
3. 3误差敏感性分析……………30
第四章同轴型光电子器件激光焊接工艺研究……………31
4. 1激光焊接的特点及其主要参数概述……………31
4. 1. 1激光焊接的特点……………31
4. 1. 2激光焊接的主要参数……………32
4. 2同轴型光电子器件激光焊接数值模拟……………34
4. 2. 1焊接过程有限元模型的简化……………34
4.2.2焊接温度场的有限元……………34
4. 2. 3基于有限元激光焊接数值模拟35
4. 2. 4温度场分布……………41
4. 3激光焊接参数对焊接质量的影响分……………44
4. 3. 1激光焊接参数对焊接质量的影响规律……………44
4. 3. 2激光焊接参数的正交试验分析……………53
4. 4同轴型光电子器件激光焊接试验……………57
结论
1、激光焊接是一个髙度非线性的过程,激光焊接数值模拟是在一定的假设前提下进行的,其中材料性能参数对有限元结果影响较大,本论文选取的材料性能数据主要基于前人的试验结果,材料对激光的吸收率设为恒值。热源模型的选取对有限元结果影响亦较大,由焊点断面试验结果可知,热源模型在深度方向的变化需进一步研究,研宄更符合Nd:YAG激光的热源模型,可以使模拟结果更准确。材料的表面质量对焊接质量的影响较大,由于加工条件有限,试验组件的表面质量低于实际光电子器件的精度,于是,提高组件的加工精度,可以获得更符合实际情况的力学性能。2、LD与SMF对准过程中各平台间的非严格正交特性,使得光通道逐维位置调节时相互耦合干扰,并且对准平台还受多种误差源的影响,加大了对准的难度。基于多体系统理论结合齐次坐标变换,建立了对准系统的运动误差模型,进行了各单元误差敏感分析,为运动误差的补偿、平台加工精度和系统装配精度的提高提供理论依据与技术指导。结果表明:(1)各运动平台自身运动精度对位置误差的影响很大,须严格控制。当各平台间无轴间姿态误差时,三个线误差几乎等值反映在某一个方向上,反之,它们稍增大或减小反映在某一方向,但必须注意它们同时引起其它敏感方向的误差。(2)各运动平台之间无轴间姿态误差时,三个角度误差引起的位置误差均反映在与之垂直方向,且主要反映在误差敏感方向,反之,三个角度误差同时引起三个方向的位置误差,且误差较前稍增大或减小。(3)由于轴间姿态误差的影响,使原本不存在误差的敏感方向产生误差,且较轴间无姿态误差时位置误差有稍增大或减小,其大小较平台自身精度小两个数量级,但它导致其它误差敏感方向产生误差,所以仍需控制,反之,若误差发生在不敏感方向,可放宽。
参考文献
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