CN101330194A - 一种中低功率半导体激光器的封装制作方法 - Google Patents
一种中低功率半导体激光器的封装制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种中低功率半导体激光器的封装制作方法，该封装制作方法是利用热沉作为中间载体，在热沉上以整片的方式蒸镀焊料，然后在每个热沉单位上粘结半导体激光器管芯芯片，一起进行烧结，将烧结后的粘有芯片的热沉单位从整片热沉片上切割下来，利用银浆粘结到T05管座的舌头上，在半导体激光器管芯芯片的N面电极上键合金线，将金线连接到T05管座的阴极管脚上。本发明可以对焊料厚度进行精确控制，解决了由于焊料过厚或者过薄造成的焊料气泡或烧结不牢等问题，满足了批量生产的需要，相比C－mount具有更好的通用性，提高了材料利用率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体二极管激光器的制作方法，属于半导体光电子技术领域。
背景技术
半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、易于调制和价格低廉等优点，近年来在照明、医疗、工业等方面得到了广泛的应用，如光纤通信、激光测距、目标指示、照明、美容等行业。随着半导体激光器输出功率的不断提高，应用范围越来越广，需求量也越来越大。中低功率的半导体激光器，一般采用C-mount和TO5封装，但是由于生产设备和封装治具的限制，生产效率低下，难以满足批量生产的需求。因此，在不影响激光器性能和可靠性的前提下，如何提高生产效率就成为急需在生产中解决的问题和技术瓶颈。从半导体激光器器件封装的角度来看，传统的C-mount和TO5封装的半导体激光器在制作工艺上都存在明显的缺点，如焊料制备困难、手工工步较多等，都是影响生产效率的因素。而且传统的C-mount和TO5的封装过程，也存在以下一系列的问题，影响最终的成品率：
1.焊料的厚度一致性差，难以做到精确控制；
2.只能做成器件后进行扎测，缺少优选过程，芯片失效则导致器件失效，影响合格率；
3.失效后的器件底座，因为焊接表面的平整受到破坏难以重复利用，需要大量时间进行清洗抛光。
因此，上述封装结构不适合批量稳定生产。
发明内容
本发明针对现有中低功率半导体激光器的封装方法存在的问题，提供一种适合批量生产、产品合格率高的中低功率半导体激光器的封装制作方法。
本发明的的中低功率半导体激光器的封装制作方法，是利用一种厚度在0.2mm-0.3mm之间的长方体热沉作为中间载体，首先以整片的方式在热沉上蒸镀焊料，然后利用焊料在每个热沉单位上粘结半导体激光器管芯芯片，粘结完毕后一起放入合金炉，采用铟焊料时，在200℃-300℃及通氮气保护条件下烧结10分钟-20分钟，采用金锡焊料时，在280℃-300℃及通氮气保护条件下烧结10秒-60秒，将烧结后粘有芯片的热沉单位从整片热沉片上切割下来，利用银浆粘结到TO5管座的舌头上，在半导体激光器管芯芯片的N面电极上键合金线，将金线连接到TO5管座的阴极管脚上，半导体激光器管芯芯片通过TO5管壳的舌头作为正电极，阴极管脚作为负电极进行通电工作。
热沉可以选用导电金属或绝缘导热材料制作，在导电金属或绝缘导热材料表面镀金。导电金属制作的热沉采用整片制作的，每片包括500个热沉单位；绝缘导热材料制作的热沉使用2英寸-4英寸的衬底片，通过镀金、锯片机半切制作。
半导体激光器管芯芯片以倒装的方式粘结在热沉上。
本发明的半导体激光器的封装制作方法可以对焊料厚度进行精确控制，解决了由于焊料过厚或者过薄造成的焊料气泡或烧结不牢等问题，可以对热沉进行批量蒸镀焊料，满足了批量生产的需要，具有更好的通用性，提高了材料利用率，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
图2是在半导体激光器管芯芯片的N面电极上键合金线的示意图。
图中：1、热沉单位，2、半导体激光器管芯芯片，3、TO5管座舌头，4、TO5管座的阴极管脚，5、金线。
具体实施方式
按本发明的方法，封装制作时包含一种用金属或绝缘材料制作的热沉、现有封装工艺用的TO5管座和半导体激光器管芯芯片3，利用现有的薄膜蒸镀工艺在热沉上蒸镀焊料，利用现有的半导体激光器器件封装工艺进行其他工步的封装。热沉1呈长方体片状，其厚度在0.2mm-0.3mm之间。可以选用导电金属制作的热沉，如铜、铁等，在导电金属表面镀金；也可以选用绝缘导热材料制作的热沉，如硅、碳化硅、陶瓷片等，在绝缘导热材料表面镀金。导电金属制作的热沉采用整片制作的，每片包括500个热沉单位；绝缘导热材料制作的热沉使用2英寸-4英寸的衬底片，通过镀金、锯片机半切制作。
如图1所示，具体方法是利用热沉作为中间载体，热沉是以整片的方式蒸镀焊料。然后利用焊料在每个热沉单位1上粘结一个半导体激光器管芯芯片2，半导体激光器管芯芯片2是以倒装的方式粘结在热沉上，一起放入合金炉。如焊料是铟焊料，在200℃-300℃、氮气保护的条件下进行烧结，烧结时间为10分钟-20分钟；如焊料是金锡焊料，在280℃-300℃下、氮气保护条件下进行烧结，烧结时间为10秒-60秒。将烧结后的粘有芯片的500个热沉单位(称为COS)从整片热沉上切割下来，利用银浆粘结到TO5管座的舌头3上。如图2所示，在半导体激光器管芯芯片的N面电极上键合金线5，将金线5连接到TO5管座的阴极管脚4上。半导体激光器器件通过TO5管壳的舌头3作为正电极，阴极管脚4作为负电极进行通电工作。
本发明的半导体激光器的封装制作方法是利用一种导电金属或绝缘导热材料作为热沉，利用现有的薄膜蒸镀工艺在热沉上蒸镀焊料，利用现有的激光器器件封装工艺进行其他工步的封装。具有以下明显的效果：
1.可以对焊料厚度进行精确控制，解决了由于焊料过厚或者过薄造成的焊料气泡或烧结不牢等问题；
2.可以对热沉进行批量蒸镀焊料，满足了批量生产的需要，焊料的制备不再是制约产量的瓶颈；
3.可以制作2W以下的中低功率的激光器，相比C-mount具有更好的通用性；
4.可以重复利用失效产品的底座，且无需复杂的处理工艺，提高了材料利用率，降低了生产成本。
Claims (4)
1.一种中低功率半导体激光器的封装制作方法，其特征是：是利用一种厚度在0.2mm-0.3mm之间的长方体热沉作为中间载体，首先以整片的方式在热沉上蒸镀焊料，然后利用焊料在每个热沉单位上粘结半导体激光器管芯芯片，粘结完毕后一起放入合金炉，采用铟焊料时，在200℃-300℃及通氮气保护条件下烧结10分钟-20分钟，采用金锡焊料时，在280℃-300℃及通氮气保护条件下烧结10秒-60秒，将烧结后粘有芯片的热沉单位从整片热沉片上切割下来，利用银浆粘结到TO5管座的舌头上，在半导体激光器管芯芯片的N面电极上键合金线，将金线连接到TO5管座的阴极管脚上，半导体激光器管芯芯片通过TO5管壳的舌头作为正电极，阴极管脚作为负电极进行通电工作。
2.根据权利要求1所述的中低功率半导体激光器的封装制作方法，其特征是：所述热沉以导电金属或者绝缘导热材料制作，在导电金属或绝缘导热材料表面镀金。
3.根据权利要求2所述的中低功率半导体激光器的封装制作方法，其特征是：所述热沉以导电金属制作时采用整片制作的，每片包括500个热沉单位；以绝缘导热材料制作时使用2英寸-4英寸的衬底片，通过镀金、锯片机半切制作。
4.根据权利要求1所述的中低功率半导体激光器的封装制作方法，其特征是：所述半导体激光器管芯芯片以倒装的方式粘结在热沉上。
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