CN104022439A - 固定激光二极管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种固定激光二极管的方法，包括步骤：A.将激光二极管与第一导热底板相对固定，该第一导热底板包括第一通孔，激光二极管的引脚穿过该第一通孔，激光二极管的导热基底的部分底面与第一导热底板的第一通孔周围的区域紧密接触；B.将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与第一导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第一导热底板表面的接触角小于90度；C.使导热粘结剂固化。应用本发明提出的方法，导热粘结剂能够固定激光二极管，而且即使使用导电的导热粘结剂，由于不会出现溢出问题因此不会造成激光二极管的短路。

Description

固定激光二极管的方法

 

技术领域

本发明涉及半导体发光领域，特别是涉及一种固定激光二极管的方法。

 

背景技术

近些年激光二极管的发展很迅速，一个重要的原因是其在显示领域的应用越来越成熟。目前的发展趋势是，激光二极管的单颗功率越来越大，这为后端的系统集成带来了成本优势和体积优势，但同时也会带来一个问题：单颗热量越来越大，散热的挑战越来越突出。

激光二极管的封装形式有多种，最常用的激光二极管包括激光芯片、用于为激光芯片散热的导热基底和用于为激光芯片供电的引脚，其中激光芯片固定于导热基底顶面上，引脚从导热基底的底面穿出。为了更好的为激光二极管散热，目前的方法是在激光二极管的导热基底与外部散热板之间填充导热硅油。导热硅油是预先涂覆于散热板表面，然后再将激光二极管的导热基底压在上面，这样导热硅油就自然填充于激光二极管的导热基底与散热板之间。

目前方法的问题在于，导热硅油的热导率不够高，散热效果不够理想；更严重的是导热硅油的涂覆量不容易控制，导热硅油过多也会严重的影响散热效果。而如果使用导热率更高的银胶，由于银胶是导电的，则当激光二极管压在上面时银胶溢出将可能造成激光二极管引脚的短路。

 

发明内容

本发明的目的在于解决目前激光二极管固定方法中散热与封装可靠性之间的矛盾。

本发明提出一种固定激光二极管的方法，包括步骤：

A. 将激光二极管与第一导热底板相对固定，该第一导热底板包括第一通孔，激光二极管的引脚穿过该第一通孔，激光二极管的导热基底的部分底面与第一导热底板的第一通孔周围的区域紧密接触；

B. 将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与第一导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第一导热底板表面的接触角小于90度；

C. 使导热粘结剂固化。

本发明还提出另一种固定激光二极管的方法，包括步骤：

A．将激光二极管与第二导热底板相对固定，该第二导热底板包括第二通孔，激光二极管的激光芯片位于该第二通孔所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底的部分顶面与第二导热底板的第二通孔周围的区域紧密接触；

B．将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与第二导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第二导热底板表面的接触角小于90度；

C．使导热粘结剂固化。

应用本发明提出的方法，导热粘结剂能够固定激光二极管，同时导热粘结剂的量是根据激光二极管的导热基底与导热底板之间的缝隙大小自动确定的，这样缝隙最小导热效果最好，而且即使使用导电的导热粘结剂，由于不会出现溢出问题因此不会造成激光二极管的短路。

 

附图说明

图1A为本发明第一实施例步骤A的激光二极管的固定结构的正视图；

图1B和1C分别为图1A的仰视图和俯视图；

图1D为第一实施例步骤B的示意图；

图1E为第一实施例步骤B完成后的效果图；

图1F为步骤B的另一个实施方式的示意图；

图2A为本发明另一个实施例的步骤A的激光二极管固定结构的正视图；

图2B为图2A实施例的步骤B的示意图；

图2C为图2A实施例步骤B完成后的效果图；

图3A为本发明另一个实施例的步骤A的激光二极管固定结构的正视图；

图3B为图3A的俯视图；

图3C为图3A实施例的实施完毕后的效果图；

图4为本发明另一个实施例的激光二极管固定结构的正视图。

 

具体实施方式

图1A为本发明中激光二极管固定结构的示意图，该结构中包括激光二极管101，激光二极管101包括激光芯片101d、用于为激光芯片散热的导热基底101a和用于为激光芯片供电的引脚101b，其中激光芯片101d固定于导热基底101a的顶面上并与导热基底热接触，引脚101b从导热基底101a的底面穿出。一般来说，引脚101b绝缘的穿过导热基底而与激光芯片101d电连接，这属于现有技术此处不做详细描述。

图1C是激光二极管101的俯视图。其中可见导热基底101a为圆形，激光芯片101d固定在其上。为了保护激光芯片101d，激光二极管101往往还包括壳体101c。壳体101c的上表面为玻璃窗口，激光芯片101d发出的激光（图1A中以光线111为例）穿过该窗口而出射。

本发明的固定激光二极管的方法中，包括步骤A：

A. 将激光二极管101与第一导热底板102相对固定，该第一导热底板102包括第一通孔102a，激光二极管101的引脚101b穿过该第一通孔102a，激光二极管的导热基底101a的部分底面101a3与第一导热底板102的第一通孔102a周围的区域紧密接触。

图1B是经过步骤A后激光二极管101和第一导热底板102的仰视图。可见矩形的第一导热底板102中有一个呈椭圆形的第一通孔102a，激光二极管101的两个引脚101b穿过这个椭圆形的第一通孔102a。引脚101b不与第一通孔102a的侧壁接触以防止发生短路。

本发明的固定激光二极管的方法还包括步骤B，图1D表示了步骤B的实施情况：

B. 将导热粘结剂122置于激光二极管的导热基底101a与第一导热底板102之间的缝隙处并与该缝隙接触，导热粘结剂122与激光二极管的导热基底101a和第一导热底板102表面的接触角小于90度。

在本实施例中，激光二极管的导热基底101a的部分底面101a3与第一导热底板102的第一通孔102a周围的区域紧密接触，但两者之间必然存在缝隙。本实施例中利用滴管121滴出导热粘结剂122的液滴并使该液滴靠近并接触该缝隙，由于导热粘结剂122与激光二极管的导热基底101a和第一导热底板102表面的接触角小于90度，因此导热粘结剂122与激光二极管的导热基底101a和第一导热底板102的表面是浸润的，从而会由于毛细现象使得导热粘结剂122被吸入导热基底101a与第一导热底板102之间的缝隙中并充分填充该缝隙。导热粘结剂122被吸入缝隙后的示意图如图1E所示，可见导热粘结剂122填充了导热基底的底面101a3与第一导热底板102之间的缝隙。由于表面张力的原因，导热粘结剂122不会溢出缝隙并流到通孔102a中，更不会接触引脚101b而造成短路。

图1F则表示了另一种实施步骤B的方法，即将导热粘结剂从第一导热底板的一侧伸入第一通孔中并于第一导热底板与导热基底的缝隙接触，原理与图1D所示的原理相同。

本发明的固定激光二极管的方法还包括步骤C：

C. 使导热粘结剂固化。

导热粘结剂固化后，既起到了固定激光二极管的作用，同时也能够将激光二极管上导热基底的热量传递给第一导热底板，起到了为激光二极管散热的作用。由于激光二极管是先固定于第一导热底板上而导热粘结剂是利用毛细作用吸入到两者的缝隙中的，这样激光二极管的导热基底与第一导热底板之间的缝隙最小，导热粘结剂的使用量也最小，从而导热效果最好。由于表面张力的作用，导热粘结剂的使用量是自适应的，当填满缝隙后就不再被吸入，因此不需要人工控制导热粘结剂的使用量，操作非常方便。而且由于导热粘结剂不会溢出而造成激光二极管引脚的短路，因此封装操作的可靠性非常好。

在本实施例中，激光二极管的形状、第一导热底板的形状以及第一导热底板上的通孔的形状都是举例而不构成对本发明的限制。在本实施例中，使用滴管121来操作导热粘结剂，这也是一种举例，实际上其它控制操作液体的方法也是可以采用的。

在本发明的附图中，为了方便说明，激光二极管与导热底板之间的缝隙都画的比较大，而实际中的缝隙可能非常小。

在本实施例中的步骤A中，并没有详细说明是如何将激光二极管101与第一导热底板102相对固定的。这在实际操作中可能有多种方法，例如使用机械的方法压住固定，或者使用压住后使用粘结剂粘接固定等等。这都属于常用技术手段，此处不作赘述。

在本发明中，导热粘结剂同时起到导热和粘结两个功能。优选的，导热粘结剂包括粘结剂和分散于粘结剂中的固体导热颗粒。粘结剂的选择使得其满足步骤B中的接触角的条件，而固体导热颗粒则可能有多种选择，例如金属颗粒或氧化铝等无机颗粒，其中最常用的为金属银颗粒。优选的，导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第一导热底板表面的接触角小于45度，这样毛细作用的作用更为明显，效果也更好。

在上述实施例中，激光二极管的导热基底的底面被用来固定激光二极管和为激光二极管散热，在另一个实施例中，激光二极管的导热基底的侧面也被利用起来，参考图2A、图2B和图2C。

与上述实施例不同的是，在本实施例中，第一导热底板202还包括沉孔202b，第一通孔202a位于沉孔202b中。在步骤A中，激光二极管201的导热基底201a放置于沉孔202b内，激光二极管的引脚穿过沉孔内的第一通孔202a，激光二极管的导热基底201a的部分底面与沉孔202b底面的第一通孔周围的区域紧密接触。

这样的好处在于，沉孔202b对激光二极管在横向上有一个定位作用。

进一步的，参看图2B，控制沉孔202b的至少部分侧壁与激光二极管的导热基底201a的至少部分侧面201a2之间的缝隙很小，在步骤B中导热粘结剂222置于该缝隙处并与该缝隙接触，使得导热粘结剂222能够由于毛细作用被吸入该缝隙。

具体来说，沉孔202b的尺寸在加工时是精确可控，控制其直径使得其略大于激光二极管的导热基底的直径（例如设置沉孔的直径为导热基底的直径加加工公差），这样就可以使两者侧壁之间的缝隙很小。

如图2C所示，导热粘结剂222被吸入缝隙后会自动的填充激光二极管的导热基底与第一导热底板202之间的所有缝隙，这包括导热基底与沉孔侧壁之间的缝隙，也包括导热基底与沉孔底面之间的缝隙。在经过步骤C固化后，激光二极管被固定于第一导热底板上，同时激光二极管工作时所发出的热量可以同时通过导热基底的侧面和底面传递到第一导热底板上，从而相对于图1A至图1F所示的实施例来说散热效果显著增强了。

散热效果更好的实施例如图3A至3C所示。在本实施例中，与上述图2A至2C所示的实施例不同的是，还包括步骤D和步骤E：

D． 将激光二极管301的导热基底301a的至少部分顶面301a1与第二导热底板303相对固定，该第二导热底板303包括第二通孔303a，激光二极管的激光芯片301d位于该第二通孔所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底301a的部分顶面301a1与第二导热底板303的第二通孔303a周围的区域紧密接触。

E．将导热粘结剂（图中画出了滴管323，导热粘结剂在其下端）置于激光二极管的导热基底301a与第二导热底板303之间的缝隙处并与该缝隙接触，导热粘结剂与激光二极管的导热基底301a和第二导热底板303表面的接触角小于90度。

结合前面实施例的说明可以理解，实施步骤D和E后，导热粘结剂将会受毛细作用的驱动而被吸入激光二极管的导热基底301a和第二导热底板303之间的缝隙中，并在固化后起到将导热基底301a的热量传递给第二导热底板303的作用，进而促进了激光二极管的散热。

值得说明的是，步骤D和E并不一定在前述的步骤A、B或C后面实施，而是根据实际情况灵活组合的。下面举例说明这些步骤之间的不同先后顺序的情况。

可以先实施步骤A和步骤D，两者顺序可以互换，这对应于图3A的情况，即第一导热底板、第二导热底板和激光二极管相互固定。然后实施步骤B和步骤E，两者顺序可以互换，这对应于图3B（图3A的俯视图）的情况。此时会遇到一个问题，即第二导热底板挡住了第一导热底板，使得控制导热粘结剂被吸入激光二极管的导热基底和第一导热底板之间的缝隙变得困难。这可以通过图1F所示的方法解决，也可以使第二导热底板303上的第二通孔303a被设计成既可以容纳激光芯片也可以露出第一导热底板的一部分（如图3B所示），使得导热粘结剂（图中画出了滴管321，导热粘结剂在其下端）可以穿过第二通孔303a而到达导热基底301a和第一导热底板之间的缝隙。步骤B和E实施后，即导热粘结剂被吸入到激光二极管的导热基底和第一导热底板的缝隙以及导热基底和第二导热底板的缝隙后，再实施步骤C进行固化。这样，如图3C所示，激光二极管的导热基底的底面301a3和侧面301a2与第一导热底板302热连接，同时导热基底的顶面301a1与第二导热底板303热连接，这样的散热效果更佳。

当然，也可以先实施步骤A、B和C，然后再实施步骤D、E，最后再使激光二极管的导热基底与第二导热底板之间的导热粘结剂固化。这样需要操作导热粘结剂两次和固化两次，操作时间比较长，但是操作比较简单。当然可以理解，也可以先实施步骤D、E，固化后再实施步骤A、B和C。

在上述图1A至1F所示的实施例中，是通过激光二极管的导热基底的底面固定激光二极管同时为激光二极管散热的；而通过图3A至3C所述的实施例可知，通过激光二极管的导热基底的顶面也可以达到固定激光二极管并为其散热的目的。因此本发明的另一个固定激光二极管的方法的实施例中，包括以下三个步骤：

A1．将激光二极管与第二导热底板相对固定，该第二导热底板包括第二通孔，激光二极管的激光芯片位于该第二通孔所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底的部分顶面与第二导热底板的第二通孔周围的区域紧密接触。

B1．将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与第二导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第二导热底板表面的接触角小于90度。

C1．使导热粘结剂固化。

可以理解，导热粘结剂固化后将激光二极管的导热基底与第二导热底板固定连接在一起，同时导热基底的热量可以通过导热粘结剂传递到第二导热底板。

在上述图2A至2C所示的实施例中，第一导热底板包括一沉孔，以使得激光二极管可以放入沉孔中，导热基底的侧壁可以进一步的与沉孔的侧壁通过导热粘结剂热连接以提升散热效果。实际上，第二导热底板上也可以包括一沉孔，导热基底的侧壁可以进一步的与沉孔的侧壁通过导热粘结剂热连接以提升散热效果，此时第一导热底板可以省略。这通过图4所示的实施例予以说明。

在图4中，第二导热底板403还包括沉孔403b，第二通孔403a位于沉孔中，在步骤A1中，激光二极管401的导热基底放置于沉孔403b内，激光二极管的激光芯片位于沉孔内的第二通孔403a所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底的部分顶面401a1与第二导热底板403沉孔底面的第二通孔403a周围的区域紧密接触。

这样的好处在于，沉孔403b对激光二极管在横向上有一个定位作用。

进一步的，沉孔403b的至少部分侧壁与激光二极管的导热基底的至少部分侧面401a2之间的缝隙很小，在步骤B中导热粘结剂置于该缝隙处并与该缝隙接触，使得导热粘结剂能够由于毛细作用被吸入该缝隙。这样导热粘结剂就会由于毛细作用而吸入激光二极管的导热基底与第二导热底板之间，固化后就可以起到固定和导热的作用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种固定激光二极管的方法，所述激光二极管包括激光芯片、用于为激光芯片散热的导热基底和用于为激光芯片供电的引脚，其中激光芯片固定于导热基底顶面上，引脚从导热基底的底面穿出，其特征在于，包括步骤：

将激光二极管与第一导热底板相对固定，该第一导热底板包括第一通孔，激光二极管的引脚穿过该第一通孔，激光二极管的导热基底的部分底面与第一导热底板的第一通孔周围的区域紧密接触；

将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与所述第一导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，所述导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第一导热底板表面的接触角小于90度；

使导热粘结剂固化。

2.根据权利要求1所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，还包括步骤：

D． 将激光二极管的导热基底的至少部分顶面与第二导热底板相对固定，该第二导热底板包括第二通孔，激光二极管的激光芯片位于该第二通孔所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底的部分顶面与第二导热底板的第二通孔周围的区域紧密接触；

E．将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与所述第二导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，所述导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第二导热底板表面的接触角小于90度。

3.根据权利要求1或2所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述导热粘结剂与激光二极管的导热基底表面和第一导热底板表面的接触角小于45度。

4.根据权利要求1或2所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述第一导热底板还包括沉孔，所述第一通孔位于沉孔中，在所述步骤A中，激光二极管的导热基底放置于所述沉孔内，激光二极管的引脚穿过沉孔内的第一通孔，激光二极管的导热基底的部分底面与沉孔底面的第一通孔周围的区域紧密接触。

5.根据权利要求4所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述沉孔的至少部分侧壁与激光二极管的导热基底的至少部分侧面之间的缝隙很小，在所述步骤B中所述导热粘结剂置于该缝隙处并与该缝隙接触，使得导热粘结剂能够由于毛细作用被吸入该缝隙。

6.一种固定激光二极管的方法，所述激光二极管包括激光芯片、用于为激光芯片散热的导热基底和用于为激光芯片供电的引脚，其中激光芯片固定于导热基底顶面上，引脚从导热基底的底面穿出，其特征在于，包括步骤：

A．将激光二极管与第二导热底板相对固定，该第二导热底板包括第二通孔，激光二极管的激光芯片位于该第二通孔所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底的部分顶面与第二导热底板的第二通孔周围的区域紧密接触；

B．将导热粘结剂置于激光二极管的导热基底与所述第二导热底板之间的缝隙处并与该缝隙接触，所述导热粘结剂与激光二极管的导热基底和第二导热底板表面的接触角小于90度；

C．使导热粘结剂固化。

7.根据权利要求6所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述导热粘结剂与激光二极管的导热基底表面和第二导热底板表面的接触角小于45度。

8.根据权利要求6所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述第二导热底板还包括沉孔，所述第二通孔位于沉孔中，在所述步骤A中，激光二极管的导热基底放置于所述沉孔内，激光二极管的激光芯片位于沉孔内的第二通孔所覆盖的范围内，激光二极管的导热基底的部分顶面与第二导热底板沉孔底面的第二通孔周围的区域紧密接触。

9.根据权利要求8所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述沉孔的至少部分侧壁与激光二极管的导热基底的至少部分侧面之间的缝隙很小，在步骤B中所述导热粘结剂置于该缝隙处并与该缝隙接触，使得导热粘结剂能够由于毛细作用被吸入该缝隙。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的固定激光二极管的方法，其特征在于，所述导热粘结剂包括粘结剂和分散于粘结剂中的固体导热颗粒。