CN105914578A - 激光多极管封装底座的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光多极管封装底座的制备方法，该激光多极管封装底座的制备方法包括如下步骤：步骤1，取压成目标尺寸的金属壳体、金属上盖、金属导柱和接地引线，分别依次经抛光除油和刻蚀处理；步骤2，取经步骤1处理的接地引线用银铜焊料焊接在经步骤1处理的金属上盖上；步骤3，将小颗粒绝缘玻璃、经步骤1处理的金属壳体和金属导柱、经步骤2处理的金属上盖和接地引线组合固定，在氮气保护下进行烧结处理；具有加强焊接强度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及多极管制造技术，特别涉及一种激光多极管封装底座的制备方法。
背景技术
光收发一体模块，可用于交换机中完成电信号与光信号的转换，其是光通信中重要组成部分。多极管，包括二极管、三极管和四级管。激光多极管是目前光收发一体模块的重要组成之一，其包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光多极管。量子阱激光多极管具有阈值电流低、输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。目前，常用封装底座来与激光多极管配合使用。
图1-3为现有的封装底座。结合图1和图2，封装底座包括设有空腔1的金属壳体2，金属壳体2的前端设有用于接收外界光线的透镜3，金属壳体2的后端设有金属上盖4，空腔1的内壁上设有用于将光线聚集至金属上盖4上的镜面。金属上盖4上封接有多个一端伸入空腔1设置的金属导柱6，参照图3，金属导柱6和金属上盖4之间通过绝缘玻璃8密封。结合图1和图2，金属上盖4上远离空腔1的一侧还焊接有接地引线7。接地引线7起到安全防护的目的，其与金属上盖4的匹配安装具有较为重要的意义。
因此研发出一种能加强焊接强度的激光多极管封装底座的制备方法具有一定的生产应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光多极管封装底座的制备方法，其解决了接地引线和金属上盖之间固定牢度差的问题，具有加强焊接强度的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种激光多极管封装底座的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，取压成目标尺寸的金属壳体、金属上盖、金属导柱和接地引线，分别依次经抛光除油和刻蚀处理；
步骤2，取经步骤1处理的接地引线用银铜焊料焊接在经步骤1处理的金属上盖上；
步骤3，将小颗粒绝缘玻璃、经步骤1处理的金属壳体和金属导柱、经步骤2处理的金属上盖和接地引线组合固定，在氮气保护下进行烧结处理；其中，所述烧结处理的温度曲线为：以65～75℃/min的速度匀速升温至570～580℃→以8～11℃/min的速度匀速升温至846～852℃→于846～852℃下保温14～18min→以20～25℃/min的速度匀速降温至495～510℃→以3～4.5℃/min的速度匀速降温至250～260℃→以55～70℃/min的速度匀速降温至20～30℃。
进一步优选为：所述银铜焊料选用TS-18T银铜钎料。
进一步优选为：所述金属壳体、金属上盖、金属导柱和接地引线由铁钴镍合金制成。
进一步优选为：步骤3中所述烧结处理时，所述小颗粒绝缘玻璃、金属壳体、金属导柱、金属上盖和接地引线组合固定在由石墨制成的模具中。
进一步优选为：步骤3中加入的所述小颗粒绝缘玻璃的尺寸为10～50目，其由如下方法制备得到：
分散：取分散剂，升温至100～105℃熔融，保温条件下缓慢加入封接玻璃粉，搅拌分散均匀，逐渐冷却凝固，得到小颗粒混合物；其中，所述分散剂包括精白蜡；
压制：取分散得到的小颗粒混合物，压制成目标尺寸的玻璃毛坯；
排蜡：取压制得到的玻璃毛坯，进行排蜡处理，得到绝缘玻璃；其中，所述排蜡处理的温度曲线为：以4.5～5℃/min的速度匀速升温至585～600℃→于585～600℃下保温14～17min→以50～55℃/min的速度匀速降温至55～60℃。
进一步优选为：按质量计，所述分散剂和封接玻璃粉的用量比为1∶8～11；所述封接玻璃粉包括市售玻璃粉，所述市售玻璃粉DM305、DM308或DM320中的一种或多种；所述分散剂还包括环烷油；且按质量计，分散剂中的精白蜡和环烷油的用量比为50～100∶1；步骤1中所述小颗粒混合物的尺寸为10～50目。
进一步优选为：所述封接玻璃粉还包括额外添加的Al2O3；且按质量计，封接玻璃粉中额外添加的Al2O3和市售玻璃粉的用量比为1∶15～20。
进一步优选为：所述步骤1中，抛光除油的步骤为：第一次预清洗→第一次抛光→第二次预清洗→第二次抛光→第三次预清洗→第四次预清洗→水洗；所述第一次预清洗、第二次预清洗和第三次预清洗均采用水溶性表面活性剂的水溶液进行清洗，所述A清洗液选用水溶性表面活性剂；所述第四次预清采用PEOm-b-PPOn-b-PEOm水溶液进行清洗，其中m和n均为正整数且3n＞m＞1.5n＞45。
进一步优选为：所述步骤1中，刻蚀所用的刻蚀液包括35～45wt％的HCl、2～5wt％的H3PO4和0.05～0.2wt％的CH3COONa。
进一步优选为：所述刻蚀液还包括0.05～0.1wt％的阴离子聚丙烯酰胺和0.1～0.5wt％的乙酸乙酯。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
经本申请的金属-玻璃封接工艺处理得到的密封底座气密性均达10-11级且焊接强度均大于1100N/50mm，其在85℃老化168h后的气密性检测均达10-10级，气密性和焊接强度得到了较大提高；经平行试验验证，本申请的金属-玻璃封接工艺处理得到的密封底座气密性一致性评价好，适用于高精密光电仪器的生产化；研究发现，将本申请的所有优选方案结合后的金属-玻璃封接工艺为最佳方案，其气密性均达10-12级和焊接强度大于1500N/50mm，其在85℃老化168h后的气密性检测均达10-11级；经大生产化后，成品率高达99％以上。
附图说明
图1是现有的封装底座的主视结构示意图；
图2是图1的A-A结构示意图；
图3是现有的封装底座的立体结构示意图。
图中，1、空腔；2、金属壳体；3、透镜；4、金属上盖；5、镜面；6、金属导柱；7、接地引线；8、绝缘玻璃。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1-3：一种激光多极管封装底座的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，取铁钴镍合金(即可伐合金)，压成目标尺寸的金属壳体、金属上盖、金属导柱和接地引线，分别依次经抛光除油和刻蚀处理；
其中，抛光除油的步骤为：用水溶性表面活性剂的水溶液进行第一次预清洗→氮吹干表面溶剂后进行第一次抛光→用水溶性表面活性剂的水溶液进行第二次预清洗→氮吹干表面溶剂后进行第二次抛光→用浓度为水溶性表面活性剂的水溶液进行第三次预清洗→用PEOm-b-PPOn-b-PEOm的水溶液进行第四次预清洗→水洗，氮吹干表面溶剂待用；
刻蚀处理的步骤：取待刻蚀组件，于其外表面上涂覆光刻胶，并将光刻胶图形化；置于刻蚀液中进行湿法刻蚀处理，之后将待刻蚀组件置于水中，往内通入氨气对其进行中和至pH＝6.5～7.0，之后多次水洗至pH＝7.0，氮吹干；刻蚀过程在氮气保护下进行；制备过程中所用的水为经金属螯合、脱气处理的去离子水，所有试剂和待刻蚀组件在使用前均经氮吹处理；
步骤2，取经步骤1处理的接地引线用TS-18T银铜钎料焊接在经步骤1处理的金属上盖上；
步骤3，取分散剂，升温至100～105℃熔融，保温条件下缓慢加入封接玻璃粉，搅拌分散均匀，逐渐冷却凝固，得到尺寸为10～50目的小颗粒混合物；将小颗粒混合物，压制成目标尺寸的玻璃毛坯；取玻璃毛坯，进行排蜡处理，得到绝缘玻璃；其中，排蜡处理的温度曲线为：以4.5～5℃/min的速率匀速升温至585～600℃→于585～600℃下保温14～17min→以50～55℃/min的速率匀速降温至55～60℃；
将小颗粒绝缘玻璃、经步骤1处理的金属壳体和金属导柱、经步骤2处理的金属上盖和接地引线组合固定在石墨模具中，在氮气保护下进行烧结处理；其中，所述烧结处理的温度曲线为：以65～75℃/min的速度匀速升温至570～580℃→以8～11℃/min的速度匀速升温至846～852℃→于846～852℃下保温14～18min→以20～25℃/min的速度匀速降温至495～510℃→以3～4.5℃/min的速度匀速降温至250～260℃→以55～70℃/min的速度匀速降温至20～30℃；
实施例1-3的原料及试剂信息如表1所示。
表1实施例1-3的原料及试剂信息
实施例4：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，TS-18T银铜焊料用上海斯米克L602锡铅焊料代替。
实施例5：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，分散剂由100wt％的精白蜡组成。
实施例6：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，封接玻璃粉由100wt％的DM308构成。
实施例7：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，待刻蚀组件的抛光除油的步骤为：浓度为0.1～1wt％的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行预清洗→吹干表面溶剂后进行抛光→水洗，吹干表面溶剂。
实施例8：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，刻蚀液由40wt％的HCl、4wt％H3PO4的和56wt％的水组成。
实施例9：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，排蜡处理的温度曲线为：以10℃/min升温至585～600℃→于585～600℃下保温15min→以60℃/min的速率匀速降温至55～60℃。
实施例10：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，排蜡处理的温度曲线为：以5℃/min升温至550～560℃→于550～560℃下保温15min→以50℃/min的速率匀速降温至55～60℃。
实施例11：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，烧结处理时，所述金属上盖、绝缘玻璃和金属导柱组合固定在不锈钢模具中。
实施例12：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，烧结处理的温度曲线为：以70℃/min的速率匀速升温至575℃→以15℃/min的速率匀速升温至850℃→于850℃下保温15min→以30℃/min的速率匀速降温至255℃→以60℃/min的速率匀速降温至20～30℃。
实施例13：一种激光多极管封装底座的制备方法，与实施例1的不同之处在于，烧结处理的温度曲线为：以70℃/min的速率匀速升温至570～580℃→以10℃/min的速率匀速升温至830℃→于830℃下保温15min→以25℃/min的速率匀速降温至500℃→以4℃/min的速率匀速降温至250℃→以60℃/min的速率匀速降温至20℃。
实施例14：焊接强度测试
试验对象：经实施例1-13的激光多极管封装底座的制备方法制备得到的封装底座。
试验内容：取试验对象进行焊接强度测试；每个试验对象平行制备3个。
试验结果：如表2所示。由表2可知，研究发现，经实施例1-13的激光多极管封装底座的制备方法制备的多级管封装底座的焊接强度均大于1100N/50mm，同时，平行试验结果相似，适用于高精密光电仪器的生产化；研究发现，实施例1-3为最佳方案，其多级管封装底座的焊接强度均大于1500N/50mm。
表2焊接强度检测结果统计(单位：N/50mm)
实施例15：密封性(泄漏率)检测
试验对象：经实施例1-13的激光多极管封装底座的制备方法制备得到的封装底座。
试验内容：取试验对象进行气密性检测、85℃老化168h后的气密性检测；每个试验对象平行制备3个。
试验结果：如表3所示。由表3可知，研究发现，经实施例1-13的激光多极管封装底座的制备方法制备的多级管封装底座的气密性均达10-11级，且其在85℃老化168h后的气密性检测均达10-10级，气密性得到了较大提高；同时，平行试验结果相似，适用于高精密光电仪器的生产化；研究发现，实施例1-4为最佳方案，其气密性均达10-12级，且其在85℃老化168h后的气密性检测均达10-11级。
表3密封性检测结果统计(单位：m3.Pa/s)
Claims (10)
1.一种激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，取压成目标尺寸的金属壳体、金属上盖、金属导柱和接地引线，分别依次经抛光除油和刻蚀处理；
步骤2，取经步骤1处理的接地引线用银铜焊料焊接在经步骤1处理的金属上盖上；
步骤3，将小颗粒绝缘玻璃、经步骤1处理的金属壳体和金属导柱、经步骤2处理的金属上盖和接地引线组合固定，在氮气保护下进行烧结处理；其中，所述烧结处理的温度曲线为：以65~75℃/min 的速度匀速升温至570~580℃→以8~11℃/min 的速度匀速升温至846~852℃→于846~852℃下保温14~18min→以20~25℃/min的速度匀速降温至495~510℃→以3~4.5℃/min的速度匀速降温至250~260℃→以55~70℃/min的速度匀速降温至20~30℃。
2.根据权利要求1所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，所述银铜焊料选用TS-18T银铜钎料。
3.根据权利要求1所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，所述金属壳体、金属上盖、金属导柱和接地引线由铁钴镍合金制成。
4.根据权利要求1所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，步骤3中所述烧结处理时，所述小颗粒绝缘玻璃、金属壳体、金属导柱、金属上盖和接地引线组合固定在由石墨制成的模具中。
5.根据权利要求1所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，步骤3中加入的所述小颗粒绝缘玻璃的尺寸为10~50目，其由如下方法制备得到：
分散：取分散剂，升温至100~105℃熔融，保温条件下缓慢加入封接玻璃粉，搅拌分散均匀，逐渐冷却凝固，得到小颗粒混合物；其中，所述分散剂包括精白蜡；
压制：取分散得到的小颗粒混合物，压制成目标尺寸的玻璃毛坯；
排蜡：取压制得到的玻璃毛坯，进行排蜡处理，得到绝缘玻璃；其中，所述排蜡处理的温度曲线为：以4.5~5℃/min 的速度匀速升温至585~600℃→于585~600℃下保温14~17min→以50~55℃/min的速度匀速降温至55~60℃。
6.根据权利要求5所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，按质量计，所述分散剂和封接玻璃粉的用量比为1：8~11；所述封接玻璃粉包括市售玻璃粉，所述市售玻璃粉DM305、DM308或DM320中的一种或多种；所述分散剂还包括环烷油；且按质量计，分散剂中的精白蜡和环烷油的用量比为50~100：1；步骤1中所述小颗粒混合物的尺寸为10~50目。
7.根据权利要求6所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，所述封接玻璃粉还包括额外添加的Al2O3；且按质量计，封接玻璃粉中额外添加的Al2O3和市售玻璃粉的用量比为1：15~20。
8.根据权利要求1所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，抛光除油的步骤为：第一次预清洗→第一次抛光→第二次预清洗→第二次抛光→第三次预清洗→第四次预清洗→水洗；所述第一次预清洗、第二次预清洗和第三次预清洗均采用水溶性表面活性剂的水溶液进行清洗，所述A清洗液选用水溶性表面活性剂；所述第四次预清采用PEOm-b-PPOn-b-PEOm水溶液进行清洗，其中m和n均为正整数且3n＞m＞1.5n＞45 。
9.根据权利要求1所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，刻蚀所用的刻蚀液包括35～45wt%的HCl、2～5wt%的H3PO4和0.05～0.2wt%的CH3COONa。
10.根据权利要求9所述的激光多极管封装底座的制备方法，其特征在于，所述刻蚀液还包括0.05～0.1wt%的阴离子聚丙烯酰胺和0.1～0.5wt%的乙酸乙酯。
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