CN108387174A - 一种半导体激光器芯片封装精度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器芯片封装精度检测方法及装置，该方法是：将半导体激光器芯片发出的光射入第一个凸透镜，形成平行光线，将平行光线平行于第二个凸透镜的主光轴射入第二个凸透镜，第一个凸透镜与第二个凸透镜的主光轴重合，平行光线经过第二个凸透镜后集中在主光轴上的一点，检测聚焦光点形状判定激光器芯片的封装精度；该装置包括支架、驱动电源、套筒、凸透镜组和光斑接收屏，驱动电源安装在支架上，套筒水平安装在支架上，套筒内孔的前部镶嵌凸透镜组，套筒内孔的后部为半导体激光器插装孔，凸透镜的主光轴与半导体激光器插装孔的轴线重合，光斑接收屏安装在支架上。本发明检测效果好，检测准确，检测速度快。

Description

一种半导体激光器芯片封装精度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于半导体激光器芯片封装精度检测的方法及装置，尤其是TO封装的可见光激光器的芯片贴片精度的检测，属于半导体激光器封装技术领域。

背景技术

半导体激光器芯片封装精度的要求是半导体器件封装及制造中必不可少的工艺步骤，同时也是非常重要的工艺，其工艺的好坏，不仅仅影响半导体器件的光电转换效率，还会直接影响器件的可靠性和寿命，同时对半导体激光器的使用上也造成一定的不良影响。

半导体激光器是实用中最重要的一类激光器。它具有体积小、寿命长、功耗低、价格低廉等特点，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距、显示、激光照明以及雷达等方面获得了广泛的应用。与此同时鉴于激光器应用要求的严格性，而半导体激光器本身又存在比较明显的缺陷，如参数的一致性控制较难、光束质量的差异及方向性容易出现偏差等，这些问题在封装过程更容易被放大，影响其使用，因此要想获得较高的封装精度，如何检测半导体激光器芯片封装精度对推动半导体激光器的市场应用具有关键性作用。

目前，在工业生产、民用及娱乐指示行业，TO封装的半导体激光器是最普遍的一种激光器，在激光器的生产加工中，尤其国产化生产中，还未能达到全自动化生产，很多还停留在纯手工操作的阶段，因此，受手动加工的影响，激光器的芯片封装、贴片精度、烧结质量都可能产生偏差，影响激光器的使用。

TO封装是半导体激光器封装形式中常见的一种，在小功率激光器的封装中应用比较广泛。TO类封装的半导体激光器的封装形式多样性，规格、尺寸呈现多样化，如TO18、TO9、TO3等，一般将激光器芯片烧结于长方体形的热沉上，再将热沉与芯片的结合体烧结于散热TO管座上，实现电、热的传导，激光器的芯片一般要求与出光孔在一个轴线上，其发射的光斑为椭圆形。

中国专利文献CN104075873A公开了一种半导体激光器光斑检测装置及方法，采用激光器与透镜系统的准直，通过判定C-mount封装的大功率半导体激光器光斑来对半导体激光器的光斑做检测，但是该方法主要是针对大功率封装的半导体激光器，尤其C-mount封装的半导体激光器的光斑质量做检测，与TO封装的半导体激光器的结构、方法大不一样，没有涉及TO封装的半导体激光器的芯片封装精度的检测作用。

中国专利文献CN2004100512275公开了一种半导体激光器管芯的检测方法，是通过一台中央控制计算机、一组激光器管芯驱动电路、一组数据采集电路、及包含有激光器管芯测试夹具的激光器管芯检测用探针台、前面出光及后面出光两个探测器、一组温度控制电路组成，通过实现计算机分别与激光器管芯驱动电路、数据采集电路、温度控制电路之间采用通用的接口相连的方式；探针台的探针一端通过导线连接到激光器管芯驱动电路；两个探测器分别与数据采集电路通过导线相连，实现了激光器芯片测试数据在计算机上的显示，对激光器芯片的电参数做综合评价；但是，没有涉及到半导体激光器芯片封装精度检测作用。

发明内容

针对现有半导体激光器芯片封装过程其精度确认及检测技术存在的不足，本发明提供一种效率高、检测准确的半导体激光器芯片封装精度检测方法，同时提供一种实现该方法的装置。

本发明的半导体激光器芯片封装精度检测方法，是：

将半导体激光器芯片发出的光射入第一个凸透镜，形成平行光线，将平行光线平行于第二个凸透镜的主光轴(凸透镜两个球面的球心的连线称为凸透镜的主光轴)射入第二个凸透镜，第一个凸透镜与第二个凸透镜的主光轴重合，平行光线经过第二个凸透镜后,集中在主光轴上的一点；半导体激光器芯片发光点位置不同，在经过两个凸透镜聚焦后所成的聚焦光点大小及形状也不同，检测聚焦光点形状判定激光器芯片的封装精度。

实现上述方法的半导体激光器芯片封装精度检测装置，采用以下技术方案：

该装置，包括支架、驱动电源、套筒、凸透镜组和光斑接收屏，驱动电源安装在支架上，套筒水平安装在支架上，套筒内孔的前部镶嵌凸透镜组，凸透镜组包括前后两个平行排列的凸透镜，两个凸透镜隔开，其间距小于其曲率半径，套筒内孔的后部为半导体激光器插装孔，凸透镜的主光轴与半导体激光器插装孔的轴线重合，光斑接收屏安装在支架上并置于凸透镜组的前方。

所述套筒与支架之间设置有绝缘层。

所述套筒内孔前部的内径与凸透镜外径一致，以使凸透镜组嵌入套筒内孔时更好地与套筒内经轴线重合。

所述半导体激光器插装孔的内径与半导体激光器的管座外径一致，以使半导体激光器方便准确地定位在套筒中，使激光器芯片发光点和凸透镜轴线在一条线上。

使用时，将半导体激光器插入半导体激光器插装孔中，这样保证了激光器芯片发光点套筒内孔轴线与凸透镜轴线在一条线上，达到准直目的。激光器后端通过TO测试插头和激光器管脚与驱动电源连接，实现接电。光斑接收屏与套筒前端出光孔正对，使经过凸透镜组聚焦后的光点能正直打在接收屏上，根据光点的形状判断芯片装配精度。

本发明使得半导体激光器芯片封装精度的检测操作起来方便简单，可以实现半导体激光器的芯片封装精度的批量检测，检测效果好，检测准确，检测速度快。

附图说明

图1是半导体激光器发出的光经过凸透镜后发生光线变换的示意图。

图2是封装精度合格的半导体激光器芯片出射光经凸透镜组发生聚焦后接收屏上光点示意图。

图3是半导体激光器芯片经凸透镜组后发生光路变换的聚焦光线出射位置示意图。

图4是封装精度不合格半导体激光器芯片出射光经透镜组发生聚焦后接收屏上光点示意图。

图5是本发明的半导体激光器芯片封装精度检测装置的结构示意图。

图中：1.半导体激光器，2.发出光，3.第一凸透镜，4.平行光，5.第二凸透镜，6.投射在接收屏上的聚焦光点，7.支架，8.套筒，9.光斑接收屏，10.驱动电源，11.套筒内孔，12.凸透镜组，13.激光器插装孔。

具体实施方式

本发明利用凸透镜对光线具有聚光作用，实现激光器发出的椭圆光形在经凸透镜后发生聚焦；根据不同的发光点在经两个凸透镜聚焦后的聚焦光点的形状差异，在其焦点附近检测其光点形状，即可实现激光器发光点位置精度的检测-即激光器芯片的封装精度检测。

如图1所示，半导体激光器1的发出光2经过第一凸透镜3后会变成平行光4，该平行光4经第二凸透镜5聚焦后的光线最终在接收屏上成为聚焦光点6。

理想状态下芯片出光点位于凸透镜的光轴上，激光器芯片出射光垂直入射到第一个凸透镜，经过第一个凸透镜出射后形成平行光线，平行光出光方向与第二个凸透镜主光轴平行(凸透镜两个球面的球心的连线称为凸透镜的主光轴)，即平行射入第二个凸透镜，平行光线经过第二个凸透镜出射后发生聚焦，变成聚焦光点沿第二个凸透镜的主光轴方向投射在光屏上，半导体激光器芯片封装精度合格，理想的封装精度下投射在接收屏上的光点是标准的圆形光点，如图2所示。

半导体激光器芯片发光点位置以及出光角度不同，在经过两个凸透镜聚焦后所成的聚焦光点大小及形状也不同，激光器芯片发光光点位置及方向偏离主光轴，如图3所示。便会在接收光屏上检测到偏离中心轴的光点，其光点形状通常也不是规则的圆形，而是椭圆状，大小也偏大些，如图4所示。通过检测投射在接收屏上的聚焦光点形状及大小便能判定激光器芯片的封装精度。

如图5所示，本发明的半导体激光器芯片封装精度检测装置，包括支架7、驱动电源10、套筒8、凸透镜组12和光斑接收屏9。驱动电源10安装在支架7上，驱动电源10为半导体激光器提供恒定的电流和电压输出，使激光器能够正常工作，出射光斑。套筒8水平安装在支架7上，套筒8与支架7之间设置有绝缘垫。套筒内孔11的前部镶嵌有凸透镜组12。凸透镜组12包括前后两个平行排列的凸透镜，两透镜分隔开来，间距小于其曲率半径，凸透镜组中二个凸透镜的主光轴(凸透镜两个球面的球心的连线称为凸透镜的主光轴)轴线重合。

套筒内孔11的后部为半导体激光器插装孔13，凸透镜组中二个凸透镜的主光轴与半导体激光器插装孔13的轴线重合。为使凸透镜组12嵌入套筒内孔11时更好地与套筒内经轴线重合，将套筒内孔11的前部内径与凸透镜组12的外径加工成一致。半导体激光器插装孔13的内径与所测半导体激光器上的管座(如TO管座)外径一致，以使半导体激光器方便准确地定位在套筒8中，使激光器芯片发光点和凸透镜组12的主光轴在一条线上。光斑接收屏9安装在支架7上并置于凸透镜组12的前方。凸透镜组12中的凸透镜曲率根据需要选择。

上述装置通过套筒8和凸透镜组12，对半导体激光器的光斑在水平和垂直方向进行了压缩，从而有效的对封装精度进行检测。具体检测过程如下所述。

将半导体激光器插入半导体激光器插装孔13中，这样保证了激光器芯片发光点、套筒内孔轴线11及凸透镜组12主光轴在一条线上，达到准直目的。通过电源正负极电极线，将封装完成的半导体激光器和驱动电源10有效的连接，实现接电，使得激光器可以工作激射发光。驱动电源10驱动激光器后，激光经过套筒8通过凸透镜组12聚焦，呈现在光斑接收屏9上，使经过凸透镜组12聚焦后的光点能正直打在接收屏9上，根据光点的形状判断芯片装配精度。

Claims (5)

1.半导体激光器芯片封装精度检测方法，其特征是：

将半导体激光器芯片发出的光射入第一个凸透镜，形成平行光线，将平行光线平行于第二个凸透镜的主光轴射入第二个凸透镜，第一个凸透镜与第二个凸透镜的主光轴重合，平行光线经过第二个凸透镜后,集中在主光轴上的一点；半导体激光器芯片发光点位置不同，在经过两个凸透镜聚焦后所成的聚焦光点大小及形状也不同，检测聚焦光点大小及形状判定激光器芯片的封装精度。

2.一种半导体激光器芯片封装精度检测装置，包括支架、驱动电源、套筒、凸透镜组和光斑接收屏，其特征是：驱动电源安装在支架上，套筒水平安装在支架上，套筒内孔的前部镶嵌凸透镜组，凸透镜组包括前后两个平行排列的凸透镜，两个凸透镜隔开，其间距小于其曲率半径，套筒内孔的后部为半导体激光器插装孔，两个凸透镜的主光轴与半导体激光器插装孔的轴线重合，光斑接收屏安装在支架上并置于凸透镜组的前方。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器芯片封装精度检测装置，其特征是：所述套筒与支架之间设置有绝缘层。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器芯片封装精度检测装置，其特征是：所述套筒内孔前部的内径与凸透镜外径一致。

5.根据权利要求2所述的半导体激光器芯片封装精度检测装置，其特征是：所述半导体激光器插装孔的内径与半导体激光器的管座外径一致。