CN111224315A

CN111224315A - 一种金锡工艺的ld红光to激光器封装方法

Info

Publication number: CN111224315A
Application number: CN201911192249.6A
Authority: CN
Inventors: 明文波; 刘琦; 赵克宁
Original assignee: Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-06-02

Abstract

本发明涉及一种金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，属于电子封装生产技术领域，采用扩膜机对黏结芯片和金锡热沉的膜进行扩晶，采用单面金锡热沉，金锡热沉设有金锡层，按照金锡热相比例预热，加热到金锡熔化温度后将LD芯片粘接在热沉中间金锡层上，两者粘接后降温使其瞬间结合牢固，形成一组COS；采用TO管座作为载体，将固晶好的COS粘着在已点好银胶的管座管舌平面上；通过校验光源校验芯片腔面与管座管舌前端平行；烘烤后焊线封帽。可靠性好，功率高，散热好，生产过程控制准确，省去了蒸镀焊料、合金、切割工序节省了人工费用、材料、工时从而降低了生产成本。

Description

一种金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法

技术领域

本发明涉及一种金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，属于电子封装生产技术领域。

背景技术

半导体激光器在光刻录、光通讯、国防、工业及医疗等方面都有广泛的用途，尤其在电子设备领域中激光器的应用范围比较广泛，现在多处领域已经能见到半导体激光器的身影，在大多数的应用中，器件的成本是一个重要的因素，这也是关系到它们是否能商品化的主要因素。在现阶段的半导体行业存在多种多样的封装方式，半导体激光器是在半导体行业中对成本性、可靠性的要求最为苛刻的产业。

LD，激光二极管，也称半导体激光器，是一种将电能转换为光能的固态半导体器件，他直接把电转换成光，LD的心脏是个半导体的芯片，芯片的一端粘接在金锡热沉上，因半导体是PN结构，所以有的TO封装要求是P面朝下或N面朝下，故所说的正反电极封装要求。芯片和热沉粘接后形成一组完整的COS，COS再通过银胶粘在TO管的管舌上，这样按照正反电极要求封装出产品极性就会相反。最后在通过焊线、封帽形成一只完整的TO封装结构激光器。

如果超净环境不够级别就会影响整个产品的质量。而半导体激光器其实质就是三极管引申发展而来，其外部构造在一定程度上决定了其生产过程中存在一定的难度，即半导体激光器的管芯太小，焊接线太细，如果受到外部作用力不准确就会导致管芯破损，焊接线短路或断路现象。现有常采取铟工艺，铟工艺是采用整片的方式蒸镀焊料，然后在每个热沉单元上粘接激光器芯片，一起合金，再将合金好粘有芯片的热沉单元从整片热沉支架上切割下来利用银胶粘结到管座上，但现有工艺工序复杂成本较高。

发明内容

本发明所要解决的问题是用金锡工艺封装LD红光TO激光器，为了使其耐用、精度高、可靠性高，从而减少在原材料、人员、人工工时及产品污染等方面的浪费。

本申请的技术方案如下：

一种金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，包括如下步骤：

(1)扩晶：采用扩膜机对黏结芯片和金锡热沉的膜进行扩张，使其两者的间距拉伸到相同间距，从而节省全自动激光芯片固晶机寻找芯片识别图像的时间；

(2)LD芯片固晶：采用全自动激光芯片固晶机，运用图像识别功能，采用单面金锡热沉，金锡热沉设有金锡层，按照金锡热相比例，首先预热，加热到金锡熔化温度后将LD芯片粘接在热沉中间金锡层上，要求芯片前端腔面高出金锡热沉端且两者保持平行，整个过程中都有氮气保护防止其氧化，两者粘接后降温使其瞬间结合牢固，形成一组COS；与铟工艺固晶相比较此工艺教前者精度高，外形规则减少工步流程及人员配置。

(3)TO固晶：TO激光器封装采用TO管座作为载体，管座尺寸为TO5.6，首先将固化银胶进行醒胶，将醒好的银胶针管安装在点胶机上，然后点在TO管座管舌上，将步骤(2)中固晶好的COS粘着在已点好银胶的管座管舌平面上；

(4)对光：通过校验光源校验芯片腔面与管座管舌前端平行；

(5)烘烤：将固晶好并校验好的TO管座放入烘箱烘烤；

(6)焊线：采用自动金丝焊线机将烘烤完的LD芯片通过金丝引线连接到TO管座另一端电极上使其形成良好的欧姆接触；

(7)封帽：常规红光TO激光器一般在气密性条件下采用重封帽带视窗工艺，管帽带视窗要求需要很好的气密性，要在很干净的环境下操作，重封帽要求加大封帽机荷重电压封完的管帽不会脱落。

优选的，步骤(2)中，金锡层的金锡质量比为8:2。

优选的，步骤(2)中，加热温度为320°。

优选的，步骤(2)中，芯片和金锡热沉粘接后3S钟的时间内冷却至全自动激光芯片固晶机系统设置的预热温度。

优选的，步骤(4)中，校验光源设于基座上，校验光源的发光方向竖直向上，校验光源光路上方倾斜设有镜片，镜片一侧设有带孔纸片，带孔纸片上开设有小孔，带孔纸片侧面设有放置架，放置架上放置步骤(3)粘着芯片的管座，管座上芯片腔面呈水平方向；校验光源向上发射光经过镜片反射通过带孔纸片的小孔照到芯片腔面上，芯片腔面本身也反光正好打在带孔纸片上有一个红点，在带孔纸片上设定一个范围来控制芯片腔面与管座管舌前端平行，只要红点在范围内就是正常，超出范围就再加以修正。

进一步优选的，步骤(4)中，放置架一侧设有凹台，凹台上设有模条，模条上放置步骤(3)粘着芯片的管座。

进一步优选的，步骤(4)中，镜片与水平方向的倾斜角度为60°。采用光的反射原理形成一个90°反射，镜片中心线与水平方向和垂直方向形成120°夹角，水平方向对应的是TO管座，TO管座以模条为载体放置，在镜片和芯片腔面中间放一带孔纸片中心有个小孔，使芯片腔面、纸片小孔、镜片在同一直线上，垂直方向对应的是点光源。

优选的，步骤(5)中，烘烤温度为银胶固化温度，烘烤时间为1小时，采用循环风进行烘烤。

本发明提供的低功率红光激光器的封装制作方法，利用金锡热沉作为中间载体，而金锡热沉是金与锡液化后8:2比例结合形成的一种焊料具有良好的导热和导电性。相比铟焊料工艺，金锡焊料工艺具有抗氧化，耐腐蚀特性且导热导电性好，从工艺路线相比，金锡工艺是瞬间完成共晶焊，省去了蒸镀焊料、合金、切割工序节省了人工费用、材料、工时从而降低了生产成本。

本发明的有益效果如下：

本发明金锡封装工艺封装出的TO管，可靠性好，功率高，散热好，生产过程控制准确，从扩晶的范围，固晶的工艺，给出了详细的方法，保证芯片与热沉的结合确保其有探出量，热沉与TO管座结合确保腔面要与管舌前端平行歪斜控制在一定范围之内，使其打出的光保持水平直线且光斑质量好。此外，烘烤温度和烘烤时间给出了明确的参数，保证了在TO固晶后银胶能够快速烘干，且不因烘烤过度而损失品质，对于焊线的过程和焊接后所需要达到的指标也给出明确的要求，保证了产品的电气要求。

附图说明

图1为本发明激光器金锡工艺封装结构完整示意图；

图2为本发明激光器内部封装结构剖面侧视示意图；

图3为本发明激光器内部封装结构俯视示意图；

图4为本发明对光装置示意图；

其中：1、TO管座，2、金锡热沉，3、LD芯片，4、金丝引线，5、视窗管帽，6、管座管舌，7、芯片腔面，8、校验光源，9、镜片，10、带孔纸片，11、小孔，12、模条。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达到的目的与功效易于明白了解，下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，包括如下步骤：

(1)扩晶：采用扩膜机对黏结芯片和金锡热沉的膜进行扩张，使其两者的间距拉伸到相同间距，从而节省全自动激光芯片固晶机寻找芯片识别图像的时间。

(2)LD芯片固晶：采用全自动激光芯片固晶机，此设备是专门封装金锡工艺的共晶机。运用图像识别功能，常规采用单面金锡热沉，中间有一定比例的金锡层，金锡层的金锡质量比为8:2，按照金锡热相比例，首先预热，加热到金锡熔化温度320°后将LD芯片粘接在热沉中间金锡层上，要求芯片前端腔面高出金锡热沉端且两者保持平行，如图2所示，整个过程中都有氮气保护防止其氧化，两者粘接后3S钟的时间内冷却至全自动激光芯片固晶机系统设置的预热温度使其瞬间结合牢固，形成一组COS；与铟工艺固晶相比较此工艺教前者精度高，外形规则减少工步流程及人员配置。

(3)TO固晶：TO激光器封装采用TO管座作为载体，通常管座尺寸为TO5.6，将固化银胶进行醒胶。将醒好的银胶针管安装在点胶机上，然后点在TO管座管舌上。将步骤(2)中固晶好的COS粘着在已点好银胶的管座管舌平面上，用铜块对正芯片腔面与管座前端的位置，要求芯片腔面要与管舌前端平行。

(4)对光：通过校验光源校验芯片腔面与管座管舌前端平行；如图4所示，校验光源设于基座上，校验光源的发光方向竖直向上，校验光源光路上方倾斜设有镜片，镜片一侧设有带孔纸片，带孔纸片上开设有小孔，带孔纸片侧面设有放置架，放置架上放置步骤(3)粘着芯片的管座，管座上芯片腔面呈水平方向，即如图3所示；校验光源向上发射光经过镜片反射通过带孔纸片的小孔照到芯片腔面上，芯片腔面本身也反光正好打在带孔纸片上有一个红点，在带孔纸片上设定一个范围来控制芯片腔面与管座管舌前端平行，只要红点在范围内就是正常，超出范围就再加以修正。

镜片与水平方向的倾斜角度为60°，采用光的反射原理形成一个90°反射，镜片中心线与水平方向和垂直方向形成120°夹角，水平方向对应的是TO管座，TO管座以模条为载体放置，在镜片和芯片腔面中间放一带孔纸片中心有个小孔，使芯片腔面、纸片小孔、镜片在同一直线上，垂直方向对应的是点光源。

(5)烘烤：将固晶并校验好的TO管座放入烘箱烘烤，烘烤温度为银胶固化温度，烘烤时间为1小时，采用循环风进行烘烤。

(6)焊线：采用自动金丝焊线机将烘烤完的LD芯片N面通过金丝引线连接到TO管座另一端电极阴极管脚上使其形成良好的欧姆接触，半导体激光器芯片通过管舌作为正电极，阴极管脚作为负电极通电后会工作。

(7)封帽：常规红光TO激光器一般采用重封帽带视窗工艺，管帽带视窗要求需要很好的气密性，要在很干净的环境下操作，重封帽要求加大封帽机荷重电压封完的管帽不会脱落。

Claims

1.一种金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)扩晶：采用扩膜机对黏结芯片和金锡热沉的膜进行扩张，使其两者的间距拉伸到相同间距；

(2)LD芯片固晶：采用全自动激光芯片固晶机，采用单面金锡热沉，金锡热沉设有金锡层，按照金锡热相比例，首先预热，加热到金锡熔化温度后将LD芯片粘接在热沉中间金锡层上，要求芯片前端腔面高出金锡热沉端且保持平行，整个过程中都有氮气保护防止其氧化，两者粘接后降温使其瞬间结合牢固，形成一组COS；

(4)对光：通过校验光源校验芯片腔面与管座管舌前端平行；

(5)烘烤：将固晶好并校验好的TO管座放入烘箱烘烤；

(6)焊线：采用自动金丝焊线机将烘烤完的LD芯片通过金丝引线连接到TO管座另一端电极上使其形成欧姆接触；

(7)封帽：在气密性条件下采用重封帽带视窗工艺。

2.根据权利要求1所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(2)中，金锡层的金锡质量比为8:2。

3.根据权利要求1所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(2)中，加热温度为320°。

4.根据权利要求1所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(2)中，芯片和金锡热沉粘接后3S钟的时间内冷却至全自动激光芯片固晶机系统设置的预热温度。

5.根据权利要求1所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(4)中，校验光源设于基座上，校验光源的发光方向竖直向上，校验光源光路上方倾斜设有镜片，镜片一侧设有带孔纸片，带孔纸片上开设有小孔，带孔纸片侧面设有放置架，放置架上放置步骤(3)粘着芯片的管座，管座上芯片腔面呈水平方向；校验光源向上发射光经过镜片反射通过带孔纸片的小孔照到芯片腔面上，芯片腔面反光打在带孔纸片上有一个红点，在带孔纸片上设定一个范围来控制芯片腔面与管座管舌前端平行，只要红点在范围内就是正常，超出范围就再加以修正。

6.根据权利要求5所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(4)中，放置架一侧设有凹台，凹台上设有模条，模条上放置步骤(3)粘着芯片的管座。

7.根据权利要求5所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(4)中，镜片与水平方向的倾斜角度为60°。

8.根据权利要求1所述的金锡工艺的LD红光TO激光器封装方法，其特征在于，步骤(5)中，烘烤温度为银胶固化温度，烘烤时间为1小时，采用循环风进行烘烤。