CN111653935A - 激光器及其引线封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器封装技术领域，提供了一种激光器引线封装结构，包括供芯片安设的封装平台，所述封装平台包括CuW引线框架热沉，所述CuW引线框架热沉具有供芯片的正负极分别连接的阳极区段和阴极区段，所述阳极区段和所述阴极区段间隔设置。还提供一种激光器，包括芯片以及上述的激光器引线封装结构，所述芯片的正极和负极分别连在所述阳极区段和所述阴极区段上。本发明通过采用CuW引线框架热沉可以便于匹配芯片的热膨胀系数，实现超低应力或无应力、低成本的封装，提高了激光器的可靠性和电光性能。

Description

激光器及其引线封装结构

技术领域

本发明涉及激光器封装技术领域，具体为一种激光器及其引线封装结构。

背景技术

常规的激光器封装中采用的氮化铝或氧化铝作为热沉，因为它们具有良好的导热性和电绝缘性，常常作为热沉的首选，然而在实际的使用过程中，由于氮化铝热沉或氧化铝热沉与芯片的热膨胀系数匹配不好，且应力大、成本高，这种热膨胀系数失配会带来不可靠的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器及其引线封装结构，通过采用CuW引线框架热沉可以便于匹配芯片的热膨胀系数，实现超低应力或无应力、低成本的封装，提高了激光器的可靠性和电光性能。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种激光器引线封装结构，包括供芯片安设的封装平台，所述封装平台包括CuW引线框架热沉，所述CuW引线框架热沉具有供芯片的正负极分别连接的阳极区段和阴极区段，所述阳极区段和所述阴极区段间隔设置。

进一步，所述封装平台还包括预成型塑料，所述预成型塑料至少部分填充在所述阳极区段和所述阴极区段的间隔中。

进一步，所述预成型塑料为液晶聚合物塑料或硅酮模塑化合物塑料。

进一步，所述封装平台为所述预成型塑料、所述阳极区段以及所述阴极区段组成的立方体结构，剩下部分所述预成型塑料填充在所述阳极区段的边角处和所述阴极区段的边角处，所述立方体结构的上表面为供所述芯片安设的面。

进一步，还包括罩盖于所述封装平台上的外壳，所述外壳和所述封装平台之间具有供所述芯片安置的腔室。

本发明实施例提供另一种技术方案：一种激光器，包括芯片，还包括上述的激光器引线封装结构，所述芯片的正极和负极分别连在所述阳极区段和所述阴极区段上。

进一步，所述芯片为激光二极管，所述激光二极管的P面朝下，且所述P面与所述阳极区段通过焊料连接，所述激光二极管的N面朝上，且所述N面通过引线与所述阴极区段连接。

进一步，所述芯片为垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器倒装在所述封装平台上，且横跨所述阳极区段和所述阴极区段。

进一步，所述阳极区段的底部设有阳极SMT贴片，所述阴极区段的底部设有阴极SMT贴片。

进一步，所述封装平台供所述芯片安设的面上凸出形成有挡块结构，所述封装平台供所述芯片安设的面上还凹陷形成有沟槽结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用CuW引线框架热沉可以便于匹配芯片的热膨胀系数，实现超低应力或无应力、低成本的封装，提高了激光器的可靠性和电光性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种激光器的芯片为激光二极管的引线封装结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光器引线封装结构的CuW引线框架热沉的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种激光器的芯片为垂直腔面发射激光器的封装结构的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种激光器的芯片为垂直腔面发射激光器带外壳的封装结构的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种激光器的芯片为激光二极管带挡块结构和沟槽结构的封装结构的示意图；

附图标记中：1-封装平台；10-CuW引线框架热沉；100-阳极区段；101-阴极区段；11-预成型塑料；2-外壳；20-光学组件；30-引线；40-阳极SMT贴片；41-阴极SMT贴片；50-挡块结构；51-沟槽结构；6-焊料；70-激光二极管；71-垂直腔面发射激光器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1至图5，本发明实施例提供一种激光器引线封装结构，包括供芯片安设的封装平台1，所述封装平台1包括CuW引线框架热沉10，所述CuW引线框架热沉10具有供芯片的正负极分别连接的阳极区段100和阴极区段101，所述阳极区段100和所述阴极区段101间隔设置。现有技术中，常采用的氮化铝或氧化铝作为热沉，但由于氮化铝热沉或氧化铝热沉与芯片的热膨胀系数匹配不好，且应力大、成本高，会带来不可靠的风险。因此在本实施例中，采用CuW引线框架热沉10，可以便于匹配芯片的热膨胀系数，实现超低应力或无应力、低成本的封装，提高了激光器的可靠性和电光性能。具体地，利用引线30框架技术和铜钨基材料作为封装平台1的一部分，由于CuW热沉的热膨胀系数(CTE)与激光芯片的热膨胀系数(CTE)匹配良好，从而降低了CTE失配带来的可靠性风险。另外，该CuW引线框架热沉10分为阳极区段100和阴极区段101，可以对应到芯片的正负极，以便于芯片与其的键合。优选的，该CuW引线框架热沉10的CTE通过调整W组分来调整，以优化与GaAs激光二极管的CTE失配，优选地，Cu10W90和Cu7W93的CTE分别为6.5和6.0ppm/K，可以使其与GaAs的CTE精确匹配。优选的，该CuW引线框架热沉10的铜成分也可调，以满足高功率激光器的散热需求。至此，采用本封装结构，可以让尺寸缩小到亚毫米范围，以便集成到需要占用较小空间的消费应用(如移动电话)产品中；封装尺寸也可以放大，以满足数据通信和工业激光应用中的任何高功率激光要求。而由于CuW原材料的成本和机械硬度比用于引线30框架封装的Cu材料高，因此通常情况下，CuW材料都不会应用在IC工业中，但是在本实施例中，采用了这种CuW引线框架热沉10，起到了极其优异的效果，不仅实现超低应力或无应力、低成本的封装，而且还提高了激光器的可靠性和电光性能。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，所述封装平台1还包括预成型塑料11，所述预成型塑料11至少部分填充在所述阳极区段100和所述阴极区段101的间隔中。在本实施例中，由于CuW具有较高的形变温度(大于300C)，因此采用该预成型塑料11来与之配合形成封装平台1，以允许在较高温度(即低于形变温度)下更灵活地执行下游组装/回流工艺。优选的，该预成型塑料11为液晶聚合物塑料或硅酮模塑化合物塑料。优选地，于CuW引线框架热沉10上镀金，以使其适用于Ag环氧树脂、Ag胶或焊料预制件。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，所述封装平台1为所述预成型塑料11、所述阳极区段100以及所述阴极区段101组成的立方体结构，剩下部分所述预成型塑料11填充在所述阳极区段100的边角处和所述阴极区段101的边角处，所述立方体结构的上表面为供所述芯片安设的面。在本实施例中，封装平台1主要就是由预成型塑料11、阳极区段100和阴极区段101组成，它们联锁在一起后即形成一个立方体结构，该立方体结构可以是长方体结构，而所用的阳极区段100和阴极区段101均可以为对称结构，其中阳极区段100的上表面的面积大于阴极区段101的上表面的面积。

作为本发明实施例的优化方案，CuW引线框架热沉10的大批量的制造方法大致为：先准备大批量的CuW面板，然后进行刻蚀，接着进行成型和电镀，最后再进行化学切割。具体地，从CuW面板开始，由于CuW材料的硬度，使用化学腐蚀，其中选用蚀刻的化学品对于确保CuW表面的质量(如表面粗糙度等)很重要，且刻蚀刻蚀速率是另一个降低刻蚀时间和降低成本的关键参数。另外，蚀刻分为全蚀刻和半蚀刻，可以确保CuW和塑料之间的良好联锁。而预成型塑料11与CuW引线框架热沉10的组装时在刻蚀工艺之后完成，镀金是在成型工艺之后完成。优选的，对包装进行激光切割(根据装配工艺顺序选择)，以消除切割界面上的毛刺问题。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图4，本结构还包括罩盖于所述封装平台1上的外壳2，所述外壳2和所述封装平台1之间具有供所述芯片安置的腔室。在本实施例中，外壳2罩盖在封装平台1上后，由于CuW引线框架热沉10的尺寸可以很小，再加上外壳2后也能够实现超薄激光封装，具体地，可以实现0.4mm以下的封装，其中CuW引线框架热沉10的尺寸可以做到0.1mm，外壳2可以做到0.3mm以下。优选的，外壳2中嵌设有光学组件20，该光学组件包括匀光片、衍射元器件DOE等。其中，匀光片的厚度优选为0.1mm，激光二极管顶部和匀光片底部之间的最小光程为50um，该距离满足飞行时间相关的应用。

实施例二：

请参阅图1至图5，本发明实施例提供一种激光器，包括芯片以及上述的激光器引线封装结构，所述芯片的正极和负极分别连在所述阳极区段100和所述阴极区段101上。在本实施例中，采用上述的引线30封装结构来封装芯片，可以便于匹配芯片的热膨胀系数，实现超低应力或无应力、低成本的封装，提高了激光器的可靠性和电光性能。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，当所述芯片为激光二极管70时，所述激光二极管70的P面朝下，且所述P面与所述阳极区段100通过焊料6连接，所述激光二极管70的N面朝上，且所述N面通过引线30与所述阴极区段101连接。在本实施例中，采用激光二极管70P面朝下的形式，可以使其通过焊料6与阳极区段100连接，而N面则可以通过引线30键合至阴极区段101的阴极键合区域。在进行引线30键合之前，激光二极管70芯片用合适的焊料6直接连接在CuW引线框架热沉10的阳极区段100上。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图3和图4，当所述芯片为垂直腔面发射激光器71，所述垂直腔面发射激光器71倒装在所述封装平台1上，且横跨所述阳极区段100和所述阴极区段101。在本实施例中，当芯片是垂直腔面发射激光器71时，不需要再通过引线30键合，直接倒装VCSEL(垂直腔面发射激光器71)芯片，并通过焊料6连接在阳极区段100和阴极区段101上，而此时的垂直腔面发射激光器71跨越阳极区段100和阴极区段101。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图3，所述阳极区段100的底部设有阳极SMT贴片40，所述阴极区段101的底部设有阴极SMT贴片41。在本实施例中，在封装底部电连接，以使标准SMT焊料回流焊工艺能够在大批量生产环境中进行，从而消除了为减少最终产品的额外空间而进行的线键互连的需要。其中SMT贴片指的是在PCB基础上进行加工的系列工艺流程的简称。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图5，所述封装平台1供所述芯片安设的面上凸出形成有挡块结构50，所述封装平台1供所述芯片安设的面上还凹陷形成有沟槽结构51。在本实施例中，挡块结构50或沟槽结构51的尺寸可以根据激光二极管焊料合线(DA)和键合厚度要求调整为小于25μm。这种结构有助于防止短路，且能够进一步降低焊盘尺寸，使得最终封装后产品更接近芯片尺寸。另外，这种封装尺寸的减少会影响最终产品的成本，进一步满足移动或可穿戴的小型化需求。优选的，激光二极管通过焊锡、环氧树脂或粘剂连接在阳极区段100上。优选的，该沟槽结构51为V型槽，该挡块结构50为方形挡块。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种激光器引线封装结构，包括供芯片安设的封装平台，其特征在于：所述封装平台包括CuW引线框架热沉，所述CuW引线框架热沉具有供芯片的正负极分别连接的阳极区段和阴极区段，所述阳极区段和所述阴极区段间隔设置。

2.如权利要求1所述的一种激光器引线封装结构，其特征在于：所述封装平台还包括预成型塑料，所述预成型塑料至少部分填充在所述阳极区段和所述阴极区段的间隔中。

3.如权利要求2所述的一种激光器引线封装结构，其特征在于：所述预成型塑料为液晶聚合物塑料或硅酮模塑化合物塑料。

4.如权利要求2所述的一种激光器引线封装结构，其特征在于：所述封装平台为所述预成型塑料、所述阳极区段以及所述阴极区段组成的立方体结构，剩下部分所述预成型塑料填充在所述阳极区段的边角处和所述阴极区段的边角处，所述立方体结构的上表面为供所述芯片安设的面。

5.如权利要求1所述的一种激光器引线封装结构，其特征在于：还包括罩盖于所述封装平台上的外壳，所述外壳和所述封装平台之间具有供所述芯片安置的腔室。

6.一种激光器，包括芯片，其特征在于：还包括如权利要求1-5任一所述的激光器引线封装结构，所述芯片的正极和负极分别连在所述阳极区段和所述阴极区段上。

7.如权利要求6所述的一种激光器，其特征在于：所述芯片为激光二极管，所述激光二极管的P面朝下，且所述P面与所述阳极区段通过焊料连接，所述激光二极管的N面朝上，且所述N面通过引线与所述阴极区段连接。

8.如权利要求6所述的一种激光器，其特征在于：所述芯片为垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器倒装在所述封装平台上，且横跨所述阳极区段和所述阴极区段。

9.如权利要求6所述的一种激光器，其特征在于：所述阳极区段的底部设有阳极SMT贴片，所述阴极区段的底部设有阴极SMT贴片。

10.如权利要求6所述的一种激光器，其特征在于：所述封装平台供所述芯片安设的面上凸出形成有挡块结构，所述封装平台供所述芯片安设的面上还凹陷形成有沟槽结构。

Images