CN116667134A - 光电半导体装置及光电半导体的封装方法 - Google Patents

光电半导体装置及光电半导体的封装方法 Download PDF

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CN116667134A CN202210152381.XA CN202210152381A CN116667134A CN 116667134 A CN116667134 A CN 116667134A CN 202210152381 A CN202210152381 A CN 202210152381A CN 116667134 A CN116667134 A CN 116667134A
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邱崇哲
阮智伟
曾释锋
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Abstract

本申请公开了一种光电半导体装置,包括底座、光电半导体、导电件及还上盖;所述上盖盖设于所述底座上,且与所述底座共同围成收容腔,所述上盖具有与所述收容腔连通的通孔;所述导电件垂直固定于所述底座上远离所述上盖的一侧;所述光电半导体固定于所述底座上并收容于所述收容腔内,所述光电半导体与所述导电件电连接,所述光电半导体面向所述通孔以供所述光电半导体上的激发光穿过所述上盖。本申请还提供了一种光电半导体的封装方法。上述光电半导体装置及光电半导体的封装方法将导电件垂直设置于所述底座上远离所述光电半导体的一侧,使光电半导体在与其他电子元件焊接时,将导电件远离所述底座的一端与电子元件对齐即可,方便了焊接操作。

Description

光电半导体装置及光电半导体的封装方法
技术领域
本申请涉及光电半导体技术领域,尤其涉及一种光电半导体装置及光电半导体的封装方法。
背景技术
在目前的光电半导体产业中,常常采用冲压方式来切割含铜、铝等金属元素的合金材料,之后再利用热丝融化技术将切割所得的合金件固定到半导体底座上,进而完成光电半导体的封装。由于封装结构的限制,目前的光电半导体装置上的引脚弯折设置为与底座平行,如此,在将光电半导体装置上的引脚与电路板上的电子器件进行焊接时,由于引脚在底座方向上具有一定的长度,给焊接工作带来不便。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种光电半导体装置及光电半导体的封装方法,以便于光电半导体装置与电路板进行焊接。
一种光电半导体装置,包括底座、光电半导体及导电件,还包括:
上盖,盖设于所述底座上,且与所述底座共同围成收容腔,所述上盖具有与所述收容腔连通的通孔;
所述导电件垂直固定于所述底座上远离所述上盖的一侧;
所述光电半导体固定于所述底座上并收容于所述收容腔内,所述光电半导体与所述导电件电连接,所述光电半导体面向所述通孔以供所述光电半导体上的激发光穿过所述上盖。
进一步地,所述底座包括具有穿孔的金属框体及固定于所述穿孔内的金属板体,所述金属框体的周边具有多个中心轴与所述金属框体的固定孔,所述导电件固定并露出所述固定孔。
进一步地,多个固定孔成对地设置于所述底座的两边缘,多个所述导电件成对地固定于所述固定孔,多个所述光电半导体在所述底座上组成晶体阵列,每排所述光电半导体对应一对所述导电件,同排且相邻的两个所述光电半导体之间电性连接,与所述导电件相邻的所述光电半导体与相邻的所述导电件电性连接。
进一步地,所述固定孔中还固定有金属套及密封套,所述金属套套设于所述密封套,所述密封套套设于所述导电件上。
进一步地,所述金属套包括第一套体及第二套体,所述第一套体与第二套体之间形成台阶,所述台阶与所述金属框体远离所述上盖的一侧抵持。
进一步地,所述光电半导体装置还包括透镜及密封框,所述透镜及所述密封框容置于所述收容腔,所述密封框置于所述收容腔内且与抵持于所述上盖上所述通孔的边缘,所述透镜容置于所述收容腔内且位于所述光电半导体与所述密封框之间。
进一步地,所述光电半导体装置还包括封装层,所述封装层覆盖在所述上盖远离所述底座一侧,所述封装层设有聚光部,所述聚光部背离所述上盖设置,所述聚光部的数量与所述底座上的所述光电半导体数量相同,且所述聚光部位于对应的所述光电半导体所产生的激发光的光路上。
一种光电半导体的封装方法,包括如下步骤:
将导电件垂直固定于底座上;
将光电半导体固定于所述底座上远离所述导电件的一侧并将所述光电半导体与对应的导电件通过导线相连接;
将透镜及具有通孔的上盖固定于密封框的两侧,并将所述上盖通过镭射焊接的方式固定于所述底座远离所述导电件的一侧,以将所述光电半导体收容于所述底座与所述上盖之间且面向所述通孔。
进一步地,所述光电半导体的封装方法还包括:
提供具有聚光部的封装层并将所述封装层固定于所述上盖并覆盖所述上盖的通孔,以使聚光部面向所述光电半导体。
进一步地,所述步骤“将导电件垂直固定于底座上”包括:
在底座上开设中心轴垂直于所述底座的穿孔;
将密封套套设于长杆状的导电件上及将金属套套设于所述密封套;
将所述金属套插设于所述穿孔;
将插入所述导电件、所述密封套及所述金属套的所述底座放置到高温环境中烧制预定时间,使所述密封套熔化并在密封套熔化后等待至密封套冷却,以将所述导电件密封固定于所述底座上。
上述光电半导体装置及光电半导体的封装方法将导电件垂直设置于所述底座上远离所述光电半导体的一侧,使光电半导体在与其他电子元件焊接时,将导电件远离所述底座的一端与电子元件对齐即可,方便了焊接操作,同时避免了一个导电件同时与多个电子元件接触而引起焊接不良问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的光电半导体装置的立体图。
图2为图1中的光电半导体装置的分解示意图。
图3为图1中的光电半导体装置III-III处的剖面图。
图4为图1中的光电半导体装置IV-IV处的剖面图。
图5为本申请提供的光电半导体的封装方法的流程图。
图6为图5中的光电半导体的封装方法的示意图。
主要元件符号说明
光电半导体装置 100
底座 10
金属框体 11
穿孔 111
固定孔 112
金属板体 12
上盖 20
收容腔 21
通孔 22
光电半导体 30
晶粒件 31
反射件 32
导电件 40
金属套 50
第一套体 51
第二套体 52
台阶 53
密封套 60
透镜 70
密封框 80
封装层 90
聚光部 91
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象,而非用于描述特定顺序。此外,术语“包括”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块,而是可选地还包括没有列出的步骤或模块,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
请参照图1至图4,本申请提供一种光电半导体装置100。所述光电半导体装置100包括底座10、上盖20、光电半导体30及导电件40。所述上盖20盖设于所述底座10上,且与所述底座10共同围成收容腔21,所述上盖20具有与所述收容腔21连通的通孔22。所述导电件40垂直固定于所述底座10上远离所述上盖20的一侧;所述光电半导体30固定于所述底座10上并收容于所述收容腔21内,所述光电半导体30与所述导电件40电连接,所述光电半导体30面向所述通孔22以供所述光电半导体30上的激发光穿过所述上盖20。上述光电半导体装置100中的导电件40垂直设置于所述底座10上远离所述光电半导体30的一侧,使光电半导体30在与其他电子元件焊接时,将导电件40远离所述底座10的一端与电子元件对齐即可,方便了焊接操作,同时避免了一个导电件40同时与多个电子元件接触而引起焊接不良问题。
具体地,所述光电半导体30可以是激光半导体,所述光电半导体装置100可以是激光二极管,可应用于投影设备中,作为所述投影设备的光源部分。
在一实施方式中,所述底座10包括具有穿孔111的金属框体11及固定于所述穿孔111内的金属板体12。所述金属框体11及所述金属板体12由铁、铁合金或铜等金属材料制成。所述金属框体11的周边具有至少一个中心轴与所述金属框体11的固定孔112,所述导电件40固定并露出固定孔112以用于与外部电路连接。在如图1所示的实施方式中,多对固定孔112设置于所述底座10的两边缘,多对长条杆状所述导电件40固定于所述固定孔112,多个所述光电半导体30在所述底座10上组成晶体阵列,每排所述光电半导体30对应一对所述导电件40,同排且相邻的两个所述光电半导体30之间电性连接,与所述导电件40相邻的所述光电半导体30与相邻的所述导电件40电性连接。可以理解,在另一实施方式中,所述光电半导体30的数量为一个或一排,对应地,所述固定孔112可为一对,所述导电件40也为一对。
在一实施方式中,所述固定孔112中还固定有金属套50及密封套60,所述金属套50套设于所述密封套60,所述密封套60套设于所述导电件40上。其中,所述金属套50包括第一套体51及第二套体52,第一套体51的外径大于所述第二套体52的外径以形成位于所述第一套体51与第二套体52之间的台阶53,所述台阶53与所述金属框体11远离所述上盖20的一侧抵持,以便于金属套50定位于固定孔112中。
所述密封套60可采用密封树脂制成。密封树脂例如可以是低温玻璃,具有低熔化温度(例如熔化温度为约300~400℃)、耐高压(例如能承受约10-9Pa的高压)、能达到密封效果的优点。所述导电件40可以在其用于插接所述底座10的一端上包覆所述密封套60,再插入所述金属套50,在将包覆所述密封套60的所述金属套50插入置所述穿孔111中。如此,当所述导电件40通过所述密封套60及所述金属套50插接于对应的所述穿孔111内时,所述密封套60填充所述导电件40与金属套50之间,在金属套50通过烧结方式固定于穿孔111时,所述密封套60熔化可以使所述导电件40与所述底座10之间不存在缝隙,达到密封效果。
所述光电半导体30包括晶粒件31和反射件32。所述晶粒件31用于受激发光,可与所述导电件40、其他所述晶粒件31电性连接。所述反射件32设置在所述晶粒件31的激发光的发射光路上,其作用是反射激发光,使激发光方向改变。所述导电件40采用铁镍钴合金材质,其作为所述光电半导体装置100的引脚,用于为所述光电半导体30接入外部正、负电压,使所述光电半导体30能够受激发光。在如图1所示的实施方式中,所述光电半导体30的数量为多个,多个所述光电半导体30组成晶体阵列,形成多排所述光电半导体30。可以理解,在另一实施方式中,所述光电半导体30可为一个或一排。
所述光电半导体装置100还包括透镜70及密封框80。所述透镜70及所述密封框80容置于所述收容腔21,所述透镜70容置于所述收容腔21内且位于所述光电半导体30与所述密封框80之间,所述密封框80置于所述收容腔21内且与抵持于所述上盖20上所述通孔22的边缘与所述透镜70之间。所述晶粒件31所产生的激发光在通过所述反射件32发射后,能直射向所述透镜70,激发光在穿过所述透镜70后再穿过所述通孔22向外发射出去。由于密封框80与抵持于所述上盖20上所述通孔22的边缘与所述透镜70之间,使得所述密封框80起到填充所述上盖20上所述通孔22的边缘与所述透镜70之间的缝隙的作用,有利于所述光电半导体装置100的气密性和安全性。在一实施方式中,所述密封框80采用密封树脂,可以是低温玻璃,所述上盖20由镍钴合金材料制成。如此,密封框80和上盖20均具有低热膨胀性,热膨胀系数差异较小,能避免因不同元件的材质热膨胀系数差异过大而所引起的元件位置偏移的问题。所述密封框80在热熔后可更贴合所述上盖20上所述通孔22的边缘与所述透镜70,密封效果更佳。
所述光电半导体装置100还包括封装层90,所述封装层90覆盖在所述上盖20远离所述底座10一侧,所述封装层90设有聚光部91,所述聚光部91背离所述上盖20设置,所述聚光部91可设成圆弧状。所述聚光部91的数量与所述底座10上的所述光电半导体30数量相同,且每个所述聚光部91对应一个所述光电半导体30,所述聚光部91位于对应的所述光电半导体30所产生的激发光的光路上,用于将穿出所述透镜70的激发光聚成一束,以便所述光电半导体装置100在作为投影设备的光源部分时,能具有较大的光强。所述封装层90可以采用玻璃材质,具有较好的耐热性、耐压性和密封性,可通过粘合剂例如UV胶来粘附在所述上盖20上。
请参照图5-6,分别为本申请提供的光电半导体的封装方法的流程图及示意图。该方法用于制造如上所述的光电半导体装置100,包括步骤如下所述。
S10:将导电件40垂直固定于底座10上。
具体地,在一实施方式中,上述步骤S10“将导电件40垂直固定于底座10上”包括:在底座10上开设中心轴垂直于所述底座10的穿孔111;将密封套60套设于长杆状的导电件40上及将金属套50套设于所述密封套60;将所述金属套50插设于所述穿孔111;将插入所述导电件40、所述密封套60及所述金属套50的所述底座10放置到高温环境中烧制预定时间,使所述密封套60熔化并在密封套60熔化后等待至密封套60冷却,以将所述导电件40密封固定于所述底座10上。
S20:将光电半导体30固定于所述底座10上远离所述导电件40的一侧并将所述光电半导体30与对应的导电件40通过导线相连接。
S30:将透镜70及具有通孔22的上盖20固定于密封框80的两侧,并将所述上盖20通过镭射焊接的方式固定于所述底座10远离所述导电件40的一侧,以将所述光电半导体30收容于所述底座10与所述上盖20之间且面向所述通孔22。
具体地,所述底座10为铁筒合金,所述上盖20为铁镍合金,将所述透镜70、所述密封框80和所述上盖20共同在一定温度,如400~500℃、一定气压,如10-9Pa的真空环境中烧制一定时间,如1~2h,待所述密封框80熔化并等待至冷却,即可将所述上盖20的通孔22边缘处和所述透镜70的连接处密封。
在所述上盖20和所述底座10的接触处涂覆银铜焊料膏,然后将所述上盖20和所述底座10放置到银焊炉中,在预设温度,如900~1000℃、预设气压,如10-9Pa的真空环境下烧制预设时间,如1~2h,以使得所述上盖20通过银铜焊料膏焊接到所述底座10上。这一真空烧制过程中有利于减少银铜焊料膏因杂质发生化学反应而产生的气体,避免气体逸出形成气孔,影响到所述上盖20和所述底座10的连接处,也即焊缝的气密性。
S40:提供具有聚光部91的封装层90并将所述封装层90固定于所述上盖20并覆盖所述上盖20的通孔22,以使聚光部91面向所述光电半导体30。
可以理解,所述封装层90已预先成型,在安装时,通过粘合剂例如UV胶来将所述封装层90固定到所述上盖20上即可。
可以理解,在另一实施方式中,光电半导体的封装方法包括上述步骤S10-S30,不包括步骤S40。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光电半导体装置,包括底座、光电半导体及导电件,其特征在于,还包括:
上盖,盖设于所述底座上,且与所述底座共同围成收容腔,所述上盖具有与所述收容腔连通的通孔;
所述导电件垂直固定于所述底座上远离所述上盖的一侧;
所述光电半导体固定于所述底座上并收容于所述收容腔内,所述光电半导体与所述导电件电连接,所述光电半导体面向所述通孔以供所述光电半导体上的激发光穿过所述上盖。
2.如权利要求1所述的光电半导体装置,其特征在于,所述底座包括具有穿孔的金属框体及固定于所述穿孔内的金属板体,所述金属框体的周边具有多个中心轴与所述金属框体的固定孔,所述导电件固定并露出所述固定孔。
3.如权利要求2所述的光电半导体装置,其特征在于,多个固定孔成对地设置于所述底座的两边缘,多个所述导电件成对地固定于所述固定孔,多个所述光电半导体在所述底座上组成晶体阵列,每排所述光电半导体对应一对所述导电件,同排且相邻的两个所述光电半导体之间电性连接,与所述导电件相邻的所述光电半导体与相邻的所述导电件电性连接。
4.如权利要求2所述的光电半导体装置,其特征在于,所述固定孔中还固定有金属套及密封套,所述金属套套设于所述密封套,所述密封套套设于所述导电件上。
5.如权利要求4所述的光电半导体装置,其特征在于,所述金属套包括第一套体及第二套体,所述第一套体与第二套体之间形成台阶,所述台阶与所述金属框体远离所述上盖的一侧抵持。
6.如权利要求1所述的光电半导体装置,其特征在于,还包括透镜及密封框,所述透镜及所述密封框容置于所述收容腔,所述密封框置于所述收容腔内且与抵持于所述上盖上所述通孔的边缘,所述透镜容置于所述收容腔内且位于所述光电半导体与所述密封框之间。
7.如权利要求1所述的光电半导体装置,其特征在于,还包括封装层,所述封装层覆盖在所述上盖远离所述底座一侧,所述封装层设有聚光部,所述聚光部背离所述上盖设置,所述聚光部的数量与所述底座上的所述光电半导体数量相同,且所述聚光部位于对应的所述光电半导体所产生的激发光的光路上。
8.一种光电半导体的封装方法,其特征在于,包括步骤:
将导电件垂直固定于底座上;
将光电半导体固定于所述底座上远离所述导电件的一侧并将所述光电半导体与对应的导电件通过导线相连接;
将透镜及具有通孔的上盖固定于密封框的两侧,并将所述上盖通过镭射焊接的方式固定于所述底座远离所述导电件的一侧,以将所述光电半导体收容于所述底座与所述上盖之间且面向所述通孔。
9.如权利要求8所述的光电半导体的封装方法,其特征在于,所述方法还包括:
提供具有聚光部的封装层并将所述封装层固定于所述上盖并覆盖所述上盖的通孔,以使聚光部面向所述光电半导体。
10.如权利要求8所述的光电半导体的封装方法,其特征在于,所述步骤“将导电件垂直固定于底座上”包括:
在底座上开设中心轴垂直于所述底座的穿孔;
将密封套套设于长杆状的导电件上及将金属套套设于所述密封套;
将所述金属套插设于所述穿孔;
将插入所述导电件、所述密封套及所述金属套的所述底座放置到高温环境中烧制预定时间,使所述密封套熔化并在密封套熔化后等待至密封套冷却,以将所述导电件密封固定于所述底座上。
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