CN217425587U - 一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，包括：底板和分别安装在底板顶部的三维微调架一、三维微调架二、探针一、探针二、温控模块，三维微调架三和收光器。所述温控模块包括安装在底板顶部的管壳和焊接在管壳内侧底部的半导体制冷器，所述半导体制冷器的顶部焊接有镀金金属热沉，所述镀金金属热沉的顶部开设有凹槽一，凹槽一内盛放半导体发光芯片组件，且半导体发光芯片组件的前出光方向朝向收光器，所述镀金金属热沉的顶部还焊接有过渡块及热敏电阻。探针一和二压在芯片组件正负极焊盘上，并通过微调架二和一调节位置。该半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，可以提高光谱测试的准确性和批量生产效率。

Description

一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置

技术领域

本实用新型属于半导体光源技术领域，尤其是一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置。

背景技术

半导体光源广泛应用于光纤通信、光纤传感、激光加工等领域。常见的半导体光源包括：高速DFB激光器、980nm泵浦激光器、超辐射发光二极管等。在这些半导体光源的封装过程中，在将半导体发光芯片烧焊到热沉上并金丝键合形成半导体发光芯片组件后，需要准确测试出发光芯片组件的光谱，根据光谱数据判断该发光芯片组件是否合格。例如，对于高速DFB激光器，特别是DWDM通道波长的激光器，相邻通道波长间隔短，因此需要准确测试峰值波长、谱宽及边模抑制比，判断其是否符合DWDM通道要求；对于980nm泵浦激光器，需要准确测试出FP腔发射光谱曲线，根据光谱峰值波长及光谱形状判断是否能够用光纤光栅锁定波长；对于超辐射发光二极管，同样需要准确测试出光谱曲线，判断平均波长、谱宽和波纹系数是否符合要求。因此对发光芯片组件光谱测量的准确性就至关重要。

半导体发光芯片输出光谱对测试光路中的回波特别敏感，超过一定强度的回波耦合回发光芯片波导中会导致输出光谱劣化，光谱曲线变形，影响峰值波长、谱宽、光谱波纹系数、边模抑制比等指标的测试准确性。由于光谱测试均需要用到光谱仪，光谱仪具有一定的动态范围，如果输入到光谱仪的光太弱，会导致光谱曲线淹没在光谱仪噪声中，导致光谱曲线不能完整显示，同样无法准确测试出光谱数据。另外，光谱还会随着温度变化发生漂移，如果温度不受控，同样导致不能准确测试出规定温度(例如25℃)的光谱数据。现有的测试装置要么不能对发光芯片组件进行温控，导致芯片结温随环境温度变化而变化，影响光谱测量准确性；要么采用透镜光纤耦合光束，由于一般的透镜光纤尖端都是不镀膜的，有回波返回芯片，因此为了准确测试光谱，必须在透镜端镀增透膜，但最大的问题是透镜光纤工作距离很短，只有几微米量级，并且耦合对准较慢，在实际批量生产测试中，生产效率低，并且容易导致光纤撞到芯片，使发光芯片及测试光纤受损；要么采用准直器耦合光束，虽然准直器工作距离较远，但是准直器耦合准直光束的耦合效率高，耦合发光芯片发出的发散光束耦合效率很低，导致进入光谱仪的光功率很小，特别是测试例如超辐射发光二极管这种低光功率的器件，导致光谱曲线不能完整显示，影响测试准确性；要么采用积分球方案，即采用积分球收光，通过连接到积分球的大芯径多模光缆提取少量光输入光谱仪，这种方案倒是可以避免回波的问题，但是多模光缆提取的光能特别少，不适合低功率发光芯片，只适合大功率发光芯片。

即现有的测试装置要么不能对发光芯片组件进行温控导致光谱测量准确性较低，要么因收光方式问题导致实际批量生产测试中，生产效率和准确性较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，以解决背景技术中提出的问题。

技术方案：一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，包括：底板和分别安装在底板顶部的三维微调架一、三维微调架二、探针一、探针二、温控模块，三维微调架三和收光器。

所述温控模块包括安装在底板顶部的管壳、对称插接在管壳两侧的八个管脚和焊接在管壳内侧底部的半导体制冷器，所述半导体制冷器的顶部焊接有镀金金属热沉，所述镀金金属热沉的顶部开设有凹槽一，凹槽一内盛放半导体发光芯片组件，且半导体发光芯片组件的前出光方向朝向收光器，所述镀金金属热沉的顶部还焊接有过渡块，且过渡块的顶部焊接有热敏电阻芯片，所述热敏电阻芯片和一个管脚之间连接有金丝一，所述过渡块和另一个管脚之间连接有金丝二；

所述半导体发光芯片组件的顶部分别支撑有探针一和探针二，所述探针一和探针二的另一端分别连接有探针臂一和探针臂二，且探针臂一和探针臂二的另一端分别通过螺丝固定在三维微调架二和三维微调架一的顶部；

所述收光器包括套筒和依次安装在套筒内侧的两侧均镀有增透膜的准直透镜、隔离器、聚焦透镜和光纤，且准直透镜与半导体发光芯片组件的前出光方向对应，所述三维微调架三的顶部通过螺丝连接有L形支架，所述L形支架的另一端通过螺丝连接有收光器夹头，且收光器夹头夹持在套筒的侧壁。

在进一步的实施例中，所述半导体发光芯片组件包括半导体发光芯片、热沉和金丝三，所述半导体发光芯片通过合金焊料焊接在热沉的顶部，且金丝三的两端连接在半导体发光芯片和热沉之间。

在进一步的实施例中，所述底板的顶部开设有凹槽二，凹槽二内插接有收光器底板，且收光器底板和底板之间螺接有螺栓，所述三维微调架三安装在收光器底板的顶部。

在进一步的实施例中，所述半导体制冷器的正负极引线分别与管脚TEC+和管脚TEC-焊接。

在进一步的实施例中，所述管壳与各个管脚之间采用玻璃绝缘子烧结，且管壳由市售标准蝶形八针管壳磨掉出纤管的对侧形成。

在进一步的实施例中，所述管壳的一侧外壁底部一体成型有连接件，连接件对称开设有两个螺孔，螺孔和底板之间通过螺丝连接固定。

在进一步的实施例中，所述探针一和探针二分别与各自的引线焊接，探针一和探针二的焊接部分别套设有绝缘套管一和绝缘套管二，所述绝缘套管一和绝缘套管二分别粘接在探针臂一和探针臂二的顶部。

本实用新型的技术效果和优点：该半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，收光器的准直透镜将发光芯片发出的高斯光束进行准直，透过隔离器并通过聚焦透镜耦合进入光纤输出连接到光谱仪，回波损耗高，隔离度高，耦合效率高，可准确测量光谱，工作距离大(几百微米量级)，数值孔径高；结合三维微调架可快速收集到光谱测试所需的足够光功率，生产效率高，并不易撞到发光芯片或者使收光器受损；该半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，可以提高光谱测试的准确性和批量生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型图1中A处的放大图；

图3为本实用新型半导体发光芯片组件的结构示意图；

图4为本实用新型温控模块的结构示意图；

图5为本实用新型收光器的光学原理图；

图6为本实用新型与外部仪器连接的系统框图。

图中：1、三维微调架一；2、三维微调架二；3、探针臂一；4、绝缘套管一；5、探针一；6、三维微调架三；7、L形支架；8、收光器夹头；9、收光器；9.1、准直透镜；9.2、隔离器；9.3、聚焦透镜；9.4、套筒；9.5、光纤；10、收光器底板；11、半导体发光芯片组件；11.1、半导体发光芯片；11.2、热沉；11.3、金丝三；12、温控模块；12.1、镀金金属热沉；12.2、热敏电阻芯片；12.3、金丝一；12.4、金丝二；12.5、过渡块；12.6、半导体制冷器；12.7、管壳；13、探针二；14、绝缘套管二；15、探针臂二；16、螺栓；17、底板。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1，底板顶部的三维微调架一1、三维微调架二2、温控模块12，三维微调架三6和收光器9，底板17的顶部开设有凹槽二，凹槽二内插接有收光器底板10，且收光器底板10和底板17之间螺接有螺栓16，三维微调架三6安装在收光器底板10的顶部；

为了可以提高光谱测试的准确性和批量生产效率，如图1和图4，温控模块12包括安装在底板17顶部的管壳12.7，管壳12.7与各个管脚之间采用玻璃绝缘子烧结，且管壳12.7由市售标准蝶形八针管壳磨掉出纤管的对侧形成，不用开模制作管壳，具有成本低廉的优势，管壳12.7的一侧外壁底部浇铸一体成型有连接件，连接件对称开设有两个螺孔，螺孔和底板17之间通过螺丝连接固定，提升连接的稳定性，对称插接在管壳12.7两侧的八个管脚，管脚包括管脚TEC﹢、管脚TEC-和两个Th管脚，管壳12.7的内侧底部焊接有半导体制冷器12.6，半导体制冷器12.6的正负极引线分别与管脚TEC﹢和管脚TEC-焊接，半导体制冷器12.6的顶部焊接有镀金金属热沉12.1，镀金金属热沉12.1的基材通常采用无氧铜等高导热金属材料，镀金金属热沉12.1的顶部开设有凹槽一，凹槽一内盛放半导体发光芯片组件11，且半导体发光芯片组件11的前出光方向朝向收光器9，镀金金属热沉12.1的顶部还通过合金焊料焊接有过渡块12.5，过渡块12.5的上下表面均镀金，且过渡块12.5的顶部通过合金焊料焊接有热敏电阻芯片12.2，热敏电阻芯片12.2和一个Th管脚之间连接有金丝一12.3，过渡块12.5和另一个Th管脚之间连接有金丝二12.4，该温控模块12实际上就是除去激光器芯片外的典型蝶形半导体激光器，典型蝶形半导体激光器很容易通过温控电路控温到0.01℃的精度，因此该温控模块12可实现对镀金金属热沉12.1高精度的温控；

如图2和图3，半导体发光芯片组件11包括半导体发光芯片11.1、热沉11.2和金丝三11.3，半导体发光芯片11.1通过合金焊料焊接在热沉11.2的顶部，且金丝三11.3的两端连接在半导体发光芯片11.1和热沉11.2之间，半导体发光芯片组件11的顶部分别支撑有探针一5和探针二13，探针一5和探针二13的另一端分别连接有探针臂一3和探针臂二15，探针一5和探针二13分别与各自的引线焊接，探针一5和探针二13的焊接部分别套设有绝缘套管一4和绝缘套管二14，通过加热的方式使绝缘套管收缩包紧探针5和13的焊接部位，绝缘套管一4和绝缘套管二14分别粘接在探针臂一3和探针臂二15的顶部，且探针臂一3和探针臂二15的另一端分别通过螺丝固定在三维微调架二2和三维微调架一1的顶部；

如图2和图5，收光器9包括套筒9.4和依次安装在套筒9.4内侧的两侧均镀有增透膜的准直透镜9.1、隔离器9.2、聚焦透镜9.3和光纤9.5，且准直透镜9.1与半导体发光芯片组件11的前出光方向对应，三维微调架三6的顶部通过螺丝连接有L形支架7，L形支架7的另一端通过螺丝连接有收光器夹头8，且收光器夹头8夹持在套筒9.4的侧壁；

该测试装置连入系统的典型配置如图6所示，收光器9的光纤9.5尾端与光谱仪连接，温控仪通过线缆与测试装置的温控模块12的管脚TEC﹢、管脚TEC-和两个Th管脚连接，电流源通过线缆与测试装置的探针5和13连接。

工作原理：该半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，测试时，将半导体发光芯片组件11插接在镀金金属热沉12,1的凹槽一内，通过三维微调架二2和三维微调架一1调节探针一5和探针二13的位置，使探针一5、探针二13分别与半导体发光芯片组件11的正极焊盘和负极焊盘接触良好；使测试装置控温在规定温度(例如25℃)，给半导体发光芯片组件11加规定电流，调节三维微调架三6，使收光器9输出光功率足够(不需要耦合到最大以提高测试速度)，随后测试光谱；由于对半导体发光芯片组件11进行高精度温控，收光器低反射高耦合效率收集光谱测试所需的光能量，测试光谱更准确，生产效率更高。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，包括：底板(17)和分别安装在底板顶部的三维微调架一(1)、三维微调架二(2)、探针一(5)、探针二(13)、温控模块(12)，三维微调架三(6)和收光器(9)；

其特征在于：所述温控模块(12)包括安装在底板(17)顶部的管壳(12.7)、对称插接在管壳(12.7)两侧的八个管脚和焊接在管壳(12.7)内侧底部的半导体制冷器(12.6)，所述半导体制冷器(12.6)的顶部焊接有镀金金属热沉(12.1)，所述镀金金属热沉(12.1)的顶部开设有凹槽一，凹槽一内盛放半导体发光芯片组件(11)，且半导体发光芯片组件(11)的前出光方向朝向收光器(9)，所述镀金金属热沉(12.1)的顶部还焊接有过渡块(12.5)，且过渡块(12.5)的顶部焊接有热敏电阻芯片(12.2)，所述热敏电阻芯片(12.2)和一个管脚之间连接有金丝一(12.3)，所述过渡块(12.5)和另一个管脚之间连接有金丝二(12.4)；

所述半导体发光芯片组件(11)的顶部分别支撑有探针一(5)和探针二(13)，所述探针一(5)和探针二(13)的另一端分别连接有探针臂一(3)和探针臂二(15)，且探针臂一(3)和探针臂二(15)的另一端分别通过螺丝固定在三维微调架二(2)和三维微调架一(1)的顶部；

所述收光器(9)包括套筒(9.4)和依次安装在套筒(9.4)内侧的两侧均镀有增透膜的准直透镜(9.1)、隔离器(9.2)、聚焦透镜(9.3)和光纤(9.5)，且准直透镜(9.1)与半导体发光芯片组件(11)的前出光方向对应，所述三维微调架三(6)的顶部通过螺丝连接有L形支架(7)，所述L形支架(7)的另一端通过螺丝连接有收光器夹头(8)，且收光器夹头(8)夹持在套筒(9.4)的侧壁。

2.根据权利要求1所述的一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，其特征在于：所述半导体发光芯片组件(11)包括半导体发光芯片(11.1)、热沉(11.2)和金丝三(11.3)，所述半导体发光芯片(11.1)通过合金焊料焊接在热沉(11.2)的顶部，且金丝三(11.3)的两端连接在半导体发光芯片(11.1)和热沉(11.2)之间。

3.根据权利要求1所述的一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，其特征在于：所述底板(17)的顶部开设有凹槽二，凹槽二内插接有收光器底板(10)，且收光器底板(10)和底板(17)之间螺接有螺栓(16)，所述三维微调架三(6)安装在收光器底板(10)的顶部。

4.根据权利要求1所述的一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，其特征在于：所述半导体制冷器(12.6)的正负极引线分别与管脚TEC+和管脚TEC-焊接。

5.根据权利要求1所述的一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，其特征在于：所述管壳(12.7)与各个管脚之间采用玻璃绝缘子烧结，且管壳(12.7)由市售标准蝶形八针管壳磨掉出纤管的对侧形成。

6.根据权利要求1所述的一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，其特征在于：所述管壳(12.7)的一侧外壁底部一体成型有连接件，连接件对称开设有两个螺孔，螺孔和底板(17)之间通过螺丝连接固定。

7.根据权利要求1所述的一种半导体发光芯片组件的光谱测试筛选装置，其特征在于：所述探针一(5)和探针二(13)分别与各自的引线焊接，探针一(5)和探针二(13)的焊接部分别套设有绝缘套管一(4)和绝缘套管二(14)，所述绝缘套管一(4)和绝缘套管二(14)分别粘接在探针臂一(3)和探针臂二(15)的顶部。

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