一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)及其在光電電路中的封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體激光器管芯和L型熱沉；所述L型熱沉，包括L型的負(fù)極層、L型的絕緣層和L型的正極層，在所述的L型的負(fù)極層的內(nèi)表面設(shè)置有L型凹槽，所述的L型的正極層嵌入設(shè)置在所述的L型凹槽內(nèi)，所述L型的負(fù)極層和L型的正極層之間設(shè)置有L型的絕緣層；所述半導(dǎo)體激光器管芯安裝在所述L型的負(fù)極層內(nèi)表面且無L型凹槽的部位。本發(fā)明體積小、可靠性高、焊點(diǎn)缺陷率低，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，降低成本。
【專利說明】一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)及其在光電電路中的封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)及其在光電電路中的封裝方法，屬于半導(dǎo)體激光器的封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾年來，高功率激光器越來越多地為許多應(yīng)用而生產(chǎn)，如直接的材料處理、光纖激光和放大器泵浦、自由空間光通訊、印刷和醫(yī)療等。這些首要?dú)w功于激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體材料和可靠的封裝技術(shù)的發(fā)展。特別是，半導(dǎo)體激光器的封裝使得激光器件能獲得高墻插效率，提高穩(wěn)定性能并節(jié)省使用者的使用成本。關(guān)于半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)根據(jù)半導(dǎo)體激光器的功率大體分為2種:輸出功率在IW或IW的半導(dǎo)體激光器多采用TO封裝結(jié)構(gòu)，此封裝結(jié)構(gòu)適用于大多數(shù)半導(dǎo)體激光器使用場(chǎng)合；另一種封裝結(jié)構(gòu)是C-mount封裝，其優(yōu)點(diǎn)是高可靠性、高穩(wěn)定性、高精密機(jī)械加工、高熱導(dǎo)率材料，且可支持1W-8W大功率半導(dǎo)體激光器，其缺點(diǎn)是沒有保護(hù)窗口，同時(shí)不易定中心。盡管最近幾年來封裝技術(shù)獲得了種種進(jìn)展，但封裝、測(cè)試及可靠性等依然占據(jù)了激光器的大量成本。
[0003]針對(duì)半導(dǎo)體激光器在現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用，對(duì)半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)也多集中在同軸封裝結(jié)構(gòu)，如何將激光器所發(fā)出的激光與目標(biāo)光纖或透鏡對(duì)齊成為半導(dǎo)體激光器封裝時(shí)首要考慮的技術(shù)問題:
[0004]例如中國(guó)專利CN102468604公開了一種貼片式固體激光器，所述的貼片式固體激光器，采用平腔結(jié)構(gòu)，以激光器基板作為主承托體，內(nèi)有相應(yīng)的凹槽，只需將光學(xué)元件調(diào)整好位置固定在相應(yīng)的槽內(nèi)即可，簡(jiǎn)化了制造步驟。但該類貼片式固體激光器的體積較大，光學(xué)電子元件數(shù)量較多，封裝工藝復(fù)雜、成本較高、光束效果較高，不適于安裝在目標(biāo)光電電路板上作為發(fā)散光源使用，因此限制了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0005]傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，以金屬封裝為主:以金屬作為基材，基材的前端粘合以硅化物制成的二次平臺(tái)，再在二次平臺(tái)上粘合金屬基座，在金屬基座上設(shè)置有激光晶片，最后以具有窗口的金屬蓋加以封裝。該封裝的成本極高，而且在制造過程中，所述基材與接腳的結(jié)合處需要以玻璃纖維作為絕緣體，制作成本也極高。為了降低上述半導(dǎo)體激光器的絕緣材料的成本、提高散熱效果、增加激光器與光電電路的適配性，中國(guó)專利CN2457763公開了一種半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，具有一金屬正極導(dǎo)線架，其具有一第一接腳，第一接腳上結(jié)合一基座，基座上結(jié)合一激光晶片，正極導(dǎo)線架的一側(cè)具有一負(fù)極導(dǎo)線架，該負(fù)極導(dǎo)線架的后端具有一第二接腳，該負(fù)極導(dǎo)線架與正極導(dǎo)線架之間具有一預(yù)定間距，且該負(fù)極導(dǎo)線架上連接一導(dǎo)線的一端，該導(dǎo)線的另一端則連接至該激光晶片上，正、負(fù)極導(dǎo)線架于結(jié)合該基座、激光晶片及導(dǎo)線一端的外側(cè)包覆一透明外罩。該封裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一種激光器平面封裝形式，省略掉金屬正極和金屬負(fù)極之間的玻璃體絕緣材料，通過借由金屬正極導(dǎo)線架和金屬負(fù)極導(dǎo)線架之間的預(yù)定間距，以達(dá)到絕緣的目的；通過多條金屬接腳增加散熱的途徑，但是該專利所述封裝結(jié)構(gòu)中增加了半導(dǎo)體激光器芯片的定位，以實(shí)現(xiàn)金屬正極導(dǎo)線架和金屬負(fù)極導(dǎo)線架之間產(chǎn)生固定尺寸間隔，此較傳統(tǒng)激光器封裝增加一道精準(zhǔn)度極高的程序，反而不利于該專利的產(chǎn)業(yè)化與成本的節(jié)約。
[0006]為了使同軸半導(dǎo)體激光器能夠直接在光電電路板封裝使用，中國(guó)專利CN1996686公開了一種適用于光電電路板的適配器。根據(jù)本發(fā)明的適配器用來將一封裝引腳輸出布局構(gòu)造適配至一印刷電路板上的所期望的引腳輸出布局構(gòu)造。所述適配器包括一與所述封裝引腳輸出布局構(gòu)造電耦合的引腳輸入布局構(gòu)造。所述適配器進(jìn)一步包括一在幾何結(jié)構(gòu)上與所期望的引腳輸出布局相同的適配器引腳輸出布局構(gòu)造及一柔性電路，所述柔性電路提供復(fù)數(shù)個(gè)用于將所述引腳輸入布局構(gòu)造與所述適配器引腳輸出布局構(gòu)造相連接的電路徑。在各實(shí)施例中，所述適配器進(jìn)一步包括一用于以單一扁平形式將所述適配器引腳輸出布局與所述柔性電路固定在一起的殼式包裝。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有光電電路板設(shè)計(jì)上直接以同軸激光器封裝來替換蝶形激光器封裝，但由于該發(fā)明需單獨(dú)設(shè)計(jì)柔性電路，且需經(jīng)過一系列的復(fù)雜殼式包裝過程，制造過程繁瑣，不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
[0007]中國(guó)專利CN1874089公開了一種半導(dǎo)體激光器同軸器件的L型支架封裝。是利用L型支架對(duì)半導(dǎo)體激光器與光纖進(jìn)行固定連接的同軸封裝器件。半導(dǎo)體激光器同軸器件的L型支架封裝，包括:管殼，該管殼為一圓形殼體；管座固定在管殼的一端；L支架固定在管殼內(nèi)的管座的一面；帶有半導(dǎo)體激光器的娃熱沉固定在管座的一面；管座引腳插置在管座上；用互連金絲連接半導(dǎo)體激光器、背光探測(cè)器和管座引腳。該專利通過一 L型支架來實(shí)現(xiàn)提高耦合效率，封裝步驟復(fù)雜，該專利所用L型支架是側(cè)視為L(zhǎng)形，底面為U形的金屬支架，目的使激光器與光纖實(shí)現(xiàn)同軸封裝，與本發(fā)明中所述L型支架構(gòu)造及目的有本質(zhì)區(qū)別:該專利中的L型支架的作用是為所述激光器和光纖提供同一水平安裝平臺(tái)，確保激光器與所述光纖對(duì)齊，但整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的管腳還是同向輸出，并不利于整個(gè)激光器安裝在光電電路板上，而且散熱面較小，散熱效果不佳。
[0008]目前貼片式封裝方式具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此該封裝方式多應(yīng)用于對(duì)發(fā)光二極管封裝，所做出來的產(chǎn)品質(zhì)量好、一致性好，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)光顏色包括白光在內(nèi)的各種顏色，因此被廣泛應(yīng)用在各種電子產(chǎn)品上。然而低成本、大規(guī)模地利用貼片式封裝半導(dǎo)體激光器卻鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)以上的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明還提供一種上述貼片式激光器在光電電路中的封裝方法。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體激光器管芯和L形熱沉；所述L形熱沉，包括L形的負(fù)極層、L形的絕緣層和L形的正極層，在所述的L形的負(fù)極層的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極層嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負(fù)極層和L形的正極層之間設(shè)置有L形的絕緣層；所述半導(dǎo)體激光器管芯安裝在所述L形的負(fù)極層內(nèi)表面且無L形凹槽的部位。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述L形的負(fù)極層的材質(zhì)為金屬、復(fù)合金屬或單晶硅。所述的復(fù)合金屬是指兩種及以上不同種類的金屬用物理方法合成具有多相結(jié)構(gòu)的金屬材料或者是兩種及以上金屬成分按比例調(diào)和所形成金屬材料。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述L形的正極層的材質(zhì)為金屬、復(fù)合金屬或單晶硅。[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述L形的絕緣層的材質(zhì)為玻璃纖維、陶瓷、氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氮化硅、硅脂或絕緣導(dǎo)熱膠。
[0016]所述的硅脂為DX-9041導(dǎo)熱硅脂，俗名又叫散熱膏，是以特種硅油做基礎(chǔ)油，新型金屬氧化物做填料，配以多種功能添加劑，經(jīng)特定的工藝加工而成的膏狀物。顏色因材料不同而具有不同的外觀。其具有良好的導(dǎo)熱、耐溫、絕緣性能，是耐熱器件理想的介質(zhì)材料，而且性能穩(wěn)定，在使用中不會(huì)產(chǎn)生腐蝕氣體，不會(huì)對(duì)所接觸的金屬產(chǎn)生影響。
[0017]所述絕緣導(dǎo)熱膠是一類單組份室溫硫化的硅酮膠粘劑，具有使用方便、粘接強(qiáng)度高、固化后呈彈性體、抗沖擊、震動(dòng)等特點(diǎn)，同時(shí)固化物還具有良好的導(dǎo)熱、散熱功能及優(yōu)異的耐高低溫性能和電氣性能。
[0018]一種上述貼片式激光器的在光電電路中的封裝方法，包括步驟如下:
[0019](I)將L形熱沉的L形負(fù)極層的水平面利用印刷電路板粘合劑封裝在光電電路板的負(fù)極上；
[0020](2)在激光器芯片的P電極上進(jìn)行金絲鍵合至L形正極層的垂直面；
[0021](3)在L形正極層的水平面進(jìn)行金絲鍵合，將金絲鍵合至光電電路板的正極上，完成所述貼片式半導(dǎo)體激光器在光電電路中的封裝應(yīng)用。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0023](I)本發(fā)明所述貼片式半導(dǎo)體激光器的原料成本低廉、封裝成本大大降低，無需精密的電路封裝要求即可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器在光電電路板中的封裝，易于工廠化批量生產(chǎn)。
[0024](2)利用本發(fā)明所述的激光器封裝結(jié)構(gòu)，所述激光器的散熱效率增加了 20%以上，大大延長(zhǎng)了半導(dǎo)體激光器作為電路原件使用時(shí)的壽命:使用壽命增加了 15%左右。
[0025]( 3 )本發(fā)明利于將邊緣發(fā)光式激光器應(yīng)用于光電電路中獲得較大散光角，將激光器的應(yīng)用拓寬至照明、采光等【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0026](4)本發(fā)明中所述的貼片式半導(dǎo)體激光器整體呈L形，且所述L形熱沉采用2層相互絕緣的重疊極片，打破常規(guī)理念，將激光器熱沉的散熱面做到最大化，正極層和負(fù)極層均具有散熱功能，有效避免了激光器因?yàn)樯岵患讯a(chǎn)生的損壞率。
[0027](5)本發(fā)明所述激光器呈穩(wěn)定的直角L形結(jié)構(gòu)，增加了貼片式激光器的封裝穩(wěn)定性。
[0028](6)本發(fā)明中單個(gè)半導(dǎo)體激光器采用金屬鍵合數(shù)量最少，大大提高激光器的使用穩(wěn)定性，減少用戶的使用成本。
[0029](7)本發(fā)明正極層和負(fù)極層采用嵌入式絕緣安裝，使本發(fā)明的絕緣性能最優(yōu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明所述L形熱沉的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明所述貼片式半導(dǎo)體激光器封裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]在圖1-2中，1、L形的負(fù)極層；1_1、L形負(fù)極層的垂直面；1_2、L形負(fù)極層的水平面；2、L形絕緣層；3、L形的正極層；3-1、L形正極層的垂直面；3-2、L形正極層的水平面；
4、激光器芯片P電極與L形正極層的垂直面之間的鍵合金絲；5、L形正極層的水平面與光電電路的正極之間的鍵合金絲；6、半導(dǎo)體激光器管芯；6-1、半導(dǎo)體激光器管芯的P電極。【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不限于此。
[0034]實(shí)施例1、
[0035]一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體激光器管芯6和L形熱沉；所述L形熱沉，包括L形的負(fù)極層1、L形的絕緣層2和L形的正極層3，在所述的L形的負(fù)極層I的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極層3嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負(fù)極層I和L形的正極層3之間設(shè)置有L形的絕緣層2 ;所述半導(dǎo)體激光器管芯6安裝在所述L形的負(fù)極層I內(nèi)表面且無L形凹槽的部位。
[0036]所述L形的負(fù)極層的材質(zhì)為銅。
[0037]所述L形的正極層的材質(zhì)為銅。
[0038]所述L形的絕緣層的材質(zhì)為玻璃纖維。
[0039]實(shí)施例2、
[0040]如實(shí)施例1所述的一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于，所述L形的負(fù)極層I的材質(zhì)為單晶硅。所述L形的正極層3的材質(zhì)為單晶硅。
[0041]所述L形的絕緣層2的材質(zhì)為硅脂。所述的硅脂為DX-9041導(dǎo)熱硅脂，俗名又叫散熱膏，其具有良好的導(dǎo)熱、耐溫、絕緣性能，是耐熱器件理想的介質(zhì)材料，而且性能穩(wěn)定，在使用中不會(huì)產(chǎn)生腐蝕氣體，不會(huì)對(duì)所接觸的金屬產(chǎn)生影響。
[0042]實(shí)施例3、
[0043]如實(shí)施例1所述的一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于，所述L形的絕緣層的材質(zhì)為絕緣導(dǎo)熱膠，所述絕緣導(dǎo)熱膠是一類單組份室溫硫化的硅酮膠粘劑，具有使用方便、粘接強(qiáng)度高、固化后呈彈性體、抗沖擊、震動(dòng)等特點(diǎn)，同時(shí)固化物還具有良好的導(dǎo)熱、散熱功能及優(yōu)異的耐高低溫性能和電氣性能。
[0044]實(shí)施例4、
[0045]一種如實(shí)施例1所述貼片式激光器的在光電電路中的封裝方法，包括步驟如下:
[0046](I)將L形熱沉的L形負(fù)極層的水平面1-2利用印刷電路板粘合劑封裝在光電電路板的負(fù)極上；
[0047](2)在激光器芯片的P電極6-1上進(jìn)行金絲4鍵合至L形正極層的垂直面3_1 ；
[0048](3)在L形正極層的水平面3-2進(jìn)行金絲鍵合，將金絲5鍵合至光電電路板的正極上，完成所述貼片式半導(dǎo)體激光器在光電電路中的封裝應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該封裝結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體激光器管芯和L形熱沉；所述L形熱沉，包括L形的負(fù)極層、L形的絕緣層和L形的正極層，在所述的L形的負(fù)極層的內(nèi)表面設(shè)置有L形凹槽，所述的L形的正極層嵌入設(shè)置在所述的L形凹槽內(nèi)，所述L形的負(fù)極層和L形的正極層之間設(shè)置有L形的絕緣層；所述半導(dǎo)體激光器管芯安裝在所述L形的負(fù)極層內(nèi)表面且無L形凹槽的部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述L形的負(fù)極層的材質(zhì)為金屬、復(fù)合金屬或單晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述L形的正極層的材質(zhì)為金屬、復(fù)合金屬或單晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片式激光器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述L形的絕緣層的材質(zhì)為玻璃纖維、陶瓷、氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氮化硅、硅脂或絕緣導(dǎo)熱膠。
5.—種如權(quán)利要求1所述貼片式激光器的在光電電路中的封裝方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: (1)將L形熱沉的L形負(fù)極層的水平面利用印刷電路板粘合劑封裝在光電電路板的負(fù)極上； (2)在激光器芯片的P電極上進(jìn)行金絲鍵合至L形正極層的垂直面； (3)在L形正極層的水平面進(jìn)行金絲鍵合，將金絲鍵合至光電電路板的正極上，完成所述貼片式半導(dǎo)體激光器在光電電路中的封裝應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK103633552SQ201210313306
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月29日
【發(fā)明者】夏偉, 張秋霞, 左致遠(yuǎn), 陳康 申請(qǐng)人:山東華光光電子有限公司