專利名稱：用于電子器件封裝中的吸附劑套殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子或光電子器件封裝、諸如半導(dǎo)體激光器封裝的罩殼，特別涉及用于這種罩殼中的吸附劑套殼。
雖然本發(fā)明總體上涉及電子和光電子器件封裝，但在本文中將結(jié)合大功率半導(dǎo)體激光器的封裝來描述。
目前，半導(dǎo)體激光技術(shù)已臻于成熟，可以為需要長期、可靠地工作的激光器件的應(yīng)用場合生產(chǎn)出種種激光器件。通常，用來維持激光器的穩(wěn)定性以及延長激光器使用壽命的對策是控制激光器的環(huán)境工作。人們一貫的想法是這種已有技術(shù)的激光器罩殼內(nèi)氣氛相對半導(dǎo)體激光器材料必須呈惰性，特別是無氧的氣氛將可以延長激光器使用壽命。此外，還認(rèn)為干燥的氣氛對防止與激光器材料相作用以及保護(hù)與激光器工作有關(guān)的小型電子電路的完整性也是比較好的。光放大器的進(jìn)入遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中導(dǎo)致人們使用大功率泵激激光器。另外，對中繼站間隔長的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的需求則導(dǎo)致使用大功率信號激光器。用在這種應(yīng)用中的二極管中，半導(dǎo)體激光器小平面功率已增加到50mW甚至50mW以上。在這些器件中，以前所采用的、用來使激光器穩(wěn)定、長期工作的對策現(xiàn)在業(yè)已證明是不夠的。
在標(biāo)準(zhǔn)的封裝中，縮短激光器壽命的可能原因是固體材料或液體材料在諸如激光器前平面、激光束中的透鏡或光纖透鏡和窗口之類受到強(qiáng)烈照射的表面上的積聚。表面積聚的發(fā)生可能由于以下原因助焊劑殘余、洗滌溶劑、裝配環(huán)境中污染物中等的游離性烴存在于密封的激光器罩殼中。當(dāng)烴遇到激光光子流時，可能發(fā)生光反應(yīng)。光反應(yīng)產(chǎn)物可能在受強(qiáng)光照射的表面上形成沉積物。當(dāng)這些沉積物無規(guī)律地反射或吸收激光光線時激光器的性能就會降低。如果沉積物吸收光子，就可能發(fā)熱，這樣就會引起有源或無源表面的熔融。發(fā)熱會加速激光二極管結(jié)或結(jié)附近的摻雜劑的擴(kuò)散，從而使結(jié)毀壞或降低結(jié)的效率。
在封裝的密封氣氛中的氧氣可以延長激光器的壽命，這是因為通過氧氣與烴污染物或氧與烴光反應(yīng)后的產(chǎn)物的化合的作用可以防止或除去激光器罩殼中有源或無源元件上的積聚物，但是當(dāng)罩殼中的氧與罩殼氣氛中存在的氫化合時，就可能生成水。氫氣可能是充入罩殼中的氣體中的污染物，或可能是當(dāng)罩殼溫度升高時，從罩殼的金屬壁中釋放出來的。眾所周知，水可能引起罩殼中的電路的短路、腐蝕或電遷移。
在電子和光電子封裝的制造過程中，采用了種種步驟以盡量減小密閉罩殼內(nèi)的有機(jī)材料的數(shù)量。例如，可以使用一種諸如異丙醇的適當(dāng)?shù)那鍧?洗滌)劑來除去制造過程的殘余物，例如助焊劑的殘余物。
人們一貫的想法是吸附劑材料應(yīng)以塊狀形式使用以便于裝在激光器罩殼內(nèi)。而且最好是采用機(jī)械安裝方法而不是用有機(jī)材料，例如不用環(huán)氧化合物或膠質(zhì)。金屬線制品或彈簧夾或螺釘安裝都認(rèn)為是合適的，另外認(rèn)為機(jī)械焊接的安裝方法也是合適的，例如，在吸附劑材料的塊體上設(shè)置通孔，吸附劑設(shè)置在罩殼的蓋板的內(nèi)表面上，吸附劑藉將融熔的焊劑通過諸通孔灌入而被焊接于蓋板上。
吸附劑材料，尤其是玻璃和玻璃陶瓷吸附劑材料，都容易有顆粒散落發(fā)生。這將會引起在罩殼內(nèi)的諸元件的損壞，例如，使間距很密的電子通路短路或者對光電子器件的直接的損傷，諸如吸收顆粒侵入激光二極管的發(fā)射路徑內(nèi)。故需要具有防護(hù)性的封裝以減少吸附劑顆粒散落的可能性和/或即使在這種散落確實發(fā)生的情況下減少器件發(fā)生故障的可能性。
本發(fā)明的一個目的在于防止因吸附劑材料的顆粒散落而產(chǎn)生的對電子器件諸如半導(dǎo)體激光器的損傷。另一目的在于提供一種用來將吸附劑材料裝在電子和光電子封裝內(nèi)的改進(jìn)的技術(shù)。
上述目的通過提供一密封電子封裝而得以實現(xiàn)，這種密封電子封裝包括一其內(nèi)設(shè)有一密封在一種氣氛內(nèi)的器件的密封罩殼。這種器件是一種因氣氛內(nèi)有雜質(zhì)存在而能受到不利影響的器件。在罩殼內(nèi)的是一用來封裝吸附劑的吸附劑套殼。這種吸附劑套殼至少具有一個雜質(zhì)能滲透的但適于阻止吸附劑顆粒通過的表面，吸附劑套殼將吸附劑完全與器件密封地隔開。吸附劑套殼的能滲透的表面由多孔金屬或其上具有諸孔的金屬片構(gòu)成。吸附劑套殼也可以包含一用來防止吸附劑移動的彈簧。
在一實施例中，被封裝的器件是一半導(dǎo)體激光器，罩殼內(nèi)充有一種其中含氧量大于100ppm的氣體媒質(zhì)，這種吸附劑能有效吸附或吸收游離的烴和水。


圖1是一內(nèi)裝有一吸附劑的激光器罩殼的剖視圖。
圖2是一示出了一大功率激光器的主要構(gòu)件的分解側(cè)視圖。
圖3是一多孔金屬吸附劑套殼的剖視圖。
圖4是一沿圖3中線4-4截取的剖視圖。
圖5是另一種吸附劑套殼的剖視圖。
圖6是圖5所示套殼有所改變的改型的分解圖。
圖7是一裝有另一種吸附劑套殼的激光器罩殼的剖視圖。
本發(fā)明的吸附劑套殼是結(jié)合大功率激光器封裝進(jìn)行描述的。但是，這種吸附劑封裝也適用于其他種種電子器件封裝。
圖1示出了一包括有一殼體10和蓋板11的密封大功率激光封裝或罩殼12。大功率激光器6固定于基板2上。一般置于罩殼內(nèi)的激光器所用的諸電子器件和電路圖中未予示出。用來將激光與一接收器件或一光纖耦合的器件圖中以光纖4表示。其他諸如透鏡或集成波導(dǎo)器件也可以用作耦合器。激光可以耦合于一位于罩殼內(nèi)的接收器件或一波導(dǎo)器件。或者，耦合器件可以讓激光穿過一封閉孔徑而穿出罩殼。
圖2是示出一大功率激光器的各部件的示意圖。激光體13具有前、后平面14和15。前、后平面上的部分反光鏡20和18分別支持激光作用。有可能使激光器失效的機(jī)理如上所述。簡言之，可能會在反光鏡20或其他在罩殼內(nèi)的光學(xué)元件上引起沉積的光反應(yīng)發(fā)生在始于反光鏡20的磁通路徑上。
由于在Hall等人的申請中所述的原因，激光器罩殼內(nèi)最好充有一種其含氧量大于100ppm的氣體媒質(zhì)。如以上所述，在封裝氣氛中的氧氣減少了有機(jī)雜質(zhì)對激光器的損傷。但是，氧氣能與氫氣相作用而在激光器罩殼內(nèi)生成水，生成的水會對罩殼內(nèi)電子元件的總體工作產(chǎn)生不利影響。
通過減少罩殼內(nèi)與含氧的大氣中的氧氣相作用的氫氣的數(shù)量，水的問題能得到部分解決。為此，用來形成罩殼壁的金屬是經(jīng)預(yù)先處理的；具體地說，金屬壁在高溫下烘烤一段較長的時間以基本上降低吸附的或吸收在其內(nèi)的氫氣的含量。
為進(jìn)一步解決水問題，罩殼10內(nèi)設(shè)有一能吸附預(yù)定類型和尺寸的分子的吸附劑8。圖中所示的吸附劑為一裝在蓋板11的頂部內(nèi)表面上的薄片。由于罩殼內(nèi)部容積很小，故裝在內(nèi)表面上的單個吸附劑應(yīng)能有效吸附可能會出現(xiàn)的水和有機(jī)雜質(zhì)。
吸附劑材料必須具有足夠的孔隙以使吸附劑材料具有足夠大的表面積從而使其小的吸附劑能有效地吸附或吸收密封罩殼內(nèi)不希望出現(xiàn)的分子。這種材料，特別是玻璃和玻璃陶瓷吸附劑材料，較脆弱且易散落顆粒。本發(fā)明的套殼即使在發(fā)生顆粒散落的情況下也能適于防止元件的損傷和/或防止光路的阻塞。
在圖3和圖4中示出了一較佳的吸附劑套殼26，該套殼由一能藉壓制或放電加工而形成的多孔金屬容器28組成。容器28能固定于中間板30上，該中間板則能裝于蓋板11的內(nèi)表面上?；蛘撸撊萜?8也可以直接裝在蓋板上。容器28的整個外周緣最好焊接于板30上以便不會有吸附劑材料的顆粒能穿過的間隙。任何接縫，諸如那些在兩個側(cè)面會聚構(gòu)成一轉(zhuǎn)角處而形成的接縫，也應(yīng)用焊接、纖焊或其他類似方法連接起來。然后將蓋板11固定于套殼10上。這樣的封裝(罩殼)12保護(hù)激光器和電子電路免于受到可能從吸附劑8散落或脫落下來的顆粒的侵?jǐn)_，由此減少了器件損壞的可能性。
當(dāng)采用一多孔金屬套殼時，吸附劑不需呈片狀或板狀。相反，它可以是呈粉末或顆粒狀的，由于多孔金屬能防止粉末從吸附器套殼逸散入封裝在罩殼12內(nèi)的器件上。
在圖5所示的實施例中，吸附劑套殼由一種具有許多穿孔40的金屬片容器或套殼組成。諸孔40能藉射流加工、激光加工、或其它類似加工而形成。顯然孔最好小一些，因為小孔能更有效地保護(hù)罩殼12內(nèi)的器件免受吸附劑顆粒的侵?jǐn)_。
在圖6中示出了對圖5所示的實施例有所改變的型式。吸附劑8設(shè)置于蓋板11上。一金屬片簧42設(shè)置于吸附劑8上。在將容器或套殼38設(shè)置于金屬片簧和吸附劑上并焊接于蓋板11上之后，金屬片簧的兩端與套殼或容器38接觸并將吸附劑8固定于蓋板11上。當(dāng)整個罩殼(封裝)被移動或受到振動時，這種結(jié)構(gòu)能防止吸附劑在罩殼內(nèi)的移動。
吸附劑套殼可以固定于罩殼的任一或所有的內(nèi)表面上。圖7示出了一包括一多孔彎金屬片48的吸附劑套殼，該多孔彎金屬片固定于外殼10的底部、端部和兩側(cè)壁。
一由激光器和其他元件組成的利用激光器提供功率給在一光纖放大器內(nèi)的光纖的裝置及一吸附劑封裝在一低氫柯伐鎳基合金殼罩內(nèi)，該殼罩充有一含氧的氣氛。其封裝方法如下
激光器罩殼由兩部分涂有金和鎳的柯伐鎳基合金制成，該兩部分之一為用來容納激光器和其他元件的主體部分和一用來安裝吸附劑的蓋板。這兩部分在一N2凈化爐內(nèi)在150℃下烘烤200小時。罩殼的容積近似為5cm3。
吸附劑根據(jù)Bartholomew等人的專利申請S.N.08/320,549形成。在一批料中，35％重量的沸石ZSM—5，35％重量的沸石4A，和大約20％重量的VycorTM牌玻璃一起干混合。加入19％重量的道氏康寧(Dow Corning)硅氧烷樹脂Q6-2230并將其干混合入該批料。這個量足以在制成的吸附劑中產(chǎn)生大約10％重量的二氧化硅。將大約6％重量的道氏康寧(Dow Corning)甲基纖維素添加物也干混合入該配料中。作為基本重量百分比的是由沸石、VycorTM牌多孔玻璃和二氧化硅三者的重量。添加物的重量百分比是以該基本重量為基準(zhǔn)計算的，但不包括在進(jìn)行重量百分比計算的基本重量中。將一有機(jī)溶劑，異丙醇或杜邦二價酸酯，以及水加入干混合物以產(chǎn)生一可擠塑的批料粘稠體。將增塑或塑性的批料擠塑成厚度不超過1毫米的諸薄片。未干的諸主體板在空氣中大約85℃至100℃的溫度下干燥至少3天。在500-620℃溫度下最少10小時的煅燒之后，從這些薄片上切成3毫米×9毫米×1毫米的成品片(要考慮收縮量)。其中一片吸附劑材料封裝在一由圖3和圖4所述的多孔金屬形成的套殼內(nèi)。然后這種組裝件固定于激光器罩殼蓋板的內(nèi)表面上。
半導(dǎo)體激光器和其他元件安裝在封裝的罩殼部分內(nèi)。然后將該部分連同蓋板部分以及與其上的吸附劑在300℃溫度下烘烤4小時。最后，將這兩部分在如上指出的空氣中密封在一起。這種密封通過不用焊劑的電阻式加熱方法完成。
在類似的罩殼中，這種半導(dǎo)體激光器能成功地運(yùn)行較長時間，即超過5000小時，且在罩殼內(nèi)生成的水極少，在試驗期末封裝氣氛內(nèi)水的濃度小于5000ppm。因此這樣封裝的大功率半導(dǎo)體激光器可用來在光纖系統(tǒng)中為放大器纖維提供功率。
權(quán)利要求
1.一種密封式電子封裝，它包括(a)一其內(nèi)設(shè)置有密封在一種氣氛中的器件的密封式罩殼，所述器件將因所述氣氛中雜質(zhì)的存在而使其性能受到不利影響；(b)一設(shè)置在所述罩殼內(nèi)的吸附劑；(c)一在用來將所述吸附劑置于罩殼內(nèi)的吸附劑套殼，所述吸附劑套殼具有至少一個能滲透入所述雜質(zhì)但適于阻止所述吸附劑顆粒通過的表面，所述吸附劑套殼將所述吸附劑與所述器件完全密封地隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于至少一部分所述吸附劑套殼由多孔金屬制成。
3.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于至少一部分所述吸附劑套殼由其上具有諸孔的金屬片制成。
4.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于所述罩殼包括一蓋板并且所述吸附劑套殼固定于所述蓋板上。
5.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于吸附劑套殼內(nèi)有一用來固定所述吸附劑的彈簧。
6.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于所述吸附劑呈一薄板(薄片)狀。
7.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于所述吸附劑由一種當(dāng)受到物理擾動作用時容易剝落的多孔材料制成，或者所述吸附劑呈粉末狀。
8.如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于所述罩殼中充有一種其中含氧量大于100ppm的氣體媒質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的封裝，其特征在于所述吸附劑能有效地吸附或吸收游離的烴和水。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的封裝，其特征在于所述器件是一半導(dǎo)體激光器，所述罩殼內(nèi)充有一種其中含氧量大于100ppm的氣體媒質(zhì)。
全文摘要
一種用于電子或光電子器件的封裝，包括一具有一用來吸收有機(jī)雜質(zhì)和水的吸附劑的密封罩殼。由一多孔金屬構(gòu)成的吸附劑相對較脆弱且在器件的使用過程中易于發(fā)生顆粒散落。為防止罩殼內(nèi)各元件出現(xiàn)故障或失效，吸附劑置于一套殼內(nèi)，該套殼具有足夠多的小孔或孔隙，這些小孔或孔隙能讓水蒸汽及有機(jī)雜質(zhì)滲穿過但卻能制止任何從吸附劑上散落的顆粒，不讓顆粒通過。
文檔編號H01L23/26GK1132932SQ95119870
公開日1996年10月9日 申請日期1995年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月27日
發(fā)明者杰弗里艾倫德梅里特, 卡洛斯曼努埃爾馬丁內(nèi)斯 申請人:康寧股份有限公司