一种光纤耦合半导体激光器的封装结构及封装方法技术

本发明专利技术属于半导体激光器的技术领域，具体地说是一种光纤耦合半导体激光器的封装结构及封装方法。该装置包括底板、管盖、窗口盖板及开窗结构，其中管盖扣合于所述底板上、并管盖与底板之间的密封界面通过粘接方式密封连接，开窗结构设置于管盖上，窗口盖板通过焊接的方式与开窗结构连接，管盖与底板之间密封界面的粘接及窗口盖板与开窗结构之间密封界面的焊接过程均在惰性气体保护环境中完成。本发明专利技术对被密封界面两边的材料没有太多的局限性，对密封平面的平整度和洁净度没有严格要求，可封装异形结构及大尺寸密封界面，且不需要复杂的封装设备和封装夹具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体激光器的
，具体地说是。
技术介绍
最近几年来，高功率半导体激光器越来越多地为许多应用而生产，如直接的材料处理、光纤激光和放大器栗浦、自由空间光通讯、印刷和医疗等。这些首要归功于激光器结构设计、半导体材料和可靠的封装技术的发展。特别是，半导体激光器的封装使得激光器件能获得高墙插效率，提高稳定性能并节省使用者的使用成本。尽管最近几年来获得的种种进展，但封装、测试及可靠性等依然占据光纤耦合输出的半导体激光器的大量成本。半导体激光器的封装是指通过电连接、光耦合、温控、机械固定及密封等措施使半导体激光器成为具有一定功能且性能稳定的组件装配过程。通常激光器芯片需要在氮气保护环境下工作，因此无论哪种封装形式都必须考虑气密性。对于某些特殊用途的模块，其封装管壳结构不规则，外形尺寸比较大，且模块内部往往有其他的功能的芯片和电路。目前，半导体激光器的封盖方法大多采用平行封焊或应用高强度的密封胶封装。以上两种封盖方法，均在半导体激光器的封装中广泛应用。其中，平行封焊具有封装速度快，可靠性高等优点。但是由于平行封焊对焊接材料的可焊性，焊接平面的平整度和洁净度均有较为严格的要求。同时封焊设备昂贵，不能进行大面积封焊，焊接中需要工装夹具对被焊接工件进行固定和不能对异形结构进行封焊等因素，限制了平行封焊在半导体激光器封装领域更为广泛的应用。另一种应用高强度密封胶的封装方法，可以有效克服平行封焊的诸多缺点。对被密封界面两边的材料没有太多的局限性，对密封的平面的平整度没有过分要求，可以封装异形结构和大尺寸封装，同时不需要复杂的封装设备和封装夹具。但此方法对封胶工艺，有着较为严格的要求。由于胶水在固化过程中，具有流动性，固化过程中的温度和密封体内外部的气压差会导致密封胶在密封界面处的流动，造成密封胶在固化过程中脱离密封界面，影响封装后的半导体激光器的气密性。大功率半导体激光器具有高效率、高输出功率、体积小和高可靠性等优点，广泛应用于栗浦固体激光器、直接材料加工、打印等领域。器件的工作寿命是直接影响其应用的一个关键因素，有多种退化机制与其相关，按退化方式可分为缓慢退化、快速退化和突然失效等；按退化原因则分为由腔面沾污、器件损伤、电极退化、材料缺陷、焊料不浸润、装配应力和腔面COD等引起的退化。激光器的腔面在解理后暴露于空气中，容易受到沾污、潮解和氧化形成表面态，在前腔面极高的光功率密度和电流密度下，这些表面态作为光吸收和非辐射复合中心，使腔面温度升高，器件的退化速率加快，甚至发生COD导致器件突然失效。为解决腔面问题，可采取的途径是减少光和载流子在腔面的分布、减少腔面附近光的吸收，如采用大光腔结构、透明窗口结构、电流非注入窗口结构等。减少表面态，去除光吸收和非辐射复合中心，如真空解理和腔面离子铣、钝化技术。除了在激光器芯片的自身结构上做改进之外，在半导体激光器封装的过程中，为了给半导体激光器芯片一个稳定的工作环境，需要一个洁净、干燥和拥有保护气体的密闭空间。激光器的密闭壳体的可靠性是决定半导体激光器封装之后的稳定性的关键所在，其壳体封装工艺也是业界的一个难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供。该封装结构和方法有效解决了大尺寸和异形结构界面的封装过程所存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:—种光纤親合半导体激光器的封装结构，包括底板、管盖、窗口盖板及开窗结构，其中管盖扣合于所述底板上、并管盖与底板之间的密封界面通过粘接方式密封连接，所述开窗结构设置于所述管盖或底板上，所述窗口盖板通过焊接的方式与所述开窗结构连接，所述管盖与底板之间密封界面的粘接及所述窗口盖板与所述开窗结构之间密封界面的焊接过程均在惰性气体保护环境中完成。所述管盖为盒式一体结构，所述管盖扣合与底板上，所述底板和管盖之间的密封界面设有第一凹凸配合结构，所述第一凹凸配合结构在惰性气体保护环境中通过密封胶粘接密封。所述管盖包括环框和顶盖，所述环框的底部通过第一凹凸配合结构与所述底板连接，所述环框的顶部通过第二凹凸配合结构与所述顶盖连接，所述第一凹凸配合结构和所述第二凹凸配合结构均在惰性气体保护环境中通过密封胶粘接密封。所述顶盖进一步通过螺钉与所述环框连接。所述开窗结构包括窗口凹槽、窗口封装界面凸起及窗口，其中窗口凹槽设置于所述管盖上、并底部设有与所述封装结构的封装内腔连通的窗口，所述窗口的边缘沿周向设有窗口封装界面凸起，所述窗口盖板在惰性气体保护环境中通过平行封焊的方式与所述窗口封装界面凸起焊接。所述窗口盖板的外表面与其所在所述管盖的外表面共面。—种光纤耦合半导体激光器的封装方法，所述封装方法是在惰性气体保护环境中进行底板、管盖及窗口盖板之间的封装，其封装过程包括以下几个步骤:I)在惰性气体保护环境中，将带有开窗结构的管盖扣合在底板上，所述底板和管盖之间的密封界面设有第一凹凸配合结构，所述第一凹凸配合结构通过密封胶粘接密封，再通过夹具将底板和管盖固定、并移出惰性气体保护环境，进行密封胶的固化；所述开窗结构用于平衡密封胶固化过程中封装腔体内外压差；2)所述底板和管盖之间第一凹凸配合结构处的密封胶固化后，将所述底板和管盖的装配体再次移至惰性气体保护环境中，将窗口盖板焊接在所述管盖上的开窗结构上；3)将所述底板、管盖及窗口盖板的装配整体移出惰性气体保护环境，完成整体封装。所述管盖由环框和顶盖组成，其中环框的底部与所述底板之间密封界面设有所述第一凹凸配合结构，所述环框的顶部与顶盖之间密封界面设有第二凹凸配合结构，在步骤I)中完成所述第一凹凸配合结构的密封后，进行所述第二凹凸配合结构的粘合密封，再通过夹具将底板、环框和顶盖固定、并移出惰性气体保护环境，进行密封胶的固化。在所述步骤I)中，所述顶盖与所述环框之间进一步通过螺钉连接。所述开窗结构包括窗口凹槽及设置于该窗口凹槽底部的窗口，所述窗口的边缘沿周向设有窗口封装界面凸起。在所述步骤2)中，所述窗口盖板通过平行封焊的方式与所述窗口封装界面凸起焊接。本专利技术的优点及有益效果是:本专利技术结合了平行封焊和密封胶两方面优点，对于大尺寸或者异形封装界面应用密封胶封装形式，同时为了防止密封胶在气体保护环境下固化过程中产生流动，采用特殊的管盖开窗结构，用来平衡密封胶固化过程中密封体内外压差。该方法有效解决了密封胶在大尺寸和异形结构界面的封装过程所存在的问题，为高功率半导体激光的封装提供了有效的封装方法。【附图说明】图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例一的爆炸图；图3为本专利技术实施例一的装配示意图；图4为本专利技术实施例二的爆炸图。其中:1为底板，11为底板封装界面凹槽，2为管盖，21为环框，211为环框螺纹孔，212为环框封装界面凸起，22为顶盖，221为顶盖螺纹孔，222为顶盖封装界面凹槽，3为电极出口，4为光线親合部件，5为窗口盖板，6为开窗结构，61为窗口凹槽，62为窗口封装界面凸起，63为窗口。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种光纤耦合半导体激光器的封装结构，包括底板1、管盖2、窗口盖板5及开窗结构6，其中管盖2扣合于所述底板I上、并管盖2与底板I之间的密封界面通过密封胶粘接方式密封连接，所述开窗结构6设置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤耦合半导体激光器的封装结构，其特征在于，包括底板(1)、管盖(2)、窗口盖板(5)及开窗结构(6)，其中管盖(2)扣合于所述底板(1)上、并管盖(2)与底板(1)之间的密封界面通过密封胶粘接方式密封连接，所述开窗结构(6)设置于所述管盖(2)或底板(1)上，用于平衡密封胶固化过程中封装腔体内外压差；所述窗口盖板(5)通过焊接的方式与所述开窗结构(6)连接，所述管盖(2)与底板(1)之间密封界面的粘接及所述窗口盖板(5)与所述开窗结构(6)之间密封界面的焊接过程均在惰性气体保护环境中完成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨朝栋，姜笑尘，刘瑞，何晓光，章涂架，
申请(专利权)人：北京凯普林光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11