一种激光器芯片双基座的组装方法技术

本发明专利技术涉及芯片组装技术领域，具体公开了一种激光器芯片双基座的组装方法，包括步骤S1、提供一具备激光输出功能的光学芯片，以及上、下两相同材料制作的基座；步骤S2、将芯片的底面与上基座用金锡焊料高温焊接在一起，形成一整体组件；步骤S3、采用翻转焊方式，将芯片与上基座形成的组件焊接于下基座上；步骤S4、在上基座和/或下基座外侧设置温度控制器，在下基座的表面贴装为温度控制器提供反馈的温度探测器。本发明专利技术可以使激光器的芯片无论在高低温的情况下，都能保持稳定的机械形态，同时可以适应复杂或者高频的电路连接。

A Method of Assembly Laser Chip with Two Bases

【技术实现步骤摘要】
一种激光器芯片双基座的组装方法
本专利技术涉及芯片组装
，尤其涉及一种激光器芯片的组装方法。
技术介绍
随着科技的进步和社会的发展，激光器在各领域的应用逐步扩展。在现有的激光器的组装工艺中，对于激光器芯片安装的第一个步骤是把芯片(Chip或Die)固定在基座(Submount，或Substrate)上，基座不仅为芯片提供机械力学上的支撑，同时还需要完成电路的连接。对于在客户端应用的普及型激光器，也可能会将芯片直接固定在PCB电路板等材料上以节省成本；但绝大多数在线路侧使用的通信用激光器，为了获得基本的可靠性，都会将芯片固定在基座上。在传统方法中，90％以上的通信用10G以上波特率激光器都采用管芯焊接(DieBond)加焊线(WireBond)的方式实现芯片10与基座100之间的组装连接。具体为先进行DieBond，即先用焊料(一般是金锡合金)把芯片10的底部高温(～300摄氏度)焊接固定在基座100上(图7所示)；之后进行WireBond，即用金线把芯片10表面上的电极与基座100上的电极连接起来。DieBond加WireBond方法的优点是坚固可靠，芯片10底部与基座100间的整个表面用焊料固化，高低温情况下芯片10不会弯曲。缺点是金线的走线连接会随着电路的复杂化而越来越复杂。由于芯片上电极的位置是平面分布的，WireBond需要把金线连接到芯片的边缘，这需要小心的布置，高低错落而且难以避免交叉的情况。再者，由于芯片边缘的电极点是一维线形的，而芯片上电极显然是二维平面分布的，随着激光器技术的发展，芯片上的电极不断增多，芯片边缘的电极点会非常密集，从20年前的2～5个逐步增加至目前的20～50个，可以清晰地预见激光器芯片的电极数量会像普通电路芯片一样增加至数百个；另外随着信号的频率从10年前的每秒2.5G波特增加到目前的每秒64G波特，上述传统的DieBond加WireBond方法已不能满足日益复杂或者高频的电路连接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种激光器芯片双基座的组装方法，其可以使激光器的芯片，在高低温的情况下，保持稳定的机械形态；同时，可以适应复杂或者高频的电路连接。为实现上述目的，本专利技术提供了一种激光器芯片双基座的组装方法，其包括如下步骤：步骤S1、提供一具备激光输出功能的光学芯片，以及上、下两相同材料制作的基座；步骤S2、将芯片的底面与上基座用金锡焊料高温焊接在一起，形成一整体组件；步骤S3、采用翻转焊方式，将芯片与上基座形成的组件焊接于下基座上；步骤S4、在上基座和/或下基座外侧设置温度控制器，在下基座的表面贴装为温度控制器提供反馈的温度探测器。其中，所述上、下基座可以为一块陶瓷表面局部镀金而成的电路板，其厚度范围为0.5～2mm，边长范围为1～30mm；该上基座的平面尺寸大小等于或略大于芯片的平面尺寸大小，上基座厚度等于或略小于下基座的厚度。具体的，在所述步骤2中，可以采用贴片机吸取芯片，将其底面在300～330摄氏度高温时焊接于上基座上，芯片接近或高于300摄氏度的时间为5～20秒钟。进一步地，所述步骤S3还包括：步骤S301，安装金球：采用热超声焊线方式在下基座上表面安装金球；步骤S302，翻转焊接：翻转步骤S2中的组件，使芯片上表面朝下，通过超声加热方式，将芯片上表面在300～335摄氏度高温时焊接于下基座的上表面。在所述步骤S301中，可以采用焊线工艺，利用自动焊线机把金线在下基座上打一个球形焊，之后将线尾去除；焊线时的温度为100～150摄氏度，焊线时间每个金球点为5～20毫秒。在所述步骤S302中，可以采用贴片机吸取步骤S2中的组件，将芯片上表面在300～335摄氏度高温时焊接于下基座的上表面，芯片接近或高于300摄氏度的时间为40～80秒钟。此外，在所述步骤4中，可以利用焊接回流炉，采用传导加热方式，在230～250摄氏度温度范围内将温度探测器焊接贴装于下基座的表面。具体的，所述回流焊接时间为10～15分钟，接近或高于230摄氏度的时间为1～3分钟。本专利技术激光器芯片双基座的组装方法，其可以应用于各种光学器件芯片的组装，包括激光发射器、激光调制器、半导体激光放大器等所有具备激光输出功能的光学器件；其可以使激光器的芯片，在高低温的情况下不会弯曲，保持稳定的机械形态；同时，可以适应复杂或者高频的电路连接。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中激光器芯片双基座的组装方法的流程示意图；图2-图6为本专利技术的组装方法在步骤1至步骤3过程中的分解结构示意图；图7为采用传统方法的DieBond加WireBond的光路图；图8为单纯的采用翻转焊方式直接将芯片翻转焊接于基座时的光路图；图9为采用本专利技术的激光器芯片双基座的组装方法的光路图；图10为本专利技术的组装方法在步骤4过程中的结构示意图；图11为利用本专利技术方法完成组装时的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供一种激光器芯片双基座的组装方法，可以应用于各种光学器件芯片的组装，包括激光发射器、激光调制器、半导体激光放大器等所有具备激光输出功能的光学器件，该方法包括如下步骤：步骤S1、提供一具备激光输出功能的光学芯片10，以及相同材料制作的上、下基座20、30。其中芯片10的基础材料是磷化铟，是光纤通信技术常用的半导体材料，该芯片10的厚度典型值100微米，范围在50～200微米。芯片10的典型尺寸为0.5x1mm，边长的范围在1～20mm。所述上、下基座20、30采用相同的材料以保持一致的热膨胀系数，其可以为一块陶瓷(AlN氮化铝)表面局部镀金而成的电路板。氮化铝的热膨胀系数4.5×10-6/℃，由于热膨胀系数的差异，当温度降低时，磷化铟芯片会向上弯曲。因此，上基座20用来固定芯片10的机械形态，防止在高低温环境下芯片10的弯曲变形，下基座30用以完成复杂或者高频的电路连接。在本专利技术具体实施例中，所述上、下基座20、30厚度范围为0.5～2mm，优选值为1毫米；边长范围为1～30mm，优选的大小尺寸为3x5mm。在具体实施时，上基座20与芯片10的平面尺寸大小基本相等或略大，上基座20的一般比下基座30略薄(约为下基座30的80％)，或与下基座30一样厚(图2所示)。步骤S2、将芯片10的底面(图中用B表示)与上基座20用金锡焊料高温焊接在一起，形成一整体组件。具体的，在该步骤中，可以采用德国FineTech品牌的半自动贴片机，或者美国MRSI品牌的自动贴片机进行焊接。如图3所示，通过贴片机上的吸头1吸取和固定芯片10，该吸头的中心有真空吸孔，可以提供吸取芯片的吸力。在焊接时，吸头1是紧贴芯片10的，压力通过吸头1施加于芯片1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器芯片双基座的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、提供一具备激光输出功能的光学芯片，以及上、下两相同材料制作的基座；步骤S2、将芯片的底面与上基座用金锡焊料高温焊接在一起，形成一整体组件；步骤S3、采用翻转焊方式，将芯片与上基座形成的组件焊接于下基座上；步骤S4、在上基座和/或下基座外侧设置温度控制器，在下基座的表面贴装为温度控制器提供反馈的温度探测器。

【技术特征摘要】
1.一种激光器芯片双基座的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、提供一具备激光输出功能的光学芯片，以及上、下两相同材料制作的基座；步骤S2、将芯片的底面与上基座用金锡焊料高温焊接在一起，形成一整体组件；步骤S3、采用翻转焊方式，将芯片与上基座形成的组件焊接于下基座上；步骤S4、在上基座和/或下基座外侧设置温度控制器，在下基座的表面贴装为温度控制器提供反馈的温度探测器。2.如权利要求1所述的激光器芯片双基座的组装方法，其特征在于，所述上、下基座为一块陶瓷表面局部镀金而成的电路板，其厚度范围为0.5～2mm，边长范围为1～30mm；该上基座的平面尺寸大小等于或略大于芯片的平面尺寸大小，上基座厚度等于或略小于下基座的厚度。3.如权利要求1所述的激光器芯片双基座的组装方法，其特征在于，所述步骤2中，采用贴片机吸取芯片，将其底面在300～330摄氏度高温时焊接于上基座上，芯片接近或高于300摄氏度的时间为5～20秒钟。4.如权利要求1所述的激光器芯片双基座的组装方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：步骤S301，安装金球：采用热超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨峰，
申请(专利权)人：深圳新飞通光电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44