一种TO-CAN封装的半导体激光器及其制作方法技术

本发明专利技术提出一种TO-CAN封装半导体激光器及其制作方法，所述TO-CAN封装半导体激光器包括：TO管座、半导体激光器芯片、背光探测器芯片、键合金丝、引脚和热沉块，热沉块设置于TO管座的上表面，引脚绝缘固定于TO管座上，至少一个引脚的上端突出于TO管座的上表面，半导体激光器芯片固定于热沉块表面，在一个引脚的突出于TO管座上表面的上部连接有支撑台，背光探测器芯片设置于支撑台上，并处于半导体激光器芯片的下方。本发明专利技术通过将背光探测器芯片安装于与引脚一体设计连接的支撑台上，省去了独立垫块，节约了垫块物料成本，且省去了背光探测器芯片与其垫块间的一次金丝键合工艺，简化了金丝键合工艺，节约了键合金丝成本，并提高了激光器产品的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，更具体的涉及一种TO-CAN封装的半导体激光器及其制作方法。
技术介绍
TO封装，即TransistorOutline或者Through-hole封装技术，属于同轴型光发送器件的封装结构，它由原来广泛使用的晶体管器件封装发展而来，在工业上比较成熟。TO封装寄生参数小，工艺简单，成本低，使用灵活方便，当前10G以下速率的LD封装主要采用TO封装。在LD封装中，TO管壳内部空间小，且只有四根引线，不安装半导体制冷器（TEC），在成本上也有极大的优势。TO管壳所用材料主要有不锈钢或者可阀，TO封装半导体激光器的整个结构由TO管座、LD垫块、PD垫块、引脚（Pin）、带透镜管帽、PD芯片和LD芯片以及键合金丝、内部光学系统等组成，结构上下部有一致的同心度。TO-CAN封装半导体激光器具有体积小，能耗低，寿命长，无须制冷，工艺简单可靠，适合大规模生产等优点，广泛应用于光纤通信和光纤传感。当前TO-CAN封装半导体激光器主要采用TO56封装，波长有1310nm,1490nm，1550nm等。典型的TO-CAN封装半导体激光器具有如附图1所示的结构，包括TO管座1、半导体激光器芯片2、背光探测器芯片3、激光芯片垫块4、探测芯片垫块5、键合金丝6、引脚7、TO管帽8和透镜光学系统9，在实际制作过程中，需要把探测芯片垫块5用银胶贴于TO管座1上，把背光探测器芯片3贴于探测芯片垫块5上，接着将整体置于烘箱内烘烤以使银胶固化，从而达到固定背光探测器的目的，在此之后把激光芯片垫块4和半导体激光器芯片2共晶于热沉块10的侧面，当半导体激光器芯片2和背光探测器芯片3固定完成后，需要用金丝进行键合，从而实现芯片的电极引出。具体的背光探测器芯片3一般采用光电二极管芯片即PD芯片，半导体激光器芯片2一般采用激光器二极管芯片即LD芯片，多个引脚7穿过TO管座1，在进行金丝键合时，PD芯片的两个电极，其中一极需要与引脚Pin2键合连接，另一极需要与引脚Pin3键合连接，这里引脚Pin2与TO管座贴PD的部位是电隔离的，传统封装中为了实现引脚Pin2、Pin3与PD的连接，采用一个探测芯片垫块和两次金丝键合来实现，其工艺实现过程如附图2所示，从图中可以看出这种传统的TO-CAN封装半导体激光器中，作为背光探测器的PD芯片通过两次金丝键合与引脚Pin2、Pin3连接。同理作为半导体激光器芯片的LD芯片也通过金丝键合与引脚Pin1、Pin3连接。在金丝键合完成后，对器件进行封帽，即采用电阻焊把TO管帽8和TO管座1焊接在一起，一个TO-CAN封装的半导体激光器就完成了，经过老化测试，这个激光器就可用于光纤通信或光纤传感中。上述封装方案和过程是当前业内TO封装的主流，也经历了工程应用的考验，具有一定的优势和合理性。但是这种作为行业主流的TO-CAN封装半导体激光器中，对于作为背光探测器的PD芯片通过两次金丝键合与对应引脚进行连接的封装操作存在以下使用缺陷：对PD芯片采用两次金丝键合，造成键合操作工艺相对较复杂，而且加大了对高成本金丝的应用，在一定程度上提高了激光器整体的成本，降低了市场竞争优势；而且对于PD芯片需要专门设置探测芯片垫块进行安装，不但复杂了安装工艺，而且探测芯片垫块与TO管座使用银胶固定，具有脱落的危险，直接影响了激光器产品的质量稳定性。因此现有技术中的TO-CAN封装半导体激光器在对背光探测器芯片的设置以及封装工艺操作中还存在一定的缺陷，尚有可改进的余地。
技术实现思路
本专利技术基于上述现有技术问题，通过长期的创新试验研究，对这种传统的TO-CAN封装半导体激光器进行了创新改进，尤其是对其中背光探测器芯片的设置方式以及封装工艺过程进行了创新改进，通过将背光探测器芯片安装于与引脚一体设计连接的支撑台上，不但省去了独立背光探测芯片垫块的设置，节约了垫块物料成本，而且通过背光探测器芯片与支撑台的电性直接连接实现了芯片与引脚的电性直接连接，省去了背光探测器芯片与其垫块之间的一次金丝键合工艺，简化了金丝键合操作工艺，并节约了键合金丝成本，同时与引脚一体设计的支撑台降低了发生脱落的风险，提高了激光器产品的使用稳定性，并且通过创新调整支撑台的台面角度最小化了背光探测器芯片的后向反射对激光器整体性能的影响，大大提高了TO-CAN封装半导体激光器的市场竞争力。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种TO-CAN封装半导体激光器，包括：TO管座1、半导体激光器芯片2、背光探测器芯片3、键合金丝6、引脚7和热沉块10，所述热沉块10设置于所述TO管座1的上表面，所述半导体激光器芯片2固定设置于所述热沉块10的表面，所述引脚7至少包括有三个，且各引脚绝缘固定于所述TO管座1上，至少一个引脚的上端突出于所述TO管座1的上表面设置，所述半导体激光器芯片2通过键合金丝6连接于对应的引脚7，在突出于TO管座1上表面设置的一个引脚上连接有支撑台11，所述支撑台的一端连接于该引脚的突出于TO管座1上表面的上部，另一端延伸至半导体激光器芯片2的下方，所述背光探测器芯片3设置于所述支撑台11上，并处于所述半导体激光器芯片2的下方。进一步的根据本专利技术所述的TO-CAN封装半导体激光器，其中与背光探测器芯片的电极电性连接且靠近背光探测器芯片垂向投影位置的一个引脚的上端突出于所述TO管座1的上表面设置，且在所述引脚的突出于TO管座1上表面的上部一体延伸形成有所述支撑台11，所述支撑台11与所述引脚处于同一电位。进一步的根据本专利技术所述的TO-CAN封装半导体激光器，其中所述热沉块10一体形成于所述TO管座1的上表面，所述热沉块10整体具有梯台结构，包括外沿表面、内壁表面和连接外沿表面与内壁表面的侧表面，所述内壁表面垂直于所述TO管座1的上表面，所述TO-CAN封装半导体激光器还包括有激光芯片垫块4，所述激光芯片垫块4固定设置于所述热沉块10的内壁表面上，所述半导体激光器芯片2固定设置于所述激光芯片垫块4的表面上。进一步的根据本专利技术所述的TO-CAN封装半导体激光器，其中所述外沿表面为圆柱面，所述内壁表面和侧表面均为平面，所述热沉块的高度在1.3mm-1.5mm之间。进一步的根据本专利技术所述的TO-CAN封装半导体激光器，其中所述TO管座1具有圆形结构，所述半导体激光器芯片2处于TO管座1的圆心轴线上，所述背光探测器芯片3处于所述半导体激光器芯片2的正下方。进一步的根据本专利技术所述的TO-CAN封装半导体激光器，其中所述半导体激光器芯片2为LD芯片，所述背光探测器芯片3为PD芯片，所述LD芯片共晶焊接于所述激光芯片垫块4的表面上，所述PD芯片通过导电银胶固定于所述支撑台11上，所述LD芯片的两个电极通过键合金丝6电性连接于其中两个引脚，所述PD芯片的一个电极通过支撑台11电性连接于一个引脚，所述PD芯片的另一个电极通过键合金丝6电性连接于另一个引脚；所述LD芯片双向出光，所述PD芯片接收LD芯片的背向出光并向外部控制电路提供控制反馈信息，自动调节LD芯片的发光强弱。进一步的根据本专利技术所述的TO-CAN封装半导体激光器，其中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TO‑CAN封装半导体激光器，其特征在于，包括：TO管座（1）、半导体激光器芯片（2）、背光探测器芯片（3）、键合金丝（6）、引脚（7）和热沉块（10），所述热沉块（10）设置于所述TO管座（1）的上表面，所述半导体激光器芯片（2）固定设置于所述热沉块（10）的表面，所述引脚（7）至少包括有三个，且各引脚绝缘固定于所述TO管座（1）上，至少一个引脚的上端突出于所述TO管座（1）的上表面设置，所述半导体激光器芯片（2）通过键合金丝（6）连接于对应的引脚（7），在突出于TO管座（1）上表面设置的一个引脚上连接有支撑台（11），所述支撑台的一端连接于该引脚的突出于TO管座（1）上表面的上部，另一端延伸至半导体激光器芯片（2）的下方，所述背光探测器芯片（3）设置于所述支撑台（11）上，并处于所述半导体激光器芯片（2）的下方。

【技术特征摘要】
1.一种TO-CAN封装半导体激光器，其特征在于，包括：TO管座（1）、半导体激光器芯片（2）、背光探测器芯片（3）、键合金丝（6）、引脚（7）和热沉块（10），所述热沉块（10）设置于所述TO管座（1）的上表面，所述半导体激光器芯片（2）固定设置于所述热沉块（10）的表面，所述引脚（7）至少包括有三个，且各引脚绝缘固定于所述TO管座（1）上，至少一个引脚的上端突出于所述TO管座（1）的上表面设置，所述半导体激光器芯片（2）通过键合金丝（6）连接于对应的引脚（7），在突出于TO管座（1）上表面设置的一个引脚上连接有支撑台（11），所述支撑台的一端连接于该引脚的突出于TO管座（1）上表面的上部，另一端延伸至半导体激光器芯片（2）的下方，所述背光探测器芯片（3）设置于所述支撑台（11）上，并处于所述半导体激光器芯片（2）的下方。
2.根据权利要求1所述的TO-CAN封装半导体激光器，其特征在于，与背光探测器芯片的电极电性连接且靠近背光探测器芯片垂向投影位置的一个引脚的上端突出于所述TO管座（1）的上表面设置，且在所述引脚的突出于TO管座（1）上表面的上部一体延伸形成有所述支撑台（11），所述支撑台（11）与所述引脚处于同一电位。
3.根据权利要求1或2所述的TO-CAN封装半导体激光器，其特征在于，所述热沉块（10）一体形成于所述TO管座（1）的上表面，所述热沉块（10）整体具有梯台结构，包括外沿表面、内壁表面和连接外沿表面与内壁表面的侧表面，所述内壁表面垂直于所述TO管座（1）的上表面，所述TO-CAN封装半导体激光器还包括有激光芯片垫块（4），所述激光芯片垫块（4）固定设置于所述热沉块（10）的内壁表面上，所述半导体激光器芯片（2）固定设置于所述激光芯片垫块（4）的表面上。
4.根据权利要求3所述的TO-CAN封装半导体激光器，其特征在于，所述TO管座（1）具有圆形结构，所述半导体激光器芯片（2）处于TO管座（1）的圆心轴线上，所述背光探测器芯片（3）处于所述半导体激光器芯片（2）的正下方。
5.根据权利要求3所述的TO-CAN封装半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器芯片（2）为LD芯片，所述背光探测器芯片（3）为PD芯片，所述LD芯片共晶焊接于所述激光芯片垫块（4）的表面上，所述PD芯片通过导电银胶固定于所述支撑台（11）上，所述LD芯片的两个电极通过键合金丝（6）电性连接于其中两个引脚，所述PD芯片的一个电极通过支撑台（11）电性连接于一个引脚，所述PD芯片的另一个电极通过键合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林森，鲁杰，肖黎明，
申请(专利权)人：武汉欧普兰光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42