一种半导体激光器的封装方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器的封装方法。它包括以下步骤：A:将VCSEL芯片贴在表面镀金的热沉上，将芯片正负极引出，再把VCSEL芯片翻转90°固定；B:将制冷器和热沉烧结在管壳中，热沉在制冷器上表面，再将制冷器引脚与管壳的管脚相连；C:将热敏电阻和VCSEL芯片烧结在热沉上；D:用金丝键合将各元器件连接；E:用金属化光纤与VCSEL芯片进行耦合，再用激光焊接工艺将光纤固定；F:将耦合器件进行高温存储并进行高低温循环；G:用平行封焊机将耦合器件进行密封。它具有如下优点：达到芯片发光效率最高而且稳定；不仅提高了器件的出纤功率，使生产工艺的窗口变大从而提高了生产直通率；保证了芯片工作的稳定性和延长芯片的使用寿命。

Packaging method of semiconductor laser

The invention discloses a packaging method of a semiconductor laser. It includes the following steps: A: VCSEL chip attached to the surface plated heat sink, the chip of positive and negative leads, then VCSEL chip flip 90 degrees fixed; B: will cooler and heat sink sintered in the tube shell, the heat sink surface in the refrigerator, the refrigerator shell and tube pin pin connected; C: thermistor and VCSEL chip sintered in the heat sink; D: with gold bonding components connected with metallized fiber; E: and VCSEL chip are coupled with laser welding technology, the optical fiber is fixed; F: coupler for high temperature storage and high temperature cycle; parallel machine seal with coupler G. It has the following advantages: to achieve chip highest luminous efficiency and stable; not only improves the output power device, the production process of the large window so as to increase the production yield; to ensure the stability of chip and prolong the service life of the chip.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体光电器件的制造技术，具体地说是一种半导体激光器的封装方法。
技术介绍
由于VCSEL激光器芯片的激光模式具有正面发光的特点，使得VCSEL激光器芯片的应用长期局限于同轴激光器件的封装型式；由于此特点使得在单模光纤耦合的光功率小，为提高器件的出纤功率便成为技术难点之一。传统的封装方式，其影响器件出纤功率的因素有以下几个方面:1、将激光器芯片贴在同轴管座上，给芯片加电流使其发光；随时间的增加，芯片产生的热量也随着增加使得芯片的工作温度变高；芯片工作温度变高后发光的效率就会减小，从而芯片的光强减弱；由于同轴管座的体积小.导热性能差，所以芯片的热量不能及时散发降低芯片工作温度；如果芯片长期在高温下工作，并将影响芯片发光的稳定性和使用寿命。2、将激光器芯片贴在同轴管座上，由贴片精度的影响会造成芯片的发光会随轴线方向发生偏移；目前自动贴片机可以将精度控制在±5um以内，人工贴片的精度可以控制在±25um以内；当芯片发光随轴线方向发生偏移后，再进行透镜的封装时就会发生有些光被透镜挡住，这样芯片的发光就会损失一部分使得芯片的出光功率变小。3、在进行透镜封装时，带透镜的管帽与管座不是绝对的垂直也会在轴线上偏移，再累加贴片的偏移影响，最后芯片的出光光迹就会发生较大的偏移；目前使用人工贴片的方法，每批次都会出现5%左右的不良比例，当这些不良的器件进行光纤耦合时，出纤功率就很小。有的即使是能耦合大，但由于轴线的偏移使得器件在进行焊接时会出现虚焊，这样器件所受的应力不均匀导致光功率不稳定。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够提高VCSEL激光器在单模光纤的耦合出光功率，同时保证器件长时间工作的稳定性和提高产品在生产过程中直通率的半导体激光器的封装方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的半导体激光器的封装方法，包括以下步骤：A:将VCSEL芯片贴在表面镀金的热沉上，将芯片正负极引出，再把VCSEL芯片翻转90°固定；B:将制冷器和热沉烧结在管壳中，热沉在制冷器上表面，再将制冷器引脚与管壳的管脚相连；C:将热敏电阻和VCSEL芯片烧结在热沉上；D:用金丝键合将各元器件连接；E:用金属化光纤与VCSEL芯片进行耦合，再用激光焊接工艺将光纤固定；F:将耦合器件进行高温存储并进行高低温循环；G:用平行封焊机将耦合器件进行密封。所述步骤F中，高温存储的时间为8小时。所述步骤F中，高低温循环时间为24小时。采用上述的方法后，本专利技术具有如下优点：1、将VCSEL芯片贴在导热性很好的热沉上做衬底，再将衬底贴在制冷器上，同时加上热敏电阻对VCSEL芯片的工作温度进行监控，这样制冷器通过热敏电阻的反馈使芯片工作温度在最佳的范围，从而达到芯片发光效率最高而且稳定；2、直接采用金属化光纤与VCSEL芯片进行耦合，再用激光焊接工艺将光纤固定；省去VCSEL芯片通过带透镜的管帽封装带来的光效率的损耗，这样不仅提高了器件的出纤功率，同时也解决了生产过程中因芯片贴片精度带来的不良比例，使生产工艺的窗口变大从而提高了生产直通率；3、将激光器组件所有的元器件集成在一个壳体里面，再用抽真空烘烤将壳体里面的水汽含量降到最低，最后利用平行封焊将壳体密封，这样可以使芯片在一个很好的环境中工作，保证了芯片工作的稳定性和延长芯片的使用寿命。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术的半导体激光器的封装方法作进一步详细说明。本专利技术的半导体激光器的封装方法，包括以下步骤：A:将VCSEL芯片贴在表面镀金的热沉上，用金丝键合的工艺将芯片正负极引出，再把VCSEL芯片翻转90°固定；B:将制冷器和金属热沉烧结在管壳中，金属热沉在制冷器上表面，再将制冷器引脚与管壳的管脚相连；此步骤的具体操作方法如下：先将制冷器放入管壳内，再将管壳放在加热平台上加热使制冷器上下表面的焊料溶化；然后将金属热沉放在制冷器上表面，用金属镊子轻轻拨动热沉使焊料均匀吹氮气，将管壳从加热台取下使制冷器和热沉与管壳固定，最后将制冷器管脚与管壳的管脚相连；C:将热敏电阻和VCSEL芯片烧结在金属热沉上指定位置；D:参照电路图用金丝键合将各元器件连接；E:用金属化光纤与VCSEL芯片进行耦合，再用激光焊接工艺将光纤固定；此步骤的具体操作方法如下：将金属光纤穿入管壳中，再用高精度三维耦合台夹住光纤的金属护套，光纤的另一端接口与光功率计相连；然后把电源线插在管壳的管脚上给芯片通电，接着慢慢调节三维耦合台的X,Y,Z轴观察光功率计的读数，当光功率计上的读数达到所需值时即停止X,Y,Z轴的调节。调节激光焊接机焊枪的位置，使焊接点对准金属光纤两侧进行激光焊接，同时观察光功率计上的读数变化，如变化超出要求值则进行激光敲打进行光功率的校正使之满足要求，焊接完成后的器件要在显微镜下检查焊点，焊点不能有虚焊或漏焊现象。F:将检查合格的耦合器件放入85℃烘箱中进行8小时高温存储烘烤，然后再放入-40℃～85℃高低温箱中进行24小时高低温循环；G:将上述器件放入平行封焊机的进料仓，先抽真空再充氮气如此循环3次把料仓内的水气排完后进行真空加热100℃，烘烤12小时；烘烤结束后待封盖仓体的水气含量＜100PPM时，给料仓充氮气打开仓门将器件放入封盖仓进行封盖程序。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：A:将VCSEL芯片贴在表面镀金的热沉上，将芯片正负极引出，再把VCSEL芯片翻转90°固定；    B:将制冷器和热沉烧结在管壳中，热沉在制冷器上表面，再将制冷器引脚与管壳的管脚相连；C:将热敏电阻和VCSEL芯片烧结在热沉上；D:用金丝键合将各元器件连接；E:用金属化光纤与VCSEL芯片进行耦合，再用激光焊接工艺将光纤固定；F:将耦合器件进行高温存储并进行高低温循环；G:用平行封焊机将上述器件进行密封。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：A:将VCSEL芯片贴在表面镀金的热沉上，将芯片正负极引出，再把VCSEL芯片翻转90°固定；B:将制冷器和热沉烧结在管壳中，热沉在制冷器上表面，再将制冷器引脚与管壳的管脚相连；C:将热敏电阻和VCSEL芯片烧结在热沉上；D:用金丝键合将各元器件连接；E:用金属化光纤与...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹敦平，方文银，
申请(专利权)人：江苏飞格光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32