[發明專利]一種VCSEL小型化COB封裝制造方法

在審

• 申請號: 201710672898.0
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107565373A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 溫演聲;何家兵;溫金蛟;陳炳林
• 申請（專利權）人: 廣東格斯泰氣密元件有限公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/022;H01S5/183
• 代理公司: 東莞市中正知識產權事務所(普通合伙)44231
• 代理人: 張漢青

技術領域

本發明屬于半導體激光器的封裝領域，具體地說是一種VCSEL小型化COB封裝制造方法。

背景技術

激光在現代和未來的應用越來越廣泛，一般可分為固體激光，氣體激光、半導體激光和光纖激光等，而隨著世界智能化格局的開啟，有一類激光器由于它較低的成本將顯示其重要的地位，那就是半導體激光器，由于其性能優越，成本較低，體積很小，波長豐富，在未來的智能化產品中將扮演重要角色，例如光通訊，大數據傳輸，智能手機，智能家居，無人駕駛(激光雷達)等領域將廣泛使用。

由于半導體激光器芯片對環境濕氣，有害性氣體和污染物的敏感性，所以這種器件往往需要氣密性的封裝，激光器的PN結溫度直接影響其波長，輸出功率，峰值帶寬等輸出特性。因此，其良好散熱性也同樣重要。

VCSEL激光器(垂直腔面發射激光器)是一種新型的半導體激光器，相對于FP(法布里-帕羅)和DFB(分布反饋)激光器來說，有著很大的差別，主要表現在FP和DFB屬于邊緣發射激光器，VCSEL是表面發射激光器，所以其封裝結構差異很大，通常FP和DFB采用同軸TO56的封裝結構，將芯片翻轉90度，以使出光方向和Z軸平行。而VCSEL通常采用同軸TO46封裝，芯片無需翻轉，其出光方向和Z軸平行。

因VCSEL激光器發展歷史較短，波長范圍較窄(通常在650nm～1000nm)，激光峰值波長范圍較寬，因此一般不作為信號的遠距離傳輸，通常采用平窗鍍膜管帽作為其光窗。目前的封裝結構基本都采用了TO46的封裝。這種結構用于通訊和工業應用方面相對成熟，但由于體積較大，寬度，厚度(高度)往往超過了5毫米，因此限制了它在手機，可穿戴設備等終端電子消費產品的應用。

發明內容

所要解決的技術問題：本發明目的是一種COB表面貼裝小型化封裝的VCSEL激光器結構制造方法，使激光器體積小，散熱性能好，容易貼裝于PCB板上。

技術方案:一種VCSEL小型化COB封裝制造方法,包括:

(1)基板:采用氮化鋁基板，在600-650攝氏度氧化氣氛下燒結，以低溫銀漿金屬化，內外電路連通的通孔填漿；

(2)光窗玻璃：400～1200nm波長透過率92.7％的平板K9玻璃，切割加工成圓片，四周印刷低溫玻璃漿料，烘干備用；

(3)金屬管帽：以可伐合金薄板沖壓成具有光窗的金屬管帽，備用；

(4)帶光窗玻璃的金屬管帽：將光窗玻璃置于金屬管帽通過低溫玻璃焊料HYG750熔封，熔封過程：預熱區RT～100℃10min、升溫區100～350℃10min、燒結區350～580℃15min、降溫區580～350℃15min、冷卻區350～100℃10min；

(5)將所述氮化鋁基板、金屬管帽進行鍍鎳和鍍金，備用；

(6)芯片封裝：將VCSEL芯片共晶固著在氮化鋁底板上，以綁線工藝將芯片連接于氮化鋁底板上的電極焊盤的電極中，完成芯片封裝，將帶光窗玻璃的金屬管帽放置在封好芯片的氮化鋁基板上，采用錫焊的工藝將帶光窗玻璃的金屬管帽密封固定在氮化鋁基板上，COB封裝VCSEL激光器制造完成。

所述氮化鋁基板長寬厚度為：3.5mm*3.5mm*0.4mm,所述光窗玻璃厚度為0.2毫米的平板K9玻璃，切割加工成直徑2.8毫米的圓片；所述可伐合金薄板厚度為0.2毫米，沖壓成底部邊長3.3毫米，光窗口徑2.5毫米的金屬管帽。

所述預熱區、升溫區、燒結區、降溫區、冷卻區在熔封過程中，氣氛分別為氧化、氧化、中性、還原、還原。

有益效果：1、采用了優化的COB倒裝芯片(chip on board)結構，基板(board)采用高導熱材料例如氮化鋁陶瓷，貼好激光器芯片后，帶有玻璃光窗的金屬管帽錫焊或共晶焊的方式，實現和氮化鋁基板的結合，從而能形成了整體的COB氣密封裝的VCSEL激光器結構。

2、本發明中相比于傳統的TO46封裝，尺寸和結構都作了改變，使得整個激光器的厚度從6.5毫米減薄為3.0毫米，直徑(長寬)從5.2毫米變成3.5毫米，這樣將使得MINI型激光器在手機和平板電腦可穿戴設備上的應用成為可能。

3、本發明采用了氮化鋁(ALN)材料作為基板，并通過氮化鋁通孔填漿和金屬化技術，在基版(board)上正面和底面印刷焊盤和貼芯片的位置，并通過通孔填漿技術實現和底面的印刷電極相連，從而實現導電。