专利名称：单管半导体激光器封装模块和封装方法
技术领域：
本发明涉及一种单管半导体激光器(LD)的封装模块及其封装方法，属于半导体激光器装置改进技术。
背景技术：
目前，对于单管半导体激光器的模块主要由这几个部分组成热沉、封装在热沉上的LD芯片、芯片连接材料、连接LD芯片和热沉的负极电极的键合金线组成。而传统的单管半导体激光器的封装方法有一些不足之处。首先，由于目前市场上采用封装单管半导体激光器的焊料主要是使用铟和金锡焊料作为芯片连接材料，热沉表面镀焊料需要花费大量的时间；其次，铟焊料和金锡焊料封装单管半导体激光器时存在一些问题。铟焊料1、焊料本身容易氧化；2、在大电流下铟会出现电迁移现象；3、在高温梯度时易产生电热迁移，这导致芯片与散热衬底间出现空洞。金锡焊料1、与铜热沉和GaAs基的LD芯片的热膨胀系数不匹配，需要使用其他材料作为垫层来调配热膨胀系数；2、采用金锡焊料封装的半导体激光器，由于使用垫层材料，散热性不好，热阻较大，影响使用寿命。而制备半导体激光器，需要保证其可靠性和使用寿命，使用传统的封装材料和封装方法对于器件本身的可靠性带来了一定的影响。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种单管半导体激光器模块的封装方法，以该方法制得的单管半导体激光器模块，使用低温烧结技术，操作过程简单，节能。本发明的目的之二在于提供一种单管半导体激光器封装模块，该模块使用新的芯片连接材料进行封装，使得制成的模块热阻小，集成度高，光电转化效率高，节能环保。本发明是通过下述技术方案加以实现的本发明的一种单管半导体激光器的封装模块，是在热沉1上封装LD芯片2，热沉与 LD芯片之间采用纳米银焊膏3作为连接材料，使用键合金线4连接LD芯片2和热沉1组成负极电极。本发明的单管半导体激光器的封装模块的封装方法，包括以下步骤1)使用丝网印刷的方法，在热沉1上使用胶带5选择好涂布纳米银焊膏3的位置， 贴出一个类似于丝网印刷中丝网的框架；2)采用丝网印刷的方法将纳米银焊膏3均勻地涂布在胶带5控制的位置，将纳米银焊膏3的厚度控制在50um以内；3)去除胶带5，使用贴片机在涂布好纳米银焊膏3的热沉1表面贴放好LD芯片2 ；4) LD芯片2位置放置好后，将贴好LD芯片2的热沉1放置在烧结炉上；低温烧结连接LD芯片2，低温烧结的条件是先将温度从室温以每分钟3°C的速率升至50°C，保温30 分钟；然后继续以每分钟5°C的速率升至100°C，保温30分钟；再以每分钟5°C的速率升至 180°C，保温10分钟；最后迅速升温至280°C，保温30分钟后降到室温即可。
5)连接好LD芯片2后待模块温度降到室温以后，使用金线键合机，在LD芯片2的上表面和热沉1的负极处键合金线4。具体说明如下本发明的封装模块如图1 (a)所示，由热沉1封装在热沉1上的LD芯片2，且采用纳米银焊膏3作为芯片连接材料，使用键合金线4连接LD芯片2和热沉1的负极电极组成。 模块的中芯片的连接材料3使用的是纳米银焊膏，使用纳米银焊膏可以方便的使用丝网印刷的方法进行镀膜，可以有效地节约镀膜的时间，控制膜厚，且芯片的连接材料是纯银，使得此单管半导体激光器的封装模块热阻小，集成度高，光电转化效率高，节能环保。在封装过程中采用丝网印刷的方法在热沉涂布纳米银焊膏，可以有效地节约时间，同时可以很好的控制纳米银焊膏的厚度，实现芯片连接，且纳米银焊膏烧结后是纯银， 给器件本身的性能和可靠性带来了很大的改善，使得器件的热阻小，集成度高，光电转化效率高，节能环保。本发明的优点在于，在封装过程中使用丝网印刷的方法可以很好的控制纳米银焊膏的厚度和均勻性，节约时间和能源，并且使用纳米银焊膏后，由于其良好的导热，导电和高熔点的特性，使得激光器的热阻小，集成度高，光电转化效率高，节能环保。
图1 (a)为本发明方法制造的单管半导体激光器模块的结构示意图。图1 (b)为本发明方法制造的单管半导体激光器模块的实体图片。图2为本发明方法的具体制作流程图。
具体实施例方式下面结合附图所示的单管半导体激光器模块对本发明过程加以详细说明。本发明的单管半导体激光器的封装模块，如图1，该模块由热沉1，LD芯片2，芯片连接材料3，键合金线4组成。选择导热性能良好的铜块作为热沉1基材，表面镀Ni和 Au (厚度均约为2 μ m)。LD芯片2为GaAs基大小为0. 5mmX 2mm。芯片连接材料3为导热性能良好的纳米银焊膏能够保证芯片的良好散热。该模块采用纳米银焊膏3作为LD芯片 2连接材料，将LD芯片2封装在热沉1上，且使用键合金线4连接LD芯片2和热沉1的负极电极，通入电源实现正常工作。该单管半导体激光器模块主要通过以下步骤完成(1)如图2中的步骤a、b，在热沉1表面涂布纳米银焊膏3 使用丝网印刷的方法， 在热沉1上使用胶带5选择好涂布纳米银焊膏3的位置，用胶带5贴出一个类似于丝网印刷中丝网的框架，其目的在于控制纳米银焊膏3的厚度使其均勻的分布在热沉1上；然后采用丝网印刷的方法将纳米银焊膏3均勻地涂布在胶带5控制的位置，纳米银焊膏3的厚度控制在50um以内。(2)如图2中的步骤c，贴LD芯片2 去除胶带5使用贴片机在涂布好纳米银焊膏 3的热沉1表面贴放好LD芯片2。(3)低温烧结连接LD芯片2 =LD芯片2位置放置好后，将贴好LD芯片2的热沉1 放置在烧结炉上，根据烧结的回流曲线低温烧结纳米银焊膏3从而连接LD芯片2。低温烧结的过程是先将温度从室温以每分钟3°C的速率升至50°C，保温30分钟；然后继续以每分钟5°C的速率升至100°C，保温30分钟；再以每分钟5°C的速率升至180°C，保温10分钟；最后迅速升温至280°C，保温30分钟后降到室温即可。 (4)键合金线4 连接好LD芯片2后待模块温度降到室温以后，使用金线键合机， 在LD芯片2的上表面和热沉1的负极处键合金线4，采用直径为50um的金线，键合14根金线即可。
权利要求
1.一种单管半导体激光器的封装模块，其特征是在热沉上封装LD芯片，热沉与LD芯片之间采用纳米银焊膏作为连接材料，使用键合金线连接LD芯片和热沉组成负极电极。
2.权利要求1的单管半导体激光器的封装模块的封装方法，其特征在于包括以下步骤1)使用丝网印刷的方法，在热沉上使用胶带选择好涂布纳米银焊膏的位置，贴出一个类似于丝网印刷中丝网的框架；2)采用丝网印刷的方法将纳米银焊膏均勻地涂布在胶带控制的位置，将纳米银焊膏的厚度控制在50um以内；3)去除胶带，使用贴片机在涂布好纳米银焊膏的热沉表面贴放好LD芯片；4)LD芯片位置放置好后，将贴好LD芯片的热沉放置在烧结炉上；低温烧结连接LD芯片，低温烧结的条件是先将温度从室温以每分钟3°C的速率升至50°C，保温30分钟；然后继续以每分钟5°C的速率升至100°C，保温30分钟；再以每分钟5°C的速率升至180°C，保温10 分钟；最后迅速升温至280°C，保温30分钟后降到室温；5)连接好LD芯片后待模块温度降到室温以后，使用金线键合机，在LD芯片的上表面和热沉的负极处键合金线。
全文摘要
本发明公开了一种单管半导体激光器的封装模块及其封装方法，在热沉上封装LD芯片，热沉与LD芯片之间采用纳米银焊膏作为连接材料，使用键合金线连接LD芯片和热沉组成负极电极。在封装过程中使用胶带来模拟丝网印刷的模具，从而通过控制所布置胶带范围的大小、厚度来控制其涂布纳米银焊膏的面积和厚度，且采用低温烧结技术连接LD芯片，且LD芯片的连接材料使用纳米银焊膏后可以方便的使用丝网印刷的方法进行镀膜，有效地节约镀膜的时间，控制膜厚，且LD芯片的连接材料是纯银，使得此单管半导体激光器的封装模块热阻小，集成度高，光电转化效率高，节能环保。
文档编号H01S5/02GK102510005SQ20111042502
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者鄢艺, 陈旭 申请人:天津大学