一种VCSEL芯片封装结构和激光器的制作方法

本实用新型涉及激光器封装技术领域，特别涉及一种VCSEL芯片封装结构和激光器。

背景技术：

目前常规小功率激光器的封装是将激光器芯片烧焊在载体上，激光器发出的光经过透镜聚焦，投射到外面的光接收器件。对于大功率激光器的封装是将激光芯片通过导电银胶粘接在陶瓷基板上，陶瓷板上下通孔导电。针对以上小功率激光器芯片的封装方法中，存在散热性差的问题，而陶瓷板的散热性好，但是材料的成本高，且配合二次光学透镜封装体积大，不利于器件设计。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种VCSEL芯片封装结构和激光器，通过金属热沉、一体成型的碗杯结合衍射光学透镜形成的VCSEL芯片封装结构简单易于成型、气密性好，且提高了VCSEL芯片的散热能力以及单颗VCSEL芯片的发光效率。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种VCSEL芯片封装结构，包括一体成型的碗杯、内嵌于碗杯底部的金属热沉、VCSEL芯片和衍射光学透镜，所述碗杯内设有台阶，所述金属热沉包括第一焊盘、第二焊盘和凹槽，所述第一焊盘和第二焊盘通过一通槽分离，所述第一焊盘的边缘具有第一金属台阶，所述第二焊盘的边缘具有第二金属台阶，所述第一金属台阶和第二金属台阶内嵌于所述一体成型的碗杯的底部，所述VCSEL芯片固晶于第一焊盘上，所述衍射光学透镜放置在碗杯内的台阶上与底部金属热沉形成空腔。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所凹槽内填充有与碗杯底部嵌接的热固性材料。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所述VCSEL芯片的电极通过金属线与第二焊盘连接。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所述衍射光学透镜的底部为上凹的形状，所述衍射光学透镜的上部有若干个微凸结构。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所碗杯包括杯口、第一杯壁、第二杯壁和杯底，所述杯口和杯底均呈圆角四边形，所述第一杯壁和第二杯壁均呈坡面状、围绕形成反光内腔。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所述通槽的宽度为0.15mm，所述凹槽的宽度为0.2mm。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所述碗杯的尺寸为3.2mm*3.2mm，所述碗杯的杯底尺寸为1.99mm*1.99mm，所述碗杯的深度为0.77mm。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所述碗杯内的台阶高度为0.42mm。

所述的VCSEL芯片封装结构中，所述衍射光学透镜的尺寸为2.4mm*2.4mm*0.35mm。

一种激光器，包括如上所述的VCSEL芯片封装结构。

相较于现有技术，本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构和激光器，所述的VCSEL芯片封装结构包括一体成型的碗杯、内嵌于碗杯底部的金属热沉、VCSEL芯片和衍射光学透镜，所述碗杯内设有台阶，所述金属热沉包括第一焊盘、第二焊盘和凹槽，所述第一焊盘和第二焊盘通过一通槽分离，所述第一焊盘的边缘具有第一金属台阶，所述第二焊盘的边缘具有第二金属台阶，所述第一金属台阶和第二金属台阶内嵌于所述一体成型的碗杯的底部，所述VCSEL芯片固晶于第一焊盘上，所述衍射光学透镜放置在碗杯内的台阶上与底部金属热沉形成空腔，使得形成的VCSEL芯片封装结构简单易于成型、气密性好，且提高了VCSEL芯片的散热能力以及单颗VCSEL芯片的发光效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构的横向剖视图。

图2为本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构中金属热沉的正面视图。

图3为本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构中衍射光学透镜上面的局部视图。

图4为本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构中碗杯与金属热沉的横向剖视图。

图5为本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构的俯视图。

具体实施方式

本实用新型提供一种VCSEL芯片封装结构和激光器，通过金属热沉、一体成型的碗杯结合衍射光学透镜形成的VCSEL芯片封装结构简单易于成型、气密性好，且提高了VCSEL芯片的散热能力以及单颗VCSEL芯片的发光效率。

请一并参阅图1和图2，本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构，包括一体成型的碗杯10、内嵌于碗杯底部的金属热沉11、VCSEL芯片14和衍射光学透镜13，所述碗杯内设有台阶（图中未示出），所述金属热沉11包括第一焊盘111、第二焊盘112和凹槽116，所述第一焊盘111和第二焊盘112通过一通槽115分离，所述第一焊盘111的边缘具有第一金属台阶113，所述第二焊盘112的边缘具有第二金属台阶114，所述第一金属台阶113和第二金属台阶114内嵌于所述一体成型的碗杯10的底部，所述VCSEL芯片14固晶于第一焊盘111上，所述衍射光学透镜13放置在碗杯内的台阶上与底部金属热沉形成空腔，使得形成的VCSEL芯片封装结构简单易于成型、气密性好，且提高了VCSEL芯片的散热能力以及单颗VCSEL芯片的发光效率。

优选地，所述金属热沉11为铜热沉，所述凹槽116是采用半蚀刻工艺形成，所述一体成型的碗杯10采用的是热固性材料，且所述凹槽116内填充有用于嵌接碗杯10的热固性材料，在封装的过程当中使得所述碗杯10与铜热沉的嵌接更加紧密，增加了热固性材料与铜热沉的结合强度，并且提升了VCSEL芯片封装结构的气密性。优选地，所述凹槽116的宽度为0.2mm。

具体地，所述VCSEL芯片的电极通过金属线15与第二焊盘112连接，通过将所述VCSEL芯片13固晶在第一焊盘111，第一焊盘111与第二焊盘112通过一通槽115分离，所述通槽115内填充有热固性材料，防止器件短路且增加了VCSEL芯片封装结构的散热性能，优选地，所述通槽115的宽度为0.15mm。

进一步地，所述第一焊盘111的边缘具有第一金属台阶113，所述第二焊盘112的边缘具有第二金属台阶114，所述第一金属台阶113和第二金属台阶114内嵌于所述碗杯10的底部，即所述第一焊盘111和第二焊盘112的边缘为台阶状，使得碗杯10一体成型之后，所述第一金属台阶113和第二金属台阶114将内嵌于碗杯10的底部，有效增加了金属热沉11与碗杯10的接触面积，进一步提高了VCSEL芯片封装结构的气密性。

进一步地，请一并参阅图3，所述衍射光学透镜13的底部为上凹的形状，所述衍射光学透镜的上部有若干个微凸结构，且每一个微凸结构对应一根激光线射出，同时所述上凹的形状能够将激光散开，利用所述衍射光学透镜可以射出几万根或几十万根平行不相交的光线，进而提高了VCSEL芯片的发光效率。进一步地，使得由所述VCSEL芯片封装结构能够封装形成大功率激光器，从而扩大了激光器的应用范围。优选地，所述衍射光学透镜的尺寸为2.4mm*2.4mm*0.35mm。

更进一步地，请参阅图4和图5，所碗杯包括杯口18、第一杯壁16、第二杯壁17和杯底，所述杯口18和杯底均呈圆角四边形，所述第一杯壁16和第二杯壁17均呈坡面状、围绕形成反光内腔，且所述第一杯壁16和第二杯壁17的倾斜角度可根据需要进行设置，所述反光腔为下部窄、上部宽的喇叭状，以尽可能的反射VCSEL芯片发出的光线，提高产品的出光效率。

优选地，所述碗杯10的尺寸为3.2mm*3.2mm，所述碗杯10的杯底尺寸为1.99mm*1.99mm，所述碗杯10的深度为0.77mm，所述碗杯10内的台阶高度为0.42mm，所述VCSEL芯片封装结构的总高度为0.97mm，将所述金属热沉嵌于一体成型的碗杯底部，大大的提高VCSEL芯片封装结构的结合强度，且保证了气密性，同时所述VCSEL芯片封装结构体积小，结构简单易于成型，降低了制造工艺成本。

基于上述VCSEL芯片封装结构，本实用新型还相应的提供一种激光器，所述激光器的出光效率高且散热性好，由于上文已对所述VCSEL芯片封装结构进行了详细描述，此处不作详述。

综上所述，本实用新型提供的VCSEL芯片封装结构和激光器，所述的VCSEL芯片封装结构包括一体成型的碗杯、内嵌于碗杯底部的金属热沉、VCSEL芯片和衍射光学透镜，所述碗杯内设有台阶，所述金属热沉包括第一焊盘、第二焊盘和凹槽，所述第一焊盘和第二焊盘通过一通槽分离，所述第一焊盘的边缘具有第一金属台阶，所述第二焊盘的边缘具有第二金属台阶，所述第一金属台阶和第二金属台阶内嵌于所述一体成型的碗杯的底部，所述VCSEL芯片固晶于第一焊盘上，所述衍射光学透镜放置在碗杯内的台阶上与底部金属热沉形成空腔，使得形成的VCSEL芯片封装结构简单易于成型、气密性好，且提高了VCSEL芯片的散热能力以及单颗VCSEL芯片的发光效率。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。