避免磁场干扰的VECSEL激光器芯片封装结构及方法与流程

本发明属于芯片封装技术领域，具体涉及一种避免磁场干扰的vecsel激光器芯片封装结构及加工方法。

背景技术：

作为芯片级器件的重要光源，芯片级垂直腔面发射激光器(vecsel),是目前片上原子磁力仪，原子钟等新型传感器的重要组成部分，针对特定的应用环境，实现一种可避免引起磁场干扰的封装方案备受关注。

为了能够实现半导体激光机在应用环境下的集成封装，近年来有多种结构被广泛提出。其中多数封装主要针对激光器热控制的方案，很少方案有考虑封装引入的磁场干扰。在一些对磁场有要求的应用场景下，在满足热控制，低功耗，封装简单的前提下，无磁场干扰的特殊封装方案需要被提出。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种避免磁场干扰的vecsel激光器芯片封装结构。

本发明的封装结构具体是：由下至上依次包括基底、下绝缘层、上绝缘层。

所述的下绝缘层附着在基底上，下绝缘层上布置有测温线圈、加热线圈、vecsel供电正电极引脚、vecsel供电负电极引脚；上绝缘层覆盖测温线圈和加热线圈，上绝缘层中心布置有vecsel供电负电极。

所述的测温线圈为具有开口的圆环形，测温线圈的两端分别延伸至测温线圈正极引脚和测温线圈负极引脚。

所述的加热线圈为双涡旋曲线形，两条同心的涡旋曲线交错设置，两条涡旋曲线的一端相接于涡旋中心，另一端分别延伸至加热线圈正极引脚和加热线圈负极引脚。

所述的测温线圈与加热线圈同心设置，且加热线圈位于测温线圈内。

所述的vecsel供电正电极引脚、vecsel供电负电极引脚、测温线圈正极引脚、加热线圈正极引脚、加热线圈负极引脚、测温线圈负极引脚并排布置在下绝缘层上的边缘位置。

所述的上绝缘层覆盖测温线圈和加热线圈上，vecsel供电负电极设置在上绝缘层上的中心位置，并与vecsel供电负电极引脚相接。

进一步，所述的测温线圈的圈数为1～5圈，其断面宽度为0.1～10微米、厚度为0.1～10微米。

进一步，所述的加热线圈断面的宽度为0.1～10微米，厚度为0.1～10微米；相互交错的两条涡旋曲线间距为0.1～10微米，单条涡旋曲线的圈数为2～100圈。

进一步，所述的基底为硅片或玻璃片，厚度为500～1000微米。

进一步，所述的下绝缘层和上绝缘层的厚度为100～1000纳米。

本发明的另一目的是提供上述封装结构的加工方法。该方法具体是：

步骤(1).选取厚度为500～1000微米的硅片或玻璃片作为基底，基底上沉积厚度为100～1000纳米的绝缘材料，作为下绝缘层；

步骤(2).采用金属沉积和光刻刻蚀方法，按照设计置图案在下绝缘层上加工出测温线圈及测温线圈正极引脚和测温线圈负极引脚、加热线圈及加热线圈正极引脚和加热线圈负极引脚、vecsel供电正电极引脚；

步骤(3).在测温线圈和加热线圈上沉积厚度为100～1000纳米的绝缘材料，作为上绝缘层，上绝缘层覆盖测温线圈和加热线圈，但不覆盖各个引脚；

步骤(4).采用金属沉积和光刻刻蚀方法，同时在下绝缘层上加工出vecsel供电负电极引脚、在绝缘层上的中心位置加工出vecsel供电负电极、以及连接vecsel供电负电极和vecsel供电负电极引脚的引线。

本发明提出的可避免引入磁场干扰的vecsel激光器芯片封装结构，可以通过内外交错的涡旋电极结构减少由加热电流引起的磁场干扰。在同等要求的前提下，加热电极所占的面积较小，整体小的封装结构可以实现器件的低功耗运作，同时也可以降低电流所产生的磁场对器件造成的影响。

本方案在结构设计设计上创新的提出了内外涡旋交错，互相连接的加热结构，降低了加热器件电流所产生的磁场对器件性能造成的影响，缩小了器件的封装体积，提高了器件的性能。在封装结构的制备加工上，可用于大规模、批量化生产的加工工艺流程。

附图说明

图1为本发明的中心截面结构示意图；

图2为本发明中的测温线圈和加热线圈的平面结构示意图；

图3为覆盖上绝缘层后的平面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明方案更为清晰，以下结合附图及具体实施方式做进一步说明。

如图1和2所示，一种避免磁场干扰的vecsel激光器芯片封装结构，由下至上依次包括基底1、下绝缘层2、上绝缘层3。下绝缘层2附着在基底1上，下绝缘层2上布置有测温线圈4、加热线圈5、vecsel供电正电极引脚6、vecsel供电负电极引脚7。上绝缘层3覆盖测温线圈4和加热线圈5，上绝缘层3中心布置有vecsel供电负电极8。

如图2所示，测温线圈4为具有开口的圆环形，测温线圈4的两端分别延伸至测温线圈正极引脚401和测温线圈负极引脚402。测温线圈4的圈数为1～5圈，其断面宽度为0.1～10微米、厚度为0.1～10微米(图1中为1圈)。

加热线圈5为双涡旋曲线形，两条同心的涡旋曲线交错设置，两条涡旋曲线的一端相接于涡旋中心，另一端分别延伸至加热线圈正极引脚501和加热线圈负极引脚502。加热线圈5断面的宽度为0.1～10微米，厚度为0.1～10微米；相互交错的两条涡旋曲线间距为0.1～10微米，单条涡旋曲线的圈数为2～100圈(图1中为3圈)。采用双涡旋曲线形结构相比传统的加热线圈结构，可以在同样面积下增加线圈的长度，减小封装所需要的空间。

测温线圈4与加热线圈5同心设置，且加热线圈5位于测温线圈4内。测温线圈环绕在加热线圈外，可以保证比较准确的测温，同时所产生的电感磁场比较均匀，容易过滤适用于特殊环境的应用。

vecsel供电正电极引脚6、vecsel供电负电极引脚7、测温线圈正极引脚401、加热线圈正极引脚501、加热线圈负极引脚502、测温线圈负极引脚402并排布置在下绝缘层2上的边缘位置。

如图3所示，上绝缘层3覆盖测温线圈4和加热线圈5，但不覆盖各个引脚。vecsel供电负电极8设置在上绝缘层3上的中心位置，并与vecsel供电负电极引脚7相接。

基底1采用导热系数高的无磁性材料，如硅片或玻璃片；测温线圈4和加热线圈5采用高导电性、本身无磁性的材料；vecsel供电负电极8以及vecsel供电负电极引脚7和正电极引脚6采用导电性好、性质稳定、本身无磁性的材料。基底1的厚度为500～1000微米，下绝缘层2和上绝缘层3的厚度为100～1000纳米。

该封装结构的具体加工方法是：

步骤(1).选取导热系数高的无磁性材料(如硅片或玻璃片)作为基底1，基底1上沉积厚度为100～1000纳米的绝缘材料，作为下绝缘层2；

步骤(2).采用金属沉积和光刻刻蚀方法，按照设计置图案在下绝缘层2上加工出测温线圈4及测温线圈正极引脚401和测温线圈负极引脚402、加热线圈5及加热线圈正极引脚501和加热线圈负极引脚502、vecsel供电正电极引脚6；

步骤(3).在测温线圈4和加热线圈5上沉积厚度为100～1000纳米的绝缘材料，作为上绝缘层3，上绝缘层3覆盖测温线圈4和加热线圈5，但不覆盖各个引脚；

步骤(4).采用金属沉积和光刻刻蚀方法，同时在下绝缘层2上加工出vecsel供电负电极引脚7、在绝缘层3上的中心位置加工出vecsel供电负电极8、以及连接vecsel供电负电极8和vecsel供电负电极引脚7的引线。

使用中，vecsel激光器直接置于封装结构上，vecsel激光器下端的负电极端与vecsel供电负电极8相接，vecsel激光器上端的正电极端通过飞线与vecsel供电正电极引脚6相接，通过vecsel供电正电极引脚6和vecsel供电负电极引脚7为vecsel激光器供电。