封装的激光二极管和封装激光二极管的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电器件，具体而言，涉及封装的激光二极管及封装激光二极管的方法。
【背景技术】
[0002]激光二极管为半导体二极管，其P-N结充当激光增益介质。为实现增益介质内的粒子数反转，对P-N结施加正向电流。激光二极管芯片的劈裂或抛光的小平面(facet)可用于形成激光腔。外部反射镜或布拉格(Bragg)反射体也可用于此目的。
[0003]激光二极管芯片需要受到保护以免遭受灰尘、潮湿、静电放电(ESD)和机械破坏。需要建立可靠的电气接触，以便对P-N结施加电流，而在施加电流时在P-N结内生成的热量需要被去除，以防激光二极管芯片过热。为此，激光二极管芯片通常被设置在带有散热器、电触头和用于输出激光的窗口的金属外壳内。
[0004]虽然通过在激光二极管芯片上施加保护涂层，则可在一定程度上减轻对其密封的要求，将激光二极管芯片装入单独的气密密封外壳内可获得最佳的效果。举例而言，Kunihara等人在6，784，511号美国专利中披露了一种被包覆在透明硅酮树脂内的激光二极管芯片。不利的是，透明的环氧树脂层实际上限制了由封装的激光二极管芯片发射的光功率的最大值，因此Kunihara等人的方法仅适用于功率相对较低的激光二极管。此外，环氧树脂或硅酮树脂涂层无法为激光二极管芯片提供足够的电磁干扰(EMI)防护。
[0005]图1中示出了一种更为常见的采用现有技术的激光二极管模块(TO-CAN)封装，此封装也适用于输出光功率为几百毫瓦的激光二极管。封装的激光二极管10包括钢制头部11，其上钎焊(solder)有铜制散热器12。激光二极管芯片13被钎焊在副支架14上，副支架14又被附着于散热器12上。第一焊线I将激光二极管芯片13的顶面连接至激光器电极15。激光二极管芯片13的底面被电耦合至头部11。在封装10内设置有监测用光电二极管16，以测量由激光二极管芯片13发射的光功率。监测用光电二极管16的一个端子通过第二焊线2被连接至光电二极管电极17。监测用光电二极管16的另一个端子被直接电耦合至头部11。中间电极18提供到头部11的外部电连接，由此可使激光二极管芯片13和光电二极管16的电路均闭合。其中带有窗口 19A的密封帽19被钎焊(solder)或焊接(weld)到头部11上。
[0006]封装的激光二极管10有多种缺点。一个可能为意料之外的缺点是电磁敏感性。即使激光二极管13通过密封帽19对外界电磁场加以屏蔽，激光二极管13与头部11的直接耦合可以导致EMI问题，特别是当激光二极管13由脉冲电流驱动时更是如此，因为帽19和头部11在承受脉冲电流时可能会辐射电磁能量。另一个缺点是，由于封装的激光二极管10的几何形状，每个激光二极管芯片13均须被单独封装。激光二极管芯片13的单独封装会增加生产成本。还有一个缺点是封装的激光二极管10的尺寸相对较大。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是提供一种结构紧凑、可制造性好、EMI防护特性得以改善的封装的激光二极管。
[0008]根据本发明，通过激光二极管芯片与封装的电解耦，使EMI防护得以改善。提供了一种引线框架型封装，所述封装包括被包覆在模制塑料框架内的电极的一维阵列或二维网格，所述封装用于对激光二极管芯片提供支承、连接和屏蔽。该引线框架型封装可实现对引线框架的一维或二维阵列的批量处理，包括激光二极管芯片贴装、引线键合和封装，随后将单个封装的激光二极管从一维或二维阵列中分离出来。相比采用现有技术的TO-CAN封装，封装的激光二极管的整体尺寸被大幅减小。此外，引线框架型封装与普遍使用的印刷电路板的表面安装技术有更好的兼容性。优选情况下，对激光二极管芯片的小平面施加电介质涂层，由此保护激光二极管芯片免于受潮。
[0009]根据本发明，提供了一种封装的激光二极管，其包括:
[0010]引线框架，所述引线框架包括导电且导热的底板、第一和第二电极，以及在引线框架内对所述底板、所述第一电极和所述第二电极进行支承的塑料框架，其中塑料框架使底板、第一电极和第二电极之间相互电绝缘；
[0011]塑料框架，所述塑料框架包括其内或其上容纳底板的底部，该底部有第一外围侧面、第二外围侧面、第三外围侧面、第四外围侧面和侧壁，侧壁从底部的至少第一外围侧面、第二外围侧面到第三外围侧面上以基本垂直于底板的方向延伸，从而与位于底部的底板限定了保护隔室；
[0012]激光二极管芯片，其被安装在底板上且至少部分设置在保护隔室内，激光二极管芯片具有前小平面和后小平面，前小平面面对第四外围侧面，用于输出激光二极管芯片所产生的激光束，其中在操作中，底板对激光二极管芯片进行支承并将激光二极管芯片产生的热量传导出去(conduct away);以及
[0013]将第一和第二电极分别连接至激光二极管芯片的第一和第二焊线，用于向其提供产生激光束所需的电流，其中第一和第二焊线被设置在保护隔室内。
[0014]根据本发明，还提供了一种用于封装激光二极管的方法，该方法包括:
[0015](a)提供引线框架，其包括导电且导热的底板、第一和第二电极，以及将所述底板、所述第一电极和所述第二电极容纳在其中的塑料框架；
[0016]塑料框架包括其内或其上容纳底板的底部，该底部具有第一外围侧面、第二外围侧面、第三外围侧面、第四外围侧面和侧壁，所述侧壁从底部的至少第一外围侧面、第二外围侧面到第三外围侧面上以基本垂直于底板的方向延伸的侧壁，从而与位于底部的底板形成保护隔室；
[0017](b)在完成步骤(a)之后，在底板上安装激光二极管芯片，使得激光二极管芯片至少被部分设置在保护隔室内，激光二极管芯片具有前小平面和后小平面，前小平面面对第四外围侧面，用于输出激光二极管芯片所产生的激光束；以及
[0018](c)在完成步骤(b)之后，对激光二极管芯片进行引线键合，通过用第一和第二焊线将第一和第二电极分别连接至激光二极管芯片，用于向其提供产生激光束所需的电流，其中第一和第二焊线被设置在保护隔室内。
【附图说明】
[0019]以下将结合附图对示例性实施例进行介绍，在附图中:
[0020]图1为采用现有技术的封装的激光二极管的分解三维视图；
[0021]图2A为根据本发明的一种封装的激光二极管的平面图；
[0022]图2B为沿图2A中B-B线所取的侧截面图；
[0023]图2C为图2A中的封装的激光二极管的已安装的激光二极管芯片的放大截面图；
[0024]图3A为根据本发明的封装的激光二极管的一个实施例的等轴视图；
[0025]图3B为图3A中的封装的激光二极管的分解等轴视图，示出了可选的柔性PCB ；
[0026]图4A为本发明的封装的激光二极管的一个实施例的三维视图，其适于表面安装到印刷电路板上；
[0027]图4B为图4A中的封装的激光二极管的三维底视图；
[0028]图4C为适于在印刷电路板上进行表面安装的本发明的封装的激光二极管的一个实施例的三维视图，其中所述封装的激光二极管具有光束转向反射镜；
[0029]图5A为图4A中的封装的激光二极管的三维视图，示出了用于连接导电的EMI防护盖(盖未示出)的连接位置；
[0030]图5B为图4A中的封装的激光二极管的三维顶视图，其中示出了盖；
[0031]图6A和6B分别为被表面安装的被盖上盖的图4A和4B中的封装的激光二极管处于水平配置的侧视图；
[0032]图7A和7B分别为被表面安装的被盖上盖的图4A和4B中的封装的激光二极管处于垂直配置的侧视图；
[0033]图8为根据本发明的一种激光二极管的制造方法的流程图；以及
[0034]图9为在根据图8中的方法制造图3A所示的激光二极管中采用的由多个引线框架形成的二维阵列的平面图。
【具体实施方式】
[0035]尽管结合各种实施例和示例对本教导进行了介绍，但这并不意味着本教导会被局限于这些实施例。相反，本领域技术人员应可理解，本教导涵盖各种可替代方案或等效方案。
[0036]参见图2A至2C，封装的激光二极管20包括引线框架23，该引线框架23具有导电且导热的底板24、第一电极21和第二 22电极，以及支撑底板24、第一电极21和第二电极22的塑料框架25。塑料框架25使底板24、第一电极21和第二电极22之间相互电绝缘。塑料框架25具有底部26，该底部26容纳底板24。底板24可被设置在底部26上，或者底板24可被至少部分地陷入底部26内。在一个优选实施例中，塑料框架25由液晶聚合物(LCP)模制而成，其被成形，以将底板24与第一电极21和第二 22电极部分地包覆并容纳在一起。底板24应由导热性材料制成，例如可由镀金的铜合金制成。底板24的用途是对激光二极管芯片28提供支承，并将激光二极管芯片在正常工作中产生的热量传导至远离激光二极管芯片28。底板24的另作用是提供EMI屏蔽，下文将进行解释。
[0037]底部26具有第