半导体激光器管壳内金线的键合方法和半导体激光器与流程

1.本发明属于半导体激光器制造技术领域，特别涉及半导体激光器管壳内金线的键合方法和半导体激光器。


背景技术：

2.半导体激光器内各激光器芯片在其管壳内呈阵列分布，且各激光器芯片相互串联。在串接线路中，为了获得更为稳定的连接结构，在各芯片排之间以及芯片排的端部根据需要设置电极条，并且电极条之间采用金线键合连接。
3.现有技术通过人工手动键合的方式键合金线，其中采用自动键合机在两个相同高度的电极平面之间跨弧打线，完成无高低落差的两平面之间的焊接动作。在此过程中，需要操作人员通过目视方式逐条的进行金线键合，其生产周期较长，效率较低；手动键合的速度以及质量完全依靠员工的经验；且由于在显微镜里观察较细的金线以及焊点，因此常常发生判断错误，造成金线键合不准确；设备相机无自动对焦功能，无法更好的观察管芯；由于自动键合机为机器作业，因此要求键合平面装贴一致性，如果有一个键合平面装贴不到位，就会造成金线键合不稳，焊点不牢等异常。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明公开了一种半导体激光器管壳内金线的键合方法和半导体激光器，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明一方面提供了一种半导体激光器管壳内金线的键合方法，所述键合方法包括如下的步骤：
7.步骤1，利用镭射打标机在半导体激光器管壳需要粘贴电极的位置打标，将至少两个电极分别粘贴固定在所述半导体激光器管壳内的打标位置，且两个待连接的电极之间存在高度差；
8.步骤2，将所述金线一端焊接在两个待连接的电极中的较低的电极上；
9.步骤3，将所述金线的另一端焊接在两个待连接的电极中的较高的电极上；
10.步骤4，完成各所述电极之间的连接，实现各所述电极和所述半导体激光器管壳内各激光器芯片的串联。
11.可选的，所述半导体激光器管壳上打标位置预置有定位槽。
12.可选的，所述定位槽在所述半导体激光器管壳加工成型时制成。
13.可选的，步骤2形成第一焊点，步骤3形成第二焊点；
14.且步骤3还包括在所述第二焊点上种植第一焊球，然后切断所述金线。
15.可选的，在步骤1之前，所述键合方法还包括：
16.预先通过实验的方式测试和选择金线焊接的工艺参数；
17.根据物理性能测试确定并预置金线焊接用设备的最优工艺参数；
18.所述工艺参数包括如下的任一项或多项：接触功率、接触压力、接触时间、键合时间、键合功率或键合压力；
19.物理性能测试包括如下的任一项或多项：外观观测、拉力、推力、冷热冲击、高压水煮，以及冷热冲击和高压水煮之后的外观观测、拉力或推力。
20.可选的，所述第一焊点和所述第二焊点的键合功率为25
‑
45％，键合压力为80
‑
100g。
21.可选的，所述金线的直径为50μm，所述第一焊点的键合功率为35％，键合压力为100g；所述第二焊点的键合功率为30％，键合压力为100g。
22.可选的，在所述步骤4之后，所述键合方法还包括：
23.对键合的金线进行物理性能检验以及反射镜耦合检验，判断是否合格。
24.可选的，所述电极为电极条或电极管，所述电极条或所述电极管表面设置有镀金层；所述激光器芯片包括相互并列的两排，所述电极条或电极管为三条，其中两条与两排的所述激光器芯片并行设置，另一条设置在所述半导体激光器管壳的端部。
25.本发明另一方面提供了一种半导体激光器，所述半导体激光器的管壳内设置有多个激光器芯片和至少两个电极，各所述电极之间采用上述任一项所述的键合方法连接。
26.本发明的优点及有益效果是：
27.上述键合方案采用了自动化金线键合工艺，解决了传统手动作业生产周期较长，效率较低的问题；能够减轻员工劳动量，操作容易，掌握迅速，改善了手动键合的速度，避免了质量完全依靠员工经验的弊病；由于预先固定电极的位置，生产出的产品一致性较好，避免人工判断偏差；通过自动化金线键合机的相机调节，可在相机固定焦距里看清两个具有高度差平面并完成键合；通过镭射打标固定了键合平面装贴的一致性避免金线键合不稳，焊点不牢等异常；通过工艺参数的优化，可实现两个具有高度差的键合平面间的金线键合；键合的金线弧度可支撑金线不塌陷，保证产品质量；金线键合推拉力满足需求，可做其他材质的替代；此方案可应用到具有高度差键合平面的金线键合的任何产品。
附图说明
28.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
29.图1为本发明的一个实施例中半导体激光器管壳内金线的键合方法的流程示意图；
30.图2为本发明的一个实施例中半导体激光器管壳的结构示意图；
31.图3为本发明的一个实施例中半导体激光器管壳键合金线后的实物图；
32.图中：a为第一焊点，b为第二焊点，c为定位槽或点位标记；1为第一电极条，2为第二电极条，3为第三电极条，4为金线。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一
部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应当理解，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
35.还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
38.实施例1
39.参见图1所示，实施例1公开了一种半导体激光器管壳内金线的键合方法，所述键合方法包括如下的步骤：
40.步骤1，利用镭射打标机在半导体激光器管壳需要粘贴电极的位置打标，将至少两个电极分别粘贴固定在所述半导体激光器管壳内的打标位置，且两个待连接的电极之间存在高度差；其中，所述电极包括半导体激光器管壳上的原有正负电极，也包括为了连接各成排的激光器芯片需要设置的电极条或电极管，以及在所述半导体激光器芯片上的电极等。
41.步骤2，将所述金线一端焊接在两个待连接的电极中的较低的电极上；各电极之间需要的金线数一般相同，具体数量根据半导体激光器功率、金线的直径等因素设计选择。
42.步骤3，将所述金线的另一端焊接在两个待连接的电极中的较高的电极上。
43.两个电极之间的金线连接，既可以逐条金线完成在两个电极之间的焊接，也可以先将所有金线的一端首先焊接到较低的电极上，然后再将另一端分别焊接到较高的电极上。
44.步骤4，依照顺序完成各所述电极之间的连接，从而最终实现各所述电极和所述半导体激光器管壳内各激光器芯片的串联，其最终键合成品参见图3所示。
45.综上，经过上述键合工艺方法设计，提高了金线键合的速度和精准度，提高了键合的自动化水平，保证了半导体激光器成品质量。
46.在一个替代的实施方式中，也可以不采用镭射打标，而是在打标位置处设置定位槽替代打标。
47.无论是定位槽还是镭射打标，均能够提高了电极在管壳内的定位精度，保证了半导体激光器产品的质量。
48.具体的，所述定位槽在所述半导体激光器管壳加工成型时制成，比如通过成型模
具设计形式上述定位槽。
49.在一个具体实施方式中，步骤2形成第一焊点a，步骤3形成第二焊点b；
50.且步骤3还包括在所述第二焊点b上种植第一焊球，然后切断所述金线。
51.在一个具体的实施方式中，在步骤1之前，所述键合方法还包括：
52.预先通过实验的方式测试和选择金线焊接的工艺参数；
53.根据物理性能测试确定并预置金线焊接用设备的最优工艺参数；
54.所述工艺参数包括如下的任一项或多项：接触功率、接触压力、接触时间、键合时间、键合功率或键合压力；
55.物理性能测试包括如下的任一项或多项：外观观测、拉力、推力、冷热冲击、高压水煮，以及冷热冲击和高压水煮之后的外观观测、拉力或推力。
56.在所述实验前，分别设置如下的实验条件：
57.第一焊点：接触功率；接触压力；接触时间；键合时间；
58.第二焊点：接触功率；接触压力；接触时间；键合时间；
59.第一焊球：接触功率；接触压力；接触时间；键合时间；
60.在上述参数不变的情况下，设置如下两个变量，分别是第一焊点的键合功率、键合压力；以及第二焊点的键合功率和键合压力；
61.设置了9个实验组，分别就第一焊点的键合功率和键合压力以及二焊点的键合功率和键合压力来进行不同的参数设置，见如下表1：
62.表1
[0063][0064]
实验结果通过外观、拉力、推力、冷热冲击加之高压水煮后的外观、拉力、推力来判断是否合格，具体标准为：
[0065]
外观：无焊点脱落；
[0066]
拉力测试：＞25g；
[0067]
推力测试：＞80g；
[0068]
9个实验组具体实验结果如下表2所示：
[0069]
表2
[0070]
序号外观拉力推力冷热冲击高压水煮外观拉力推力结果1ng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2ng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3okng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4okokokokokokokokok5okokokokokokokokok6okokokokokokokokok7okokokokokokokokok8okng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9ng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0071]
其中，ok表示合格，ng表示不合格。
[0072]
通过上表2可知，4
‑
7组结果均合格，查看这四组推拉力值，如下表3所示：
[0073]
表3
[0074][0075]
通过数据分析：最终确定参数为第五组参数，第五组的具体参数如下表4示：
[0076]
表4
[0077] 第一焊点第二焊点第一焊球预备功率/％01018接触功率/％03020接触压力/g100200200接触时间/ms585
键合功率/％353065键合压力/g100100100键合时间/ms101220释放功率/％000释放压力/g0350释放时间/ms020
[0078]
由此，通过一系列工艺参数的设置，实现通过自动金线键合机在两个具有高度差的平面之间来进行金线键合的操作，既节约时间，又保证质量。
[0079]
在一个实施方式中，根据上述的实验条件，所述第一焊点和所述第二焊点的键合功率可以为25
‑
45％，键合压力可以为80
‑
100g。
[0080]
在一个优选的实施方式中，所述金线的直径为50μm，此时，所述第一焊点的键合功率优选为35％，键合压力优选为100g；所述第二焊点的键合功率优选为30％，键合压力优选为100g。
[0081]
在一个实施方式中，在所述步骤4之后，所述键合方法还包括：
[0082]
对键合的金线进行物理性能检验以及反射镜耦合检验，判断是否合格。
[0083]
在一个实施方式中，参见图3所示，所述电极为电极条或电极管，优选为方形结构，所述电极条或所述电极管表面设置有镀金层。
[0084]
优选的，根据图3可知，所述激光器芯片包括相互并列的两排，所述电极条或电极管为三条，分别为第一电极条1，第二电极条2，第三电极条3，各电极条之间通过多条金线4键合连接。其中第一电极条1和第三电极条3与两排的所述激光器芯片并行设置，另一条第二电极条2设置在所述半导体激光器管壳的端部。
[0085]
实施例2
[0086]
参见图3所示，实施例2公开了一种半导体激光器，所述半导体激光器的管壳内设置有多个激光器芯片和至少两个电极，各所述电极之间采用上述任一项所述的键合方法连接。半导体激光器的其他结构不再详述。
[0087]
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。