申请/专利权人：深圳市光脉电子有限公司

申请日：2018-02-06

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108110608B

主分类号：H01S5/02208

分类号：H01S5/02208;H01S5/02253;H01S5/042;H01S5/42;H01S5/024

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2018.06.26#实质审查的生效;2018.06.01#公开

摘要：本发明提供一种可阵列式激光器，管芯，所述管芯分为正极和负极，管芯周围灌注有硅胶，管芯上部开设有出光窗口；框体，硅胶被框体包裹，出光窗口连通框体，框体与透镜一体成型，透镜位于所述管芯上方，所述透镜与所述管芯之间通过银胶固化连接，所述框体下表面的两侧分别设有不规则形状的侧边金属框，其中一所述侧边金属框底端为正极，另一所述侧边金属框底端为负极，所述管芯连接到激光器对外输出的侧边金属框的正极上，所述激光器对外输出的侧边金属框的负极连接有焊盘，所述管芯与所述焊盘通过金丝连接；绝缘层，所述绝缘层位于管芯和右侧所述侧边金属框之间，绝缘层用于分割两侧边金属框，使侧边金属框的正极和负极隔离。

主权项：1.一种可阵列式激光器，其特征在于，包括：管芯，所述管芯分为正极和负极，所述管芯周围灌注有硅胶，所述管芯上部开设有出光窗口；框体，所述硅胶被所述框体包裹，所述出光窗口连通所述框体，所述框体与透镜一体成型，所述透镜位于所述管芯上方，所述透镜与所述管芯之间通过银胶固化连接，所述框体下表面的两侧分别设有不规则形状的侧边金属框，其中一所述侧边金属框底端为正极，另一所述侧边金属框底端为负极，所述管芯连接到激光器对外输出的侧边金属框的正极上，所述激光器对外输出的侧边金属框的负极连接有焊盘，所述管芯与所述焊盘通过金丝连接；绝缘层，所述绝缘层位于所述管芯和右侧所述侧边金属框之间，所述绝缘层用于分割两侧边金属框，使侧边金属框的正极和负极隔离；所述透镜包括第一透镜、双色镜、第一平面高反镜及第二平面高反镜，光通过所述第一透镜准直输出后，再由所述双色镜、第一平面高反镜和第二平面高反镜依次反射后，水平入射到激光器内，所述双色镜、所述第一平面高反镜的入射光与反射光之间的夹角均为90°，所述第二平面高反镜的入射光与反射光之间的夹角介于0°-90°之间；所述焊盘包含正极和负极，所述金丝接连于所述焊盘的负极和所述管芯的负极。

全文数据：一种可阵列式激光器及其管芯制备工艺技术领域[0001]本发明涉及激光技术领域，尤其是一种可阵列式激光器及其管芯制备工艺。背景技术[0002]现有激光器传统工艺都是，器件封装完成后，再装激光器透镜，工艺过程多，且光效低，透镜经过纳米颗粒加工而成。[0003]当前，传统地制造的光电换能器通常包括发光器件例如构造成激光器阵列的垂直腔表面发射激光器VCSEL以及光检测器件例如构造成光电二极管PD阵列的光电二极管）。[0004]在半导体激光器领域，根据发光方向与激光芯片所在外延片平面的关系，激光器可划分为垂直腔面发射激光器VerticalCavitySurfaceEmittingLaserJI^lVCSEL与边发射半导体激光器BdgeEmittingLaserDiode两类。其中，垂直腔面发射激光器的发光方向垂直于外延片方向，从反应区的顶面射出，而边发射半导体激光器的发光方向平行于外延片方向，从反应区的边缘射出。与边发射半导体激光器相比，VCSEL发射的光线更容易汇聚，并且在远场目标物上能量分布均匀，从而实现高功率的发射。[0005]同时，现有的激光器的不足之处在于：一是激光器内采用了半导体可饱和吸收镜SESAM和小芯径单模光纤作为锁模元件和模式过滤器，由于半导体可饱和吸收镜SESAM和小芯径单模光纤具有低的能量损伤阈值以及半导体可饱和吸收镜SESAM低的热导率限制了激光器的输出功率和能量进一步提高;二是采用平面高反镜阵列作为光路延时器降低重复频率，使激光器内输出光的光束质量变差，从而影响了其稳定性和应用范围。发明内容[0006]本发明的目的在于，提供一种输出能量高、光束质量好、工序简单和成本较低的可阵列式激光器及其管芯制备工艺。[0007]本发明的目的是采用以下技术方案来实现的：一种可阵列式激光器，包括：管芯，所述管芯分为正极和负极，所述管芯周围灌注有硅胶，所述管芯上部开设有出光窗口；框体，所述硅胶被所述框体包裹，所述出光窗口连通所述框体，所述框体与透镜一体成型，所述透镜位于所述管芯上方，所述透镜与所述管芯之间通过银胶固化连接，所述框体下表面的两侧分别设有不规则形状的侧边金属框，其中一所述侧边金属框底端为正极，另一所述侧边金属框底端为负极，所述管芯连接到激光器对外输出的侧边金属框的正极上，所述激光器对外输出的侧边金属框的负极连接有焊盘，所述管芯与所述焊盘通过金丝连接；绝缘层，所述绝缘层位于所述管芯和右侧所述侧边金属框之间，所述绝缘层用于分割两侧边金属框，使侧边金属框的正极和负极隔离。[0008]在本具体实施例中，所述透镜包括第一透镜、双色镜、第一平面高反镜及第二平面高反镜，光通过所述第一透镜准直输出后，再由所述双色镜、第一平面高反镜和第二平面高反镜依次反射后，水平入射到激光器内，所述双色镜、所述第一平面高反镜的入射光与反射光之间的夹角均为90°，所述第二平面高反镜的入射光与反射光之间的夹角介于0°-90°之间。[0009]在本具体实施例中，所述焊盘包含正极和负极，所述金丝接连于所述焊盘的负极和所述管芯的负极。[0010]在本具体实施例中，所述管芯包括从上到下依次设置的芯片层、金银合成膏层以及娃热沉层。[0011]在本具体实施例中，所述芯片层、金银合成膏层横截面的长度相同，所述所述芯片层、金银合成膏层横截面的长度小于所述硅热沉层横截面的长度。[0012]在本具体实施例中，所述激光器为垂直腔面发射激光器vcsel，呈矩阵排列。[0013]本发明还提供了一种管芯制备工艺，包括如下步骤：51、利用光刻胶的光刻蚀作用将芯片表面的氧化层薄膜刻蚀出与光刻版完全相应的图形；52、采用蒸发的方法，在晶片表面淀积多层金属膜，形成芯片的电极层；53、在芯片镀膜前，去除表面的杂质；54、采用等离子体淀积的方法，在晶片表面淀积Si02膜；55、对芯片的N面进行减薄，去除一面的N+GaAs层；56、分类出符合要求的芯片，用解理机将芯片解成符合要求的巴条，巴条装架；57、在巴条的腔面蒸镀上光学膜，进行测试；58、将巴条用手术刀沿解理线分割成单个芯片，进行扎测标准测试，按照分类标准入库；59、管芯封装。[0014]在本具体实施例中，在步骤S7中，所述测试，包括如下步骤：571、电参数测试；572、脉冲测试；573、光斑测试；574、测试芯片温度特性。[0015]在本具体实施例中，在步骤S9中，包括如下步骤：591、将所述芯片粘在硅热沉层上，保证芯片和硅热沉层间形成良好的接触；592、将所述芯片和硅热沉层上金银合成膏层在一定温度环境下与硅热沉层粘结在一起，其中，所述金银合成膏层压合温度为250±5°C;593、将初步失效的芯片筛选出来，并检查合金质量；594、把合格芯片的硅热沉层从热沉框架上切下来封装；595、将管芯与激光器进行连接封装。[0016]在本具体实施例中，在步骤S95中，包括如下步骤：5951、将管芯粘在指定位置，并用银胶固化，其中，管芯粘结温度为200±5°C;5952、将粘有硅热沉层的管芯粘接在芯片位置上，银胶固化；5953、通过键压，把管芯负极与焊盘负极连接起来，其中，所述键压温度为140±5°C;5954、将框体内注入硅胶，胶量与框体齐平；5955、通过对封装后的管芯进行测试，剔除电气性能不合格的管芯，并按照标准进行分档；5956、通过对封装后的管芯进行老化，进一步剔除电气性能可靠性差的管芯。[0017]本发明的有益效果为：1、通过透镜与框体一体成型，将可阵列式激光器管芯正极直接贴靠在透镜上，透镜不是经过纳米颗粒加工而成，大大提高了光的利用率，提高了光效，且减少了工序，优化了工艺，降低了成本，此产品既可单个使用，又可阵列应用；2、利用透镜的结构提高输出能量，克服了现有技术的缺点，使得本发明具有高输出光束质量的优点。[0018]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明[0019]图1是本发明激光器的结构示意图；图2是本发明管芯的结构示意图；图3是本发明透镜的结构示意图；图4是本发明的阵列示意图；图5是本发明管芯制备工艺的步骤流程图；图6是本发明管芯制备工艺S7的步骤流程图；图7是本发明管芯制备工艺S9的步骤流程图；图8是本发明管芯制备工艺S95的步骤流程图。具体实施方式[0020]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图1-8对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。[0022]请参阅附图1-4,一种可阵列式激光器，所述激光器为垂直腔面发射激光器vcsel，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用与光通信、光互连、光存储等领域。包括：管芯1，管芯1分为正极和负极，管芯1周围灌注有硅胶2,管芯1上部开设有出光窗口21，具体地，管芯1包括从上到下依次设置的芯片层11、金银合成膏层12以及硅热沉层13。[0023]在本具体实施例中，所述芯片层11、金银合成膏层12横截面的长度相同，芯片层11、金银合成膏层12横截面的长度小于硅热沉层13横截面的长度。当然，也不限于本发明中的长度。[0024]进一步地，可阵列式激光器包括框体3，硅胶被框体3包裹，所述出光窗口21连通框体3。具体地，管芯1的激光束通过出光窗口21将光通过与框体一体成型的透镜发射出去。通过透镜3与框体3—体成型，将可阵列式激光器管芯1正极直接贴靠在透镜3上，透镜3不是经过纳米颗粒加工而成，大大提高了光的利用率，提高了光效，且减少了工序，优化了工艺，降低了成本，此产品既可单个使用，又可阵列应用。[0025]进一步地，所述透镜3位于管芯1上方，透镜3与管芯1之间通过银胶32固化连接，管芯1粘结温度为200±5°C。框体3下表面的两侧分别设有不规则形状的侧边金属框31，其中一侧边金属框31底端为正极，另一侧边金属框31底端为负极，管芯1连接到激光器对外输出的侧边金属框31的正极上，激光器对外输出的侧边金属框31的负极连接有焊盘，管芯1与焊盘4通过金丝5连接;焊盘4包含正极和负极，金5丝接连于焊盘4的负极和管芯1的负极。[0026]进一步地，可阵列式激光器包括绝缘层6,所述绝缘层6位于管芯1和右侧侧边金属框31之间，所述绝缘层6用于分割两侧边金属框31，使侧边金属框31的正极和负极隔离。[0027]在本具体实施例中，所述透镜3包括第一透镜31、双色镜32、第一平面高反镜33及第二平面高反镜34,光通过所述第一透镜31准直输出后，再由双色镜32、第一平面高反镜33和第二平面高反镜34依次反射后，水平入射到激光器内，双色镜32、第一平面高反镜33的入射光与反射光之间的夹角均为90°，第二平面高反镜34的入射光与反射光之间的夹角介于0°-90°之间。[0028]本发明通过合理设置第一透镜31、双色镜32、第一平面高反镜33及第二平面高反镜34之间的距离L、以及第一透镜31、双色镜32、第一平面高反镜33及第二平面高反镜34的曲率半径使得激光器的q值为Iq=l，使输入激光器的光斑直径与输出激光器的光斑直径相等;所述第一透镜31、双色镜32、第一平面高反镜33及第二平面高反镜34的距离L以及第一透镜31、双色镜32、第一平面高反镜33及第二平面高反镜34的曲率半径R符合以下公式条件：其中，R代表所述曲率半径，L代表第一透镜31、双色镜32、第一平面高反镜33及第二平面高反镜34之间的距离，η代表光线在激光器内的往返次数（即光斑的个数），m代表光绕光轴旋转角度，n、m均为整数。[0029]如此一来，利用透镜3的结构提高输出能量，克服了现有技术的缺点，使得本发明具有高输出光束质量的优点。[0030]在本具体实施例中，所述激光器呈矩阵排列，当然也可根据需求单个出现。[0031]请继续参阅图5-图8,本发明还提供了一种管芯1制备工艺，包括如下步骤：首先，利用光刻胶的光刻蚀作用将芯片11表面的氧化层薄膜刻蚀出与光刻版完全相应的图形。[0032]进一步地，采用蒸发的方法，在芯片11表面淀积多层金属膜，形成芯片11的电极层，使之有良好的牢固度和欧姆接触效果。[0033]进一步地，在芯片11镀膜前，去除表面的杂质，使其呈现洁净表面。[0034]进一步地，采用等离子体淀积的方法，在芯片11表面淀积Si02膜，形成掩蔽膜，起到良好的绝缘作用。具体地，这种等离子体淀积利用辉光放电，在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体，这些离子在电场中被加速而获得能量，可在较低温度下实现Si02薄膜的沉积。这种方法的特点是沉积温度可以降低，一般可从LPCVD中的700°C下降至200°C，且生长速率快，可准确控制沉积速10率约InmQs，生成的薄膜结构致密;缺点是真空度低，从而使薄膜中的杂质含量较高，薄膜硬度低，沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重，并存在空洞等。目前已发展了双源等离子体CVD、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积ECR2PECVD、微波等离子体增强化学气相沉积MPECVD等技术。[0035]进一步地，按照技术标准，对芯片11的N面进行减薄，去除一面的N+GaAs层。[0036]进一步地，解理初测，分类出符合要求的芯片11，用解理机将芯片11解成符合要求的巴条，把巴条整齐的排列在装条架上，使所摆巴条的两腔面处于同一平面上;在巴条的腔面蒸镀上光学膜，满足光学膜设计要求。具体地，光学薄膜表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割;膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是光学薄膜吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。制备时，光学膜的光学性质和物理性质偏离大块材料，其表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫散射;膜层之间的相互渗透形成扩散界面；由于膜层的生长、结构、应力等原因，形成了光学膜的各向异性;膜层具有复杂的时间效应。[0037]在本具体实施例中，应镀膜均匀、一致、牢固。[0038]进一步地，测试芯片11光电参数、判断芯片11质量，操作规范重复、测试及时准确。[0039]进一步地，测试芯片11脉冲下光谱参数，操作规范重复、测试及时准确。[0040]进一步地，测试芯片11在不同电流冲击下光斑变化，操作规范重复、测试及时准确。[0041]进一步地，测试芯片11温度特性，操作规范重复、测试及时准确。[0042]进一步地，将巴条用手术刀沿解理线分割分离成单个芯片11。按照扎测标准测试芯片11，对芯片11进行测试，按标准区分合格品、不合格品，去掉不合格品，准确统计合格芯片11。按照管芯1分类标准入库，做好数理统计。[0043]进一步地，将加工好的芯片11开始封装。[0044]进一步地，将芯片11粘在硅热沉层13上，保证芯片11和硅热沉层13间形成良好的接触。[0045]进一步地，将芯片11和硅热沉层13通过金银合成膏层12在一定温度环境下与硅热沉层13粘结在一起，金银合成膏层12压合温度为250±5°C。[0046]进一步地，将初步失效的芯片11筛选出来，并检查合金质量，把合格芯片11的硅热沉层13从热沉框架上切下来，便于封装。[0047]进一步地，将管芯1粘在指定位置，并用银胶32固化，管芯1粘结温度为200±5°C。确保银浆适量，芯片11粘结面充分，无过多银浆，表面无异物管芯1粘在标识位置的正中央。[0048]具体地，制备导电银胶32的步骤包括:第一步基体树脂制备：电子天平以一定比例称取一定量的环氧树脂放入研钵中，按比例加入K77、ZE4MzeN、朋560、DleY事先已研磨并过200目筛），用研棒进行充分的研磨和混合，研磨时间一般在10分钟以上，直到形成均匀的混合体为止，便得到需要的树脂基体。[0049]第二步导电银胶32制备：取一定量的树脂基体加入部分已经混合好的片状银粉BAgF—20及粒状银粉sAg—ZA进行研磨，直到银粉全部与树脂基体混合均匀后再加入适量的银粉，最终银粉总量为胶总量的70%;再取一定量的树脂基体按前述方法制备银粉含量为75%的导电银胶32;再取一定量的树脂基体按前述方法制备银粉含量为80%的导电银胶32;银粉全部加完后再研磨30分钟以上。[0050]进一步地，将粘有硅热沉层13的管芯1粘接在芯片11位置上，银胶32固化，并通过键压，把管芯1负极与焊盘4负极连接起来，形成良好的导电作用。其中，键压温度为140±5cC。[0051]进一步地，将框体3内注入硅胶2，胶量与框体3齐平，同时，要包裹在管芯1周围。[0052]进一步地，通过对封装后的管芯1进行测试，剔除电气性能不合格的管芯1，并按照标准进行分档;通过对封装后的管芯1进行老化，进一步剔除电气性能可靠性差的管芯1。[0053]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上部”、“中部”、“侧面”、“上”等指示的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单元或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0054]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，除非另有明确的限定。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。[0055]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求：1.一种可阵列式激光器，其特征在于，包括：管芯，所述管芯分为正极和负极，所述管芯周围灌注有硅胶，所述管芯上部开设有出光窗口；框体，所述硅胶被所述框体包裹，所述出光窗口连通所述框体，所述框体与透镜一体成型，所述透镜位于所述管芯上方，所述透镜与所述管芯之间通过银胶固化连接，所述框体下表面的两侧分别设有不规则形状的侧边金属框，其中一所述侧边金属框底端为正极，另一所述侧边金属框底端为负极，所述管芯连接到激光器对外输出的侧边金属框的正极上，所述激光器对外输出的侧边金属框的负极连接有焊盘，所述管芯与所述焊盘通过金丝连接；绝缘层，所述绝缘层位于所述管芯和右侧所述侧边金属框之间，所述绝缘层用于分割两侧边金属框，使侧边金属框的正极和负极隔离。2.如权利要求1所述的可阵列式激光器，其特征在于，所述透镜包括第一透镜、双色镜、第一平面高反镜及第二平面高反镜，光通过所述第一透镜准直输出后，再由所述双色镜、第一平面高反镜和第二平面高反镜依次反射后，水平入射到激光器内，所述双色镜、所述第一平面高反镜的入射光与反射光之间的夹角均为90°，所述第二平面高反镜的入射光与反射光之间的夹角介于0°_90°之间。3.如权利要求1所述的可阵列式激光器，其特征在于，所述焊盘包含正极和负极，所述金丝接连于所述焊盘的负极和所述管芯的负极。4.如权利要求1所述的可阵列式激光器，其特征在于，所述管芯包括从上到下依次设置的芯片层、金银合成膏层以及硅热沉层。5.如权利要求4所述的可阵列式激光器，其特征在于，所述芯片层、金银合成膏层横截面的长度相同，所述所述芯片层、金银合成膏层横截面的长度小于所述硅热沉层横截面的长度。6.如权利要求1-5任一项所述的可阵列式激光器，其特征在于，所述激光器为垂直腔面发射激光器vcsel，呈矩阵排列。7.—种管芯制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：51、利用光刻胶的光刻蚀作用将芯片表面的氧化层薄膜刻蚀出与光刻版完全相应的图形；52、采用蒸发的方法，在晶片表面淀积多层金属膜，形成芯片的电极层；53、在芯片镀膜前，去除表面的杂质；54、采用等离子体淀积的方法，在晶片表面淀积Si02膜；55、对芯片的N面进行减薄，去除一面的N+GaAs层；56、分类出符合要求的芯片，用解理机将芯片解成符合要求的巴条，巴条装架；57、在巴条的腔面蒸镀上光学膜，进行测试；58、将巴条用手术刀沿解理线分割成单个芯片，进行扎测标准测试，按照分类标准入库；59、管芯封装。8.如权利要求7所述的管芯制备工艺，其特征在于，在步骤S7中，所述测试，包括如下步骤：S71、电参数测试；572、脉冲测试；573、光斑测试；574、测试芯片温度特性。9.如权利要求7所述的管芯制备工艺，其特征在于，在步骤S9中，包括如下步骤：591、将所述芯片粘在硅热沉层上，保证芯片和硅热沉层间形成良好的接触；592、将所述芯片和硅热沉层上金银合成膏层在一定温度环境下与硅热沉层粘结在一起，其中，所述金银合成膏层压合温度为250±5°C;593、将初步失效的芯片筛选出来，并检查合金质量；594、把合格芯片的硅热沉层从热沉框架上切下来封装；595、将管芯与激光器进行连接封装。10.如权利要求9所述的管芯制备工艺，其特征在于，在步骤S95中，包括如下步骤：5951、将管芯粘在指定位置，并用银胶固化，其中，管芯粘结温度为200±5°C;5952、将粘有硅热沉层的管芯粘接在芯片位置上，银胶固化；5953、通过键压，把管芯负极与焊盘负极连接起来，其中，所述键压温度为140±5°C;5954、将框体内注入硅胶，胶量与框体齐平；5955、通过对封装后的管芯进行测试，剔除电气性能不合格的管芯，并按照标准进行分档；5956、通过对封装后的管芯进行老化，进一步剔除电气性能可靠性差的管芯。

百度查询： 深圳市光脉电子有限公司 一种可阵列式激光器

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