[发明专利]一种全无机VCSEL器件及其封装方法

说明书

本发明提供一种全无机VCSEL器件及其封装方法，全无机VCSEL器件包括基座和VCSEL芯片，在基座上设有碗杯，VCSEL芯片设在碗杯内并与基座电连接，在碗杯上设有密封VCSEL芯片的玻璃盖板，玻璃盖板与碗杯的连接方式一种是通过激光焊接或焊料键合，采用激光焊接的封装方法时，先预焊接，在金属框上用激光焊一个或多个焊点，将玻璃盖板固定在碗杯上，再用激光将金属框与碗杯焊接在一起，通过焊料键合时，先在碗杯表面涂覆焊料，再将玻璃盖板放置在碗杯上，然后将基座置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化使玻璃盖板与碗杯紧密相连，用本发明的方法封装VCSEL器件，气密性好、可靠性高。

技术领域

本发明属于半导体激光器的封装领域，具体涉及一种全无机VCSEL器件及其封装方法。

背景技术

随着科技的进步，激光技术得到了长足的发展，激光技术的应用越来越广泛，激光一般可分为固体激光、气体激光和半导体激光等，半导体激光器中以砷化镓半导体材料为基础研制的垂直腔面发射激光器(即VCSEL)作为一种新型激光器，其由于具有体积小、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，广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域，VCSEL可以用来在光纤网络中高速传输数据，其相比传统电缆系统可以以更快的速度传输更大的数据量，尤其是近年来随着3D传感技术的发展，3D传感技术中关键是3D摄像头，3D摄像头在传统摄像头上主要增加“红外光源+光学组件+红外传感器”等部分，其中最关键的部分是红外光源，主动感知的3D摄像头技术通常使用红外光检测目标，传统3D传感系统一般使用LED作为红外光源，但是由于LED不具有谐振腔，导致光束更加发散，在耦合性方面很差，而VCSEL在精确度、小型化、低功耗、可靠性全方面占优势的情况下，所以现有常见的3D摄像头系统一般都采用VCSEL。

由于VCSEL芯片对环境温度、湿度、有害气体和污染物很敏感，所以VCSEL芯片往往需要高气密性的封装，在申请号为201710672726.3，公布日为2017.12.19的专利文件中公开了一种SMD小型化封装的VCSEL制造工艺，其封装VCSEL芯片的方法是将光窗玻璃放置在封好VCSEL芯片的SMD腔体上，采用平行封焊的工艺将光窗密封固定在金属框架上，平行封焊又称平行缝焊，平行封焊属于电阻焊，电极通过电极轮在移动的同时转动，在一定的压力下电极之间断续通电，该文献由于电极与光窗玻璃及光窗玻璃与金属框架之间存在接触电阻，焊接电流将在这两个电阻处产生焦耳热量，使光窗玻璃与金属框架之间局部形成熔融状态，凝固后形成焊点，从而将光窗玻璃与金属框架焊接在一起，由于电极轮在焊接时需要滚动，且电极轮与光窗玻璃之间同样会产生焦耳热量而使电极轮磨损，因此电极轮使用寿命短，需要经常更换，且在电阻焊时电极轮与光窗玻璃以及金属框相接触，从而容易损坏光窗等被焊接部件；另外，由于采用平行封焊，通过玻璃窗与金属框熔接实现连接，从而基板上金属层越宽连接性越牢固，但是基板上金属层越宽，则焊接工艺边较大，相应的玻璃的光窗会变小，出光率减小。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种全无机VCSEL器件及其封装方法，解决VCSEL器件在封装时可靠性不高、会产生易损件的问题，提高VCSEL器件稳定性和可靠性。

为达到上述目的，本发明提供了一种全无机VCSEL器件的封装方法，包括以下步骤：

S1、预处理：包括准备VCSEL芯片、设置有碗杯的基座和设有金属层的碗杯；制作玻璃盖板，将玻璃与金属框通过焊料键合或金属氧化物键合，使玻璃与金属框之间形成匹配封接，玻璃的平面度＜0.1mm；

S2、将VCSEL芯片固定在碗杯内；

S3、在真空或惰性气体或中性液体环境下，将玻璃盖板放置在碗杯上；

S4、激光预焊接，在玻璃盖板的金属框上用激光焊一个或多个预焊点，将玻璃盖板固定在碗杯上。

S5、激光焊接，用激光将玻璃盖板的金属框与碗杯焊接在一起。