集成二极管激光冷却器的制作方法

1.本公开涉及集成二极管激光冷却器。


背景技术：

2.对高功率半导体激光二极管进行冷却，以保持较低的结温和载波泄漏以及较高的可靠性。激光二极管可被安装于电绝缘冷却器，这有助于降低热阻抗。


技术实现要素：

3.通常，在一些方面，本公开的主题可被具体体现在激光二极管装置中，这些激光二极管装置包括：散热器，其包括主体部分和位于主体部分上的电绝缘层；位于电绝缘层上的安装层，其中，该安装层包括彼此电绝缘的第一安装焊盘和第二安装焊盘；位于第一安装焊盘上的激光二极管条；位于第二安装焊盘上的接触条；第一焊料层，其在接触条和第二安装焊盘之间提供电连接；以及多根引线键合件，其提供从激光二极管条的顶面到接触条的顶面的电连接。
4.激光二极管装置的实施方案可包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实施方案中，第一安装焊盘与第二安装焊盘隔开一间隙。第一安装焊盘和第二安装焊盘的相对边缘之间的间隙的宽度可小于约1.5mm。接触条的边缘可在第二安装焊盘的边缘的上方延伸并且与该间隙重叠。接触条的边缘可在第二安装焊盘的边缘的上方延伸不到约0.5mm。接触条的边缘可全部在该间隙的上方延伸。接触条的边缘可在该间隙和第一安装焊盘的一部分的上方延伸。介电材料可填充该间隙。介电材料可包括环氧树脂。接触条和激光二极管条的相对边缘之间的距离可为约0.5mm到约1mm。激光二极管装置可在第一安装焊盘和激光二极管条的底面之间包括第二焊料层，其中，第二焊料层在位于激光二极管条的底面上的第一电极和第一安装焊盘之间提供电连接。激光二极管条的顶面可包括第二电极，并且多个引线键合件可提供从第二电极到接触条的电连接。多个引线键合件中的每个引线键合件可具有约5mm到约6mm的长度。
5.通常，在一些方面，本公开的主题可被具体体现在制造激光二极管装置的方法中，其中，该方法包括：提供散热器，其中，该散热器包括主体部分、位于该主体部分上的电绝缘层及位于电绝缘层上的安装层；修改该安装层以形成第一安装焊盘和与第一安装焊盘电绝缘的第二安装焊盘；将激光二极管条安装在第一安装焊盘上，使得激光二极管被电连接至第一安装焊盘；在第二安装焊盘上安装接触条；通过提供耦合到激光二极管条的顶面和接触条的顶面的多个引线键合件，将激光二极管条电连接到接触条。
6.方法的实施方案可包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实施方案中，修改安装层以形成第一安装焊盘和第二安装焊盘包括冲压该安装层以在安装层内形成间隙，其中，该间隙在第一安装焊盘和第二安装焊盘之间限定间隔。
7.修改该安装层以形成第一安装焊盘和第二安装焊盘可包括磨削或蚀刻该安装层以在安装层内形成间隙，其中，该间隙在第一安装焊盘和第二安装焊盘之间限定间隔。在一
些实施方式中，修改该安装层以形成第一安装焊盘和第二安装焊盘包括使用冲压、磨削或蚀刻在第一和/或第二安装焊盘上形成搁架或壁架。
8.在一些实施方式中，修改该安装层以形成第一安装焊盘和第二安装焊盘包括在该安装层内形成间隙，其中，该间隙在第一安装焊盘和第二安装焊盘之间限定间隔，并且其中，安装该接触条包括将接触条定位在第二安装焊盘上，使得接触条的边缘在该间隙的上方延伸。该方法还可包括利用介电材料填充该间隙。
9.在一些实施方式中，将接触条安装在第二安装焊盘上包括将接触条焊接到第二安装焊盘以将接触条电连接到第二安装焊盘。
10.在一些实施方式中，这些方法包括同时将接触条焊接到第二安装焊盘并且将激光二极管条焊接到第一安装焊盘。
11.在此公开的主题的实施方案可包括以下优点中的一个或多个。例如，在一些实施方式中，使安装焊盘彼此电绝缘可消除使用粘性塑料箔来接合电接触条的需要。消除箔还可防止在包装过程中可能另外由箔引起的污染。在一些实施方式中，本文公开的装置和方法允许减少包装步骤的数量，从而节省更多的时间并且潜在地允许包装过程的自动化。
12.在附图和下面的描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其它特征和优点将通过说明书和附图及权利要求书而是显而易见的。
附图说明
13.图1a是示出了具有多个安装焊盘的电绝缘的激光二极管冷却器的示例的俯视图的示意图。
14.图1b是示出了电绝缘的激光二极管冷却器的贯穿图1a的截面a-a的侧视图的示意图。
15.图2a是示出了安装到具有多个安装焊盘的电绝缘的激光二极管冷却器的半导体激光二极管和电触点的示例的俯视图的示意图。
16.图2b是示出了电绝缘的激光二极管冷却器的贯穿图2a的截面a-a的侧视图的示意图。
17.图2c是示出了电绝缘的激光二极管冷却器的贯穿图2a的截面b-b的侧视图的示意图。
18.图3是示出了接触条的示例的仰视图的示意图。
具体实施方式
19.为了保持较低的结温、载波泄漏以及较高的可靠性，可通过将激光二极管安装到电绝缘冷却器来冷却高功率半导体激光二极管。可安装激光二极管的电绝缘冷却器的示例是ilasco二极管冷却器，它由夹置在两个陶瓷-铜片之间、的一叠薄铜片制成，从而具有高导热性。各个堆叠铜片包括限定冷却剂通道的蚀刻结构，通过该冷却剂通道来提供冷却剂。导电安装焊盘被形成在陶瓷片中的一个的顶面上。然后可以使用焊料将激光二极管直接安装到导电安装焊盘。例如，半导体激光二极管的p侧触点可被直接安装到导电安装焊盘。同样，可将单独的接触条安装到导电安装焊盘。单独的接触条可被用于提供导电平台，激光二极管的相对触点(例如，n侧触点)可被耦合到该导电平台。为防止接触条通过安装焊盘与p
侧触点发生电短路，使用绝缘粘合剂(例如塑料箔)将接触条安装到导电安装焊盘。在制造过程中，部分的塑料箔被从成品装置上剥离，这会导致激光二极管的前刻面受到污染。如果发生这种污染，则可能需要对激光二极管进行刮擦以去除塑料。通常，粘合剂的应用、塑料去除和刮擦会是难以自动化的劳动密集型过程。
20.图1a-1b是示出了可以代替包括粘性塑料箔的二极管冷却器来使用的电绝缘激光二极管冷却器100的示例的示意图。特别地，图1a是示出了电绝缘冷却器100的俯视图的示意图，而图1b是电绝缘冷却器的贯穿图1a的截面a-a的侧视图。
21.冷却器100包括由主体部分102和主体部分102上的电绝缘层108形成的散热器。主体部分102可包括例如内部冷却剂通道，冷却剂可流过该内部冷却剂通道以吸收由激光二极管产生的热量并将热量带走，以维持激光二极管处于恒定温度。因此，为了提供高热传递，主体部分102和层108都由具有高导热率的材料形成。然而，为了减少主体部分102的电腐蚀，层108的材料也可具有高电绝缘特性。例如，主体部分可由诸如铜之类的金属形成，该金属的导热率为约385.0w/m*k，而电绝缘层108可由导热率为约140w/m*k且电阻率大于约1014ohm*cm的氮化铝形成。在一些情况下，冷却器100还包括主体部分102和电绝缘层108中的开口112。开口112提供了可提供冷却剂的耦合区。
22.安装层105被形成在电绝缘层108上。安装层105由具有高导电率的材料(例如，金属或复合物，例如铜、铜-金刚石复合物、钼、银或金等)形成，以便为半导体激光二极管提供电接触焊盘。与采用塑料粘合箔的激光二极管冷却器相比，安装层105包括彼此电绝缘的多个电接触安装焊盘。例如，安装层105可包括第一安装焊盘104和第二安装焊盘106。为了将安装焊盘彼此电绝缘，安装焊盘可通过物理间隙分隔开。例如，如图1a和图1b所示，第一安装焊盘104与第二安装焊盘106通过间隙110物理和电分离。由于安装焊盘104、106也被形成在电绝缘层108上，因此在焊盘之间通过层108几乎没有导电性。通过将安装焊盘彼此电绝缘，可从封装设计中消除用于粘合电接触条的粘性塑料箔，因为不再需要箔以提供电绝缘。
23.可以通过首先在电绝缘层108的上表面上提供一层导电材料(例如，铜)来形成多个接触条(例如，焊盘104、106)。例如，可将一层铜直接沉积到电绝缘层108的上表面上。诸如物理气相沉积、电子束沉积或电镀等之类的标准沉积技术可被用于形成导电安装层105。导电材料可被形成为具有处于约50nm到约几十微米之间(包括例如约0.5微米到约15微米之间)的范围内的厚度。
24.然后可以通过在所提供的导电材料中形成间隙来限定接触焊盘。例如，间隙110可通过仅在待限定间隙110的区中对安装层105的导电材料执行离子磨削或化学蚀刻来形成。该过程可包括例如沉积抗蚀剂作为掩模，然后在执行磨削或蚀刻之前使用光刻在抗蚀剂掩模中限定间隙区。可改为使用用于限定间隙的其他适用的技术。例如，在一些情况下，间隙110可被通过在将导电安装层105粘合或安装到电绝缘层108之前冲压它来形成。作为蚀刻工艺的结果，多个电绝缘安装焊盘(每个都具有相同的厚度)可被形成为与电绝缘层108的表面直接接触。在一些实施方式中，形成间隙110可暴露出下面的电绝缘层108。第一安装焊盘104和第二安装焊盘106的相对边缘之间的间隙110的宽度可小于约1.5mm。例如，间隙110的宽度可为约1.25mm或更小、1mm或更小、0.75mm或更小或0.5mm或更小。
25.在一些实施方式中，安装焊盘之间的间隙110是空的(例如，每个安装焊盘之间的间隙中仅存在空气)。在其他实施方式中，间隙110可被填充有电绝缘材料。例如，间隙110可
被填充有电介质、聚合物、环氧树脂或胶水，例如，ea 3422。可以使用例如注射器来施加间隙材料以填充该间隙110。
26.图2a-2c是示出了在激光二极管和接触条被安装到安装焊盘之后的激光二极管冷却器(例如冷却器100)的示例的示意图。特别地，图2a是示出了激光二极管冷却器的俯视图的示意图，而图2b是示出了冷却器的贯穿图2a的截面a-a的第一侧视图的示意图并且图2c是示出了冷却器的贯穿截面b-b的第二侧视图的示意图。
27.在图2a-2c的示例中，激光二极管200被安装到第一安装焊盘104。例如，激光二极管200可在其底面上包括第一电极(例如，p型触点)，该第一电极被电连接到第一安装焊盘104。激光二极管200可包括但不限于边缘发射二极管，例如，gaas边缘发射激光二极管。激光二极管200可使用焊料连接(例如，安装焊盘104和激光二极管200之间的第一焊料层)物理且电连接到第一安装焊盘104。例如，可以使用ausn、ausnbi、锡-银-铜、银烧结膏、金扩散结合或其他焊料层将激光二极管200焊接到第一安装焊盘104。
28.单独地，接触条202被安装到第二安装焊盘106。接触条202提供电接触区，激光二极管200的顶面的第二电极(例如，n型触点)可被电连接到该电接触区。接触条202可包括具有高导电性的材料，例如铜、铜-金刚石复合物、钼、银或金等。接触条202可被使用焊料连接(例如，安装焊盘106和接触条202之间的第二焊料层)物理且电连接到第二安装焊盘106。例如，接触条202可被使用ausn焊料层焊接到第二安装焊盘106。由于使用焊料层来代替塑料粘性箔，因此可以避免粘性箔意外地污染激光二极管200的刻面的问题。在一些实施方案中，激光二极管200和接触条202可在封装工艺的同一步骤期间进行安装，从而减少处理步骤的数量。例如，代替在第一步骤中将激光二极管200安装到下面的安装焊盘，并在单独的第二步骤中使用塑料粘性箔安装接触条202，接触条202和激光二极管200两者都可被使用同一回流焊工艺同时安装到它们各自的安装焊盘。步骤的减少可以提供更多的时间节省并且潜在地允许封装工艺的自动化。
29.在安装激光二极管200和接触条202两者之后，在激光二极管的顶部电极(例如，n型触点)与接触条202之间进行电连接。例如，激光二极管200的顶部触点可被使用引线键合件204引线键合到接触条202。通常，接触条202的面向激光二极管200的边缘和激光二极管200的面向接触条202的边缘之间的间隙210的距离为约0.5mm到约1mm。每个引线键合件204的(从激光二极管延伸到接触条的)长度为约5mm到约6mm。
30.在一些实施方案中，接触条202包括搁架或壁架206。搁架或壁架206可以是接触条202的一区，在那里，底面(即，面向下部安装层(例如，安装层105)的表面)并不与安装层105接触。例如，如图2c和图3所示，接触条202的搁架或壁架206包括接触条的相对于接触条的被焊接到第二安装焊盘106的部分208的厚度薄的区。通过以图2c所示的方式形成壁架或搁架区206，接触条202并不与第一安装焊盘104物理接触。因此，搁架206有助于保持接触条202与第一安装焊盘104的电绝缘。还如图2c所示，搁架或壁架区206在第二安装焊盘106的边缘和间隙110的上方延伸。使搁架或壁架区206在间隙110的上方延伸允许将接触条定位成更为靠近激光二极管200，使得可以容易地形成引线键合件204，而不需要太长的结合长度。搁架或壁架区206可在朝向激光二极管200的方向上延伸超过第二安装焊盘106的边缘不到约2mm。例如，搁架或壁架区206可以延伸超出第二安装焊盘106的边缘约1.5mm或更小、约1.25mm或更小、约1mm或更小、约0.75mm或更小、约0.5mm或更小或约0.25mm或更小。因此，
在一些实施方案中，搁架或壁架区206全部在第一安装焊盘104和第二安装焊盘106之间的间隙110的上方延伸，并且在一些情况下，也在第一安装焊盘104的一部分的上方延伸。
31.图3是示出了接触条202的仰视图的示意图。该仰视图描绘了接触条202的面向下面的安装层105的表面。如本文所解释的那样，接触条202的搁架或壁架区206可对应于接触条202的比接触条202的被直接安装在下面的安装焊盘上的区域薄的区域。搁架或壁架区206可被通过去除接触条的一部分来形成。例如，搁架或壁架区206可被通过磨削或蚀刻接触条202来形成。接触条202的未被去除的剩余部分208可随后被使用焊料层结合到下面的安装焊盘(例如，第二安装焊盘106)。搁架或壁架区206的面向激光二极管200的边缘可具有宽度212。宽度212可与搁架206所面向的激光二极管边缘的宽度基本相同，以允许越过激光二极管的宽度形成引线键合件。例如，在一些实施方案中，宽度212可从约1mm到约20mm变动。
32.在一些实施方案中，电绝缘材料可被形成在接触条202的搁架或壁架区206与安装层105的上表面之间的空间中。电绝缘材料可包括电介质、聚合物、环氧树脂或胶，例如，ea 3422。可以使用例如注射器来施加间隙材料以填充间隙110。填充搁架或壁架206与安装层105之间的空间的电绝缘材料可提供额外的结合力以将接触条202保持就位。在一些实施方案中，电绝缘材料可确保搁架区206并不与第一安装焊盘104电接触。
33.其他方面、优点和修改均处于所附权利要求的范围内。