真空回流焊炉/真空焊接炉——半导体激光器封装

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。常用的工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）等。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊，激励方式有电注入、电子束激励、光泵浦三种形式。半导体激光器可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。其中，半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器，具有体积小、寿命长等优点，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距、雷达等方面得到了广泛的应用。

图1.半导体激光器示意图

 

半导体激光器的制造过程需要经过多个复杂的工艺步骤，以确保芯片的性能和可靠性，包括硅片生长——光刻——离子注入——腐蚀和薄膜沉积——封装——测试等多个步骤。本文我们将着重介绍封装步骤。

 

1.硅片生长：硅片是半导体器件的基板，具有良好的热导型和机械强度。硅片的生长过程可采用气相外延或金属有机化学气相沉积等方法，通过在硅片上沉积多层材料来形成芯片的结构。

 

2.光刻：光刻用于在芯片表面形成图案，以定义激光器的结构和电路。操作时首先将光刻胶涂覆在硅片表面，然后用紫外线曝光，曝光后通过化学熔解或物理刻蚀的方式去除掉未曝光的光刻胶，从而形成所需的图案。

图2.光刻流程示意图

 

3.离子注入：离子注入芯片表面，用于形成PN结构并控制电流传输，通过控制注入离子的种类和能量，可以实现对芯片电学性能的精准调控。

图3.离子注入示意图

 

4.腐蚀和薄膜沉积：通常采用化学气相沉积或物理气相沉积。腐蚀用于去除芯片表面的杂志和不需要的材料，以保证芯片的纯净度；薄膜沉积是在芯片表面沉积一层薄膜，以保护芯片结构和提高光学性能。

图4.薄膜沉积示意图

 

5.封装：半导体激光器的封装形式多种多样，常见的包括金属封装、分布式反馈、腔内型、垂直腔面发射激光器等。封装工艺过程主要为：
（1）芯片共晶：使用特定的焊料（通常是金锡共晶焊料），将芯片和热沉连接在一起。共晶过程需要精确地控制温度和时间，以保证焊料的流动性和连接的可靠性；
 

（2）金线键合：在芯片与热沉焊接完成后，需要将芯片与外部电路连接起来。金线键合工艺使用非常细的金线将芯片上的电极连接到基板上的电路，从而实现电信号的传输。这一步需要高度的精度和稳定性，以确保连接的质量和可靠性。
 

（3）热沉烧结：这一步的目的是通过高温处理使焊料完全熔化并扩散到热沉和芯片之间，形成可靠的连接。同时，烧结过程还可以降低热沉的热阻，提高其导热性能。
 

（4）光纤耦合：激光器产生的光信号需要通过光纤传输。在封装过程中，需要将光纤与激光器输出端精确对准，并进行固定。这一步需要高精度的机械对准系统，以确保光纤与激光器输出端之间的耦合效率高且稳定可靠。
 

（5）密封与外壳装配：最后一步是将整个封装结构进行密封，以保护内部的激光器和其它元件免受环境的影响。外壳通常由金属或陶瓷等材料制成，具有良好的防潮、防尘和耐腐蚀性。在装配过程中，需要确保所有部件的连接处都紧密结合，以防止气体或液体渗入内部。
 

一般来说，大多数激光器都采用共晶工艺进行连接，共晶工艺是一种常见的封装技术，通过在芯片和基板之间融化共晶焊料来实现可靠的连接。这种连接方式能够提供良好的电传导和热导性，同时确保封装的可靠性和稳定性。

图5.半导体激光器封装示意图

 

6.测试：测试是在制造过程的最后阶段对半导体激光器进行性能、可靠性等方面的测试，以确保其符合客户要求。

 

关于半导体激光器封装的介绍就到这里，若有不当之处欢迎各位朋友予以指正和指教；若与其他原创内容有雷同之处，请与我们联系，我们将及时处理。我司的真空回流焊/真空共晶炉可满足半导体激光器封装的要求，同时搭载我司持有的“正负压焊接工艺”专利，共晶空洞率可达到＜1%，如您感兴趣，可与我们联系共同讨论，或前往我司官网了解。

 

成都共益缘真空设备有限公司