一种高稳定性半导体激光器及其封装方法与流程

本发明涉及光纤通信和传感器件封装，特别是涉及一种高稳定性半导体激光器及其封装方法。

背景技术：

1、半导体激光器工作时会产生热量，需要冷却才能保持稳定的工作状态；且半导体激光器对温度非常敏感，温度过高会导致激光器性能下降、光束质量变差、输出功率波动等；所以半导体激光器往往需要制冷。一般采用半导体制冷器(thermoelectric cooler，简写为tec)对半导体激光器进行制冷；其中，半导体制冷器是一种利用热电效应制作而成的制冷器件。

2、目前在光通信和光传感等某些特殊的应用场景中，要求光器件在极宽的温度范围条件(例如，-55℃至85℃)下，仍然保持极高的温度控制稳定性，从而使得激光器输出的功率、波长在全温工作范围内的温度变化下始终维持在一个极其稳定的状态。

3、现有技术中的半导体激光器通过热敏电阻采集并传递温度信息。但由于光通信和光纤传感技术领域所采用的热敏电阻的基材，往往导热系数较差，导致在全温工作范围内，半导体激光器工作在低温与高温的两种状态时，热敏电阻会产生较大的温度梯度；以热敏电阻所采集的温度为参考进行激光器芯片的温度调控时，由于热敏电阻所采集的激光器芯片的温度，与激光器芯片的实际温度差异较大，导致激光器芯片在全温温度范围内无法保持和常温一样的温度偏差，导致激光器芯片无法处于高稳定地温度下工作。

4、大部分激光器芯片的输出功率与波长对温度极为敏感，在全温工作范围内温度偏差会导致相应光器件的输出指标(例如，输出功率与波长)存在较大波动，无法满足高稳定性通讯或传感系统的应用。因此，亟需一种针对半导体激光器的高温度稳定性制冷封装方案。

5、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种高稳定性半导体激光器及其封装方法，其目的在于，将热敏电阻和激光器芯片封装在基板和上封装体形成的热分布空间，以使半导体激光器在全温范围内保持极高的温度控制稳定性，解决了由于热敏电阻本身导热能力差，导致半导体激光器无法满足高稳定性通讯或传感系统的应用需求的问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种高稳定性半导体激光器，包括基板1、上封装体2、热敏电阻3和激光器芯片4，其中：

4、所述基板1上开设有电阻槽10和芯片槽11，所述芯片槽11的一侧与外界连通；

5、所述热敏电阻3贴装在所述电阻槽10内，所述激光器芯片4贴装在所述芯片槽11上；

6、所述基板1与所述上封装体2对位焊接或粘接后，所述上封装体2封闭所述电阻槽10，以形成封闭腔体。

7、进一步地，所述电阻槽10的底部设置有电阻导电层100，所述芯片槽11的底部设置有芯片导电层110；所述基板1的上表面有第一电阻焊盘12和第一芯片焊盘13；其中：

8、所述热敏电阻3的下表面焊盘与所述电阻导电层100电性连接，所述电阻导电层100与所述第一电阻焊盘12电性连接；

9、所述激光器芯片4的其中一个电极与所述芯片导电层110电性连接，所述芯片导电层110与所述第一芯片焊盘13电性连接。

10、进一步地，所述上封装体2为盖板20；所述基板1的上表面设置有第一镀金图案14，所述第一镀金图案14围绕所述电阻槽10，所述第一镀金图案14的内侧边缘与所述电阻槽10的边缘之间的距离差大于预设距离阈值，且所述第一镀金图案14的外侧边缘与所述芯片槽11的边缘之间的距离差大于预设距离阈值；

11、所述盖板20的下表面设置有第二镀金图案2000和与所述电阻槽10相对应的避让区域2001，所述第二镀金图案2000围绕所述避让区域2001；

12、所述第二镀金图案2000与所述第一镀金图案14对位焊接或粘接。

13、进一步地，所述盖板20的下表面还设置有第二电阻焊盘2002、第三电阻焊盘2003、第二芯片焊盘2004和第三芯片焊盘2005，其中：

14、所述第二电阻焊盘2002位于所述第二镀金图案2000的外侧，所述第二电阻焊盘2002与第一电阻焊盘12电性连接；

15、所述第三电阻焊盘2003位于所述避让区域2001内，所述第三电阻焊盘2003与所述热敏电阻3的上表面焊盘电性连接；

16、所述第二芯片焊盘2004位于与所述芯片槽11相对应的区域内，所述第二芯片焊盘2004与所述激光器芯片4的另一个电极电性连接；

17、所述第三芯片焊盘2005位于所述第二镀金图案2000的外侧，所述第三芯片焊盘2005与第一芯片焊盘13电性连接。

18、进一步地，所述第三电阻焊盘2003的直径与所述热敏电阻3的长度之比小于预设比例阈值；所述第二芯片焊盘2004的直径与所述激光器芯片4的边长之比小于预设比例阈值；

19、所述基板10的厚度与所述热敏电阻3的厚度之差大于第一厚度倍数；所述盖板20的厚度与所述热敏电阻3的厚度之差大于第一厚度倍数。

20、进一步地，所述高稳定性半导体激光器还包括管壳5，各个部件被整体密封在所述管壳5内；

21、所述盖板20的上表面设置有第一电阻导电块2010、第二电阻导电块2011、第一芯片导电块2012和第二芯片导电块2013：

22、所述第一电阻导电块2010与第二电阻焊盘2002电性连接，所述第二电阻导电块2011与第三电阻焊盘2003电性连接；

23、所述第一芯片导电块2012与第二芯片焊盘2004电性连接，所述第二芯片导电块2013与第三芯片焊盘2005电性连接；

24、所述第一电阻导电块2010、所述第二电阻导电块2011、所述第一芯片导电块2012和所述第二芯片导电块2013分别与所述管壳5的相应管脚电性连接。

25、进一步地，所述半导体制冷器6的冷面或热面有第三镀金图案及第四镀金图案；

26、所述第三镀金图案与所述管壳5相应的tec正极管脚电性连接；所述第四镀金图案与所述管壳5相应的tec负极管脚电性连接。

27、进一步地，所述基板1内开设有温度检测通槽15，所述温度检测通槽15的一端与所述芯片槽11的底面连通，所述温度检测通槽15的另一端与所述电阻槽10的底面连通；

28、所述温度检测通槽15容纳多个条状热敏电阻7；所述条状热敏电阻7用于检测所述温度检测通槽15内的温度。

29、进一步地，所述基板1为硅基板。

30、第二方面，本发明提供了一种高稳定性半导体激光器的封装方法，包括：

31、将热敏电阻3贴装在电阻槽10上，将激光器芯片4贴装在所述芯片槽11上；

32、对基板1与上封装体2进行对位共晶焊接或通过高导热材质粘接固定，以通过所述上封装体2封闭所述电阻槽10，形成封闭腔体，以为所述热敏电阻3建立了一个稳定的热分布空间。

33、区别于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

34、本发明的高稳定性半导体激光器包括基板1、上封装体2、热敏电阻3和激光器芯片4，基板1上开设有电阻槽10和芯片槽11，芯片槽11的一侧与外界连通，以在保障激光器芯片4正常工作的前提下，通过形成局部密闭腔体，尽可能地对其进行封装，建立稳定的热分布空间；通过上封装体2、基板1及基板1上的电阻槽10，给热敏电阻3建立了一个稳定的热分布空间，使热敏电阻3在全温过程中不再存在温度梯度，从而使得半导体激光器在全温过程中保持极其稳定的输出性能(即，温度控制稳定性)，进而解决了半导体激光器无法满足高稳定性通讯或传感系统的应用需求的问题。