[发明专利]激光二极体表面安装结构

说明书

本发明是有关一种激光二极体表面安装结构，包括：至少一边射型激光二极体晶片，包含两电极；一导热板，具有一上层导电层、一下层导电层及至少一贯穿该上层导电层及该下层导电层的导电体贯孔，用以承载该至少一边射型激光二极体晶片的两电极的一极；二个以上相互间隔且配置于一平面上的金属板，其中一第一金属板配置于该导热板的下方并与该导热板的下层导电层接触，一第二金属板配置于相邻而隔开于该第一金属板；以及一具有开口的绝缘框架，设置于该二个以上的金属板上方，用以固持所述二个以上的金属板。

技术领域

本发明是有关一种激光二极体表面安装结构，尤其一种使用表面安装技术（SMT）的边射型激光二极体封装结构，可满足大电流、高散热及无热应力的需求。

背景技术

图1，包含图1a及图1b，所示为现有边射型中、高功率（指输出光功率大于50 mW）激光二极体的封装架构，其中图1a为激光二极体晶片结构，图1b为现有激光二极体封装架构。参考图1a，激光二极体晶片（laser chip）的结构是以基板（substrate, 100）为基础，然后以各种沉积法将原子堆积在基板上，称磊晶层（epitaxial layer, 101）。对于红光及近红外光（0.7~1.1 um）的激光二极体晶片，多为砷化镓（GaAs）晶体，红外光（1.1~1.9 um）晶片多为磷化铟（InP）晶体，其作用在机械支撑及散热，厚约0.3 mm；磊晶层则是有砷、镓、铟、磷、铝等三五族元素组成的半导体化合物，细分有近十层，合计厚度约1 um。激光共振腔（106）是在磊晶层（101）中以光罩蚀刻技术做一个小区域，宽约50 um，长约500 um，主输出激光呈椭圆形光锥射出（107），副输出激光方向（108）与主输出激光相反。在基板（100）和磊晶层（101）外面，还要镀金属以便导电（图1（a）未示）。现有激光二极体封装架构参考图1b，晶片以焊接或胶黏固定在能迅速散热的导热板（submount, 103），导热板上层有金属层（105），晶片上方连接跳线（bonding wire, 102，金属导体），跳线连接另一金属层（109），两金属层标注+及-处为焊垫，可供焊接电线（未示出），以供电给晶片。导热板（103）则紧密接触封装的外壳（enclosure, 104，多为金属薄板），一般中功率是用胶黏附外壳，高功率则是导热板两片镀金属，再焊接于外壳。外壳再紧密接触一热沉（heat sink, 110，又称散热器），以便散热。在现有架构中，电流要由（105）及（109）标注+及-处另行接导线出入晶片，热则是产自激光共振腔，经过导热板、外壳至热沈。在热膨胀系数不一样的材质接面（例如磊晶层101和导热板103之间），热会造成应力扭曲结晶格，原本良好的激光共振腔（106）的激光产生效率即大减，对激光质量及寿命也极为不利，是中高功率激光必须要克服的技术难关。要实现中高功率边射型激光二极体，就必须要同时提供大电流和大散热能量，要考虑下列三点：1. 发热集中在激光共振腔（106），必须迅速散热，而激光二极体的基板太厚且导热系数太低，故绝大部分现有产品是以磊晶层（101）贴在能迅速散热的导热板（103）；2. 和磊晶层（101）接触的导热板（103），其热膨胀率最好和磊晶层（101）接近，否则会形成热应力，扭曲磊晶层（101）的晶格，这样激光共振腔（106）效率和寿命也会随之大减；3. 要避免热应力，也可用很软的材料介于磊晶层和导热板之间，例如铟或银胶，吸收两者因热胀冷缩而形成的形变，但这类材料的寿命并不完美，像铟容易氧化变得很硬，而银胶的导电度并不高，加热后会产生空洞（void），成为热和电流的障碍，二者都无法承受大电流；4. 仍有部分热量会由跳线（102）传导，跳线若成不对称分布在晶片上，也会形成热应力。

所以，现有激光二极体晶片结构，显然无法同时满足大电流、高散热、无热应力三项需求，而大有改善的空间，进而说明如下：