專利名稱：微型高功率激光二極管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光二極管裝置，明確地說涉及一種微型高功率激光二極管裝置。
背景技術(shù)：
在常規(guī)技術(shù)中，通常使用封裝殼件封裝高功率激光二極管，以成為蝶型 (Butterfly)的封裝形式，并采用馬鞍機構(gòu)固定光纖再以激光熔接機來進行光纖與激光電 路小片的耦光定位(激光槌置(Laser Hammer)工藝)。常規(guī)的激光熔接機主要包括幾個部分激光熔接電源、定位夾持裝置和控制器。參 看圖1，其顯示常規(guī)馬鞍機構(gòu)夾持和定位光纖的示意圖。在常規(guī)技術(shù)中，光纖11穿設(shè)于光纖 導(dǎo)管12中，再將光纖導(dǎo)管12置入馬鞍機構(gòu)13中，以利于激光點焊耦光對準，因此需要經(jīng)過 馬鞍機構(gòu)13的激光點焊固定(焊點PI、P2)、光纖導(dǎo)管12置入馬鞍機構(gòu)13內(nèi)以及光纖11 三維(X-Y-Z)方向位移對位校正三個步驟。然而，常規(guī)技術(shù)具有以下缺點蝶型高功率激光二極管裝置需要使用熱電致冷裝 置(TE-cooler)以穩(wěn)定激光電路小片的穩(wěn)定性，因此封裝殼件的體積較大，不利于系統(tǒng)的 微型化；光纖導(dǎo)管12置于馬鞍機構(gòu)13內(nèi)需要較精密的對位以及激光點焊程序來達到較高 的耦光效率，因此高功率激光二極管無法達到較高的產(chǎn)量，相對地提高封裝成本。因此，有必要提供一種創(chuàng)新且具有進步性的微型高功率激光二極管裝置，以解決 上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種微型高功率激光二極管裝置，其包括基座、激光電路小片、光纖 導(dǎo)管和光纖。所述基座具有槽道和設(shè)置區(qū)域，所述槽道連接所述設(shè)置區(qū)域。所述激光電路小 片設(shè)置于所述設(shè)置區(qū)域。所述光纖導(dǎo)管設(shè)置于所述槽道。所述光纖穿設(shè)過所述光纖導(dǎo)管， 其具有第一端，所述第一端接合所述激光電路小片。通過所述光纖導(dǎo)管和所述槽道的配合，所述光纖的定位簡單、精準，并且可以降 低常規(guī)技術(shù)中熱變形和焊接殘留應(yīng)力且可免除常規(guī)光纖軟焊的封裝工藝中添加的軟焊助 熔劑，因此可提升光纖的耦光效率、產(chǎn)品良率、高功率激光輸出穩(wěn)定性和激光電路小片的壽 命。


圖1顯示常規(guī)馬鞍機構(gòu)夾持和定位光纖的示意圖；圖2顯示本發(fā)明微型高功率激光二極管裝置的示意圖；圖3顯示本發(fā)明光纖導(dǎo)管設(shè)置于V形槽道的示意圖；圖4顯示本發(fā)明光纖導(dǎo)管設(shè)置于U形槽道的示意圖；圖5顯示本發(fā)明具有平板狀側(cè)鰭的光纖導(dǎo)管示意圖6顯示本發(fā)明具有研磨角的光纖示意圖；圖7顯示本發(fā)明微蝶型高功率激光二極管裝置的示意圖；圖8顯示本發(fā)明光纖研磨角度-耦光效率的示意圖；以及圖9顯示本發(fā)明微型高功率激光二極管模塊的示意圖。
具體實施例方式圖2顯示本發(fā)明微型高功率激光二極管裝置的示意圖。所述微型高功率激光二極 管裝置2包括基座21、激光電路小片22、光纖導(dǎo)管23、多條導(dǎo)線24和光纖25。所述基座 21具有槽道211、設(shè)置區(qū)域212、陰極電極213和陽極電極214，所述槽道211連接所述設(shè)置 區(qū)域212。所述激光電路小片22設(shè)置于所述設(shè)置區(qū)域212。所述光纖導(dǎo)管23設(shè)置于所述 槽道211。其中，所述槽道211的槽口兩側(cè)具有承接部215，所述陰極電極213和所述陽極電 極214設(shè)置于所述設(shè)置區(qū)域212，所述陰極電極213和所述陽極電極214分別電性連接所述 激光電路小片22的陰極和陽極。在本實施例中，所述激光電路小片22貼合并電性連接所 述陽極電極214，所述導(dǎo)線24電性連接所述激光電路小片22的陰極和所述陰極電極213， 其中所述導(dǎo)線24優(yōu)選是金線。所述基座21和所述光纖導(dǎo)管23可依據(jù)需求選自柯伐(KOVAR)合金(鐵鎳鈷合 金)、殷伐(INVAR)合金(鐵鎳合金)或碳化鎢(WC)合金。在本實施例中，所述基座21是 電性絕緣材質(zhì)(例如碳化鎢合金)。應(yīng)注意的是，如果所述基座21是導(dǎo)電材質(zhì)(例如 KOVAR或INVAR合金)，在所述基座21與所述陽極電極214之間須另外設(shè)置一絕緣材料，使 所述基座21與所述陽極電極214無電性連接。配合參看圖3和圖4，所述槽道211可為V形槽(圖3)或U形槽(圖4)。所述 光纖導(dǎo)管23具有兩個側(cè)鰭231，優(yōu)選地，所述側(cè)鰭231的形狀配合所述承接部215的形狀。 其中，所述基座21的所述槽道211的尺寸非常小，所述承接部215在微觀下具有弧狀的R 角，因此所述側(cè)鰭231優(yōu)選是弧狀。在其它應(yīng)用中，所述側(cè)鰭231也可為平板狀(如圖5所 示)。優(yōu)選地，于所述承接部215與所述側(cè)鰭231之間設(shè)置有結(jié)合材料26，以加強所述承接 部215與所述側(cè)鰭231間的結(jié)合。其中，所述結(jié)合材料26是錫片(軟焊)、72銀-28銅重 量百分比硬銲填料的銀-銅片(BAg-8)、銀膠或其它含金屬粒子的聚合物(polymer)材料。
所述光纖25穿設(shè)過所述光纖導(dǎo)管23，所述光纖25可為單模光纖或多模光纖，所述 光纖25具有第一端251，所述第一端251接合所述激光電路小片22。其中，所述光纖25的 所述第一端251的周緣具有研磨角θ (如圖6所示)，優(yōu)選地，所述研磨角θ的角度是20 度到30度之間。圖7顯示本發(fā)明微蝶型高功率激光二極管裝置的示意圖。配合參看圖2和圖7，在 其它應(yīng)用中，可以封裝殼件27 (例如微蝶型(Mini-Butterfly)封裝殼件)封裝所述基座 21、所述激光電路小片22、所述光纖導(dǎo)管23和所述光纖25，以成為微蝶型高功率激光二極
管裝置。 以下以微蝶型高功率激光二極管裝置為例，說明本發(fā)明微型高功率激光二極管裝 置的制作流程。首先，將所述基座21置入所述封裝殼件27中，以軟焊接合方式接合所述基 座21和所述封裝殼件27 ；將所述激光電路小片22貼合并電性連接所述陽極電極214 ；使用線結(jié)合方法(wire bonding)使所述導(dǎo)線24連接所述激光電路小片22的陰極和所述陰極 電極213，且將所述陰極電極213和所述陽極電極214連接到所述封裝殼件27的相應(yīng)電極 (導(dǎo)通到所述封裝殼件27外部的導(dǎo)腳271)；將所述光纖25置入所述光纖導(dǎo)管23中，再將 所述光纖導(dǎo)管23置入所述槽道211 ；進行所述光纖導(dǎo)管23的激光點焊(激光捶置工藝)， 以調(diào)整所述光纖25與所述激光電路小片22的耦光效率；最后，進行電阻平行滾焊工藝，縫 焊密封所述封裝殼件27，以制作完成所述微蝶型高功率激光二極管裝置。再配合參看圖3和圖4，其中，在所述光纖導(dǎo)管23的激光點焊步驟中，先將激光能 量施加于所述側(cè)鰭231，使所述側(cè)鰭231產(chǎn)生微量形變而調(diào)整其角度和位置，以使所述側(cè)鰭 231與所述槽道211槽口兩側(cè)的所述承接部215更緊 密地配合。接著，再將激光能量施加于 所述側(cè)鰭231與所述承接部215之間或直接施加于所述側(cè)鰭231，加熱熔融所述結(jié)合材料 26，以結(jié)合所述承接部215和所述側(cè)鰭231。借此，本發(fā)明可以降低常規(guī)馬鞍結(jié)構(gòu)與光纖導(dǎo) 管的熱變形和焊接殘留應(yīng)力，以及免除常規(guī)光纖軟焊的封裝工藝中添加的軟焊助熔劑，因 此可提升光纖的耦光效率和激光電路小片的壽命。圖8顯示本發(fā)明光纖研磨角度-耦光效率的示意圖。配合參看圖3、圖6和圖8，其 中，經(jīng)激光點焊步驟調(diào)整所述側(cè)鰭231的角度和位置，以及加熱熔融所述結(jié)合材料26以結(jié) 合所述承接部215和所述側(cè)鰭231后，進一步配合改變所述光纖25的研磨角度，以尋求最 佳的耦光效率。由圖8中的數(shù)據(jù)點的分布可清楚地看出，在所述研磨角θ的角度為20度 到30度之間時，本發(fā)明的微型高功率激光二極管具有最佳的耦光效率(最高約為85% )。 此結(jié)果證實了本發(fā)明的微型高功率激光二極管確實具有極佳的耦光效率。圖9顯示本發(fā)明微型高功率激光二極管模塊的示意圖。配合參看圖2和圖9，在 本實施例中，多個微型高功率激光二極管裝置2設(shè)置于承載基板3 (例如散熱基板或電路 板)上，所述微型高功率激光二極管裝置2的所述光纖25連接到聯(lián)合單元(Combiner^，通 過所述聯(lián)合單元4將所述微型高功率激光二極管裝置2所產(chǎn)生的激光匯集輸出，以達到設(shè) 定激光功率的需求。綜上所述，通過所述光纖導(dǎo)管23和所述槽道211的配合，使得所述光纖25的定位 簡單、精準，并且可以降低常規(guī)技術(shù)中熱變形和焊接殘留應(yīng)力且可免除常規(guī)光纖軟焊的封 裝工藝中添加的軟焊助熔劑，因此可提升光纖的耦光效率、產(chǎn)品良率、高功率激光輸出穩(wěn)定 性和激光電路小片的壽命。上述實施例僅為說明本發(fā)明的原理及其功效，并非限制本發(fā)明。因此所屬領(lǐng)域的 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神的情況下對上述實施例進行修改和變化。本發(fā)明的權(quán)利范 圍應(yīng)如所附權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
一種微型高功率激光二極管裝置，其包括基座，其具有槽道和設(shè)置區(qū)域，所述槽道連接所述設(shè)置區(qū)域；激光電路小片，其設(shè)置于所述設(shè)置區(qū)域；光纖導(dǎo)管，其設(shè)置于所述槽道；以及光纖，其穿設(shè)過所述光纖導(dǎo)管，其具有第一端，所述第一端接合所述激光電路小片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述基座另外包括陰極電 極和陽極電極，設(shè)置于所述設(shè)置區(qū)域，所述陰極電極和所述陽極電極分別電性連接所述激 光電路小片的陰極和陽極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型高功率激光二極管裝置，其另外包括電性連接所述激光 電路小片的陰極和所述陰極電極的多條導(dǎo)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述導(dǎo)線是金線。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型高功率激光二極管裝置，其另外包括設(shè)置于所述基座與 所述陽極電極之間的絕緣材料，其中所述基座是導(dǎo)電材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述基座是柯伐合金或殷 伐合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述基座是電性絕緣材質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述基座是碳化鎢合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述槽道是U形槽或V形槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述槽道的槽口兩側(cè)具 有承接部，所述光纖導(dǎo)管具有兩個側(cè)鰭，所述側(cè)鰭的形狀配合所述承接部的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述側(cè)鰭是平板狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述側(cè)鰭是弧狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微型高功率激光二極管裝置，其另外包括設(shè)置于所述承接 部與所述側(cè)鰭之間的結(jié)合材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述結(jié)合材料是錫片、 72銀-28銅重量百分比硬銲填料的銀-銅片或銀膠。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述結(jié)合材料是含金屬 粒子的聚合物材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述光纖是單模光纖或 多模光纖。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述光纖的所述第一端 的周緣具有一研磨角。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述研磨角的角度是20 度到30度。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型高功率激光二極管裝置，其另外包括封裝所述基座、所 述激光電路小片、所述光纖導(dǎo)管和所述光纖的封裝殼件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微型高功率激光二極管裝置，其中所述封裝殼件是微蝶型封裝殼件.
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型高功率激光二極管裝置，其包括基座、激光電路小片、光纖導(dǎo)管和光纖。所述基座具有槽道和設(shè)置區(qū)域，所述槽道連接所述設(shè)置區(qū)域。所述激光電路小片設(shè)置于所述設(shè)置區(qū)域。所述光纖導(dǎo)管設(shè)置于所述槽道。所述光纖穿設(shè)過所述光纖導(dǎo)管，其具有第一端，所述第一端接合所述激光電路小片。通過所述光纖導(dǎo)管和所述槽道的配合，所述光纖的定位簡單、精準，并且可以降低常規(guī)技術(shù)中熱變形和焊接殘留應(yīng)力且可免除常規(guī)光纖軟焊的封裝工藝中添加的軟焊助熔劑，因此可提升光纖的耦光效率、產(chǎn)品良率、高功率激光輸出穩(wěn)定性和激光電路小片的壽命。
文檔編號H01S5/00GK101820133SQ20091012600
公開日2010年9月1日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者吳春甫, 吳隆佃, 楊子青, 郭興家 申請人:財團法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心