CN1326298C - 一种提高半导体激光器成品率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高半导体激光器成品率的方法，涉及一种对半导体激光器封装工艺的改进。本发明是将已经完成其它封装工序但还未封盖的激光器组件放入一个导热性能良好的密封容器中进行高低温循环，待残余应力释放完全后，对光功率发生变化的组件采用激光敲打等技术对耦合焊接的支架进行细微的调整，使其光功率恢复到高低温循环之前的水平，并且再次经过高低温循环，功率无变化后才将激光器组件进行封盖、老化筛选、测试、包装，最后得到一种高可靠性、高成品率的半导体激光器。本发明将激光器组件在封装过程的带来的应力进一步释放完全，提高器件的可靠性与成品率；同时避免材料与工时的浪费，有利于节省成本。

Description

一种提高半导体激光器成品率的方法

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域中一种提高半导体激光器成品率的方法，具体地说，涉及一种对半导体激光器封装工艺的改进，特别是对大功率带尾纤半导体激光器封装工艺的改进。

背景技术

低成本、高可靠性是光通信技术发展对半导体激光器提出的基本要求，在保证可靠性的基础上提高激光器的成品率是降低生产成本的有效途径，因此，如何提高激光器的可靠性和成品率就尤为重要。

影响激光器可靠性和成品率的因素比较多，综合起来有下面两种：

1、在激光器的封装工艺中，由于各种元件材料的物理参数不匹配，使得激光器内部各材料衔接处存在应力，这些应力在以后缓慢的释放过程中就带来了位移，从而导致了激光器耦合效率发生变化，当这一变化超过某一容许值时，激光器就失效了。

传统的激光器封装工艺是采用高温烘烤的方法来释放应力，在激光器组件封盖完成后再做高低温循环筛选。每次循环之后，总有大于10％的激光器组件功率发生了较为明显的变化。对于这些激光器，多数经过开盖位移校正等返工处理后功率稳定性可以达到合格品的要求；但是器件的一次性成品率得不到提高。即使对不合格的器件再进行开盖后调整至合格，其后果是延长器件的生产周期，增加生产成本，并且还会带来诸如再次封盖后气密性不好等新的质量隐患。也有的激光器组件根本就没有经过高低温循环这一步淘汰工序就出厂了，表面上看成品率还比较高，但这些激光器由于内部应力没有得到完全释放，工作一段时间后有的激光器各元件连接处发生了位移，从而导致激光器的出纤功率降低，可靠性无法得到有效保证，给器件制造商和系统制造商都将带来了巨大的损失。

2、激光器芯片本身固有的缺陷导致了激光器可靠性不高，比如外延片在材料生长过程中或者外延片的后工艺制作中产生了缺陷或激光器的某些损伤区。当这些缺陷或某些损伤区传播到有源区时，器件就会快速退化。对于大功率的激光器，在激光器的端面发生光的吸收时还会产生电子空穴对，并在端面产生非辐射复合，从而使端面的温度提高，温度升高又会使带隙收缩，从而使光吸收又进一步增大，温度进一步升高，当温度最终达到材料的熔点时，就产生了端面处的突然烧毁即发生光学灾变损伤(COD)。对于这一种影响可靠性的因素，在激光器的封装过程中是无法回避的；但可以通过工艺的改进，用最小的代价及时找出并淘汰这些有问题的管芯也有利于降低半导体激光器的生产成本。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的上述问题，提供一种提高半导体激光器成品率的方法。

为了实现上述目的，在封装工艺过程中，将已经完成其它封装工序但还未封盖的激光器组件放入一个导热性能良好的密封容器中进行高低温循环，待残余应力释放完全后，对光功率发生变化的组件采用激光敲打等技术(激光敲打是通过激光的能量打在固定金属化光纤的支架上，对由于应力的释放带来的位移进行校正)对耦合焊接的支架进行细微的调整，使其光功率恢复到高低温循环之前的水平，并且再次经过高低温循环，功率无变化后才将激光器组件进行封盖、老化筛选、测试、包装，最后得到一种高可靠性、高成品率的半导体激光器。

如图1，本发明依次有下列步骤：

将组件放入罐体中A，将罐体放入密封箱内B，给密封箱充干燥气体C，将密封罐锁定D，将密封罐放入高低温循环箱中E，高低温循环F，取出密封罐G，对合格组件进行封盖、老化筛选、综测、包装H；

对不合格组件激光敲打进行位移校准I，高低温循环F，取出密封罐G，对合格组件进行封盖、老化筛选、综测、包装H。

具体地说，

①将组件放入罐体中A将完成了组装、耦合焊接、烘烤等工序之后的激光器组件平放在罐体1.1中；

②将罐体放入密封箱内B将罐体1.1放入一个大的密封箱内；通常可以放在安放封盖机的密封箱内；

③给密封箱充干燥气体C  给密封箱内充放干燥的气体，通气时间为25-35分钟；

④将密封罐锁定D  待密封箱内的氧气含量为18-22％，水蒸气含量为4800-5200ppm时，将装有激光器组件的罐体1.1盖上罐盖1.2，罐盖1.2与罐体1.1的相连处嵌有密封圈1.3，通过螺钉锁定，从而组成密封罐；

⑤将密封罐放入高低温循环箱中E  从密封箱中取出密封罐，然后将密封罐放入高低温循环箱中；

⑥高低温循环F  开启高低温循环箱，设定循环的温度范围：-40-85℃，设定每一个循环周期的时间为1.5-2.5小时；

⑦取出密封罐G  完成18-22个如步骤⑥所述的高低温循环后，待高低温循环箱中温度为22-28℃时，从高低温循环箱中取出密封罐；

⑧封盖、老化筛选、综测、包装H  打开密封罐，取出激光器组件并测试其功率，对于高低温循环前后功率变化不超过15％的组件，就可以进行封盖、老化筛选、综测、包装；

⑨激光敲打进行位移校准I  对于不合格组件，即高低温循环前后功率变化超过15％的组件，采用激光敲打技术对耦合焊接的支架进行细微的调整，使其光功率恢复到高低温循环之前的水平，再次经过上述步骤⑥⑦⑧予以挑选。

最后得到的是一批高可靠性的半导体激光器。

本发明具有以下优点和积极效果：

①将激光器组件在封装过程的带来的应力进一步释放完全，提高器件的可靠性与成品率；

②由于激光器在整个温度循环过程中，受到密封的干燥空气保护，起到封盖的效果，管芯上不会有水汽的凝结，对芯片没有污染产生，这对于维护激光器的寿命十分必要；

③同时对于那些有缺陷而不合格的激光器组件，也能够早期有效地淘汰，避免材料与工时的浪费，有利于节省成本。

附图说明

图1-本发明步骤方框图；

图2-密封罐结构示意图。

其中：

A-将组件放入罐体中；

B-将罐体放入密封箱内；

C-给密封箱充干燥气体；

D-将密封罐锁定；

E-将密封罐放入高低温循环箱中；

F-高低温循环；

G-取出密封罐；

H-封盖、老化筛选、综测、包装；

I-激光敲打进行位移校准；

1-密封罐，包括：

1.1-罐体，1.2-罐盖，1.3-密封圈。

具体实施方式

1、有关步骤的最佳状态

步骤③给密封箱充干燥气体C，通气时间为30分钟。

步骤④将密封罐锁定D，密封箱内的氧气含量为20％，水蒸气含量为5000ppm。

步骤⑥高低温循环F，每一个循环周期设定时间为2小时。

步骤⑦取出密封罐G，完成20个如步骤⑥所述的高低温循环后，待循环箱中温度为25℃时，从循环箱中取出密封罐。

2、密封罐的结构

如图1，密封罐由罐体1.1、罐盖1.2、密封圈1.3组成；在罐体1.1和罐盖1.2之间有密封圈1.3，通过螺钉固定。

所述的罐体1.1，其结构是一种有边沿的金属容器，边沿上均布有供连接用的小孔；

所述的罐盖1.2，其结构是一种与罐体1.1大小适配的金属盖，边沿上设置有与罐体1.1同样的小孔；

所述的密封圈1.3，其结构是一种与罐体1.1大小适配的圆形橡胶圈；其材料为一种耐高低温循环的丁基橡胶。

Claims (7)

1、一种提高半导体激光器成品率的方法，其特征在于有下列步骤：

①将组件放入罐体中(A)将完成了组装、耦合焊接、烘烤等工序之后的激光器组件平放在罐体(1.1)中；

②将罐体放入密封箱内(B)将罐体(1.1)放入一个大的密封箱内；

③给密封箱充干燥气体(C)给密封箱内充放干燥的气体，通气时间为25-35分钟；

④将密封罐锁定(D)待密封箱内的氧气含量为18-22％，水蒸气含量为4800-5200ppm时，将装有激光器组件的罐体(1.1)盖上罐盖(1.2)，罐盖(1.2)与罐体(1.1)的相连处嵌有密封圈(1.3)，通过螺钉锁定，从而组成密封罐；

⑤将密封罐放入高低温循环箱中(E)从密封箱中取出密封罐，然后将密封罐放入高低温循环箱中；

⑥高低温循环(F)开启高低温循环箱，设定循环的温度范围：-40-85℃，设定每一个循环周期的时间为1.5-2.5小时；

⑦取出密封罐(G)完成18-22个如步骤⑥高低温循环(F)后，待高低温循环箱中温度为22-28℃时，从高低温循环箱中取出密封罐；

⑧封盖、老化筛选、综测、包装(H)打开密封罐，取出激光器组件并测试其功率，对于高低温循环前后功率变化不超过15％的组件，就可以进行封盖、老化筛选、综测、包装；

⑨激光敲打进行位移校准(I)对于不合格组件，即高低温循环前后功率变化超过15％的组件，采用激光敲打技术对耦合焊接的支架进行细微的调整，使其光功率恢复到高低温循环之前的水平，再次经过上述步骤⑥⑦⑧予以挑选。

2、按权利要求1所述的一种提高半导体激光器成品率的方法，其特征在于：

步骤③给密封箱充干燥气体(C)，通气时间为30分钟。

3、按权利要求1所述的一种提高半导体激光器成品率的方法，其特征在于：

步骤④将密封罐锁定(D)，密封箱内的氧气含量为20％，水蒸气含量为5000ppm。

4、按权利要求1所述的一种提高半导体激光器成品率的方法，其特征在于：

步骤⑥高低温循环(F)，每一个循环周期设定时间为2小时。

5、按权利要求1所述的一种提高半导体激光器成品率的方法，其特征在于：

步骤⑦取出密封罐(G)，完成20个如步骤⑥所述的高低温循环后，待循环箱中温度为25℃时，从循环箱中取出密封罐。

6、按权利要求1所述的一种提高半导体激光器成品率的方法，其特征在于：

密封罐由罐体(1.1)、罐盖(1.2)、密封圈(1.3)组成；在罐体(1.1)和罐盖(1.2)之间有密封圈(1.3)，通过螺钉固定；

所述的罐体(1.1)，其结构是一种有边沿的金属容器，边沿上均布有供连接用的小孔；

所述的罐盖(1.2)，其结构是一种与罐体(1.1)大小适配的金属盖，边沿上设置有与罐体(1.1)同样的小孔；

所述的密封圈(1.3)，其结构是一种与罐体(1.1)大小适配的圆形橡胶圈。

7、按权利要求6所述的一种密封圈(1.3)，其特征在于：

其材料为一种耐高低温循环的丁基橡胶。

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