一种QFN结构封装的激光发射装置的制作方法

一种qfn结构封装的激光发射装置
技术领域
1.本实用新型属于激光发射器技术领域，具体是一种qfn结构封装的激光发射装置。


背景技术：

2.现有的边发射半导体激光器封装结构大多采用to-can封装，具体将半导体激光芯片贴装于to管座内，并使用金线完成管脚的连接，最后封装管帽完成产品的制造，该种封装结构出光方向与管脚方向平行，为了满足部分客户要求激光器出光方向与pcb板平行，需要对to管进行机械弯折，无论是操作性还是产品一致性性，都较难得到保证；还有一种为smd封装，将半导体激光芯片与反光模块贴装于基板上，激光芯片水平出光，通过反光镜面改变芯片的出光方向，该封装结构尽管可以实现垂直出光，但也面临制造过程反光模块与ld芯片光学对准位置偏差导致的反射光出射角度不可控等问题，另外上述封装方式中使用到的封装只能实现激光朝一个方向射出，到需要激光朝其他方向射出时需要重新设计封装结构，同时生产工艺制程也会随之改变，这样会增加生产成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种qfn结构封装的激光发射装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于，包括：
6.封装支架，所述封装支架其由引线框架和包封树脂组成，且设有用于封装的导电配线区和设有光学整形器件定位放置区；激光芯片，配置在该封装支架上的导电配线区上；
7.包封构件， 配置在光学整形器件上，以及封装支架对位槽壁上；
8.光学整形器件，设置在激光芯片的侧部；
9.激光窗口玻璃，围合设置在光学整形器件的周侧面，所述封装支架形成有支撑激光窗口玻璃的封装对位槽。
10.作为本实用新型的一种优选方案，所述光学整形器件包括光学透镜、光学棱镜、光纤棒及光纤支架，所述封装支架内设有容纳光学整形器件的定位放置区。所述光学整形器件定位放置区设置在激光输出水平窗口与激光芯片之间，具体的，所述光学整形器件为光学透镜、光学棱镜、光纤棒及光纤支架。具体的，所述光学整形器件定位放置区一侧设有相通的热沉固晶区，所述光学整形器件定位放置区另一侧设有激光输出水平窗口，所述激光输出水平窗口与热沉固晶区对应；所述激光输出水平窗口的垂直面设置有激光输出垂直窗口，所述激光窗口玻璃覆盖在所述激光输出水平窗口和激光输出垂直窗口上。
11.优选的，所述封装支架包括引线框架和包封树脂组成；，所述包封树脂一端包覆有引线框架，另一端形成有台阶的封装对位槽，用于安装激光窗口玻璃。
12.优选的，所述引线框架包括基板，所述基板一端面形成有热沉区和至少一个导电配线区，所述基板另一端面对应热沉区的位置形成有外电极引线区一，以及对应导电配线
区设有外电极引线区二。优选的，所述光学整形器件定位放置区的容纳尺寸大于光学整形器件的轮廓尺寸，所述光学整形器件定位放置区内向边位设有标记线b，所述标记线b与激光芯片之间设有间隔距离且满足光学整形器件与激光芯片出光面的光学要求。优选的，所述激光芯片的载置区域之下具有热传导性构件。形成于激光芯片的电极与封装支架内的导电配线区连接。进一步的技术方案，所述激光窗口玻璃上设有遮涂层。
13.本实用新型的有益效果：
14.本实用新型利用所述封装支架，通过更换不同的光学整形器件能够实现多种不同激光输出方式的装置，例如水平输出、垂直输出，以及光纤棒整形输出，使得激光应用可以实现模块化、轻量化、极大的简化激光应用制程工艺，节约生产成本。
15.本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
16.图1为本实用新型激光发射装置的封装支架立体图。
17.图2为本实用新型激光发射装置的封装支架内引线框架正视图。
18.图3为本实用新型激光发射装置的封装支架的正视图。
19.图4为图3的后视图。
20.图5为图3的左视示意图。
21.图6为图3中的y-y剖视图。
22.图7为图3中的x-x剖视图。
23.图8为本实用新型激光发射装置实施案例一立体视图。
24.图9为本实用新型激光发射装置实施案例一的正视图。
25.图10为图9中的y1-y1剖视图。
26.图11为本实用新型激光发射装置实施案例二立体视图。
27.图12为本实用新型激光发射装置实施案例二的正视图。
28.图13为图12中的y2-y2剖视图。
29.图14为本实用新型激光发射装置实施案例三立体视图。
30.图15为图14的横向剖视图。
31.图16本实用新型激光发射装置安装保护元件位置图示。
32.图17为图8爆炸结构示意图。
33.图18为图11爆炸结构示意图。
34.图19为图14爆炸结构示意图。
35.图20为本实用新型激光发射装置实施案例一出射光路示意图。
36.图21为本实用新型激光发射装置实施案例二出射光路示意图。
37.图22为本实用新型激光发射装置实施案例三出射光路示意图。
38.图23为本实用新型激光发射装置上下电极结构激光芯片示意图。
39.附图标记：
40.1、封装支架；2、引线框架；2a、导电配线区一；2b、导电配线区二；3、包封树脂；4、激光芯片热沉固晶区；5、激光芯片电极引线区；5a、外电极引线区一；6、激光芯片电极引线区；6a、外电极引线区二；7、光学整形器件定位放置区；8、激光输出水平窗口；9、激光输出垂直
窗口；10、光学整形器件定位蚀刻区；11、标记线a；12、标记线b；13、第一包封构件；14、光学整形器件；14a、光学透镜；14b、激光窗口玻璃；14c、光学棱镜；14e、遮涂层；14f、光纤棒；15、第二包封构件；16、激光芯片；16a、固晶焊料；17、导电配线区一引线；18、导电配线区二引线； 19、光纤支架；20、保护元件； 21、出射光一；22、出射光二；23、出射光三；24、上下电极结构激光芯片。
实施方式
41.以下一边参照附图，一边说明用于实施本实用新型的最佳的方式。但是以下所示的方式，例示的是用于使本实用新型的技术思想具体化的激光发射装置，本实用新型并非是将激光发射装置进行以下限定的内容。
42.另外，本说明书没有将权利要求的范围所示的构件特定为实施方式的构件。实施方式所述的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等,除非是特别特定的记述，否则均没有将本实用新型的要求的范围仅限于此的意思，只不过是例示。还有，各附图所示的构件的大小和位置关系等，为了使说明明确而有所夸张。此外在以下的说明中，同一名称、符号表示同一或同质的构件，适宜省略详细的说明。此外，构成本实用新型的激光发射装置的各要素，也可以是多个要素由同一构件构成、由一个构件兼用为多个要素的形态，反之也能够由多个构件分担一个构件的功能而加以实现。
43.以下,对于本实用新型的激光发射装置的一个方式进行详述。
44.qfn封装由于芯片体积小、重量轻、散热性好、电性能好、可靠性好、性价比高等优势而在芯片市场上备受欢迎。qfn封装是一种引脚接触面为一整个水平平面的封装。如图1-7，一种qfn结构封装的激光发射装置，包括：
45.封装支架，所述封装支架其由引线框架和包封树脂组成，且设有用于封装的导电配线区和设有光学整形器件定位放置区；
46.激光芯片，配置在该封装支架上的导电配线区上；
47.包封构件，配置在光学整形器件上，以及封装支架对位槽壁上；
48.光学整形器件，设置在激光芯片的侧部；
49.激光窗口玻璃，围合设置在光学整形器件的周侧面，所述封装支架形成有支撑激光窗口玻璃的封装对位槽。
50.封装支架只要是用于制造这种激光发射装置一般所使用的形态即可,没有特别限定，但至少含有激光芯片热沉固晶区、正负两个导电配线区、光学整形器件定位放置区。
51.包封树脂3，是具有耐热性和适度强度的绝缘体，由热固性树脂材料构成；作为这样的材料,例如可列举 bt 树脂、玻璃纤维环氧树脂、环氧系树脂等。
52.所述光学整形器件包括光学透镜14a、光学棱镜14c、光纤棒14f及光纤支架19，所述封装支架1内设有容纳光学整形器件的定位放置区7，所述光学整形器件14设置在激光输出水平窗口8与激光芯片16之间，所述光纤棒14f穿设于光纤支架19内且其接收端从光纤支架19伸出朝向激光芯片16的出光面。所述光学整形器件定位放置区一侧设有相通的热沉固晶区，所述光学整形器件定位放置区另一侧设有激光输出水平窗口，所述激光输出水平窗口与热沉固晶区对应；所述激光输出水平窗口的垂直面设置有激光输出垂直窗口，所述激光窗口玻璃14b覆盖在所述激光输出水平窗口与激光输出垂直窗口上。所述光学整形器件
为光学透镜14a或光学棱镜14c。
53.封装支架1，其由引线框架2和包封树脂3组成，且生成正负两个导电配线区，导电配线区一2a、导电配线区二2b。所述包封树脂3一端面固设引线框架,另一端明设有台阶，用于安装透明盖板。导电配线区一在封装支架内侧形成激光芯片热沉固晶区4及激光芯片电极引线区5，导电配线区一2a在封装支架1外侧形成外电极引线区一5a。导电配线区二2b在封装支架1内侧形成激光芯片电极引线区6，导电配线区二2b在封装支架外侧形成外电极引线区二6a。所述封装支架1内设置有光学整形器件定位放置区7、激光输出水平窗口8、激光输出垂直窗口9。
54.导电配线区一、导电配线区二作为在具有激光芯片载置部封装的面上，与激光芯片的正负各电极连接发挥功能作用。
55.引线框架2通常由以 ni、au、cu、ag、mo、w 等为主要成分的金属或合金等形成。采用该领域中公知的方法例如,引线框架能够通过如下方式形成，即在金属或合金基板表面,,通过光刻印刷、蚀刻、电镀等或将其加以组合而形成。优选使用高导热率的材料，例如cu、ag、ni、au等。所述引线框架生成的导电配线区在所述封装支架的背面形成外电极引线区。由此,能够通过背面的导电配线区作为外部端子,实现对贴装基板和电路基板的电连接和热传递。
56.所述光学整形器件定位放置区7的容纳尺寸大于光学整形器件的轮廓尺寸，所述激光芯片16的出光面与光学整形器件14之间间隔有空隙距离。具体的,可列举如下:由与包封树脂等同样的材料所形成的凹形沟槽边构成为标记线b12;由与导电配线区同平面的和不同样的材料所形成的标记线a11。
57.标记线a11和标记线b12满足激光芯片16出光面与光学整形器件14的对应光学位置要求。
58.封装支架其形状和大小没有特别限定,但考虑到例如上述的引线框架2其热传导性构件的埋设包覆、和激光发射装置贴装在电路基板后的热循环的可靠性等；另外,例如考虑到上述的热传导性构件的埋设包覆、与热传导性构件的绝缘性等,适宜为0.075 mm 以上的厚度,优选为 0.125mm厚度 以上,适宜为 1mm 以下的厚度,优选为0.5mm以下。
59.激光芯片另外, 在本实用新型的激光发射装置中，激光芯片16,同面具有一对正负电极或者可以使用上下电极结构激光芯片24。
60.激光芯片16载置于封装支架的导电配线区上。例如,使用 au-sn共晶等的固晶焊料16a、低熔点金属等的钎料、银、金等的导电性浆料和金、银、铜线材等,能够在封装支架的规定区域对于激光芯片进行芯片固晶焊接。
61.另外,形成于激光芯片的电极与封装支架的导电配线区连接。同一面侧具有正和负电极的激光芯片的正电极和封装的正电极、激光芯片的负电极和封装的负电极连接。采用该领域中公知的方法引线17、引线18键合，常用的金线引线键合方式为热压键合。
62.在本实用新型的激光发射装置中,通常由激光芯片、光学整形器件，包封构件，封装支架一起组装成密封腔室，腔室不被暴露在外气环境中的方式进行封装。
63.请结合参照图8～22； 本实用新型所述的一种激光发射装置，使用所述封装支架，通过更换光学整形器件具有多种组合方式，能够实现不同激光输出方式的装置，当然封装支架最终需要配合激光光源和光学整形器件等部件一同使用，下面将结合上述部件进行说
明；
64.具体包括封装支架1，以及盖设在封装支架1上端面的激光窗口玻璃14b，封装支架1内设有光学整形器件定位放置区7，光学整形器件定位放置区7一侧设有相通的激光芯片热沉固晶区4，光学整形器件定位放置区7另一侧设有激光输出水平窗口8，激光输出水平窗口8与激光芯片热沉固晶区4对应；激光窗口玻璃14b将激光芯片热沉固晶区4和光学整形器件定位放置区7全覆盖，使用时，激光芯片16固设在激光芯片热沉固晶区4处，使激光芯片16的发射端与激光输出水平窗口8对应；而位于光学整形器件定位放置区7内根据实际情况选择不同的光学整形器件14。
实施例
65.参照图8、图9、图10、图17以及图20，当需要水平发射时，光学整形器件14为光学透镜14a，此处光学透镜14a优选圆柱体透镜，光学透镜14a的其中一个凸面与激光输出水平窗口8对应，另一个凸面与激光芯片16发射端对应，激光芯片16发射激光光束照射到光学透镜14a的其中一个凸面后，通过聚焦使激光光束从另一个凸面射出，最终从激光输出水平窗口13射出出射光一21，此为激光的水平发射。由于光学透镜14a的特性，激光光束通过所述圆柱体透镜改变了激光光束形状，实现了对激光光束的整形。
66.进一步地，激光输出水平窗口8的面积尺寸大于激光芯片16发出的光斑面积尺寸，在此状态下激光窗口玻璃14b可以采用陶瓷及金属材料等替换。
67.另外，光学整形器件定位放置区7内，以及封装支架1与激光窗口玻璃14b之间设有第一包封构件13和第二包封构件15，通过第一包封构件13可以将光学透镜14a固定在光学整形器件定位放置区7内，以及通过第二包封构件15将封装支架1与激光窗口玻璃14b固定密封，包封构件13和包封构件15可以使用双面胶或使用uv树脂类粘合胶涂覆方式生成。
实施例
68.参照图11、图12、图13、图18及 图21，当需要垂直发出激光时，光学整形器件14为光学棱镜14c，更具体的可以是三角棱镜，激光芯片16的发射端朝向光学棱镜14c的方向，光学棱镜14c接收到激光芯片16发出的激光光束后，会对激光光束进行90
°
折射，使从光学棱镜14c发出的激光光束与激光芯片16发出的激光光束呈90
°
，从光学棱镜14c发出的激光光束从激光输出垂直窗口9穿过，最终会穿过激光窗口玻璃14b向外发射，发出出射光二22。
69.进一步地，该激光窗口玻璃14b可以预留出与激光芯片16对应的透明位置，其余部分可以涂层遮蔽，从而使激光窗口玻璃14b形成窗口的形状，形成窗口形状的尺寸面积大于激光光束面积尺寸。
实施例
70.参照图14、图15、图19及图22；当需光纤棒整形输出时，所述激光芯片16的出光面与光学整形器件14之间间隔有空隙距离，所述光学整形器件14为光纤棒14f,此时光纤棒14f穿设在光纤支架19上，其中光纤棒14f的输入端与激光芯片16发射端对应并满足光学耦合条件，另一端从激光输出水平窗口8对应穿出，激光芯片16所发出的激光光束能够进入到光纤棒14f的输入端，并最终从光纤棒14f的输出端获得光束整形后的射出出射光三23。基
于上述实施例，利用所述封装支架通过更换不同的光学整形器件实现多种不同激光输出方式的装置，例如水平射出、垂直射出，以及光纤棒整形输出，使得激光应用可以实现模块化、轻量化、极大的简化激光应用制程工艺，节约生产成本。
71.本实用新型实施例中，光学整形器件定位放置区7呈漏斗状，光学整形器件定位放置区7被覆在引线框架光学整形器件定位蚀刻区10之上，靠近激光输出水平窗口8一侧设有斜坡，光学整形器件定位放置区7要略大于光学整形器件14的大小，在进行安装时，选定光学整形器件14的类型之后将其放入光学整形器件定位放置区7中，此时光学整形器件14可以在光学整形器件定位放置区7中进行位置微调，以及利用斜坡调整光学整形器件14的安装角，使光学整形器件14能够更好地与激光芯片16出光面对准和定心，简化光学整形器件的调试难度，以便最大化利用激光光能，调整好位置后使用点胶进行固定。
72.进一步地，光学整形器件定位放置区7底部下陷，低于激光芯片热沉固晶区4的表面高度，另外光学整形器件定位放置区7宽度大于光学整形器件14的宽度，以及光学整形器件定位放置区7长度大于光学整形器件14的长度。
73.激光芯片热沉固晶区4的位置设有热传导构件，热传导构件可以使激光芯片16的散热效果更好，提高激光器件的可靠性，另外热传导构件以激光芯片热沉固晶区4对应的位置向周边逐渐扩大。
74.进一步地，引线框架2优选以埋设在包封树脂3的内部的方式配置。在此,所谓埋设,是指热传导性构件的整体四周大体上完全被包封树脂3被覆的状态。可以充分确保热传导性构件的散热性,并且能够实现绝缘性。 作为热传导性构件,优选具有200w/(m
·
k)左右以上的热传导率。例如能够由cu、ag、ni、au等形成,或者对其表面实施ni、au、ag的金属镀膜等而形成。热传导性构件的形状没有特别限定,但优选具有从激光芯片的正下方朝向封装的背面而扩大的形状，即具有平面形状变大这样的形状。由此能够提高散热性。在封装上,也可以进一步,具有由与导电配线区同样的材料或不同的材料形成的标记线。但是,该封装支架上激光芯片的出光面与标记线在同一水平线上。作为这样的标记线,可列举如下:由与包封树脂3等同样的材料所形成的凹形沟槽边构成为标记线a；由与导电配线区同平面的和不同样的材料所形成的对准标记线b。标记线a和标记线b满足激光芯片的出光面与光学元件相对位置要求。封装支架其形状和大小没有特别限定,但考虑到例如上述的热传导性构件的埋设被覆、和激光发射装置贴装在配线基板后的热循环的可靠性等。
75.另外,参考图16，在本实用新型的激光发射装置中,也可以搭载保护元件20。保护元件可以是1个,也可以是多个。作为一种实施方式，也可以在封装的内部形成保护元件，以使之不会遮住来自激光芯片的光。
76.保护元件没有特别限定,可以是激光发射装置所搭载的公知的任意一种。例如可列举针对过热、过电压、过电流等的保护电路用的元件(例如静电保护元件)等。具体来说能够利用齐纳二极管和传感器。
77.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制
所涉及的权利要求。
78.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于，包括：封装支架，所述封装支架其由引线框架和包封树脂组成，且设有用于封装的导电配线区和设有光学整形器件定位放置区；激光芯片，配置在该封装支架上的导电配线区上；包封构件，配置在光学整形器件上，以及封装支架对位槽壁上；光学整形器件，设置在激光芯片的侧部；激光窗口玻璃，围合设置在光学整形器件的周侧面，所述封装支架形成有支撑激光窗口玻璃的封装对位槽。2.根据权利要求1所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述光学整形器件容纳于所述封装支架光学整形器件定位放置区。3.根据权利要求2所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述光学整形器件定位放置区一侧设有相通的热沉固晶区，所述光学整形器件定位放置区另一侧设有激光输出水平窗口，所述激光输出水平窗口与热沉固晶区对应；所述激光输出水平窗口的垂直面设置有激光输出垂直窗口，所述激光窗口玻璃覆盖在所述激光输出水平窗口和激光输出垂直窗口上。4.根据权利要求2或3所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述光学整形器件为光学透镜、光学棱镜、光纤棒及光纤支架。5.根据权利要求1所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述封装支架包括引线框架和包封树脂组成；所述包封树脂一端包覆有引线框架，另一端形成有台阶的封装对位槽，用于安装激光窗口玻璃。6.根据权利要求1所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述光学整形器件定位放置区的容纳尺寸大于光学整形器件的轮廓尺寸，所述光学整形器件定位放置区内向边位设有标记线b，所述标记线b与激光芯片之间设有间隔距离且满足光学整形器件与激光芯片出光面的对应光学位置要求。7.根据权利要求1-3任一项所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述激光芯片的载置区域之下具有热传导性构件，形成于激光芯片的电极与封装支架内的导电配线区连接。8.根据权利要求1所述的一种qfn结构封装的激光发射装置，其特征在于：所述激光窗口玻璃上设有遮涂层。

技术总结
本实用新型公开了一种QFN结构封装的激光发射装置，包括：封装支架，所述封装支架其由引线框架和包封树脂组成，且设有用于封装的导电配线区；激光芯片，配置在该封装支架上的导电配线区上；包封构件，配置在光学整形器件上，以及封装支架对位槽壁上；激光窗口玻璃，围合设置在光学整形器件的周侧面，所述封装支架形成有支撑激光窗口玻璃的封装对位槽。利用所述封装支架通过更换不同的光学整形器件实现多种不同激光输出方式的装置，例如水平射出、垂直射出，以及光纤棒整形输出，使得激光应用可以实现模块化、轻量化、极大的简化激光应用制程工艺，节约生产成本。节约生产成本。节约生产成本。


技术研发人员：刘庆京 孔一平 陈钱
受保护的技术使用者：深圳市智讯达光电科技有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/16