[发明专利]一种VCSEL激光器件及其制作方法

说明书

一种VCSEL激光器件及其制备方法，该激光器件包括基板，还包括上、下表面均为自由曲面的折射式光学中空透镜，其底部直接粘固于基板上。本发明的制备方法采用预制成阵列的光学透镜，将其直接固置于基板上，再将其切割成单个独立功能的单个VCSEL激光器件。不同于现有技术用事先预切割的带有支撑台的基板，将工程扩束器固定在支撑台上，后分离成单个器件，其产品成本昂贵，出光效率较低，而本发明中透镜除了光学作用外还与基板直接粘接保护芯片和导线等，使用这种折射式的光学透镜的VCSEL器件，透光效率高，生产工艺简单，极大提高了生产效率，有效减少了器件封装体积，也降低了封装成本，提升了产品出光效率和器件质量。

技术领域

本发明涉及半导体封装和模组封装技术，具体涉及一种带有光学透镜的VCSEL激光器件及其制备方法。

背景技术

目前，VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)芯片采用工程扩束器(Diffuser，这里’Diffuser’是专业名词)进行扩束，该工程扩束器1001是在平板石英玻璃1004的表面粘接一高分子层1005，利用微折射技术(包含折射和衍射)进行光线扩散，且该工程扩束器1001放置在与基板1002相连的支架(Holder)1003上，如图1所示。因平板玻璃全反射较多，再加上高分子层微结构会造成光损失，工程扩束器1001设置于支架1003上，与Holder粘接面积小，采用UV胶粘接，极容易掉落。实际测试中，VCSEL芯片经工程扩束器扩束后的光学损失较大，所以出光效率比较低。而且高分子层容易高温熔融及脱落或者胶水浸润及污染物填充导致的失效或者工程扩束器直接掉落，极强能量的激光光束直接照射出去，使用时存在人眼安全隐患。现有技术的制备方法也同时存在工序多而复杂，生产效率低、成本高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种VCSEL激光器件及其制备方法，可以克服现有技术存在的光损失较大、出光效率较低以及扩束器掉落的缺陷，具有整个封装系统简单稳定、应用时更安全、整个光学系统光透过率高、光损小以及制造工序简化成本降低的优点。

本发明上述技术问题这样解决，构造一种VCSEL激光器件，包括绑定有至少一颗VCSEL芯片和半导体元器件的基板，用于将VCSEL芯片、半导体元器件与所述基板电连接的金导线，还包括直接固置于所述基板上的光学透镜，所述光学透镜包含上下两个光学界面，且两个光学界面面型为自由曲面；所述光学透镜底部设有一容纳VCSEL芯片和半导体元器件以及导线的空腔，空腔外侧设有一防止粘接介质溢到VCSEL芯片的台阶，所述光学透镜外侧有部分截面与单个功能VCSEL器件基板的切面平行，所述光学透镜底部设置有直接与基板粘接固定的粘接面。

在本发明上述VCSEL激光器件中，所述光学透镜下部的第一光学界面至少在一个轴向上是向内的凹面，用于将VCSEL芯片发出的光折射到预设角度，所述光学透镜上部的第二光学界面用于对发光和照射光斑进行优化整形。

在本发明上述VCSEL激光器件中，所述光学透镜的光轴与VCSEL芯片的光轴平行，所述VCSEL芯片在所述光学透镜底部第一光学界面下方一定距离处。

在本发明上述VCSEL激光器件中，所述光学透镜采用折射率n＞1.4，且透光率＞80％的透光材质模压或注塑成型，所述透光材质为硅胶、树脂、或模造玻璃中的一种。

在本发明上述VCSEL激光器件中，所述基板为采用固焊功能区域有多导通孔的陶瓷或者塑胶支架，或者采用热固成型的QFN金属引线支架中的一种，所述基板表面外侧四周设置有防溢的台阶，用于平衡粘接介质表面的应力，所述导线4直径为0.8-1.5mil，多导线并联，用于降低键合线的整体电阻值，进而减少整个VCSEL电路的压降。

在本发明上述VCSEL激光器件中，所述半导体元器件至少包括以下之一：带控制功能的IC元器件、对光敏感的光敏元器件、对温度敏感的热敏电阻。