一种光纤耦合半导体激光器的封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体激光器的技术领域，具体地说是一种光纤耦合半导体激光器的封装结构。
【背景技术】
[0002]最近几年来，高功率半导体激光器越来越多地为许多应用而生产，如直接的材料处理、光纤激光和放大器栗浦、自由空间光通讯、印刷和医疗等。这些首要归功于激光器结构设计、半导体材料和可靠的封装技术的发展。特别是，半导体激光器的封装使得激光器件能获得高墙插效率，提高稳定性能并节省使用者的使用成本。尽管最近几年来获得的种种进展，但封装、测试及可靠性等依然占据光纤耦合输出的半导体激光器的大量成本。
[0003]半导体激光器的封装是指通过电连接、光耦合、温控、机械固定及密封等措施使半导体激光器成为具有一定功能且性能稳定的组件装配过程。
[0004]通常激光器芯片需要在氮气保护环境下工作，因此无论哪种封装形式都必须考虑气密性。对于某些特殊用途的模块，其封装管壳结构不规则，外形尺寸比较大，且模块内部往往有其他的功能的芯片和电路。
[0005]目前，半导体激光器的封盖方法大多采用平行封焊或应用高强度的密封胶封装。以上两种封盖方法，均在半导体激光器的封装中广泛应用。其中，平行封焊具有封装速度快，可靠性高等优点。但是由于平行封焊对焊接材料的可焊性，焊接平面的平整度和洁净度均有较为严格的要求。同时封焊设备昂贵，不能进行大面积封焊，焊接中需要工装夹具对被焊接工件进行固定和不能对异形结构进行封焊等因素，限制了平行封焊在半导体激光器封装领域更为广泛的应用。另一种应用高强度密封胶的封装方法，可以有效克服平行封焊的诸多缺点。对被密封界面两边的材料没有太多的局限性，对密封的平面的平整度没有过分要求，可以封装异形结构和大尺寸封装，同时不需要复杂的封装设备和封装夹具。但此方法对封胶工艺，有着较为严格的要求。由于胶水在固化过程中，具有流动性，固化过程中的温度和密封体内外部的气压差会导致密封胶在密封界面处的流动，造成密封胶在固化过程中脱离密封界面，影响封装后的半导体激光器的气密性。
[0006]大功率半导体激光器具有高效率、高输出功率、体积小和高可靠性等优点，广泛应用于栗浦固体激光器、直接材料加工、打印等领域。器件的工作寿命是直接影响其应用的一个关键因素，有多种退化机制与其相关，按退化方式可分为缓慢退化、快速退化和突然失效等；按退化原因则分为由腔面沾污、器件损伤、电极退化、材料缺陷、焊料不浸润、装配应力和腔面C0D等引起的退化。
[0007]激光器的腔面在解理后暴露于空气中，容易受到沾污、潮解和氧化形成表面态，在前腔面极高的光功率密度和电流密度下，这些表面态作为光吸收和非辐射复合中心，使腔面温度升高，器件的退化速率加快，甚至发生C0D导致器件突然失效。为解决腔面问题，可采取的途径是减少光和载流子在腔面的分布、减少腔面附近光的吸收，如采用大光腔结构、透明窗口结构、电流非注入窗口结构等。减少表面态，去除光吸收和非辐射复合中心，如真空解理和腔面离子铣、钝化技术。除了在激光器芯片的自身结构上做改进之外，在半导体激光器封装的过程中，为了给半导体激光器芯片一个稳定的工作环境，需要一个洁净、干燥和拥有保护气体的密闭空间。激光器的密闭壳体的可靠性是决定半导体激光器封装之后的稳定性的关键所在，其壳体封装工艺也是业界的一个难题。
【实用新型内容】
[0008]针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种光纤耦合半导体激光器的封装结构。该封装结构有效解决了大尺寸和异形结构界面的封装过程所存在的问题。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0010]—种光纤親合半导体激光器的封装结构，包括底板、管盖、窗口盖板及开窗结构，其中管盖扣合于所述底板上、并管盖与底板之间的密封界面通过粘接方式密封连接，所述开窗结构设置于所述管盖或底板上，所述窗口盖板通过焊接的方式与所述开窗结构连接，所述管盖与底板之间密封界面的粘接及所述窗口盖板与所述开窗结构之间密封界面的焊接过程均在惰性气体保护环境中完成。
[0011]所述管盖为盒式一体结构，所述管盖扣合与底板上，所述底板和管盖之间的密封界面设有第一凹凸配合结构，所述第一凹凸配合结构在惰性气体保护环境中通过密封胶粘接密封。
[0012]所述管盖包括环框和顶盖，所述环框的底部通过第一凹凸配合结构与所述底板连接，所述环框的顶部通过第二凹凸配合结构与所述顶盖连接，所述第一凹凸配合结构和所述第二凹凸配合结构均在惰性气体保护环境中通过密封胶粘接密封。
[0013]所述顶盖进一步通过螺钉与所述环框连接。
[0014]所述开窗结构包括窗口凹槽、窗口封装界面凸起及窗口，其中窗口凹槽设置于所述管盖上、并底部设有与所述封装结构的封装内腔连通的窗口，所述窗口的边缘沿周向设有窗口封装界面凸起，所述窗口盖板在惰性气体保护环境中通过平行封焊的方式与所述窗口封装界面凸起焊接。
[0015]所述窗口盖板的外表面与其所在所述管盖的外表面共面。
[0016]本实用新型的优点及有益效果是:本实用新型结合了平行封焊和密封胶两方面优点，对于大尺寸或者异形封装界面应用密封胶封装形式，同时为了防止密封胶在气体保护环境下固化过程中产生流动，采用特殊的管盖开窗结构，用来平衡密封胶固化过程中密封体内外压差。该装置有效解决了密封胶在大尺寸和异形结构界面的封装过程所存在的问题，为高功率半导体激光的封装提供了有效的封装方法。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型装置的结构示意图；
[0018]图2为本实用新型实施例一的爆炸图；
[0019]图3为本实用新型实施例一的装配示意图；
[0020]图4为本实用新型实施例二的爆炸图。
[0021]其中:1为底板，11为底板封装界面凹槽，2为管盖，21为环框，211为环框螺纹孔，212为环框封装界面凸起，22为顶盖，221为顶盖螺纹孔，222为顶盖封装界面凹槽，3为电极出口，4为光线親合部件，5为窗口盖板，6为开窗结构，61为窗口凹槽，62为窗口封装界面凸起，63为窗口。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0023]如图1所示，本实用新型提供的一种光纤耦合半导体激光器的封装结构，包括底板1、管盖2、窗口盖板5及开窗结构6，其中管盖2扣合于所述底板1上、并管盖2与底板1之间的密封界面通过密封胶粘接方式密封连接，所述开窗结构6设置于所述管盖2或底板1上，用于平衡密封胶固化过程中封装腔体内外压差；所述窗口盖板5通过焊接的方式与所述开窗结构6连接，所述管盖2与底板1之间密封界面的粘接及所述窗口盖板5与所述开窗结构6之间密封界面的焊接过程均在惰性气体保护环境中完成，实现洁净、干燥和拥有保护气体的密闭空间。
[0024]实施例一
[0025]如图2所示，所述管盖2包括环框21和顶盖22，所述环框21的底部通过第一凹凸配合结构与所述底板1连接，所述环框21的顶部通过第二凹凸配合结构与所述顶盖22连接，所述第一凹凸配合结构和所述第二凹凸配合结构均在惰性气体保护环境中通过密封胶粘接密封。
[0026]如图3所示，所述第一凹凸配合结构包括沿周向设置于所述底板1边缘的底板封装界面凹槽11，所述底板封装界面凹槽11内涂满高强度密封胶后，所述环环框21的底部边缘和底板封装界面凹槽11插接配合。所述第二凹凸配合结构包括沿周向设置于所述环框21顶部的环框封装界面凸起212和沿周向设置于所述顶盖22下方边缘的顶盖封装界面凹槽222，所述环框封装界面凸起212 —侧的平面上涂抹高强度密封胶后，所述顶盖22通过所述顶盖封装界面凹槽222与所述环框封装界面凸起212