一种半导体激光器及制作方法

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，具体而言，涉及一种半导体激光器及制作方法。

背景技术

半导体激光器的反光棱镜通常是无机非金属材料的光学玻璃，其无法直接与基板材料焊接，因此目前通常采用聚合物胶进行粘结。然而聚合物粘结工艺不适用于电子制造中的表面组装技术工艺，反光棱镜的安装通常要人工装配，安装效率低且精度差，影响了半导体激光器的质量。

发明内容

本发明提供了一种半导体激光器及制作方法，其能够有效固定反光件，生产效率和安装精度高，有效提高了半导体激光器的可靠性和质量。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种半导体激光器，包括基板、固定件、反光件以及发射器；

所述固定件和所述发射器均设置于所述基板；所述反光件固定设置于所述固定件内，所述固定件开设有开口，所述开口与所述发射器相对设置，所述开口用于显露所述反光件。

在可选的实施方式中，所述反光件包括反射面，所述反射面与所述基板所在的平面呈夹角设置，所述开口用于显露至少部分所述反射面。

在可选的实施方式中，所述固定件包括依次连接的固定板、第一连接板、第二连接板以及倾斜板，所述固定板与所述基板连接，所述倾斜板与所述基板所在的平面呈夹角设置，所述固定板的侧边与所述倾斜板的侧边形成所述开口。

在可选的实施方式中，所述固定板、所述第一连接板、所述第二连接板以及所述倾斜板共同围成容置腔，所述容置腔的横截面与所述反光件的横截面匹配。

在可选的实施方式中，所述半导体激光器还包括限位件，所述限位件设置于所述固定件并与所述反光件的两端抵接。

在可选的实施方式中，所述基板设置有间隔分布的第一焊接区域和第二焊接区域，所述固定件焊接于所述第一焊接区域，所述发射器焊接于所述第二焊接区域。

在可选的实施方式中，所述第一焊接区域设置有金属层，所述固定件的外表面设置有金属镀层，所述第一焊接区域的金属层与所述固定件的金属镀层焊接以形成焊接层。

在可选的实施方式中，所述固定件由可伐合金制作而成。

在可选的实施方式中，所述发射器包括半导体激光芯片、固定座以及光学胶，所述固定座设置于基板，所述半导体激光芯片设置于所述固定座，所述光学胶包覆于所述半导体激光芯片。

第二方面，本发明提供一种制作方法，用于制作如前述实施方式任一项所述的半导体激光器，所述制作方法包括以下步骤：

对所述固定件进行冲压和弯折处理，以使所述固定件的形状与反光件的形状匹配；

将所述反光件固定于所述固定件内；

将所述固定件焊接于基板。

在可选的实施方式中，所述将所述反光件固定于所述固定件内的步骤还包括：

在所述反光件的两端对应所述固定件的部位涂设第一焊接剂，并进行第一回流焊接；

其中，所述第一回流焊接的温度为第一温度。

在可选的实施方式中，所述将所述固定件焊接于基板的步骤包括：

在所述基板设置待焊区域，在所述待焊区域镀设金属镀层；

将所述固定件放置于所述基板的待焊区域并进行焊接。

在可选的实施方式中，所述将所述固定件焊接于基板的步骤还包括：

在所述待焊区域涂设第二焊接剂；

对所述固定件进行第二回流焊接；

其中，所述第二回流焊接的温度为第二温度，所述第二温度小于所述第一温度。

在可选的实施方式中，所述将所述固定件放置于所述基板的待焊区域的步骤包括：

采用真空吸嘴吸附所述固定件，并将所述固定件放置于所述基板的待焊区域。

在可选的实施方式中，所述反光棱镜的制作工艺还包括步骤：

对固定件的外表面镀设金属镀层。

本发明实施例提供的半导体激光器及制作方法的有益效果包括：通过将反光件固定设置于固定件内，并将固定件焊接在基板上，以此实现将反光件稳定地固定在基板上，有效地解决了反光件无法直接与基板进行焊接的问题，同时避免了反光件通过聚合物胶粘结在基板上而带来的聚合物易老化、热应力失效等一系列问题，半导体激光器结构简单，可有效提高生产效率和安装精度，并提高可靠性和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的半导体激光器第一视角结构示意图；

图2为本发明实施例提供的半导体激光器第二视角结构示意图；

图3为本发明实施例提供的半导体激光器剖视图；

图4为本发明实施例提供的制作方法的流程图。

图标：10-半导体激光器；100-基板；110-第一焊接区域；111-金属层；112-焊接层；120-第二焊接区域；200-固定件；210-开口；220-固定板；230-第一连接板；240-第二连接板；250-倾斜板；260-容置腔；300-反光件；310-反射面；400-发射器；410-半导体激光芯片；420-固定座；430-光学胶；500-限位件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

不带反光棱镜的半导体激光器产生的光线通常平行于基板或印制板。由于光路设计的需要，为使激光垂直于基板或印制板发射，通常需要在基板或印制板上安装反光棱镜。

反光棱镜是一种无机非金属材料的光学玻璃，反光棱镜无法直接焊接在基板材料上，现有的工程通常采用聚合物胶类进行粘接。由于聚合物粘接工艺不适用于电子制造中的表面组装技术工艺，反光棱镜在基板或印制板上的安装通常需要人工装配，从而导致生产效率十分低下且精度差。

另外，在可靠性方面，聚合物胶是一种有机物，其力学强度较低，在室温下即存在蠕变和老化现象，在高温服役时这些更为突出，力学强度随着服役时间的延长还会不断降低。此外，由于聚合物胶的热膨胀系数远高于反光棱镜材料，两者存在严重的热膨胀系数失配问题，在温度循环过程中会形成高的热应力，造成聚合物连接层(粘接层)的疲劳失效和热应力失效。在车规级电子元器件温度循环、温度冲击、跌落和振动可靠性测试中，反光棱镜下聚合物连接层失效问题非常突出，严得影响电子产品质量。

基于以上问题，请参阅图1至图3，本发明提供了一种半导体激光器10，用于解决以上问题，其生产效率和安装精度高，大大提高了可靠性和产品质量。

半导体激光器10包括基板100、固定件200、反光件300以及发射器400。其中，固定件200和发射器400均设置于基板100，反光件300固定设置于固定件200内。

在本实施例中，通过将反光件300固定设置于固定件200内，并将固定件200固定设置在基板100上，以此实现将反光件300稳定地固定在基板100上，结构简单，可有效提高生产效率和安装精度，并以此提高半导体激光器10的可靠性和质量。

在本实施例中，固定件200开设有开口210，开口210与发射器400相对设置，开口210用于显露反光件300，从而使得发射器400发出光线能够通过开口210经反光件300反射，使得平行于基板100的光垂直于基板100发射出去。

可选地，反光件300可以是反光棱镜；基板100可以是PCB(Printed CircuitBoard，印制电路板)板。另外，固定件200由可伐合金制作而成，也就是说，固定件200采用热膨胀系数与反光件300十分接近的可伐合金，以此使得固定件200的温度循环或温度变化过程中的热应力较小。

进一步地，反光件300包括反射面310，反射面310与基板100所在的平面呈夹角设置，开口210用于显露至少部分反射面310。

在本实施例中，发射器400朝向与反光件300露出于固定件200的开口210的部分反射面310设置，以确保发射器400发射的激光不受固定件200的影响，能够经反光件300顺利反射。

可选地，反射面310所呈夹角可以根据实际需求做调整，通常需要经过反光件300反射的光线垂直于基板100，因此在发射器400发出的光线平行于基板100所在平面的情况下，反射面310所呈夹角为45°。

进一步地，固定件200包括依次连接的固定板220、第一连接板230、第二连接板240以及倾斜板250，固定板220与基板100连接，倾斜板250与基板100所在的平面呈夹角设置，固定板220的侧边与倾斜板250的侧边形成开口210。

在本实施例中，反光件300设置于固定件200的固定板220、第一连接板230、第二连接板240以及倾斜板250内，以此实现反光件300通过固定件200进行固定。

具体地，固定板220与第二连接板240平行设置，第二连接板240结构平整，以便于采用SMT工艺中的真空吸嘴吸附固定件200。

进一步地，固定板220、第一连接板230、第二连接板240以及倾斜板250共同围成两端具有侧部开口的容置腔260，反光件300可容置于容置腔260内，且容置腔260的横截面与反光件300的横截面匹配，以使得反光件300的多个侧周壁分别与固定板220、第一连接板230、第二连接板240以及倾斜板250贴合，从而共同对容置于容置腔260内的反光件300起到固定和限位的作用。

在本实施例中，倾斜板250与反光件300的反射面310贴合，开口210设置于倾斜板250处，以使得反光件300通过开口210露出部分反射面310。

进一步地，半导体激光器10还包括限位件500，限位件500设置于固定件200并与反光件300的两端抵接。

在本实施例中，由于固定件200形成的容置腔260为两端呈开口的通端，因此在将反光件300设置于固定件200的容置腔260内的情况下，在反光件300的两端对应固定件200的容置腔260两端的部位设置限位件500，以对反光件300进一步起到限位和固定作用，确保反光件300稳定和牢固地固定在固定件200内。

需要说明的是，固定件200的表面涂设有Ni镀层，限位件500可以是Sn10Sb焊膏，通过在固定件200涂覆焊膏并对焊膏进行回流焊接，使得焊膏在高温环境下与固定件200的Ni镀层形成高强度的冶金焊接结构；在焊膏凝固后，焊膏固定于固定件200的表面并与反光件300的两端抵接，以此实现了对反光件300的限位作用。

可以理解的是，在对限位件500进行焊接的过程中，限位件500与反光件300不会发生冶金焊接反应，也不会产生焊接结构。限位件500所呈结构可以是块状、条形状，也可以是呈板状，只要限位件500对反光件300起到限位作用即可，在此不对限位件500的形状做具体限定。

进一步地，基板100设置有间隔分布的第一焊接区域110和第二焊接区域120，固定件200焊接于第一焊接区域110，发射器400焊接于第二焊接区域120。

进一步地，第一焊接区域110设置有金属层111，固定件200的外表面设置有金属镀层，第一焊接区域110的金属层111与固定件200的金属镀层焊接以形成焊接层112。

在本实施例中，第一焊接区域110涂覆有铜金属以形成覆铜区，并在第一焊接区域110设置Sn3.5Ag0.5Cu焊膏，采用SMT工艺的真空吸嘴拾取并放置固定有反光件300的固定件200，使得固定件200的固定板220放置于第一焊接区域110，并进行回流焊接。在此过程中，固定板220下的Sn3.5Ag0.5Cu焊膏与基板100上的覆铜区产生冶金结合，从而使得固定件200稳定且牢固地固定在基板100的第一焊接区域110上。

需要说明的是，Sn3.5Ag0.5Cu熔点(约220℃)比Sn10Sb(约250℃)低约30℃，因此在进行固定件200和基板100的焊接过程中，较低的焊接稳定可使第一次回流焊接形成的限位件500不熔化或只有短暂局部熔化，并不会影响限位件500对反光件300的固定作用及焊接可靠性。

进一步地，发射器400包括半导体激光芯片410、固定座420以及光学胶430，固定座420设置于基板100，半导体激光芯片410设置于固定座420，光学胶430包覆于半导体激光芯片410。

在本实施例中，固定座420设置于基板100的第二焊接区域120，通过设置光学胶430以固定半导体激光芯片410，也可避免半导体激光芯片410与固定座420分层和开裂等新的可靠性问题。

进一步地，请参阅图4，本发明还提供了一种制作方法，用于制作半导体激光器10，提高了反光件300的连接稳定性，生产成本低，生产效率及安装精度高。

需要说明的是，反光件300的主要成分是SiO

制作方法包括以下步骤：

步骤S100，对固定件200进行冲压和弯折处理，以使固定件200的形状与反光件300的形状匹配。

在本实施例中，将厚度为0.2mm的板状固定件200进行冲压和折弯，以使得弯折的固定件200的形状与反光件300的形状匹配，从而使得反光件300可以与固定件200契合，在反光件300嵌入固定件200弯折所形成的容置腔260内的情况下，可以有效提高固定件200对反光件300的固定作用。

在本实施例中，固定件200采用热膨胀系数与反光件300十分接近的可伐合金，以此使得固定件200的温度循环或温度变化过程中的热应力较小。

需要说明的是，在步骤S100之前，还包括步骤：

对固定件200的外表面镀设金属镀层。

在本实施例中，在固定件200进行冲压和弯折之前，需要对固定件200的外表面镀设金属镀层，金属镀层通常是Ni镀层，以为后续焊接作业做好准备。

本实施例中，该制作方法还包括：

步骤S200，将反光件300固定于固定件200内。

在本实施例中，通过将反光件300放置于弯折的固定件200围成的容置腔260内以固定反光件300。

本实施例中，步骤S200可以包括以下子步骤：

子步骤S210，在反光件300的两端对应固定件200的部位涂设第一焊接剂，并进行第一回流焊接。

在本实施例中，第一焊接剂可以是Sn10Sb焊膏，反光件300的长度是2.5mm，固定件200的长度是3.5mm，通过在固定件200的两端距反光件300.5mm的部位涂覆第一焊接剂，并使得第一焊接剂与固定件200和反光件300均有接触，在此情况下，对第一焊接剂进行第一回流焊接，以使Sn10Sb焊膏经回流焊后与固定件200的Ni镀层形成高强度的冶金焊接结构，该结构凸设于固定件200的表面并与反光件300的端部抵接，从而实现对反光件300进行固定，防止反光件300相对固定件200产生相对混动，提高了反光件300的连接稳定性和牢固性。

需要说明的是，第一焊接剂并不会与反光件300产生焊接反应。

可选地，第一回流焊接的温度为第一温度。

步骤S300，将固定件200焊接于基板100。

在本实施例中，通过将反光件300固定在固定件200内，并将固定件200焊接在基板100上，即可实现反光件300稳固地连接在基板100上，有效地解决了反光件300无法直接与基板100进行焊接的问题，同时避免了反光件300通过聚合物胶粘结在基板100上而带来的一系列问题。

本实施例中，步骤S300可以包括以下子步骤：

子步骤S310，在基板100设置待焊区域，在待焊区域镀设金属镀层。

在本实施例中，通常在待焊区域镀设铜金属层111，以使待焊区域形成覆铜区，以方便后续进行焊接作业工序，当然，待焊区域还可以镀设其他金属镀层，在此不做具体限定。

子步骤S320，将固定件200放置于基板100的待焊区域并进行焊接。

在本实施例中，通过将固定件200焊接在基板100的待焊区域，以实现固定于固定件200的反光件300固定连接于基板100。

本实施例中，子步骤S320可以包括以下子步骤：

子步骤S321，采用真空吸嘴吸附固定件200，并将固定件200放置于基板100的待焊区域。

在本实施例中，采用SMT工艺中的真空吸嘴吸取固定有反光件300的固定件200，并将固定件200稳定地放置于待焊区域的覆铜区上，整个过程操作稳定，且自动化程度高。

子步骤S322，在待焊区域涂设第二焊接剂。

在本实施例中，第二焊接剂可以是Sn3.5Ag0.5Cu焊膏，即在待焊区域的覆铜区上涂设Sn3.5Ag0.5Cu焊膏，以便于后续进行焊接作业工序。

子步骤S323，对固定件200进行第二回流焊接。

在本实施例中，对Sn3.5Ag0.5Cu焊膏进行第二回流焊，以使得Sn3.5Ag0.5Cu焊膏与基板100上的金属镀层以及固定件200的金属镀层产生冶金结合，从而实现固定件200稳固地焊接在基板100上。

需要说明的是，Sn3.5Ag0.5Cu焊膏的熔点约为220℃，Sn10Sb焊膏的熔点约为250℃)，换言之，第二焊接剂的熔点比第一焊接剂的熔点低约30℃，因此，在第二回流焊的焊接温度为第二温度的情况下，控制第二温度小于第一温度，即可使得在进行第二回流焊接的情况下，第二回流焊接的焊接温度小于第一焊接剂的熔点温度，以此可确保已经凝固的第一焊接剂不熔化或局部融化，从而避免进行第二回流焊接会影响第一焊接剂的稳定性。

综上所述，本发明实施例提供了一种半导体激光器10及制作方法，通过将反光件300固定设置于固定件200内，并将固定件200焊接在基板100上，以此实现将反光件300稳定地固定在基板100上，结构简单，可有效提高生产效率和安装精度，并以此提高了半导体激光器10的可靠性和使用质量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。