一种小尺寸低成本smd封装vcsel的制备方法
阅读说明：本技术 一种小尺寸低成本smd封装vcsel的制备方法 (Preparation method of small-size low-cost SMD (surface mounted device) packaged VCSEL (vertical surface emitting laser) ) 是由 李彬亭 汤庆敏 刘存志 周莉 郑兆河 于 2018-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种小尺寸低成本SMD封装VCSEL的制备方法,包括：(1)制备正面半蚀刻的引线框架,对其表面进行镍钯金处理,材质为铜合金；(2)将塑封料注塑至引线框架的半蚀刻区域,形成铜合金塑封基板；(3)将VCSEL芯片固定在铜合金塑封基板的表面；(4)连接VCSEL芯片焊盘与引线框架焊盘；(5)在铜合金塑封基板四周涂覆非导电胶水；(6)将包装于料带中的金属外壳贴装于铜合金塑封基板上；(7)将步骤(6)完成封装的整条产品切成单体。本发明使用铜合金材质的引线框架,利用塑封料注塑一次成型,大大简化了生产工序,降低了生产成本,且易于实现自动化生产,避免了金属外壳与底部引线框架电气连通导致电气短路。(The invention relates to a preparation method of a small-size low-cost SMD-packaged VCSEL, which comprises the following steps: (1) preparing a lead frame with a half-etched front surface, and carrying out nickel-palladium-gold treatment on the surface of the lead frame, wherein the lead frame is made of copper alloy; (2) injecting the plastic packaging material to a half-etching area of the lead frame to form a copper alloy plastic packaging substrate; (3) fixing the VCSEL chip on the surface of the copper alloy plastic package substrate; (4) connecting the VCSEL chip bonding pad with the lead frame bonding pad; (5) coating non-conductive glue around the copper alloy plastic package substrate; (6) attaching the metal shell packaged in the material belt to a copper alloy plastic package substrate; (7) and (4) cutting the packaged whole product in the step (6) into single bodies. The invention uses the lead frame made of copper alloy material, and the plastic package material is used for injection molding and one-step molding, thereby greatly simplifying the production process, reducing the production cost, being easy to realize automatic production and avoiding the electrical short circuit caused by the electrical communication between the metal shell and the bottom lead frame.)
技术领域
本发明涉及一种小尺寸低成本SMD封装VCSEL的制备方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
激光器主要分为气体激光、固体激光、液体激光和半导体激光，而半导体激光器凭借着其较低的成本在市场占据了重要地位。半导体激光二极管又分为边发射激光二极管和面发射激光二极管，一直以来边发射二极管占据了半导体激光二极管的大份额市场，而面发射二极管一般用在通信领域。
近年来，随着3D传感的应用，面发射激光器以其阈值电流小、光斑圆形、易于实现阵列等优势，在消费电子领域扮演者越来越重要的作用。
面发射激光器在通信领域主要封装形式为TO封装，消费电子和汽车电子一般使用SMD封装形式，制备工艺为：将面发射芯片固定于烧结好的氮化铝基板，然后进行焊线，完成激光器封装。现有的SMD封装工艺复杂，成本高，且不易于实现自动化生产；氮化铝基板韧性差，急冷急热容易出现热应力造成的裂纹。
中国专利文献CN 107492786A公开了一种SMD小型化封装的VCSEL制造工艺，包括:氮化铝底板、可伐合金框架，用定位夹具将框架和底板组合一起；中温700℃氧化气氛下，烧结70分钟，完成SMD腔体的制备；将VCSEL芯片共晶固着在氮化铝底板上，绑线WB工艺将VCSEL芯片和焊盘电极连接，完成VCSEL芯片封装，将光窗玻璃放置在封好VCSEL芯片的SMD腔体上，采用平行封焊的工艺将光窗密封固定在可伐合金框架上，至此，SMD小型化封装的VCSEL激光器制造完成。但是，该专利封装工艺复杂，氮化铝基板成本高且韧性差，急冷急热容易出现热应力造成的裂纹。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种小尺寸低成本SMD封装VCSEL的制备方法；
术语解释；
1、SMD：是Surface Mounted Devices的缩写，意为：表面贴装器件，它是SMT(Surface Mount Technology)元器件中的一种。
2、VCSEL，全名为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED(发光二极管)和LD(Laser Diode，激光二极管)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。
本发明的技术方案为：
一种小尺寸低成本SMD封装VCSEL的制备方法，包括步骤如下：
(1)制备正面半蚀刻的引线框架，并对所述引线框架的表面进行镍钯金处理，所述引线框架的材质为铜合金；引线框架表面需要电镀镍钯金，增加客户焊接牢固度和封装过程中焊线的牢固度；
(2)将塑封料注塑至所述引线框架的半蚀刻区域，形成铜合金塑封基板；该工序特点为经过该工序，引线框架蚀刻区域均由塑封料进行填充，形成电路关系。
(3)将VCSEL芯片固定在所述铜合金塑封基板的表面，并进行烘烤固化；
(4)连接VCSEL芯片焊盘与引线框架焊盘，完成电气通路；
(5)在所述铜合金塑封基板四周涂覆非导电胶水；
(6)将包装于料带中的金属外壳贴装于铜合金塑封基板上，并进行高温固化；使用金属外壳作为激光器的防护外罩，易于实现批量化生产。
(7)将步骤(6)完成封装的整条产品切成单体。
本发明使用铜合金材质的引线框架作为VCSEL芯片的载体，利用塑封料注塑一次成型，大大简化了生产工序，降低了生产成本，且易于实现自动化生产。另外，本发明使用镂空和正面半蚀刻的引线框架，并利用塑封料填充镂空和半蚀刻区域，使引线框架与塑封料牢固粘接，温度冲击不发生分离失效，同时铜合金散热效率高于氮化铝基板，可有效提高激光器性能。
根据本发明优选的，所述引线框架包括中央焊盘以及设置在所述中央焊盘周围的若干引脚，所述中央焊盘及所述引脚上均设置有半蚀刻区域，所述半蚀刻区域的刻蚀深度不小于所述引线框架厚度的1/2。以增加塑封料与引线框架的粘接力。
根据本发明优选的，所述引线框架的厚度不小于0.2mm。
根据本发明优选的，所述引线框架的材质为C-194铜合金。
C-194铜合金散热率262W/(mK)，散热效果好。
根据本发明优选的，所述步骤(3)，将VCSEL芯片固定在所述铜合金塑封基板的表面，并进行烘烤固化，包括：
A、通过银浆，将VCSEL芯片固定在所述铜合金塑封基板的大焊盘区域；
B、在100-200℃温度条件下，烘烤0.5-2h，完成银浆的固化。
进一步优选的，所述步骤B，在150℃温度条件下，烘烤1h，完成银浆的固化。
根据本发明优选的，所述步骤(4)，通过金丝连接VCSEL芯片焊盘与引线框架焊盘，完成电气通路。
根据本发明优选的，所述步骤(5)，通过划胶设备在所述铜合金塑封基板四周涂覆非导电胶水。
根据本发明优选的，所述步骤(6)，通过高速贴片机将包装于料带中的金属外壳贴装于铜合金塑封基板上，并进行高温固化。
根据本发明优选的，所述步骤(7)，通过划片设备将步骤(6)完成封装的整条产品切成单体。
本发明的有益效果为：
1、本发明使用铜合金材质的引线框架作为VCSEL芯片的载体，利用塑封料注塑一次成型，大大简化了生产工序，降低了生产成本，且易于实现自动化生产。
2、本发明使用正面半蚀刻的引线框架，并利用塑封料填充半蚀刻区域，避免了金属外壳与底部引线框架电气连通导致电气短路，且半蚀刻结构锁住塑封料减少了基板分层风险。
3、本发明使用金属外壳作为激光器的防护外罩，易于实现批量化生产。
附图说明
图1为本发明的SMD封装的VCSEL激光器示意图。
图2为本发明的单颗产品引线框架示意图。
图3为本发明单颗产品引线框架注塑形成基板后的基板示意图。
1、引线框架，2、塑封料，3、金线，4、导电银浆，5、非导电胶，6、VCSEL芯片，7、金属外壳。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例
一种小尺寸低成本SMD封装VCSEL的制备方法，包括步骤如下：
(1)为防止引线框架1与金属外壳7的连通导致电气短路，设计如图2所示正面半蚀刻引线框架1，根据芯片尺寸与所需连接线路数量设计引线框架载体与引脚，该引线框架特点为使用铜带蚀刻冲压而成，厚度≥0.2mm，中央焊盘区域尺寸大于等于芯片尺寸，引脚与中央焊盘均存在半蚀刻区域蚀刻深度为引线框架厚度的二分之一，增加塑封料与引线框架的粘接力；引线框架表面需要电镀镍钯金，增加客户焊接牢固度和封装过程中焊线的牢固度；经过特殊结构设计，单粒尺寸长、宽、高为3mmx3mmx0.2mm，材质为C-194铜合金，该引线框架1表面做镍钯金镀层处理；
(2)将塑封料2注塑至引线框架1半蚀刻区域，形成图3所示的铜合金塑封基板，该工序特点为经过该工序，引线框架1半蚀刻区域均由塑封料2进行填充，形成电路关系。
(3)在铜合金塑封基板大焊盘区域点导电银浆4并贴装VCSEL芯片6。
(4)在150℃温度条件下，烘烤1h完成导电银浆4的固化。
(5)用金线3焊接VCSEL芯片6焊盘与引线框架1焊盘。
(6)使用划胶设备在单粒产品边缘划非导电胶5，并将包装于料带中的金属外壳7贴装于基板上，置于烘箱，完成金属外壳7的固定。
(7)使用划片设备将完成封装的整条产品切成单体，形成图1所示产品。
本实施例使用铜合金材质的引线框架作为VCSEL芯片的载体，利用塑封料注塑一次成型，引线框架塑封工艺简单，物料与封装成本远低于陶瓷基板，且耐温度冲击效果好，铜合金散热率高于氮化铝基板。
本实施例使用正面半蚀刻的引线框架，并利用塑封料填充镂空和半蚀刻区域，引线框架的蚀刻结构锁住塑封料增加了塑封料与引线框架结合牢固度，受温度冲击不脱离，增加了产品可靠性。
将背景技术中现有SMD封装(对比例)与本实施例SMD封装效果对比如表1。
表1
