專利名稱：一種發(fā)光半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光半導(dǎo)體器件，具體而言，涉及光纖耦合式發(fā)光半導(dǎo)體器件的裝配 和無熱封裝。
背景技術(shù)：
諸如激光二極管、激光二極管陣列和發(fā)光二極管(LED)等發(fā)光半導(dǎo)體器件經(jīng)常與 光纖一起使用，用以將所發(fā)出的光送至外界物體。半導(dǎo)體芯片與光導(dǎo)纖維之間光耦合的效 率在光纖耦合式半導(dǎo)體器件的正常運行中必須得以保持。光耦合效率在光纖耦合式半導(dǎo)體 器件的裝配和封裝過程中也必須得到保持，以便最大限度提高所加工器件的發(fā)光效率。大多數(shù)半導(dǎo)體芯片的發(fā)光區(qū)很小，在垂直于半導(dǎo)體器件薄膜層平面的方向上的測 量值僅有幾微米。一般而言，發(fā)光區(qū)尺寸小是光源的一個良好且理想的屬性，因為它與光源 的高亮度相關(guān)，例如可使光源發(fā)出的光緊密會聚。為保持半導(dǎo)體光源的亮度，優(yōu)選采用纖芯 直徑較小的光纖。由于發(fā)光區(qū)尺寸和纖芯直徑較小，光纖必須與半導(dǎo)體芯片精確對準(zhǔn)。此 外，為了保持器件壽命期內(nèi)的發(fā)光功率水平，光纖與半導(dǎo)體芯片之間的精確對準(zhǔn)必須在整 個器件壽命期內(nèi)得以保持。參見圖1，圖中示出了一種采用現(xiàn)有技術(shù)的光纖耦合式激光二極管裝置10。激光 二極管裝置10已由Ziari等人在轉(zhuǎn)讓給JDS Uniphase公司的6，758，610號美國專利中披 露，在此通過參考合并入本申請。激光二極管裝置10包括基體11、激光芯片副固定件12、 激光芯片13、光纖副固定件14(包括頂部部分14A)和光纖15。副固定件12和14通過焊 料層16貼附在基體11上，激光芯片13通過焊料層16貼附在激光芯片副固定件12上。焊 珠17用于將光纖15連接至光纖副固定件14。光纖15被焊珠17的金屬焊料覆以金屬，形 成金屬覆層18，以提高光纖15的可濕性。頂部部分14A的導(dǎo)熱性較低，在焊接操作中用作 熱障。光纖15的前表面19裝有透鏡，以提高光耦合效率。光纖15通過一個未示出的精確平移臺與激光芯片13對準(zhǔn)。在對準(zhǔn)過程中，對激 光芯片13通電，使之發(fā)光，并對耦合進(jìn)入光纖15的光的光功率進(jìn)行測量。光纖15使用平 移臺進(jìn)行移動，直至所耦合的光功率達(dá)到最大。此時，熔化的焊珠17被施用，以固定光纖位 置。然而在冷卻過程中，副固定件12和14、激光芯片13和光纖15中的溫度應(yīng)力會使光纖 15失準(zhǔn)，由此導(dǎo)致?lián)p失一些耦合進(jìn)入光纖15的光功率。此外還有不利的是，激光二極管裝置10的光耦合效率與環(huán)境溫度相關(guān)，即使是在 使用熱電冷卻器(TEC)穩(wěn)定激光二極管裝置10的溫度的情況下亦如此。TEC在圖1中未示 出。為了將熱量從激光二極管裝置10排出，基體11貼附在TEC的頂部表面上，而TEC的底 部表面則連接至一個未示出的外部散熱片。當(dāng)環(huán)境溫度不同于激光二極管裝置10的基體 11的溫度時，TEC的內(nèi)、外表面的溫度就會不同。此溫差會導(dǎo)致固定有基體11的TEC內(nèi)表面變形，由此將使激光二極管裝置10的基體11發(fā)生變形?；w11的變形會使光纖15相 對激光二極管芯片13失準(zhǔn)，因此會降低光纖耦合效率，導(dǎo)致輸出光功率和激光二極管裝置 10轉(zhuǎn)換效率降低。在通過引用合并入本申請的美國專利7，293，922中，Massey披露了一種所謂的 “激光錘擊”方法，可用于對焊接光纖的對準(zhǔn)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。舉例而言，激光錘擊可用于在焊 珠17冷卻之后調(diào)整光纖15對準(zhǔn)激光二極管芯片13，以減輕裝置冷卻時在副固定件12和 14內(nèi)形成溫度應(yīng)力而造成的耦合效率損失。此方法需要昂貴的設(shè)備，而且由于激光脈沖作 用在一定程度上的隨機(jī)性質(zhì)，限制了其恢復(fù)所損失耦合效率的能力。在通過引用合并入本申請的美國專利5，682，453中，Daniel等人披露了一種使用 包含玻璃顆粒和一種粘合劑的玻璃基粘結(jié)混合物粘合光學(xué)元件的方法。在被加熱時，粘合 劑將被燒掉，使玻璃顆粒熔凝在一起。熱量可由激光器施用。不利的是，需要在局部施用大 量的熱量方可熔化或至少“軟化”玻璃顆粒，以使它們能夠熔凝在一起。而為人熟知的是， 局部加熱會在系統(tǒng)內(nèi)形成內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力。在通過引用合并入本申請的美國專利6，075，914中，Yeandle披露了一種將光纖 連接至光學(xué)器件的裝置。在Yeandle提到的裝置中，光纖被固定在一個遠(yuǎn)離光纖末端的位 置，而光纖末端被置于一個V形槽中，以確定其位置。由此可避免對光纖末端的加熱。但不 利的是，此方法僅限于被動式光纖對準(zhǔn)，后者通常適用于纖芯直徑相對較大的多模光纖的 對準(zhǔn)。在通過引用合并入本申請的美國專利6，734，517和7，030, 422中，Miyokawa等人 披露了一種半導(dǎo)體激光二極管模塊，該模塊的構(gòu)建旨在降低光耦合效率與溫度的相關(guān)性。 在Miyokawa等人的半導(dǎo)體激光二極管模塊中，用于支承激光芯片的基體的材料被選擇為 與光纖支座材料相匹配。此外，光纖支座有兩個部分，一個固定在基體上，另一個用以支承 光纖包頭。固定在基體上的部分的形狀要使其不與基體的激光二極管固定區(qū)發(fā)生干涉。不 利的是，Miyokawa等人的模塊相當(dāng)復(fù)雜，需要有許多激光焊接點來固定所有支座元件的所 有部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種簡單且較為廉價的光纖耦合式半導(dǎo)體器件，其在對 準(zhǔn)/封裝階段和正常運行中的光耦合效率均無顯著降低。本發(fā)明的另一個目的是提供一種 對所述器件進(jìn)行裝配的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種裝配半導(dǎo)體器件的方法，包括(a)提供半導(dǎo)體器件部件，包含一個平臺和一個有一活性層的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體 芯片與平臺熱耦合，以便將熱量從半導(dǎo)體芯片排出；(b)將光纖固定件貼附到半導(dǎo)體器件部件上，光纖固定件有一個光纖固定平面；(c)將光纖光耦合至半導(dǎo)體芯片，以接收后者發(fā)出的光；其中步驟(C)包括將光纖貼附到光纖固定件上，以使包含活性層的平面垂直于光 纖固定平面，由此在將光纖貼附到光纖固定件上時的光耦合變化得以減輕。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種裝置，包括半導(dǎo)體器件部件，包含一個平臺和一個有一活性層的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片與平臺熱耦合，以便將熱量從半導(dǎo)體芯片排出；貼附在半導(dǎo)體器件部件上的光纖固定件，光纖固定件有一個光纖固定平面；和光纖，其貼附在光纖固定平面內(nèi)的光纖固定件上并光耦合至半導(dǎo)體芯片以接收其 所發(fā)光；其中包含活性層的平面垂直于光纖固定平面，由此半導(dǎo)體芯片與光纖之間的光耦 合與裝置溫度的相關(guān)性得以降低。在一種實施方式中，平臺被固定在一個固定于基體上的襯墊上。平臺固定區(qū)小于 平臺底部平面的總面積，以降低光纖對準(zhǔn)對基體變形的敏感度。在另一種實施方式中，半導(dǎo) 體器件芯片固定在一個副固定件上。光纖固定件可以直接貼附到副固定件上，以降低光纖 對準(zhǔn)對平臺變形的敏感度。在一種實施方式中，半導(dǎo)體芯片是一個二極管激光芯片。本發(fā)明也可用于其他器 件(例如發(fā)光二極管)的封裝。


以下將結(jié)合附圖對示例實施方式加以說明，其中圖1為一種采用現(xiàn)有技術(shù)的光纖耦合式激光二極管裝置的側(cè)視圖；圖2A和2B為本發(fā)明的半導(dǎo)體器件裝置的兩種實施方式的側(cè)截面視圖；圖3為圖2A裝置的三維視圖；圖4A為圖2A中裝置的等軸側(cè)視圖，示出一條帶透鏡光纖在一個豎直平面的貼 附；圖4B為圖4A中帶透鏡光纖的正視圖；圖4C為圖2A中裝置的放大等軸側(cè)視圖；圖4D為圖2A裝置中光耦合效率與光纖末端偏移量之間的相關(guān)性；圖4E為在圖2A中半導(dǎo)體器件的許多原型的裝配中測得的光耦合效率變化情況；圖5A為固定在一個熱電冷卻器(TEC)上的圖2B所示激光二極管裝置的三維視 圖，以夸張形式示出TEC的變形；圖5B為被封裝在一蝶式封裝內(nèi)的圖5A所示激光二極管裝置的三維視圖；圖6為本發(fā)明中有光纖固定件貼附到激光二極管芯片副固定件上的半導(dǎo)體器件 裝置的側(cè)截面視圖；圖7為安裝在一個熱電冷卻器裝置上的圖6所示半導(dǎo)體器件裝置的側(cè)視圖。
具體實施例方式盡管本發(fā)明結(jié)合各種實施方式和示例給出，但并不意味這本發(fā)明局限于所述實施 方式。相反，本發(fā)明涵蓋本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的各種替代方式、改動和等效方式。參見圖2A，本發(fā)明中的半導(dǎo)體器件裝置20A包括半導(dǎo)體器件部件23、貼附在半導(dǎo) 體器件部件23上的光纖固定件26以及貼附在光纖固定件26上的光纖27。半導(dǎo)體器件部 件23包括平臺24、固定在平臺24上的副固定件28以及固定在副固定件28上的半導(dǎo)體芯 片25。半導(dǎo)體芯片25通過副固定件28與平臺24熱耦合。半導(dǎo)體芯片25被光耦合至光纖 27，以接收來自半導(dǎo)體芯片25上未示出的活性層的光。副固定件28為可選件。當(dāng)不使用副固定件，半導(dǎo)體芯片25直接固定在平臺24上。半導(dǎo)體芯片25的活性層在一個垂直于光纖27安裝平面的平面內(nèi)延伸。例如，在 圖2A的側(cè)視圖中，活性層平面為水平，而光纖固定平面為豎直，即平行于圖2A的平面。光 纖27的豎直固定降低了水平安裝的半導(dǎo)體芯片25與光纖27之間光耦合的熱相關(guān)性。下 文將進(jìn)一步解釋這種有利效應(yīng)。半導(dǎo)體芯片25優(yōu)選為激光二極管芯片，但它可以是發(fā)光或?qū)膺M(jìn)行增強(qiáng)的其他 任何類型的半導(dǎo)體芯片，例如發(fā)光二極管(LED)芯片或半導(dǎo)體光放大器(OSA)芯片。光纖 27優(yōu)選為一個帶透鏡光纖，其末端有一個畸變光纖透鏡，用以改善半導(dǎo)體芯片25與光纖27 之間的光耦合。也可以采用單獨的透鏡。作為替代方式，光纖27也可以與半導(dǎo)體芯片25 進(jìn)行對接耦合。轉(zhuǎn)至圖2B，本發(fā)明中的被固定半導(dǎo)體器件裝置20B包括固定在襯墊22上的半導(dǎo)體 器件裝置20A，而襯墊22則固定在基體21上。平臺24的底部表面包括一個與襯墊22接觸 的固定區(qū)。平臺24的固定區(qū)小于平臺24底部表面的總面積，使得基體21的變形不會影響 或至少會減小平臺24的變形。例如，平臺24在襯墊22上的固定區(qū)的長度可以是平臺24 底部表面總長度的30%至80%之間。這些長度沿光纖27的長度方向測量。這足以減小平 臺24的變形。由此，半導(dǎo)體芯片25與光纖27之間的光耦合對基體21變形的敏感度得以 降低。由于基體21的變形系由環(huán)境溫度變化所致，如上文所述，光耦合對環(huán)境溫度變化的 敏感度也得以降低。在一種實施方式中，副固定件28在平臺24上的固定區(qū)的長度是平臺24在襯墊22 上的固定區(qū)長度的30%至80%。這些長度同樣沿光纖27的長度方向測量。副固定件固定 區(qū)同樣適宜直接布置在平臺固定區(qū)上，如圖2B所示。這兩個結(jié)構(gòu)特點均可使半導(dǎo)體芯片25 上的機(jī)械應(yīng)力減小，提高光學(xué)穩(wěn)定性。襯墊22優(yōu)選由導(dǎo)熱性高的材料制成，如氮化鋁或銅。舉例而言，襯墊22的導(dǎo)熱率 可以高于200W/m*K，但優(yōu)選在200W/m*K至400W/m*K之間?；w21可由價格較為低廉的鋼 制成，不過也可以采用其他材料。再次參見圖2B，半導(dǎo)體器件裝置20B的加工方式可以是提供基體21和襯墊22， 將襯墊22固定在基體21上，將平臺24固定在襯墊22上，使平臺固定區(qū)小于平臺24底部 表面的總面積，如上文所述。襯墊22可以首先固定到平臺24或基體21上?，F(xiàn)在參見圖3，已封裝的半導(dǎo)體器件裝置30包括半導(dǎo)體器件裝置20A，固定在熱電 冷卻器(TEC) 31上，并被封裝進(jìn)入具有光纖通道33和電極34的蝶式封裝32內(nèi)，電極34用 于將半導(dǎo)體芯片25和TEC 31的電連線通過蝶式封裝32送至激光二極管裝置30的外部控 制器?，F(xiàn)在參見圖4A至4C，半導(dǎo)體芯片25布置于XZ平面內(nèi)，如XYZ坐標(biāo)系40所示。光 纖27貼附在布置于YZ平面內(nèi)的光纖固定件26的垂直表面41上。由此，半導(dǎo)體器件25的 活性層平面就垂直于貼附光纖27的豎直固定表面41的平面。光纖貼附的這種幾何性質(zhì)可 以提高裝配過程中的光耦合穩(wěn)定性，原因如下。光纖27優(yōu)選采用一種紫外線固化(UV固化)環(huán)氧樹脂42貼附在豎直表面41上。 當(dāng)光纖27被貼附時，它將在XZ平面內(nèi)產(chǎn)生一定程度的彎曲，原因是紫外線固化環(huán)氧樹脂 42在固化時收縮，以及光纖27、光纖固定件26以及紫外線固化環(huán)氧樹脂42之間的熱學(xué)性能不匹配。這種彎曲會導(dǎo)致光纖27的末端沿X軸移動。如果光纖27被貼附在一水平表面 (平行于XZ平面)，如現(xiàn)有技術(shù)中常見的情況(實際上即是在采用現(xiàn)有技術(shù)的圖1中所示 出的)，則光纖末端將會沿Y軸移動。然而，沿Y軸移動會導(dǎo)致光耦合效率下降更多，因為半 導(dǎo)體芯片25發(fā)光區(qū)的光點尺寸在Y方向幾乎總是小于X方向。因此，將光纖27固定在光 纖固定件26的豎直表面41會使半導(dǎo)體器件裝置20A內(nèi)的光耦合穩(wěn)定性得到改善。有利的 是，穩(wěn)定性改善不僅在半導(dǎo)體器件裝置20A的制造過程中被觀察到，在半導(dǎo)體器件裝置20A 或所固定的半導(dǎo)體裝置20B的正常運行中也被觀察到。特別參見圖4B，光纖27優(yōu)選為帶透鏡光纖，在其末端有用以提高耦合效率的畸變 光纖透鏡27A。光纖透鏡27A優(yōu)選為畸變式，因為如上文所述，半導(dǎo)體芯片25有一個畸變光 場，該光場需要被耦合至圓形光纖27內(nèi)。畸變光纖透鏡27A具有相互垂直的第一和第二光 學(xué)平面，兩平面分別平行于XZ和YZ平面?；児饫w透鏡27A在兩個平面內(nèi)的焦距通常不 同。畸變光纖透鏡27A優(yōu)選為雕鑿?fù)哥R或角度雕鑿?fù)哥R或雙錐透鏡。角度雕鑿?fù)哥R可 以在兩個光學(xué)平面內(nèi)或僅在一個光學(xué)平面內(nèi)具備聚焦能力。柱面透鏡也被視為一種畸變透 鏡。此外，非畸變光纖透鏡，例如在光纖末端形成的價格較低的圓錐透鏡，也可用于替代畸 變光纖透鏡27A?，F(xiàn)在參見圖4D，測得的歸一化光耦合效率在圖中作為半導(dǎo)體器件裝置20A內(nèi)帶透 鏡光纖末端27A的橫向偏移量的函數(shù)給出。對于這一具體示例，采用的是角度雕鑿?fù)哥R。 對應(yīng)于帶透鏡光纖末端27A的X向偏移量的鐘形函數(shù)43比對應(yīng)于帶透鏡光纖末端27A的 Y向偏移量的鐘形函數(shù)44要寬。如上文的解釋，將光纖27固定在光纖固定件26的豎直表 面41會使光纖主要在X方向而非Y方向發(fā)生偏移。由于X向偏移量函數(shù)43不如Y向偏移 量函數(shù)44陡的事實，當(dāng)光纖27被貼附在諸如光纖固定件26的豎直表面41的豎直表面時， 光纖27與半導(dǎo)體芯片25間光耦合的穩(wěn)定性得以提高。通過用機(jī)械鑷(未示出)夾持光纖27，實現(xiàn)半導(dǎo)體芯片25所發(fā)出的光向光纖內(nèi)的 最大限度耦合，以此對光纖27進(jìn)行主動對準(zhǔn)。一旦達(dá)到理想的位置，即在光纖27與光纖固 定件26之間施用紫外線可固化的環(huán)氧樹脂流體42。紫外線固化環(huán)氧樹脂42使用一紫外光源進(jìn)行固化。為改善固化的均一性，光纖固 定件26可由一種基本上對紫外光源所發(fā)出的紫外光透明的材料制成。在此，“基本透明”這 一說法是指透明度足以達(dá)到紫外線固化環(huán)氧樹脂42均勻固化的程度。例如，光纖固定件26 可以由對波長為360nm的光的透明度為90%的硼硅酸鹽玻璃制成。在用紫外線固化紫外線固化環(huán)氧樹脂42時，光纖27被從鑷子中釋放，半導(dǎo)體器 件裝置20A優(yōu)選以較高溫度進(jìn)行后期固化。至關(guān)重要的是，在此步驟，光纖耦合不發(fā)生變 化；由于此原因，應(yīng)優(yōu)先選用固化時收縮率低(小于1%)且熱膨脹系數(shù)低(6ppm/°C至 20ppm/°C )的環(huán)氧樹脂。在后期固化中，溫度應(yīng)緩慢升高，例如以每分鐘0.5至2.0度的速 度。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，紫外線固化優(yōu)選在高于環(huán)境溫度的較高溫度下進(jìn) 行，例如在35°C至70°C之間，優(yōu)選為65°C，以提高所固化的紫外線固化環(huán)氧樹脂42的最終 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使所固化的紫外線固化環(huán)氧樹脂42的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在釋放鑷子之前 超過環(huán)境溫度。此外，還優(yōu)選使光纖固定件26的熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體器件部件23的熱膨
9脹系數(shù)相匹配，差值達(dá)到5ppm/°C以內(nèi)，以降低紫外線固化環(huán)氧樹脂42在較高溫度下固化 時光耦合的變化。例如，當(dāng)半導(dǎo)體器件部件23的熱膨脹系數(shù)為4ppm/°C時，光纖固定件26 的熱膨脹系數(shù)應(yīng)優(yōu)選在9ppm/°C以下。轉(zhuǎn)至圖4E，給出了對半導(dǎo)體器件裝置20A的許多已加工原型的光耦合穩(wěn)定性的測 量結(jié)果。在圖4E中，針對裝配的“預(yù)對準(zhǔn)”、“環(huán)氧樹脂施用后”、“紫外線固化后”、“熱固化 后”、“光纖密封后”以及“蓋密封后”各階段繪制了耦合光功率的歸一化變化情況。可以看 出，耦合光功率最大的下降出現(xiàn)在紫外線固化時。盡管如此，在大約50%的情形中，耦合功 率會在固化之后出現(xiàn)一定程度的上升，原因可能是內(nèi)部應(yīng)力釋放?？傮w耦合光功率降幅小 于9 %，在多數(shù)情況下小于5 %。相比較而言，在現(xiàn)有技術(shù)中通常將光纖27用環(huán)氧樹脂粘合 在光纖固定件26頂部表面的情況下，后期固化之后的功率降幅要超過20%。圖4E所示結(jié) 果證明，將光纖27按照本發(fā)明固定所實現(xiàn)的光耦合穩(wěn)定性改進(jìn)幅度在多數(shù)情況下至少為4 倍(耦合光功率降幅從20%減至5%)，在所有情形下至少為2倍(耦合光功率降幅從20% 減至9% )?，F(xiàn)在參見圖5A，已固定的半導(dǎo)體器件裝置50A包括已固定的圖2B中的半導(dǎo)體器 件裝置20B，具有襯墊22、平臺24、副固定件28、半導(dǎo)體器件芯片25、光纖固定件26以及光 纖27。熱電冷卻器(TEC) 59是基體21的一種替代實施方式。TEC 59固定在外部散熱片58 上。采用TEC 59的目的是將半導(dǎo)體器件芯片25保持在某一工作溫度，而采用外部散熱片 58的目的是在TEC運行中排出所釋放的熱量。TEC 59表現(xiàn)出變形，原因在于TEC運行所形 成的溫差，如上文的解釋。TEC 59的變形被夸張?zhí)幚?，以顯示使用襯墊22的優(yōu)勢，即這樣 可確保平臺24在TEC 59變形時不會變形，由此，半導(dǎo)體芯片25與光纖27之間的光耦合對 TEC 59變形的敏感度得以降低。轉(zhuǎn)至圖5B，已封裝的激光二極管裝置50B包括圖5A中的已固定的半導(dǎo)體器件裝置 50A和用于封裝半導(dǎo)體器件裝置50A的蝶式封裝51 (在圖5中僅部分可見)，用于提供必要 的電連接的引線52，以及連接至引線52的電極53，電極用于將電連接經(jīng)蝶式封裝51送至 激光二極管裝置50B的外部控制器。TEC 59被貼附在蝶式封裝51上。蝶式封裝51是圖 5A中散熱片58的一種替代實施方式。參見圖6，半導(dǎo)體器件裝置60具有與圖4A中半導(dǎo)體器件裝置20A相同的元件。半 導(dǎo)體部件20A與60之間的一個區(qū)別是，在半導(dǎo)體器件裝置60內(nèi)，光纖固定件26被貼附在 激光二極管芯片副固定件28而非平臺24上，即懸于平臺24上方并與之隔離。這樣可以額 外地提高光耦合的熱穩(wěn)定性，因為平臺24的變形實際上對光纖固定件26的位置沒有影響。 光纖27優(yōu)選固定在光纖固定件26的豎直側(cè)面41上。此外，光纖優(yōu)選為帶透鏡式，即其末端 有畸變透鏡27A。襯墊22和基體21為半導(dǎo)體器件裝置60的可選元件。平臺24可以直接 固定在封裝內(nèi)，例如圖5B的蝶式封裝51，或固定在置于蝶式封裝51內(nèi)部的TEC 59上。在 一種實施方式中，平臺24是外殼整體的一部分，在此情況下可能不需要襯墊22和基體21。現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖7，本發(fā)明的一種封裝的半導(dǎo)體器件裝置70包括圖6的半導(dǎo)體器件裝 置60。TEC 72是圖6中基體21的一種替代實施方式。TEC 72有一個頂板73、多個佩爾蒂 埃(Peltier)元件74以及一個底板75。TEC 72安裝在密封封裝71內(nèi)，該封裝有一個用于 光纖27的密封通道76和若干用于電觸點的密封電通道77。光纖固定件26被連接至副固 定件28。光纖27優(yōu)選采用紫外線可固化的環(huán)氧樹脂貼附在光纖固定件26上。采用紫外線
10可固化的環(huán)氧樹脂的優(yōu)勢在于，它可以將元件快速貼附在一起，而無需加熱。當(dāng)然，也可以 采用其他類型的環(huán)氧樹脂，以及玻璃或金屬錫焊或釬焊。密封封裝71可用于封裝本發(fā)明的 半導(dǎo)體器件的其他實施方式，例如半導(dǎo)體器件20A、20B、30和50A。也可以采用一種非密封 封裝。 當(dāng)在半導(dǎo)體器件裝置20A、20B、30、50A、50B、60或70中采用可選的副固定件28 時，副固定件28可以首先固定在半導(dǎo)體芯片25上，然后再固定在平臺24上，或者采用相反 的順序。對于半導(dǎo)體器件裝置60和70，光纖固定件26被貼附在副固定件28上。一般而 言，半導(dǎo)體器件裝置20A、20B、30、50A、50B、60和70的組件可以采用環(huán)氧樹脂粘合、錫焊、釬 焊、激光焊接或其他任何適用于所用材料的貼附方法固定在一起。
權(quán)利要求
一種裝配半導(dǎo)體器件的方法，包括(a)提供半導(dǎo)體器件部件，其包含一個平臺和一個有一活性層的半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片與所述平臺熱耦合，以便將熱量從所述半導(dǎo)體芯片排出；(b)將光纖固定件貼附到所述半導(dǎo)體器件部件上，所述光纖固定件有一個光纖固定平面；(c)將光纖光耦合至所述半導(dǎo)體芯片，以接收后者發(fā)出的光；其中步驟(c)包括將所述光纖貼附到所述光纖固定件上，以使包含所述活性層的平面垂直于所述光纖固定平面，由此在將所述光纖貼附到所述光纖固定件上時的光耦合變化得以減輕。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包括用環(huán)氧樹脂將所述光纖貼附在所述光 纖固定件上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(c)包括用紫外光源對紫外線可固化環(huán)氧樹脂 進(jìn)行固化。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述光纖固定件對所述紫外光源所發(fā)出的紫外光基 本透明。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟(c)包括將所述紫外線可固化環(huán)氧樹脂加熱至 高于環(huán)境溫度的升高溫度，以提高所述紫外線可固化環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述紫外線可固化環(huán)氧樹脂被加熱至35°C至70°C之 間的溫度。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，包括使所述光纖固定件的熱膨脹系數(shù)與所述半導(dǎo)體器件 部件的熱膨脹系數(shù)相匹配，差值達(dá)到5ppm/°C以內(nèi)，以降低所述紫外線可固化環(huán)氧樹脂在所 述升高溫度下固化時的光耦合的變化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述平臺有一個帶有平臺固定區(qū)的底部表面，所述 方法還包括(d)提供一個基體和一個襯墊；(e)將所述襯墊固定在所述基體上；并(f)將所述平臺固定區(qū)固定在所述襯墊上，使所述平臺固定區(qū)小于所述平臺底部表面 的總面積，由此使所述半導(dǎo)體芯片與所述光纖之間的光耦合對所述基體變形的敏感度得以 降低。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在步驟(f)中，所述平臺固定區(qū)和所述平臺底部表面 在光纖的長度方向上各有一段長度，其中所述平臺固定區(qū)的長度是所述平臺底部表面的長 度的30%至80%。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括(g)提供一個副固定件，其包括一個帶有副固定件固定區(qū)的底部表面；(h)將所述半導(dǎo)體芯片固定在所述副固定件上；(i)將所述副固定件固定區(qū)固定在所述平臺上，用于支承所述半導(dǎo)體芯片，并用于將所 述半導(dǎo)體芯片與所述平臺進(jìn)行熱耦合；其中在步驟(b)中，所述光纖固定件被貼附到所述副固定件上，由此使所述半導(dǎo)體芯 片與所述光纖之間的光耦合對所述平臺變形的敏感度得以降低。
11.一種裝置，包括半導(dǎo)體器件部件，其包含一個平臺和一個有一活性層的半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片 與所述平臺熱耦合，以便將熱量從半導(dǎo)體芯片排出；貼附在所述半導(dǎo)體器件部件上的光纖固定件，所述光纖固定件有一個光纖固定平面；禾口光纖，被貼附在所述光纖固定平面內(nèi)的所述光纖固定件上并光耦合至所述半導(dǎo)體芯片 以接收其所發(fā)出的光；其中包含所述活性層的平面垂直于所述光纖固定平面，由此所述半導(dǎo)體芯片與所述光 纖之間的光耦合與所述裝置的溫度的相關(guān)性得以降低。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中使用環(huán)氧樹脂將所述光纖貼附到所述光纖固定件上。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述環(huán)氧樹脂為紫外線可固化環(huán)氧樹脂。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述光纖固定件對用于固化所述紫外線可固化環(huán) 氧樹脂的紫外光基本透明。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述光纖固定件的熱膨脹系數(shù)與所述半導(dǎo)體器件 部件的熱膨脹系數(shù)的差值小于5ppm/°C。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述光纖為具有一個畸變光纖透鏡的帶透鏡光 纖，所述畸變光纖透鏡具有相互垂直的第一和第二光學(xué)平面，所述第一和第二光學(xué)平面分 別平行于所述活性層平面和所述光纖固定平面。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體器件部件還包含一個底部表面帶有副 固定件固定區(qū)的副固定件，所述副固定件固定區(qū)固定在所述平臺上，用于支承所述半導(dǎo)體 芯片并用于將所述半導(dǎo)體芯片與所述平臺進(jìn)行熱耦合。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述光纖固定件被貼附在所述副固定件上，由此 所述半導(dǎo)體芯片與所述光纖之間的光耦合與所述裝置溫度的相關(guān)性得以降低。
19.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述平臺有一個帶有平臺固定區(qū)的底部表面，所 述裝置還進(jìn)一步包含一個基體和一個固定在所述基體上的襯墊，其中所述平臺固定區(qū)被固定在所述襯墊上；且其中所述平臺固定區(qū)小于所述平臺的底部表面的總面積，由此使所述半導(dǎo)體芯片與所 述光纖之間的光耦合對所述基體變形的敏感度得以降低。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述平臺固定區(qū)和所述平臺的底部表面在光纖的 長度方向上各有一段長度，其中所述平臺固定區(qū)的長度是所述平臺底部表面的長度的30% 至 80%。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體器件部件還包含一個底部表面帶有一 副固定件固定區(qū)的副固定件，所述副固定件固定區(qū)固定在所述平臺上，用于支承所述半導(dǎo) 體芯片并用于將所述半導(dǎo)體芯片與所述平臺進(jìn)行熱耦合。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述副固定件固定區(qū)和所述平臺固定區(qū)在所述光 纖的長度方向上各有一段長度，其中所述副固定件固定區(qū)的長度是所述平臺固定區(qū)的長度 的 30%至 80%。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述副固定件固定區(qū)被設(shè)置在所述平臺固定區(qū)上。
24.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體芯片為激光二極管芯片。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種光纖耦合式半導(dǎo)體器件以及加工所述器件的方法。所述方法可在器件裝配中實現(xiàn)光耦合穩(wěn)定性的改善，由此可使光纖耦合式器件實現(xiàn)更高的光功率水平和更高的總效率。這種改善通過將光纖貼附到一光纖固定件的豎直固定表面的方法來實現(xiàn)。固定半導(dǎo)體芯片和光纖的平臺可以被固定到一個固定在一基體上的襯墊上。襯墊的面積小于平臺的面積，以便將基體的熱誘發(fā)變形與半導(dǎo)體器件平臺的變形加以機(jī)械解耦。在可選方式中，將光纖固定件貼附在半導(dǎo)體芯片的一個副固定件上，進(jìn)一步提高所封裝器件的熱穩(wěn)定性。
文檔編號G02B6/42GK101986178SQ20101023775
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者普拉薩德·雅拉曼丘里, 杰伊·A.·斯基德莫爾, 理查德·L.·杜斯特博格, 瑞迪·拉賈, 邱向東 申請人:Jds尤尼弗思公司