一种用于非气密封装的光组件及密封方法与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术一种用于非气密封装的光组件及密封方法【技术领域】1.本发明涉及半导体光组件封装工艺技术领域，特别是涉及一种用于非气密封装的光组件及密封方法。背景技术：2.随着互联网的快速发展，大数据、vr、云计算等新的需求不断被提出并且逐步投入商用，互联网厂数据中心的流量和带宽需要成指数级增长。相比较光模块在传统电信传输业务上而言，数据中心需要的光模块需要有更短的迭代周期短和更低的价格支撑。由于上述的两大特点，市场上便产生了光组件的非气密封装方案。光组件的成本在一个光模块里面占比很高，其中封装成本占了主要部分。目前光组件常用的封装形式有to-can、box、蝶形等，在此类封装方式下，光模块表现出了很好的性能和可靠性，其主要原因是上述封装形式均为气密性封装，及采用惰性气体对组件内部进行保护，防止外部水汽以及各类颗粒污染源对组件内部造成影响，保护组件中包括激光器芯片，金丝，胶水，透镜等元器件不受水汽的侵蚀，从而保证光模块的长期稳定性。目前数据中心应用以cwdm 4×25g tosa/rosa及收发合一器件为主要应用方案，该方案如果采用气密性封装，则需要在电接口处用陶瓷件与金属壳体相连，并且采用特殊的工艺进行密封操作，这一过程会极大提高光模块的成本。3.目前，光组件中的金丝、胶水等以及核心部件激光器芯片都需要进行防水处理。其中分布式反馈激光器或者电吸收调制激光器需要满足gr468的高温高湿老化标准，在85摄氏度及85％相对湿度条件下，存储500小时或者带电工作2000小时不失效。由于激光器芯片是有源器件，其工作时需要通电并且进行电光转换，芯片暴露在高温高湿的条件下，当水汽进行芯片内部，其无时无刻在发生电化学腐蚀和光化学腐蚀过程，该过程加速了激光器的失效。目前国际上几个半导体激光器大厂已经纷纷推出了适用于非气密封装的dfb或者eml芯片，但是该项技术基本被国外厂家垄断，纯国产化的非气密封装技术还十分少见，因此需要迫切的提出一项技术来解决芯片的防水特性。4.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。技术实现要素：5.本发明要解决的技术问题是目前国际上几个半导体激光器大厂已经纷纷推出了适用于非气密封装的dfb或者eml芯片，但是该项技术基本被国外厂家垄断，纯国产化的非气密封装技术还十分少见，因此需要迫切的提出一项技术来解决芯片的防水特性。6.本发明采用如下技术方案：7.第一方面，本发明提供了一种用于非气密封装的光组件的密封方法，其特征在于，包括：8.其芯片阵列贴于过渡块上，并且对其分别进行金丝键合，键合完成之后，利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长，进行水汽保护。9.有选的，利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长的薄膜包括nb2o5、sio2、al2o3、tio2和sinx中的一项或者多项，钝化膜厚度在5-50nm之间。10.有选的，进行原子层沉积的15nm厚度的al2o3。11.有选的，所述al2o3原子沉积，具体为：12.在腔体为150℃条件下通tma 0.1s，抽气4s，然后通氧气8s，抽气4s，完成一个循环，通过多次循环完成所述15nm厚度的al2o3原子沉积；其中射频功率750w。13.有选的，所述利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长之前，方法还包括：14.针对当前芯片阵列的波长配置前光面增透膜和背光反射膜；15.其中，若前光面增透膜和背光反射膜配置参数相同，则在同一镀膜生长环境下完成相应配置的前光面增透膜和背光反射膜；16.若前光面增透膜和背光反射膜配置参数不相同，则在生长背光面反射膜时，预先对前光面进行掩膜；在生长前光面增透膜时，预先对背光面进行掩膜。17.有选的，在芯片阵列包括波长1270nm、1290nm、1310nm和1330nm的4个激光器芯片时，针对当前芯片阵列的波长配置前光面增透膜，具体包括：18.在前光面依次镀制由nb2o5、sio2、nb2o5和sio2构成的前光面增透膜，各层材料厚度分别为188.06nm、121.26nm、89.42nm、279.98nm，所述前光面增透膜在1270nm、1290nm、1310nm和1330nm中心波长处的反射率分别为0.0107％、0.0061％、0.007％、0.0124％。19.有选的，在芯片阵列包括波长1270nm、1290nm、1310nm和1330nm的4个激光器芯片时，针对当前芯片阵列的波长配置背光面反射膜，具体包括：20.在背光面依次镀制sio2、nb2o5、sio2、nb2o5、sio2i和nb2o5，各层材料厚度分别为224.63nm、146.45nm、224.63nm、146.45nm、224.63nm和146.45nm，所述背光面反射膜在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为90.3196％、90.5777％、90.651％、90.5604％。21.有选的，所述若前光面增透膜和背光反射膜配置参数不相同，则在生长背光面反射膜时，预先对前光面进行掩膜；在生长前光面增透膜时，预先对背光面进行掩膜，具体包括：22.确定前光面增透膜和背光反射膜两者之间的厚度关系，选择其中镀制膜厚度相对较小的一方做优先生长镀制膜，而另一方此时做掩膜处理；23.在完成其中镀制膜厚度相对较小的一方的镀制膜生长后，再通过对已经镀制膜生长的一方进行掩膜处理，对另一方再除去历史掩膜后进行相应镀制膜生长处理。24.第二方面，本发明提供了一种用于非气密封装的光组件，其芯片阵列贴于过渡块上，并且对其分别进行金丝键合，具体的：25.针对当前芯片阵列的波长，在其前光面和背光面分别生长有钝化膜；26.所述钝化膜生长的薄膜包括nb2o5、sio2、al2o3、tio2和sinx中的一项或者多项，钝化膜厚度在5-50nm之间。27.有选的，在芯片阵列包括波长1270nm、1290nm、1310nm和1330nm的4个激光器芯片时，在钝化膜之内具体包括：28.在前光面依次镀制由nb2o5、sio2、nb2o5和sio2构成的前光面增透膜，各层材料厚度分别为188.06nm、121.26nm、89.42nm、279.98nm，所述前光面增透膜在1270nm、1290nm、1310nm和1330nm中心波长处的反射率分别为0.0107％、0.0061％、0.007％、0.0124％；29.在背光面依次镀制sio2、nb2o5、sio2、nb2o5、sio2i和nb2o5，各层材料厚度分别为224.63nm、146.45nm、224.63nm、146.45nm、224.63nm和146.45nm，所述背光面反射膜在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为90.3196％、90.5777％、90.651％、90.5604％。30.本发明将制备之后的光组件半成品通过ald生长钝化膜进行防水处理，由于ald技术的生长特点，该薄膜能够对器件中所有的材料，包括过渡块基板，胶水，金丝以及最重要的半导体激光器芯片的p面，前光面和背光面等进行全方位的钝化保护，实现组件的非气密封装。钝化膜生长之后，激光器芯片的前光面和背光面的光学反射率依然在合格范围内。【附图说明】31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。32.图1是本发明实施例提供的一种用于非气密封装的光组件；33.图2是本发明实施例提供的一种用于非气密封装的光组件密封方法流程示意图；34.图3是本发明实施例提供的一种用于非气密封装的光组件密封结构示意图；35.图4是本发明实施例提供的一种用于非气密封装的光组件密封方法流程示意图。【具体实施方式】36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。37.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。38.原子层沉积技术(atom layer depostion，简写为：ald)，本质上是cvd的一种，但又与传统的cvd技术不同。它是一种在速率可控的条件下，利用反应气体与基板之间的气-固相反应，来完成工艺需求；将前驱体气体和反应气体脉冲交替性的通入反应腔体，在沉积基底上化学吸附或反应，一层一层地生长原子膜的方法。ald通常是由若干个半反应序列组成，具有表面自限制和自饱和的特点，展现出独树一帜的优势，如优异的三维共形性、大面积的均匀性、单亚层的膜厚控制和低的生长温度等。39.以生长氧化铝为例：以三甲基铝[al(ch3)3,tma]为金属铝源，水蒸气为氧源：[0040]三甲基铝蒸气脉冲进入反应室，在暴露的衬底或膜表面发生化学吸附反应a；[0041]清洗气体(通常为惰性气体，如高纯氮气或氩气)把未被表面吸附的多余的三甲基铝蒸气和反应副产物甲烷带出反应室；[0042]水蒸气脉冲进入反应室，和三甲基铝前驱体吸附的表面继续进行化学反应b；[0043]清洗气体把多余的水蒸气以及反应副产物甲烷带出反应室。[0044]每个循环过程包含a,b两个半反应，具有自限制和互补性的特点。[0045]a:al(ch3)3(g)+al-oh*(s)→al-o-al(ch3)2*(s)+ch4(g)[0046]b:h2o(g)+al(ch3)*(s)→al-oh*(s)+ch4(g)[0047]其总反应为：2al(ch3)3(g)+3h2o(g)→al2o3(s)+6ch4(g)[0048]此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。[0049]实施例1:[0050]本发明实施例1提供了一种用于非气密封装的光组件的密封方法，如图1所示，包括：[0051]其芯片阵列(例如图1中标注为激光器芯片2，一共有4个激光器芯片构成相应芯片阵列)贴于过渡块1上，并且对其分别进行金丝4键合，键合完成之后，利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长，进行水汽保护。[0052]本发明实施例将制备之后的光组件半成品通过原子层沉积技术ald生长钝化膜进行防水处理，由于ald技术的生长特点，该薄膜能够对器件中所有的材料，包括过渡块基板，胶水，金丝以及最重要的半导体激光器芯片的p面，前光面和背光面等进行全方位的钝化保护，实现组件的非气密封装。[0053]在本发明实施例的可实现方式中，利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长的薄膜包括nb2o5、sio2、al2o3、tio2和sinx中的一项或者多项，钝化膜厚度在5-50nm之间。具体采用那种材料会根据实际情况进行定制化设计，接下来的扩展内容中将结合场景做进一步的深度阐述。[0054]结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，以进行15nm厚度原子层沉积al2o3为例，进行光学优化。al2o3薄膜具有较高的透射比、化学稳定性、高绝缘性、耐高温、耐腐蚀以及较好的防水特性，常用于防水钝化膜用在各类应用之中。在图1中所有暴露在外部的面均匀的沉积一层15nm的al2o3。[0055]对于上述提到的所述al2o3原子沉积，在本发明实施例中还给予了相应的生长过程条件描述，具体的在腔体为150℃条件下通tma 0.1s，抽气4s，然后通氧气8s，抽气4s，完成一个循环，其中射频功率750w。[0056]在本发明具体实现过程中，尤其是在进行上述利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长之前，通常会先进行前光面增透膜和背光反射膜的制作，如图2所示，给予了相应的制作过程，具体包括：[0057]在步骤201中，针对当前芯片阵列的波长配置前光面增透膜和背光反射膜。[0058]在步骤202中，若前光面增透膜和背光反射膜配置参数相同，则在同一镀膜生长环境下完成相应配置的前光面增透膜和背光反射膜。[0059]在步骤203中，若前光面增透膜和背光反射膜配置参数不相同，则在生长背光面反射膜时，预先对前光面进行掩膜；在生长前光面增透膜时，预先对背光面进行掩膜。[0060]此处，强化了对前光面和背光面实际操作中，会涉及到前光面增透膜和背光反射膜配置上的差异；这种差异是发明人在研究了具体激光器特性后提出的改进方案。[0061]接下来，本发明实施例将通过具体的芯片阵列场景，阐述本发明实施例在实现过程中，就相应场景下的最有解决方案实现。在芯片阵列包括波长1270nm、1290nm、1310nm和1330nm的4个激光器芯片时，针对当前芯片阵列的波长配置前光面增透膜，具体包括：[0062]在前光面依次镀制由nb2o5、sio2、nb2o5和sio2构成的前光面增透膜，各层材料厚度分别为188.06nm、121.26nm、89.42nm、279.98nm，所述前光面增透膜在1270nm、1290nm、1310nm和1330nm中心波长处的反射率分别为0.0107％、0.0061％、0.007％、0.0124％。此处，不仅要考虑到各个不同激光器中心波长在相应共同镀制的前光面增透膜下综合反射率特性(即增透特性)，还要考虑到其制作的成本，上述参数为本发明实施例所提出的一组最有参数。如图3所示，从前光面开始依次向图3中左侧生长的各层分别为nb2o5、sio2、nb2o5和sio2。[0063]在背光面依次镀制sio2、nb2o5、sio2、nb2o5、sio2i和nb2o5，各层材料厚度分别为224.63nm、146.45nm、224.63nm、146.45nm、224.63nm和146.45nm，所述背光面反射膜在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为90.3196％、90.5777％、90.651％、90.5604％。如图3所示，从背光面开始依次向图3中右侧生长的各层分别为sio2、nb2o5、sio2、nb2o5、sio2i和nb2o5。[0064]所述若前光面增透膜和背光反射膜配置参数不相同，则在生长背光面反射膜时，预先对前光面进行掩膜；在生长前光面增透膜时，预先对背光面进行掩膜，如图4所示，具体包括：[0065]在步骤301中，确定前光面增透膜和背光反射膜两者之间的厚度关系，选择其中镀制膜厚度相对较小的一方做优先生长镀制膜，而另一方此时做掩膜处理。[0066]在步骤302中，在完成其中镀制膜厚度相对较小的一方的镀制膜生长后，再通过对已经镀制膜生长的一方进行掩膜处理，对另一方再除去历史掩膜后进行相应镀制膜生长处理。[0067]上述步骤301-步骤302所提出的改进方案，主要考虑到了镀制膜相互之间所涉及覆盖情况下，哪种覆盖形式相应的稳定性更高。经过发明人的研究测试才提出来上述对应步骤301-步骤302的改进优化方案。能够保证两种镀膜过程中，对于先完成镀膜的一方在另一方镀膜过程中的影响能够压缩到最小程度。而相应的镀膜的稳定性的提升，是后续利用原子沉积技术对该器件进行钝化膜生长稳定性的有力保障。[0068]实施例2：[0069]本发明实施例提供了一种用于非气密封装的光组件，即通过实施例1所提出的方法所能制出的芯片。其芯片阵列贴于过渡块上，并且对其分别进行金丝键合，具体的：[0070]针对当前芯片阵列的波长，在其前光面和背光面分别生长有钝化膜；[0071]所述钝化膜生长的薄膜包括nb2o5、sio2、al2o3、tio2和sinx中的一项或者多项，钝化膜厚度在5-50nm之间。[0072]本发明实施例将制备之后的光组件半成品通过原子层沉积技术ald生长钝化膜进行防水处理，由于ald技术的生长特点，该薄膜能够对器件中所有的材料，包括过渡块基板，胶水，金丝以及最重要的半导体激光器芯片的p面，前光面和背光面等进行全方位的钝化保护，实现组件的非气密封装。钝化膜生长之后，激光器芯片的前光面和背光面的光学反射率依然在合格范围内。[0073]在本发明实施例中，在芯片阵列包括波长1270nm、1290nm、1310nm和1330nm的4个激光器芯片时，位于钝化膜生长之前，且存在于所述钝化膜之内还包括：[0074]在前光面依次镀制由nb2o5、sio2、nb2o5和sio2构成的前光面增透膜，各层材料厚度分别为188.06nm、121.26nm、89.42nm、279.98nm，所述前光面增透膜在1270nm、1290nm、1310nm和1330nm中心波长处的反射率分别为0.0107％、0.0061％、0.007％、0.0124％；[0075]在背光面依次镀制sio2、nb2o5、sio2、nb2o5、sio2i和nb2o5，各层材料厚度分别为224.63nm、146.45nm、224.63nm、146.45nm、224.63nm和146.45nm，所述背光面反射膜在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为90.3196％、90.5777％、90.651％、90.5604％。[0076]实施例3：[0077]本发明实施例直接基于具体场景，阐述实施例1中所涉及到具体方法过程，如图1所示，首先将根据波长1270nm、1290nm、1310nm、1330nm对应的4款激光器芯片2依次通过半导体激光器贴片技术贴到过渡块基板1上，然后通过金丝键合技术将激光器芯片2上的p面金属电极3和外部金属电极部分相连接，该金丝4是给激光器芯片2进行上电的通道。贴片和金丝键合完成之后，将光组件半成品进行原子层沉积。[0078]al2o3薄膜具有较高的透射比、化学稳定性、高绝缘性、耐高温、耐腐蚀以及较好的防水特性，常用于防水钝化膜用在各类应用之中。在图1中所有暴露在外部的面均匀的沉积一层15nm的al2o3。[0079]一种典型的al2o3原子沉积工艺温度为：在腔体为150℃条件下通tma 0.1s，抽气4s，然后通氧气8s，抽气4s，完成一个循环，其中射频功率750w。[0080]在前光面依次镀制nb2o5、sio2、nb2o激光器芯片2、sio2，厚度分别为188.06nm、121.26nm、89.42nm、279.98nm，该膜系在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为0.0107％、0.0061％、0.007％、0.0124％。[0081]在背光面依次镀制sio2、nb2o5、sio2、nb2o5、sio2、nb2o5，厚度分别为224.63nm、146.45nm、224.63nm、146.45nm、224.63nm、146.45nm，该膜系在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为90.3196％、90.5777％、90.651％、90.5604％。[0082]经过原子层沉积镀膜之后，光组件内部所有的表面都会进行原子沉积技术的钝化，包括前光面5和背光面6，其中在该膜系的条件下，前光面5增加15nm al2o3钝化膜，该膜系在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为0.2921％、0.2622％、0.2376％、0.2107％，4个波长的反射率依旧在0.3％以下。背光面6增加15nm al2o3钝化膜，该膜系在1270nm、1290nm、1310nm、1330nm中心波长处的反射率分别为90.1194％、90.4468％、90.5805％、90.5453％，反射率基本不变，依旧在90％附近。[0083]值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。[0084]本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁盘或光盘等。[0085]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!