在基板上組裝VCSEL芯片的方法技術

本發明專利技術涉及一種在基板（2）上組裝VCSEL芯片（1）的方法。在將連接到基板（2）的VCSEL芯片（1）的連接側上沉積去潤濕層（13）。在將連接到VCSEL芯片（1）的基板（2）的連接側上沉積另外的去潤濕層（13）。采用圖案化的設計沉積該去潤濕層（13）或者在沉積之后圖案化該去潤濕層（13）以限定基板（2）和VCSEL芯片（1）上的連接區域（21）。將焊料（15）應用到兩個連接側中的至少一個的連接區域（21）。將VCSEL芯片（1）放置在基板（2）上并將其焊接到基板（2）以電學地和機械地連接VCSEL芯片（1）和基板（2）。通過所提出的方法，實現了VCSEL芯片（1）在基板（2）上的高對準精度，而無需耗時的措施。

Method for assembling VCSEL chip on substrate

The present invention relates to a method for assembling an VCSEL chip (1) on a substrate (2). A dewetting layer (13) is deposited on the connecting side of the VCSEL chip (1) that is connected to the substrate (2). An additional dewetting layer (13) is deposited on the connecting side of the substrate (2) that is connected to the VCSEL chip (1). The dewetting layer (13) is deposited by patterned design, or the dewetting layer (13) is patterned after deposition to define the connection region (21) on the substrate (2) and the VCSEL chip (1). The solder (15) is applied to at least one of the two connecting sides (21). The VCSEL chip (1) is placed on the substrate (2) and soldered to the substrate (2) to electrically and mechanically connect the VCSEL chip (1) and the substrate (2). By the proposed method, the high alignment accuracy of the VCSEL chip (1) on the substrate (2) is achieved without time-consuming measures.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】在基板上組裝VCSEL芯片的方法
本專利技術涉及一種在基板上組裝VCSEL芯片（VCSEL：垂直腔面發射激光器）、特別是含有激光發射器的二維陣列的VCSEL芯片的方法，其中芯片與基板之間的連接通過焊接實現。
技術介紹
VCSELIR功率陣列通過陣列的適當布置提供定制的照明圖案來允許工件的定制加熱。在具體應用中，例如，當試圖通過投射放大的近場圖像的疊加來創建非常均勻的照明時，需要VCSEL芯片的發射窗相對彼此的非常精確的對準（<5-10）。已知，當在基板上組裝VSEL芯片時可以通過執行主動的光學對準來實現所述高對準精度。在這種主動的光學對準中，激活激光器，并且在芯片的操作和放置期間，由相機監視發射。這是一種昂貴且耗時的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種在基板上組裝VCSEL芯片的方法，其在沒有任何耗時的措施的情況下提供了芯片的高對準精度。通過一種在基板上組裝VCSEL芯片的方法實現該目的。該方法包括以下步驟：-通過在臺面的頂上提供電學p接觸來形成p型臺面，-通過用至少重疊在臺面的p-n結之上的電絕緣鈍化層覆蓋臺面來形成n型臺面，-在VCSEL芯片的連接側上沉積去潤濕層，-在基板的連接側上沉積另外的去潤濕層，采用圖案化的設計沉積所述去潤濕層或者在沉積之后圖案化所述去潤濕層以限定基板和VCSEL芯片上的對應的連接區域，其中連接區域為焊料提供潤濕表面，-將焊料應用到兩個連接側中的至少一個的連接區域，-將VCSEL芯片放置在基板上，并且在無需相對于基板固定VCSEL芯片的情況下，將VCSEL芯片焊接到基板以允許VCSEL芯片在基板上通過熔化的焊料的表面張力的移動，其中VCSEL芯片包括底部發射器VCSEL陣列，其以它的臺面側焊接到基板-其中，在去潤濕層在VCSEL芯片的連接側上的沉積之前，沉積第一金屬層，其被電連接到VCSEL的n接觸并且重疊n型臺面，所述n接觸形成VCSEL的p型臺面之間的傳導網絡以用于電連接VCSEL并且在p型臺面之上均等地分布電流，-其中，與第一金屬層同時地沉積第二金屬層以重疊p型臺面和p接觸，第一金屬層和第二金屬層使VCSEL芯片在機械上穩定，使得到n接觸的電連接與p接觸在相同高度處。本專利技術還涉及根據所提出的方法安裝的VCSEL陣列器件。該方法和器件的有利實施例能夠從隨后的描述和優選實施例的部分推斷。在所提出的方法中，在將連接到基板的VCSEL芯片的連接側上沉積用于熔化的焊料的第一去潤濕層。在將連接到VCSEL芯片的基板的連接側上沉積用于熔化的焊料的第二去潤濕層。以圖案化的設計沉積該去潤濕層，或者在沉積之后通過局部移除該層的材料或通過局部地應用不同的材料來圖案化該去潤濕層，以在基板和被機械連接的VCSEL芯片上限定潤濕連接區域。將焊料應用到所述兩個連接側中的至少一個的連接區域。VCSEL芯片被放置在基板上并且在連接區域處焊接到基板以機械地且在大多數情況下還電學地將VCSEL芯片與基板連接。在焊接期間，基板和VCSEL芯片并非機械地固定到彼此，以便通過熔化的焊料的表面張力允許VCSEL芯片在基板上的移動。在該上下文中的術語基板涉及VCSEL芯片要安裝到的并且可選地還電連接到的任何底座部件。在典型的示例中，基板是然后與熱沉接觸以將VCSEL芯片生成的熱量傳輸到熱沉的熱量傳導板。VCSEL芯片可以由單個VCSEL、VCSEL的一維陣列或VCSEL的小型二維陣列、特別是尺寸為0.5×0.5mm2與5×5mm2之間的陣列組成。去潤濕層是具有不被用于將VCSEL芯片連接到基板的焊料潤濕的表面的材料層。與此相反，接觸區域由具有潤濕用于連接的焊料的表面的材料所形成。可以已經以圖案化的設計沉積該去潤濕層，例如通過使用合適的光刻技術。在這種情況下，去潤濕層所應用到的層或襯底必須已經為所使用的焊料提供了潤濕特性。在該上下文中的術語圖案化意指在去潤濕層中形成到下面的襯底或層的通口，該通口限定接觸區域。另一種可能性是通過在沉積后局部移除材料或通過將另一材料局部地應用到去潤濕層來圖案化所沉積的去潤濕層，其中其它材料為熔化的焊料提供潤濕特性。因此，通過這種另外的材料，在去潤濕層上形成焊料墊，其用于稍后的焊接過程。對于本領域技術人員而言顯而易見的是，接觸區域中的材料必須被選擇成允許與所應用的焊料材料的焊料連接。采用上述方法，在焊接期間，通過熔化的焊料的表面張力而在基板上發生VCSEL芯片的自對準。通過以高精度限定連接區域（其在圖案化去潤濕層時通過已知的光刻技術是可能的），在通過所述自對準的焊接期間，還可以在基板上的VCSEL芯片的對準中實現高精度。在VCSEL側以及基板側二者上，通過具有潤濕特性的連接區域和當焊料處于液相時抗潤濕的其間區域創建自對準。可以在基板或VCSEL芯片上應用焊料。然后熔化的焊料的表面張力試圖使表面（即，自由能）最小化，并因此將單個VCSEL芯片拖到由連接區域限定的它們的適當位置。因此，所提出的方法允許VCSEL芯片在基板上的具有高精度的對準，該精度僅受限于限定連接區域（即，用于圖案化去潤濕層）的精度。該方法不需要任何昂貴且耗時的主動對準。在去潤濕層的圖案化之后，可以將焊料應用到基板的連接區域和/或VCSEL芯片的連接區域。優選地，以焊料凸塊的形式將焊料預應用到連接區域。然后將VCSEL芯片放置在基板上，并且在合適的熱爐中加熱帶有VCSEL芯片的基板以便熔化焊料并執行焊接過程。優選地從形成穩定表面氧化物的Ti、TiW和Ni的群組中選擇用于形成去潤濕層的材料。通過將這些材料的沉積層暴露于環境中而發生氧化。還可以通過例如氧等離子體處理或類似的措施加速氧化。穩定意味著在焊接期間，所形成的提供去潤濕特性的表面氧化物不會減少。采用Ti的去潤濕層來實現最佳的去潤濕特性。針對用于將VCSEL芯片安裝在基板上的焊料的優選材料為AuSn、AgSn或銦。這些材料是焊料的基本成分，其還可以具有少量其它金屬的添加物（例如AgSn中的Cu）以影響熔點或可靠性。焊接具有底部發射器VCSEL的VCSEL芯片來使得所述VCSEL的頂側（即在此處形成臺面的一側）連接到基板。優選地，每個芯片包括對于VCSEL所生成的激光輻射而言透明的n型襯底，其上形成VCSEL的臺面，其至少包含p-n結和n-與p-DBR鏡。特別是如果n型材料不可用時，n型襯底也可由玻璃襯底或玻璃層或另一類型的透明襯底或層所替代，其對于特定激光輻射的波長而言是透明的。在本專利申請中，即使臺面還含有n型材料，也針對具有電學p接觸的臺面使用術語p型臺面。通過在去潤濕層的沉積之前沉積金屬層，該金屬層形成VCSEL的n接觸，可以在VCSEL的p型臺面之間形成傳導網絡以用于在所有p臺面之上均等地分布電流。通過采用電絕緣鈍化層覆蓋臺面來形成所謂的n型臺面，所述電絕緣鈍化層至少需要重疊于在蝕刻臺面之后暴露的p-n結之上。由重疊n接觸層和該臺面二者的單獨的金屬層形成到n接觸的電連接。與p接觸在相同高度處的到n接觸的連接允許在襯底側上沒有任何布線的情況下以串聯或并聯方式電連接VCSEL芯片。通過這樣的采用所提出的方法形成的VCSEL陣列器件，可以將微透鏡陣列非常接近于VCSEL芯片的發射表面地放置或附著到VCSEL芯片的發射表面。這允許例如像在本描述的導言部分中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在基板（2）上組裝VCSEL芯片（1）的方法，包括以下步驟：?通過在臺面的頂上提供電學p接觸（7）來形成p型臺面（4），?通過用至少重疊在臺面的p?n結之上的電絕緣鈍化層（11）覆蓋臺面來形成n型臺面（28），?在VCSEL芯片（1）的連接側上沉積去潤濕層（13），?在基板（2）的連接側上沉積另外的去潤濕層（13），采用圖案化的設計沉積所述去潤濕層（13）或者在沉積之后圖案化所述去潤濕層（13）以限定基板（2）和VCSEL芯片（1）上的對應的連接區域（21、14），其中連接區域（21、14）為焊料（15）提供潤濕表面，?將焊料（15）應用到兩個連接側中的至少一個的連接區域（21、14），?將VCSEL芯片（1）放置在基板（2）上，并且在無需相對于基板（2）固定VCSEL芯片（1）的情況下，將VCSEL芯片（1）焊接到基板（2）以允許VCSEL芯片（1）在基板（2）上通過熔化的焊料（15）的表面張力的移動，其中VCSEL芯片（1）包括底部發射器VCSEL陣列，其以它的臺面側焊接到基板（2）?其中，在去潤濕層（13）在VCSEL芯片（1）的連接側上的沉積之前，沉積第一金屬層（10），其被電連接到VCSEL的n接觸（6）并且重疊n型臺面（28），所述n接觸形成VCSEL的p型臺面（4）之間的傳導網絡以用于電連接VCSEL并且在p型臺面（4）之上均等地分布電流，?其中，與第一金屬層（10）同時地沉積第二金屬層（12）以重疊p型臺面（4）和p接觸（7），第一金屬層（10）和第二金屬層（12）使VCSEL芯片（1）在機械上穩定，使得到n接觸（6）的電連接與p接觸（7）在相同高度處。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.10.10 US 61/5452131.一種在基板（2）上組裝VCSEL芯片（1）的方法，包括以下步驟：-通過在臺面的頂上提供電學p接觸（7）來形成p型臺面（4），-通過用至少重疊在臺面的p-n結之上的電絕緣鈍化層（11）覆蓋臺面來形成n型臺面（28），-在VCSEL芯片（1）的連接側上沉積去潤濕層（13），-在基板（2）的連接側上沉積另外的去潤濕層（13），采用圖案化的設計沉積所述去潤濕層（13）或者在沉積之后圖案化所述去潤濕層（13）以限定基板（2）和VCSEL芯片（1）上的對應的連接區域（21、14），其中連接區域（21、14）為焊料（15）提供潤濕表面，-將焊料（15）應用到兩個連接側中的至少一個的連接區域（21、14），-將VCSEL芯片（1）放置在基板（2）上，并且在無需相對于基板（2）固定VCSEL芯片（1）的情況下，將VCSEL芯片（1）焊接到基板（2）以允許VCSEL芯片（1）在基板（2）上通過熔化的焊料（15）的表面張力的移動，其中VCSEL芯片（1）包括底部發射器VCSEL陣列，其以它的臺面側焊接到基板（2）-其中，在去潤濕層（13）在VCSEL芯片（1）的連接側上的沉積之前，沉積第一金屬層（10），其被電連接到VCSEL的n接觸（6）并且重疊n型臺面（28），所述n接觸形成VCSEL的p型臺面（4）之間的傳導網絡以用于電連接VCSEL并且在p型臺面（4）之上均等地分布電流，-其中，與第一金屬層（10）同時地沉積第二金屬層（12）以重疊p型臺面（4）和p接觸（7），第一金屬層（10）和第二金屬層（12）使VCSEL芯片（1）在機械上穩定，使得到n接觸（6）的電連接與p接觸（7）在相同高度處。2.根據權利要求1所述的方法，其中將焊料（15）作為固體層預應用到兩個連接側中的至少一個的連接區域（21、14）。3.根據權利要求1所述的方法，其中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A普魯伊姆布姆，RL莫林，M米勒，
申請(專利權)人：皇家飛利浦有限公司，
類型：發明
國別省市：荷蘭,NL