激光单元及激光叠阵的制作方法

本实用新型涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种激光单元及激光叠阵。

背景技术：

在半导体激光器封装技术领域中，传统的传导冷却半导体激光器叠阵包含两种类型，一种通过焊接组成叠阵，如图1，一种通过机械夹持组成叠阵，如图2。

图1中，叠阵一旦键合完成难以拆卸、重组或返修，再次键合往往伴随着激光芯片的污染或破损。图2中，机械夹持方案只存在水平方向的施力，而无垂直方向，因而出现的问题是：垂直方向没有力量约束，面对纵向振动时，叠阵易于出现脱落情况，使得半导体激光器叠阵固定不牢固，严重影响其可靠性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种激光单元及激光叠阵，通过设计新型的封装单元结构能够有效地解决现有技术中难以拆卸、重组或返修，无法保障垂直方向施力的技术问题，结构简单，牢固性和可靠性更高，具有较大的应用范围。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供一种激光单元，包括：激光芯片、导电衬底，所述导电衬底包括第一端和第二端，其中，所述导电衬底第一端的侧面键合所述激光芯片，导电衬底第二端具有相对于第一端倾斜的立体结构。

上述方案中，所述导电衬底第二端具有相对于第一端倾斜的立体结构，包括：导电衬底第二端具有相对于第一端倾斜设置的固定衬底，导电衬底和倾斜设置的固定衬底呈折线形状。

上述方案中，所述导电衬底第二端具有相对于第一端倾斜的立体结构，包括：导电衬底的第二端具有延伸部，所述延伸部相对于第一端倾斜设置，导电衬底的第一端和第二端的延伸部呈折线形状。

上述方案中，所述导电衬底的第二端具有相对于第一端倾斜的立体结构，包括：导电衬底第二端的端面为斜面。

上述方案中，在所述斜面处具有倾斜度相匹配的固定衬底。

上述方案中，所述导电衬底第二端具有的倾斜立体结构的宽度小于或等于导电衬底第一端的宽度。

上述方案中，所述倾斜立体结构的两侧表面具有粗糙度。

上述方案中，在所述倾斜立体结构的两侧表面中的至少一侧表面设置有缓冲层，所述缓冲层与对应表面相接触以产生用于固定的摩擦力。

本实用新型实施例还提供一种激光叠阵，包括多个以上所述的激光单元、固定底座，多个激光单元键合于所述固定底座上。

上述方案中，所述固定底座与多个激光单元两者之间机械固定连接，两者呈互相垂直或倾斜状。

本实用新型的有益技术效果：

1、由于设计了新型的激光单元，各激光单元相对独立地键合于固定底座上，在某个激光单元出现故障时，直接拆卸对应的激光单元进行替换即可，更加方便。

2、激光单元中倾斜立体结构的设置，使得施加在倾斜立体结构上的外力垂直倾斜立体结构的斜面向下，该力分解后故产生垂直方向上的力。

3、多个激光单元形成叠阵时，结合其他方向上的压力和摩擦力等，整体将多个单元固定在固定底座上，牢固性更好。

附图说明

图1为现有技术中的封装结构一；

图2为现有技术中的封装结构二；

图3为本实用新型激光单元的结构示意图一

图4为本实用新型激光叠阵的结构示意图一；

图5为本实用新型激光单元的结构示意图二；

图6为本实用新型激光叠阵的结构示意图二；

图7为本实用新型激光叠阵的结构示意图三；

图8为本实用新型激光叠阵的结构示意图四；

图9为本实用新型激光叠阵的结构示意图五；

图10为本实用新型激光叠阵的结构示意图六；

图11为本实用新型倾斜立体结构的受力图；

图12-图16为本实用新型机械固定激光叠阵的结构示意图。

附图标记说明：1为激光叠阵，11为激光芯片，12为导电衬底，a为导电衬底第一端，a为导电衬底第一端端面，b为导电衬底第二端，c为第二端的延伸部，b为导电衬底第二端端面，13为固定衬底，14为缓冲层，15为导热膜，16为热沉，17为引出电极，18为弹片，d为导电衬底宽度，d为导电衬底第二端倾斜立体结构的宽度，α为倾斜立体结构的斜角，s1为倾斜立体结构的左侧表面，s2为倾斜立体结构的右侧表面。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

本实用新型实施例提供一种激光单元及激光叠阵，如图3所示，所述激光单元包括：激光芯片11、导电衬底12，所述导电衬底12包括第一端a和第二端b，其中，所述导电衬底12第一端a的侧面键合所述激光芯片11，所述导电衬底12第二端b具有相对于第一端a倾斜的立体结构。

对于该倾斜的立体结构，通常来说斜角越大越牢固，但斜角大时相应的导热路径也会变长，因此在实际中需要兼顾牢固和导热。倾斜立体结构的斜角应满足在平衡导热的前提下，不与相邻的倾斜立体结构发生干涉，也就是说，不能为了提高牢固性无限增大斜角，因为导热路径的变长会降低导热效率，并且斜角越大与相邻的倾斜立体结构发生干涉的可能性也越高。

本实用新型所述的导电衬底的第一端为平直的条形片状结构，第二端与第一端共线平行。第二端具有的倾斜立体结构与第一端呈一定夹角，也就是相对倾斜设置。并且需说明的是，“平直”、“垂直”和“倾斜”为表示位置或结构的相对概念，倾斜立体结构中的“倾斜”是针对平直的导电衬底第一端而言。

所述导电衬底第二端具有倾斜立体结构包括多种情况，例如可以在第二端端部设置一延伸部为倾斜立体结构，也可以在第二端处设置其他独立的倾斜立体结构，以下结合附图及具体实施例对各种情况进行进一步展开说明。

实施例一

通过在导电衬底的第二端设置倾斜的固定衬底实现导电衬底的第二端具有相对于第一端倾斜的立体结构，该固定衬底可以为绝缘衬底、或导电衬底。

图3为本实用新型激光单元的结构示意图一，如图3所示所述导电衬底12第二端b具有倾斜的立体结构，具体包括：导电衬底12第二端b具有相对于第一端a倾斜设置的固定衬底13，导电衬底12和倾斜设置的固定衬底13整体呈折线形状，固定衬底13的两个端面可以为平面也可以为斜面，只要在封装时与相邻的结构相互配合即可。

本实用新型实施例中，所述导电衬底12第二端b处具有的倾斜立体结构的宽度小于或等于导电衬底12第一端的宽度，以下所有实施例均适用。其中，参照图5图6理解（其他附图类似），定义水平方向为多个激光单元形成叠阵时的堆叠方向，倾斜立体结构的宽度为导电衬底12第二端b在该水平方向上的厚度，导电衬底12第一端的宽度为在导电衬底12第一端a在该水平方向上的厚度。

如图5图6所示，基于实施例一，固定衬底13的宽度为d，导电衬底12的宽度为d，所述固定衬底13的宽度d小于或等于导电衬底12的宽度d。

图4为所述固定衬底13的宽度d等于导电衬底12的宽度d的情况，图5图6为所述固定衬底13的宽度d小于导电衬底12的宽度d的情况。

参照图5图6，固定衬底13的宽度d小于导电衬底12的宽度d时，导电衬底12会压住一部分缓冲层14，该结构的好处是：由于摩擦力的存在缓冲层14会被约束在固定衬底13和热沉16中间，这种结构下导电衬底12还会从上方挡住缓冲层14，使得缓冲层14不会在振动过程中弹出，这样更加提高了整个激光叠阵的牢固性和可靠性。

实施例二

与以上实施例一不同的是，本实施例通过将导电衬底12第二端b端部设置一延伸部c，实现导电衬底的第二端具有相对于第一端倾斜的立体结构。

如图7所示，所述导电衬底第二端b相对于第一端具有倾斜的立体结构，包括：导电衬底12的第二端b具有延伸部c，所述延伸部相对于第一端倾斜设置，导电衬底12的第一端a和第二端b的延伸部整体呈折线形状，该延伸部与导电衬底12可以为一体式结构，也就是说设计整体上呈折线型的导电衬底12，这样在形成激光叠阵时可直接将多个激光单元键合在热沉16上，结构更加简单紧凑。

此实施例中导电衬底第二端延伸部c的端面可以为平面也可以为斜面，只要在封装时与相邻的结构相互配合即可。导电衬底12第二端的延伸部c与第一端呈一定夹角。

实施例三

通过将导电衬底的第二端的端面设置为斜面，实现导电衬底的第二端具有倾斜的立体结构，该斜面是相对于水平基准面而言的，与水平基准面呈一定夹角的平面即为该斜面。

如图8所示，所述导电衬底的第二端具有倾斜的立体结构，包括：导电衬底12的第二端的端面b为斜面。此种情况下，在形成激光叠阵时，各个导电衬底的长度可以不同，呈一定规律递增或递减均可。

此实施例中，该倾斜立体结构（斜面）与第一端具有一定夹角，也就是相对于第一端是倾斜的。

实施例四

基于以上实施例三，如图9所示，在所述导电衬底12的第二端的端面b为斜面时，还可以在所述斜面处设置有与该斜面倾斜度相匹配的固定衬底，该固定衬底13与导电衬底12相键合。

此种情况下，在形成激光叠阵时，各个导电衬底的长度可以不同，呈一定规律递增或递减，固定衬底13的长度相同；或者，各个导电衬底的长度可以相同，固定衬底13的长度不同，呈一定规律递增或递减，或者在能够与热沉相匹配进行键合的情况下，其他形式也是可以的。

基于以上实施例，本实用新型还提供一种激光叠阵，所述激光叠阵包括多个以上所述的激光单元、固定底座，多个激光单元键合于所述固定底座上。

本实用新型实施例中，所述固定底座为热沉16，多个激光单元键合于所述热沉16上，所述热沉16还用于为所述多个激光单元散热。正如以上所述，多个激光单元中的导电衬底的长度可以相等或不同，例如，图8图9中为各导电衬底长度不等的情况，其他图中为各导电衬底相等的情况，所述导电衬底的长度为导电衬底第一端a的端面a到第二端b的端面b的距离。

如附图所示，在所述热沉16所在的区域，多个激光单元的倾斜立体结构之间还设置有缓冲层14，用于容忍键合过程中产生的变形，同时还可以释放激光芯片的应力，该缓冲层14与前述“在倾斜立体结构的两侧表面中的至少一侧表面设置有缓冲层”中的缓冲层相同，在一定程度上可视为同一缓冲层，该缓冲层14与倾斜立体结构的接触面之间形成摩擦力，实现固定。

位于激光叠阵两端的缓冲层14的厚度与形状依据多个激光单元整体与热沉之间的间距和空隙而定，位于相邻激光单元之间的缓冲层14的厚度和形状依据相邻的倾斜立体结构之间的间距和空隙而定。

在所述多个激光单元与热沉的键合界面上，还设置有导热膜15，用于促进多个激光单元与热沉之间的热传导，提高散热。

热沉与多个激光单元两者之间通常机械固定连接，机械固定连接的方式具体可以包括但不限于：螺纹连接、过盈配合、弹片紧固、热胀冷缩、无压块。

具体的，螺纹连接可以在热沉两侧的压块处设置螺孔和外部螺栓，进行固定，见图12，虚线所示区域为螺孔及螺栓；过盈配合则是通过热沉本身实现，将热沉两侧的压块设置凸起，按照过盈配合的误差要求在热沉本体上的相应位置开设槽口，上述凸起正好以过盈的方式插入所述槽口中，见图13；弹片紧固型则是热沉与多个激光单元之间的间隙中设置有多个具有弹性的弹片18，见图14；热胀冷缩型在组装时对热沉进行加热，而热沉由热膨胀系数较大的金属制成，加热时热沉尺寸变大，此时将多个激光单元放入热沉内（图中的u型口内），在冷却后收缩即可实现固定，见图15；无压块型是没有热沉两侧的压块向下紧固，但由于缓冲层14具有一定的摩擦力，在组装过程中通过对两边的缓冲层14施加一定的预紧力，依然可以实现在横纵两个方向的固定，见图16。

在所述热沉16与多个激光单元两者之间机械固定连接时，热沉16与多个激光单元两者之间可以呈互相垂直状，见图4至图7、图10，在固定时热沉16的施压方向与多个激光单元的堆叠方向平行；或者，热沉16与多个激光单元两者之间可以呈互相倾斜设置（也就是非垂直），见图8图9，此时多个激光单元中，在固定时热沉16的施压方向与多个激光单元的堆叠方向呈一定角度。

本实用新型实施例中，各个导电衬底的第一端a的端面a可以为平面也可以为斜面，第二端b的端面b在以上方案中可以适应性直接设置为斜面或平面。

进一步的，所述缓冲层14可以包括但不限于：fpc、或塑料、或橡胶等，各缓冲层14与相邻激光单元的倾斜立体结构相接触，在一定程度上实现固定；所述倾斜的立体结构可以是截面为平行四边形的斜立方体，如图3至图6，也可以是截面为梯形的斜立方体，如图10。

图11为本实用新型倾斜立体结构的受力图，如图11，以多个激光单元封装固定在热沉上为例，垂直于倾斜立体结构左右两个斜面的为固定时施加在这两个平面的正压力，垂直立体结构底面向上的力为底面施加给倾斜立体结构的正压力，平行于立体结构左右两个斜面的力是由两侧的缓冲层14施加给倾斜立体结构的两个摩擦力，以上各个力能够至少实现对倾斜式立体结构及各激光单元的充分的固定。

本实用新型以上所有实施例中，倾斜立体结构的两侧表面（s1、s2）为斜面，假设以水平方向作为施力的方向，倾斜立体结构的两侧表面为水平方向上施力的受力面，施加在倾斜立体结构上的力垂直作用于斜面，这个垂直于斜面的力会分解为水平方向和垂直方向的分力，因此会产生垂直方向上的力，当施力方向不是沿水平方向时，与上述思路基本类似。

进一步的，所述倾斜立体结构的两侧表面可以具有粗糙度，该粗糙度能够与相接触的其他结构或表面产生摩擦力。

具体的，对于单个激光单元来说，在对其稳固性要求较高或应用苛刻的场合，在所述倾斜立体结构的两侧表面中的至少一侧表面可以设置有缓冲层，所述缓冲层与对应表面相接触产生用于固定的摩擦力，该摩擦力的方向平行于斜面，此摩擦力也可以分解为水平方向和垂直方向上的分力，因而促进了对激光单元及叠阵的进一步固定，以适应高标准的固定要求和应用场合，此种情况下多个激光单元可直接形成叠阵。

在对其稳固性不高或者应用不太苛刻的场合，直接单独对其受力面施力即可实现相应技术效果，即不设置缓冲层，此种情况多个激光单元在形成叠阵时需要图12-图15中u型结构的固定底座，此时虽然没有缓冲层在倾斜立体结构所在方向上传递用于固定的外力，但可以利用该u型固定底座开口处的两个端部接触两端的导电衬底的表面，由u型固定底座开口处的两个端部向相接触的两个导电衬底的表面施加外力，以实现固定。

需要说明的是，激光单元的倾斜立体结构作为外界施力的受力体，最终作用在其上的垂直方向的力与其两侧表面的粗糙度大小、缓冲层表面的粗糙度、作用在其两侧表面的外力、倾斜立体结构的斜角等都有关系，并且还需要考虑激光单元及叠阵的应用场景中外力的影响等因素，此部分需要综合考虑各种条件进行精准详细的计算，非本实用新型重点阐述的技术要点，本实用新型对此不做过多叙述。

关于外界施加外力的主体，可以是下文所述的固定底座、热沉，也可以是其他形式，原则上只要能对激光单元施加外力就可以，这里并不做特别限制。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。