多芯片半导体激光器的制造方法
【专利摘要】一种多芯片半导体激光器，所述多芯片半导体激光器由主热沉、多个过渡热沉和多个芯片组成；芯片设置于过渡热沉上，每个过渡热沉上设置1个或多个芯片；由一个过渡热沉和对应的芯片组成的结构体即形成一个发光单元；所述主热沉上的安装面为一平面，主热沉上还设置有一圆弧面，圆弧面与安装面垂直；多个发光单元固定在安装面上，且多个发光单元排列成圆弧形，多个发光单元所排列成的圆弧形与圆弧面同圆心。本发明的有益技术效果是：不需要透镜就能对装置的发散角进行扩展，使装置的体积和自重都得到降低，并且组装工艺简单，成本更低。
【专利说明】多芯片半导体激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体激光照明装置，尤其涉及一种多芯片半导体激光器。
【背景技术】
[0002]虽然半导体激光照明早已投入实际应用，但随着应用领域的不断扩展，工程界对半导体激光照明的要求也越来越高，这种高要求主要体现在:需要激光器在保证照明效果的同时还要具备较大的发散角，现有技术中，用于扩展激光器发散角的主要手段是光学透镜(或光学透镜组)方式，其基本原理是通过光学透镜改变芯片发出的光的光路，从而实现扩展发散角的目的；所采用的光学透镜一般又有常规尺寸透镜和微透镜两种；
现有技术存在的问题是:对于采用常规尺寸透镜的方案而言，由于透镜数量众多，导致装置的整体体积较大，而且重量和成本也随之上升；对于采用微透镜的方案而言，虽然对装置的整体体积和重量影响不大，但微透镜组的造价高昂，导致装置的制作成本将大幅上涨；除了前述的各种缺陷外，采用光学透镜方式还存在一个较为重要的缺陷，即抗震动、冲击能力很差，尤其是在野外使用或装设在车辆上时，装置的工作稳定性较差，容易因震动而损坏。
[0003]另外，除了前述的问题外，激光器的散热问题也是影响激光器性能的重要因素，对于采用光学透镜方式扩展发散角的装置而言，为了使激光器中的芯片的光路与光学透镜系统配合以及兼顾装置体积，只能将芯片以高密度的阵列方式设置在装置内，采用一般的被动散热装置根本不能保证装置长时间的稳定运行，只能采用水冷等主动冷却系统，而主动冷却系统的空间占用较大，必然导致装置体积增大(为了避免主动冷却系统的体积过于庞大，一般还要对单个芯片的功率进行限制)，并且由于主动冷却系统部件众多，间接地也使得装置的抗震性能出现下降。
[0004]总体来看，采用光学透镜方式来扩展激光器的发散角，存在体积大、重量大、成本高、抗震动能力弱、组装工艺复杂等一系列问题。
【发明内容】
[0005]针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种多芯片半导体激光器，其结构为:所述多芯片半导体激光器由主热沉、多个过渡热沉和多个芯片组成；芯片设置于过渡热沉上，每个过渡热沉上设置I个或多个芯片(其中，仅在每个过渡热沉上设置一个芯片时，装置的散热效果最佳，每个过渡热沉上设置多个芯片时，装置的功率较大，但散热性能会随着芯片数量增加而下降，具体应用，本领域技术人员可根据设计要求具体选择)；由一个过渡热沉和对应的芯片组成的结构体即形成一个发光单元；所述主热沉上的安装面为一平面，主热沉上还设置有一圆弧面，圆弧面与安装面垂直；多个发光单元固定在安装面上，且多个发光单元排列成圆弧形，多个发光单元所排列成的圆弧形与圆弧面同圆心。
[0006]本发明的原理是:让芯片以圆弧形方式排列，多个芯片在发出光的同时，自然可以获得较大的发散角，避免了现有技术中因采用光学透镜来扩展发散角而带来的一系列问题，具体来说，本发明是这样发挥效果的:首先，主热沉、多个过渡热沉通过固定连接方式形成装置的主体支承结构，再加上没有光学透镜，装置的抗震动、冲击能力得到了大幅提升，主热沉和过渡热沉既起散热作用又起到了支承作用，大大提高了结构的整合度；其次，由于芯片设置得较为分散，采用热沉类被动冷却系统就能满足装置的散热需求，单以芯片支承结构比较，本发明由于芯片设置得较为分散(但这并不意味着装置的功率会出现下降，正是因为这种较为分散的设置方式，使得装置对散热性能的要求相对较低，反而可以将芯片换用为功率更大的芯片，并且光学透镜方式存在装置内光强衰减问题，而本发明则不存在装置内光强衰减)，体积和重量可能比现有的高密度阵列方式排列的芯片支承结构为大，但从整个装置的角度考虑，由于本发明中舍去了透镜组和主动冷却系统，在降低装置的制作成本和组装工艺难度的基础上，反而能够获得重量和体积都相对较小的激光器。
[0007]前述方案中，多个芯片都位于同一平面内，仅能对发散角在一个方向上进行扩展，为了进一步提高装置的照射区域，本发明还可作如下优选方案的应用:由一个主热沉和多个设置有芯片的过渡热沉所组成的结构体即形成一个单向发散角扩展的激光器；两个单向发散角扩展的激光器连接在一起形成双向发散角扩展的激光器。采用前述改进方案后，装置的发散角在两个方向上得到了扩展，实际应用时，还可将多个双向发散角扩展的激光器进行堆叠。
[0008]优选地，所述芯片采用高功率的LD芯片。
[0009]与前文所述的单向发散角扩展的激光器中的支承原理相同地，双向发散角扩展的激光器中，两个单向发散角扩展的激光器之间通过各自的主热沉固定连接，两个主热沉上的安装面呈一定夹角，两个主热沉作为双向发散角扩展的激光器的内部支承结构。
[0010]优选地，所述过渡热沉采用氮化铝或氧化锑材料制作；所述主热沉采用高导热系数的金属制作。
[0011]优选地,多个发光单兀上的芯片发出的光的中心线焦于一点
本发明的有益技术效果是:不需要透镜就能对装置的发散角进行扩展，使装置的体积和自重都得到降低，并且组装工艺简单，成本更低。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1、单向发散角扩展的激光器结构示意图；
图2、双向发散角扩展的激光器结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]一种多芯片半导体激光器，其结构为:所述多芯片半导体激光器由主热沉1、多个过渡热沉2和多个芯片3组成；芯片3设置于过渡热沉2上，每个过渡热沉2上设置I个或多个芯片3 ；由一个过渡热沉2和对应的芯片3组成的结构体即形成一个发光单元；所述主热沉I上的安装面1-1为一平面，主热沉I上还设置有一圆弧面1-2，圆弧面与安装面1-1垂直；多个发光单元固定在安装面1-1上，且多个发光单元排列成圆弧形，多个发光单元所排列成的圆弧形与圆弧面1-2同圆心。
[0014]进一步地，由一个主热沉I和多个设置有芯片3的过渡热沉2所组成的结构体即形成一个单向发散角扩展的激光器；两个单向发散角扩展的激光器连接在一起形成双向发散角扩展的激光器。
[0015]进一步地，所述芯片3采用高功率的LD芯片。
[0016]进一步地，双向发散角扩展的激光器中，两个单向发散角扩展的激光器之间通过各自的主热沉I固定连接，两个主热沉I上的安装面1-1呈一定夹角，两个主热沉I作为双向发散角扩展的激光器的内部支承结构。
[0017]进一步地，所述过渡热沉2采用氮化铝或氧化锑材料制作；所述主热沉I采用高导热系数的金属制作。芯片3与过渡热沉2之间焊接固定，过渡热沉2和主热沉I之间可通过螺栓固定，主热沉I和主热沉I之间可通过焊接固定或直接将两个主热沉I制作为一体件。
[0018]进一步地，多个发光单元上的芯片3发出的光的中心线焦于一点。
[0019]根据本发明方案所制作出的样机，体积为传统技术的1/12375、重量约为传统技术的1/10?1/11，成本约为传统技术的1/6?1/7，抗震动冲击能力约为传统技术的10倍。
【权利要求】
1.一种多芯片半导体激光器，其特征在于:所述多芯片半导体激光器由主热沉(I)、多个过渡热沉(2)和多个芯片(3)组成；芯片(3)设置于过渡热沉(2)上，每个过渡热沉(2)上设置I个或多个芯片(3);由一个过渡热沉(2)和对应的芯片(3)组成的结构体即形成一个发光单元；所述主热沉(I)上的安装面(1-1)为一平面，主热沉(I)上还设置有一圆弧面(1-2)，圆弧面与安装面(1-1)垂直；多个发光单元固定在安装面(1-1)上，且多个发光单元排列成圆弧形，多个发光单元所排列成的圆弧形与圆弧面(1-2)同圆心。
2.根据权利要求1所述的多芯片半导体激光器，其特征在于:由一个主热沉(I)和多个设置有芯片(3)的过渡热沉(2)所组成的结构体即形成一个单向发散角扩展的激光器；两个单向发散角扩展的激光器连接在一起形成双向发散角扩展的激光器。
3.根据权利要求1所述的多芯片半导体激光器，其特征在于:所述芯片(3)采用高功率的LD芯片。
4.根据权利要求2所述的多芯片半导体激光器，其特征在于:双向发散角扩展的激光器中，两个单向发散角扩展的激光器之间通过各自的主热沉(I)固定连接，两个主热沉(I)上的安装面(1-1)呈一定夹角度，两个主热沉(I)作为双向发散角扩展的激光器的内部支承结构。
5.根据权利要求1所述的多芯片半导体激光器，其特征在于:所述过渡热沉(2)采用氮化铝或氧化锑材料制作；所述主热沉(I)采用高导热系数的金属制作。
6.根据权利要求1或2所述的多芯片半导体激光器，其特征在于:多个发光单元上的芯片(3)发出的光的中心线焦于一点。
【文档编号】H01S5/024GK103633560SQ201310628465
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】刘刚明, 郭洪, 欧翔, 孙迎波, 钟正英 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所