一种多管串联半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种多管串联半导体激光器，包括主热沉、正极引线、负极引线、至少两个激光器单元、螺孔和金丝焊线，主热沉两端分别设有一个螺孔，至少两个激光器单元依次排列于两个螺孔之间，激光器单元相互之间串联设置；激光器单元包括：次热沉、第一芯片和第二芯片。本实用新型的多管串联半导体激光器中的每个激光器单元都有次热沉，与主热沉相配合，散热面积大，散热效果佳；本实用新型的多管串联半导体激光器适合多芯片封装，适用于大功率芯片封装；本实用新型的多管串联半导体激光器中的每个激光器单元含有两个芯片，使用、维修方便。
【专利说明】一种多管串联半导体激光器【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体激光器【技术领域】，具体涉及一种多管串联半导体激光器。【背景技术】
[0002]随着激光技术的发展，半导体激光器应用领域覆盖了整个光电子学领域，成为当今光电子学科学的核心技术。半导体激光器以半导体材料为工作物质，通过激励产生激光，激光工作物质一般包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)等,激励方式一般有电注入式、光泵浦和高能电子束激励。半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。半导体激光器的体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用遍布临床、加工制造、军事，其中尤以大功率半导体激光器方面取得的进展最为突出。
[0003]我国在大功率二极管激光器封装技术的研究主要集中在激光器的工艺、可靠性和散热方面，而对激光器封装中热沉结构的相关研究比较少，现有的大功率半导体激光器热沉加工性，装配性及适应性较差。随着二极管激光器输出功率的不断增大，器件的热管理问题日益加剧，严重影响到器件的寿命和可靠性，因此针对该方面的研究很有必要，尤其对研制大功率高可靠性二极管激光器而言。
[0004]随着大功率激光二极管在工业加工、军事等领域的强劲需求，要求器件在高平均功率状态下运转，热功率密度也随之增加，同时也增大了器件失效和退化率。对引起器件内部的热阻变大、散热不均匀及引发器件不可靠性等诱变因素的研究变的非常重要。大功率二极管激光器芯片封装技术直接制约着激光器件的总体性能，如何有效降低芯片工作温度，减少芯片工作时积累的废热，提高激光器输出功率、寿命及可靠性等，如何在封装阶段消除可能导致器件退化、失效的因素，成为提高大功率二极管激光器可靠性的一个突破口。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种多管串联半导体激光器，解决现有技术中半导体激光器散热不佳、不能满足大功率激光器应用的技术问题。
[0006]本实用新型的技术方案包括:一种多管串联半导体激光器，包括主热沉、正极引线、负极引线、至少两个激光器单元、螺孔和金丝焊线，其中，主热沉两端分别设有一个螺孔，至少两个激光器单元依次排列于两个螺孔之间，激光器单元相互之间串联设置；
[0007]所述激光器单元包括:次热沉、第一芯片和第二芯片，所述次热沉下表面固接于所述主热沉上表面，所述第一芯片和第二芯片焊接于所述次热沉上表面，第一芯片和第二芯片串联设置；
[0008]正极引线和负极引线分别位于所述主热沉两端，通过电路板焊接于所述主热沉，正极引线经金丝焊线与第一个激光器单元的次热沉电连接，负极引线经金丝焊线与最后一个激光器单元的次热沉电连接，相邻的激光器单元通过次热沉之间经金丝焊线电连接进行串联。[0009]优选地，所述次热沉的上表面具有三个相互分离、相互电绝缘的镀金区，三个镀金区分别镀有金属层，为第一镀金层、第二镀金层和第三镀金层；所述第一芯片焊接于第二镀金层上，所述第一芯片P面电极与第二镀金层接触；所述第二芯片焊接于第三镀金层上，所述第二芯片P面电极与第三镀金层接触。
[0010]优选地，所述主热沉的材料为铜，所述次热沉的材料为氮化铝、铝碳化硅或碳化硅。
[0011]优选地，所述次热沉的厚度为0.1-lmm。
[0012]优选地，所述激光器单元的数量大于3。
[0013]优选地，所述次热沉的上表面具有三个相互分离、相互电绝缘的镀金区，三个镀金区分别镀有金属层，为第一镀金层、第二镀金层和第三镀金层；所述第一芯片焊接于第二镀金层上，所述第一芯片P面电极与第二镀金层接触；所述第二芯片焊接于第三镀金层上，所述第二芯片P面电极与第三镀金层接触；工作时，电流由正极引线一第一个激光器单元次热沉的第一镀金层一第一个激光器单元第一芯片的P面一第一个激光器单元第一芯片的N面一第一个激光器单元次热沉的第二镀金层一第一个激光器单元第二芯片的P面一第一个激光器单元第二芯片的N面一第一个激光器单元次热沉的第三镀金层一第二个激光器单元次热沉的第一镀金层一第二个激光器单元第一芯片的P面一第二个激光器单元第一芯片的N面一第二个激光器单元次热沉的第二镀金层一第二个激光器单元第二芯片的P面—第二个激光器单元第二芯片的N面一第二个激光器单元次热沉的第三镀金层……一最后一个激光器单元次热沉的第三镀金层一负极引线。
[0014]优选地，所述第一芯片和第二芯片通过AuSn或纯铟构成的焊接材料分别焊接于
第二镀金层和第三镀金层。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括:本实用新型的多管串联半导体激光器中的每个激光器单元都有次热沉，与主热沉相配合，散热面积大，散热效果佳；本实用新型的多管串联半导体激光器适合多芯片封装，适用于大功率芯片封装；本实用新型的多管串联半导体激光器中的每个激光器单元含有两个芯片，使用、维修方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例1的多管串联激光器的结构示意图；
[0017]图2是本实用新型实施例1的激光器单元的结构示意图；
[0018]图3是本实用新型实施例1的激光器单元中次热沉的侧视图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020]本实用新型提供一 种多管串联半导体激光器，包括:主热沉、正极引线、负极引线、至少两个激光器单元、螺孔和金丝焊线，其中，主热沉两端分别设有一个螺孔，至少两个激光器单元依次排列于两个螺孔之间，激光器单元相互之间串联设置；
[0021]所述激光器单元包括:次热沉、第一芯片和第二芯片，所述次热沉下表面固接于所述主热沉上表面，所述第一芯片和第二芯片焊接于所述次热沉上表面，第一芯片和第二芯片串联设置；[0022]正极引线和负极引线分别位于所述主热沉两端，通过电路板焊接于所述主热沉，正极引线经金丝焊线与第一个激光器单元的次热沉电连接，负极引线经金丝焊线与最后一个激光器单元的次热沉电连接，相邻的激光器单元通过次热沉之间经金丝焊线电连接进行串联。
[0023]具体地，上述多管串联半导体激光器中的每个激光器单元都有次热沉，与主热沉相配合，散热面积大，散热效果佳；上述多管串联半导体激光器适合多芯片封装，适用于大功率芯片封装；上述多管串联半导体激光器中的每个激光器单元含有两个芯片，使用、维修方便。
[0024]实施例1:
[0025]本实用新型实施例1提供了一种多管串联半导体激光器，如图1至图3所示，该激光器包括主热沉6、正极引线41、负极引线42、激光器单元1、激光器单元2、激光器单元3、螺孔51、螺孔52和金丝焊线7，其中，螺孔51和螺孔52分别设于主热沉6两端，激光器单元1，激光器单元2，激光器单元3依次排列于螺孔51和螺孔52之间。
[0026]激光器单元1、2、3的结构相同，在此以激光器单元I为例进行介绍，激光器单元I包括:次热沉11、第一芯片12和第二芯片13,次热沉11下表面固接于主热沉6上表面,第一芯片12和第二芯片13焊接于次热沉11上表面，第一芯片12和第二芯片13串联设置；正极引线41和负极引线42分别位于主热沉6两端，通过电路板8焊接于主热沉6，正极引线41经金丝焊线7与激光器单元I的次热沉11电连接，负极引线42经金丝焊线7与激光器单元3的次热沉电连接，次热沉11的上表面具有三个相互分离、相互电绝缘的镀金区，三个镀金区分别镀有金属层，为第一镀金层11a、第二镀金层Ilb和第三镀金层Ilc ;第一芯片
12焊接于第二镀金层Ilb上，第一芯片12的P面电极与第二镀金层Ilb接触；第二芯片13焊接于第三镀金层Ilc上，第二芯片13的P面电极与第三镀金层Ilc接触。第一芯片12和第二芯片13通过AuSn或纯铟构成的焊接材料9分别焊接于第二镀金层Ilb和第三镀金层 11c。
[0027]主热沉6的材料为铜，次热沉11的材料为氮化铝、铝碳化硅或碳化硅，次热沉11的厚度为0.1-1_，次热沉11的材料为具有高导热率(170~200W/mK)和可调的热膨胀系数(6.5~9.5X10-6/K),因此，一方面AlSiC的热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实现良好的匹配，能够防止疲劳失效的产生，甚至可以将功率芯片直接安装到AlSiC基板上；另一方面AlSiC的热导率是可伐合金的十倍，芯片产生的热量可以及时散发，增强半导体激光器的可靠性和稳定性。
[0028]本实施例的激光器在工作时，电流的流向如下:正极引线41 —激光器单元I次热沉11的第一镀金层Ila —激光器单兀I第一芯片12的P面一激光器单兀I第一芯片12的N面一激光器单元I次热沉11的第二镀金层Ilb —激光器单元I第二芯片13的P面一激光器单元I第二芯片13的N面一激光器单元I次热沉11的第三镀金层Ilc —激光器单元2次热沉的第一镀金层 一激光器单元2第一芯片的P面一激光器单元第一芯片的N面一激光器单元2次热沉的第二镀金层一激光器单元2第二芯片的P面一激光器单元2第二芯片的N面一激光器单元2次热沉的第三镀金层……一激光器单元3次热沉的第三镀金层一负极引线42。
[0029]以上所述本实用新型的【具体实施方式】，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种多管串联半导体激光器，包括主热沉、正极引线、负极引线、至少两个激光器单元、螺孔和金丝焊线，其特征在于，主热沉两端分别设有一个螺孔，至少两个激光器单元依次排列于两个螺孔之间，激光器单元相互之间串联设置； 所述激光器单元包括:次热沉、第一芯片和第二芯片，所述次热沉下表面固接于所述主热沉上表面，所述第一芯片和第二芯片焊接于所述次热沉上表面，第一芯片和第二芯片串联设置； 正极引线和负极引线分别位于所述主热沉两端，通过电路板焊接于所述主热沉，正极引线经金丝焊线与第一个激光器单元的次热沉电连接，负极引线经金丝焊线与最后一个激光器单元的次热沉电连接，相邻的激光器单元通过次热沉之间经金丝焊线电连接进行串联。
2.根据权利要求1所述的多管串联半导体激光器，其特征在于，所述次热沉的上表面具有三个相互分离、相互电绝缘的镀金区，三个镀金区分别镀有金属层，为第一镀金层、第二镀金层和第三镀金层；所述第一芯片焊接于第二镀金层上，所述第一芯片P面电极与第二镀金层接触；所述第二芯片焊接于第三镀金层上，所述第二芯片P面电极与第三镀金层接触。
3.根据权利要求1所述的多管串联半导体激光器，其特征在于，所述主热沉的材料为铜，所述次热沉的材料为氮化铝、铝碳化硅或碳化硅。
4.根据权利要求1所述的多管串联半导体激光器，其特征在于，所述次热沉的厚度为0.1 -1mnin
5.根据权利要求2所述的多管串联半导体激光器，其特征在于，所述激光器单元的数量大于3。
6.根据权利要求5所述的多管串联半导体激光器，其特征在于，所述次热沉的上表面具有三个相互分离、相互电绝缘的镀金区，三个镀金区分别镀有金属层，为第一镀金层、第二镀金层和第三镀金层；所述第一芯片焊接于第二镀金层上，所述第一芯片P面电极与第二镀金层接触；所述第二芯片焊接于第三镀金层上，所述第二芯片P面电极与第三镀金层接触；工作时，电流由正极引线一第一个激光器单元次热沉的第一镀金层一第一个激光器单元第一芯片的P面一第一个激光器单元第一芯片的N面一第一个激光器单元次热沉的第二镀金层一第一个激光器单元第二芯片的P面一第一个激光器单元第二芯片的N面一第一个激光器单元次热沉的第三镀金层一第二个激光器单元次热沉的第一镀金层一第二个激光器单元第一芯片的P面一第二个激光器单元第一芯片的N面一第二个激光器单元次热沉的第二镀金层一第二个激光器单元第二芯片的P面一第二个激光器单元第二芯片的N面一第二个激光器单元次热沉的第三镀金层……一最后一个激光器单元次热沉的第三镀金层—负极引线。
7.根据权利要求2所述的多管串联半导体激光器，其特征在于，所述第一芯片和第二芯片通过AuSn或纯铟构成的焊接材料分别焊接于第二镀金层和第三镀金层。
【文档编号】H01S5/024GK203734133SQ201420012626
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】杨林 申请人:武汉洛芙科技股份有限公司