一种半导体激光器模块的制作方法

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种可用于泵浦及其他领域的新型半导体激光器模块。

背景技术：

半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长等优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，比如作为泵浦源用于泵浦固体激光器。在半导体激光器作为侧面泵浦源的应用中，目前已有的侧泵模块常采用半导体激光器呈正三角、正五角、正七角等形式分布于晶体棒周围，并通过热沉为半导体激光器以及晶体棒散热。

目前，以上模块的制冷方案多采用在热沉主体上设置多组通水道，并将制冷介质通入通水道的方式为模块进行制冷，如图1所示。但这种方式存在一些弊端，例如：通水道的设计引入了过多密封圈，导致装配复杂；每个环形模块上的各个激光器均通过外部螺钉固定，导致环形模块外部螺钉数量较多，且螺钉的突出部分影响整体美观；连接电极及引出电极需要缠绕绝缘胶带以防止短路，导致引入过多的绝缘胶带；多环组装时，每个环形模块上的通水道需一一对齐，对定位要求较高。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明实施例的主要目的之一在于提供一种新型的半导体激光器模块，通过设计一种新型的插接件，能够实现各半导体激光器、连接电极及热沉等至少三者之间的限位固定，并且，该模块的制冷部分设置在半导体激光器单元外部，解决了传统方案难以精准定位的问题，装配简单，易于操作，具有较大的应用前景和市场前景。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种半导体激光器模块，所述模块包括：至少一个半导体激光器单元，每个半导体激光器单元包括多个半导体激光器、插接件、以及为所述多个半导体激光器散热的热沉；其中，所述热沉内壁上开设有多个开口槽，多个半导体激光器分别键合于相邻开口槽之间的热沉内壁；所述插接件，用于通过插入所述开口槽中实现半导体激光器与热沉之间的固定。

上述方案中，所述插接件为全部绝缘或部分绝缘的弹性材质；其中，当所述插接件为部分绝缘时，所述插接件的表面或内部设置有导电部分，用于与相邻的半导体激光器相接触，实现相邻半导体激光器之间的电连接；当所述插接件为全部绝缘时，所述模块还包括具有通孔的连接电极，用于与相邻的半导体激光器相接触，实现相邻半导体激光器之间的电连接。

上述方案中，所述插接件包括：平面部分、以及插接部分；所述插接部分包括：自所述平面部分的下表面延伸的至少一个呈钩状的插接头。

上述方案中，所述热沉内壁上的开口槽包括：开口部分、以及基底部分；其中，所述基底部分的内径大于开口部分的内径，所述插接头经连接电极上的通孔插入所述开口槽的基底部分。

上述方案中，所述插接头的外径大于开口槽的开口部分的内径，使得钩状的插接头卡接于开口槽基底部分的侧壁，实现插接件与热沉的卡接固定。

上述方案中，所述插接件的平面部分的外径大于连接电极的通孔的内径，用于实现插接件与半导体激光器、连接电极之间的限位固定。

上述方案中，所述模块还包括：设置于半导体激光器单元外部的至少两个制冷块；其中，所述制冷块的内表面设置有与热沉形状相匹配的卡槽，用于实现热沉与制冷块之间的固定；所述制冷块主体上设置有多个通液孔，所述通液孔的位置与各半导体激光器的位置相对应。

上述方案中，所述制冷块还具有螺孔，用于通过螺钉实现各制冷块与各半导体激光器单元之间的固定。

上述方案中，所述热沉包括：圆环状热沉或多边形热沉，所述多个半导体激光器发出的激光光束汇聚于所述圆环状热沉或多边形热沉的中心。

上述方案中，所述模块还包括引出电极，所述引出电极设置于所述半导体激光器单元内部，用于将所述半导体激光器单元的电极引至外部。

本发明技术方案的有益技术效果如下：

1、插接件及相关结构的设计，使得在半导体激光器单元内部实现了将各半导体激光器、连接电极及热沉等至少三者之间固定连接的方案，固定效果较好，组装更加方便，具有较高的可操作性。

2、制冷水路设置在各半导体激光器单元外部的制冷块上，使得各半导体激光器单元相互独立、互不干涉，在组装时能够直接夹持组装，彻底解决了传统方案中制冷水路位于热沉上导致的各环组装时，引入过多密封圈及各通水道定位对准难度高的问题。

3、引出电极由半导体激光器单元内部直接引出，无需定位，解决了传统方案中引出电极设置外部连接块导致的定位问题以及引入过多绝缘胶带的问题，简单方便，具有更高的实用性。

附图说明

图1为现有技术半导体激光器模块的结构示意图；

图2为本发明制冷块的立体结构示意图；

图3为本发明半导体激光器模块的立体结构示意图；

图4为本发明半导体激光器单元的局部结构示意图；

图5为本发明的插接件与热沉限位固定的结构示意图；

图6为本发明半导体激光器单元的另一局部结构示意图。

附图标号说明：1为半导体激光器单元，11为半导体激光器，111为半导体激光器芯片，112为衬底，12为插接件，121为平面部分，122为插接部分，13为热沉，131为安装平台，14为开口槽，141为开口部分，142为基底部分，15为连接电极，151通孔，16为制冷块，161通液孔。

具体实施方式

本发明以下实施例提供了一种新型的半导体激光器模块，主要思路是：通过设计一种新型的插接件，在半导体激光器单元内部实现各半导体激光器、连接电极、热沉等至少三者之间的限位固定，并且将制冷水路设置在半导体激光器单元外部的制冷块上，制冷效率高，且装配简单。

以下结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。

本发明实施例中，每个半导体激光器模块可以包括至少一个半导体激光器单元1，图4为本发明半导体激光器单元的局部结构示意图。如图4所示，每个半导体激光器单元又可以包括：多个半导体激光器11、插接件12、以及为所述多个半导体激光器散热的热沉13。

这里，所述热沉13可以包括但不限于：圆环状热沉或多边形热沉，所述圆环并不一定为正圆，也可以为非正圆；所述多边形可以包括三角形、四边形、五边形等等。优选的，热沉13为正圆环状热沉或正多边形热沉。所述多个半导体激光器具体可以键合于所述圆环状热沉或多边形热沉的内壁，其发出的激光光束汇聚于所述圆环状热沉或多边形热沉的中心，本发明附图及具体实施例以所述热沉13为正圆环状热沉为例进行举例说明。基于上述，我们可以知道，本发明所述的半导体激光器模块的主要应用之一可以作为固定激光器的侧面泵浦源，固体激光器的增益介质（例如晶体棒）可设置于圆环状热沉或多边形热沉的中心。

所述半导体激光器11可以至少包括但不限于：激光芯片、衬底；所述激光芯片可以为边发射型半导体激光器芯片，在某些实施例中，其也可以为垂直腔面发射型半导体激光器芯片；激光芯片键合于所述衬底上，所述衬底具有与激光芯片相匹配的热膨胀系数。

具体的，所述热沉内壁上可以开设有多个开口槽14，多个半导体激光器11分别键合于相邻开口槽之间的热沉内壁；所述插接件12用于通过插入所述开口槽14中，实现半导体激光器11与热沉13之间的固定。

上述方案中，所述插接件12为绝缘或部分绝缘的弹性材质，例如peek（聚醚醚酮）。当所述插接件为部分绝缘时，所述插接件的表面或内部设置有导电部分，用于与相邻的半导体激光器相接触，实现相邻半导体激光器之间的电连接；部分绝缘的插接件主要考虑的是：该插接件在实现固定限位的功能时，还可以同时作为连接电极使用，在不引入连接电极的情况下即可实现各半导体激光器之间的电连接。所述插接件12的导电功能具体可以通过采用在插接件表面选择性包覆导电层、或内部设置导电通道等其他方式实现。

具体的，所述插接件12可以包括平面部分121、以及插接部分122；这里，所述插接件12选择弹性材质的考虑是，弹性材质可产生一定的弹性形变，在插接件12插入到开口槽14时，其可以在产生一定形变量的情况下（收缩）插入，并在插入后在一定程度上恢复该形变量，例如恢复至原始状态，形变量的恢复能够为插接件在开口槽中的固定限位提供保证。

上述方案中，所述插接部分122可以包括：自所述平面部分121的下表面延伸的至少一个呈钩状的插接头，本发明实施例以所述插接头的数量为2进行举例说明。所述插接件12可以为一体注塑成型件，也可以将平面部分121和插接部分122各自成型后，利用机械固定或化学粘接等方式将两者固定到一起。

进一步的，当所述插接件为全部绝缘的弹性材质时，所述模块还可以包括：具有通孔的连接电极15，所述连接电极15用于与相邻的半导体激光器相接触，实现相邻半导体激光器11之间的电连接，本发明实施例以所述插接件为全部绝缘的弹性材质为例进行举例说明。

图5为本发明的插接件与热沉限位固定的结构示意图，图6为本发明半导体激光器单元的另一局部结构示意图。如图5、图6所示，上述方案中，所述热沉13内壁上开设的开口槽14可以具有开口部分141和基底部分142，且所述基底部分142的内径大于开口部分141的内径，这里所述基底部分142与开口部分141的内径指的是两者在某同一方向上的长度。

所述插接头可以经所述连接电极15上的通孔151插入所述开口槽14的基底部分142，由于所述插接部分122为呈钩状的插接头，因此该钩状的插接头可卡接于基底部分142的侧壁上，实现插接部分12与热沉13的卡接固定。

具体的，为了保证插接部分122牢固的插接于所述基底部分142，在实际应用中，所述插接头的外径应大于开口部分141的内径，这里，所述插接头的外径是指：插接件具有的所有插接头整体上在某一方向上的长度；开口部分141的内径是指：相同方向上开口部分141的长度。

由于所述插接件12为弹性材质，因此在插接头的外径大于开口部分141的内径时，该插接头在具有一定弹性形变量的情况下也能通过开口部分141插入到开口槽14中，该弹性形变量在插接头插入开口槽14后会有一定程度的恢复，并且基于以上基底部分142的内径大于开口部分141的内径，使得钩状的插接头在插入基底部分142后能够卡接于基底部分142的侧壁，并且不会从开口部分141脱离，以此实现插接件12与热沉13的卡接固定。

进一步的，对于所述插接件12，由于其插接头可以经所述连接电极15上的通孔151插入所述开口槽14中，因此，所述插接件的平面部分121的外径还应当大于连接电极15的通孔151的内径，以保证插接件的平面部分121不会从连接电极的通孔151处脱离，确保固定质量。这里所述平面部分121的外径指的是在某一方向上平面部分121的长度，所述通孔151的内径指的是在相同方向上通孔的直径。这样，由于插接件12与连接电极15两者固定，连接电极15与相邻的半导体激光器11连接，因此可以实现插接件12与半导体激光器11、连接电极15三者之间的限位固定。

另外，本发明实施例中的热沉13的内壁上还设置有安装平台131，安装平台131设置于相邻开口槽之间，该安装平台131具体可用于键合半导体激光器，如图6所示，图6仅示出部分半导体激光器、连接电极及插接件，未示出部分与已示出部分类似。

考虑到如何实现提升定位精度、方便安装这一点，以上半导体激光器单元所包括的热沉13上并未设置制冷水路，而是在半导体激光器单元外部设置制冷水路。

进一步的，以上所述半导体激光器模块还可以包括设置于半导体激光器单元外部的至少两个制冷块16。图2为本发明制冷块的立体结构示意图，图3为本发明半导体激光器模块的立体结构示意图、如图2、图3所示，本发明实施例以所述制冷块16的数量为2进行举例说明，所述制冷块16的内表面设置有与热沉形状相匹配的卡槽（图中未示出），在多个半导体激光器单元进行组装时，可以将每个半导体激光器单元分别对应到相应的卡槽中，用于实现热沉与制冷块的固定。

进一步的，可以在所述制冷块16的卡槽处设置高导热层，例如铟膜层，主要用于实现热沉13与制冷块16之间的热交换，以提高制冷块16与半导体激光器单元之间的导热效率。

具体的，所述制冷块16的制冷方式可以包括：传导制冷型、液体制冷型，其中，当所述制冷方式为传导制冷型时，所述制冷块由高导热材料制成，例如铜等高导热金属、和/或非金属材料；当所述制冷方式为液体制冷型时，所述制冷块主体上设置有多个通液孔；本发明实施例以所述制冷方式为液体制冷型为例进行举例示意。

如图2、图3所示，所述制冷块主体上可以设置有多个通液孔161，优选的，为了达到更高效的制冷效果，所述通液孔的位置可以与各半导体激光器的位置相对应。所述通液孔161的形式可以包括但不限于：翅片状、微通孔阵列等各种形式。

并且，所述制冷块还具有螺孔（图中未示出），通过螺钉可以实现各制冷块与各半导体激光器单元之间的固定。如图3所示，在本发明实施例中，各半导体激光器单元位于两个制冷块16所构成的中心空腔区域，螺钉可以旋入两个制冷块16所具有的螺孔中，这样即实现了将制冷块及各半导体激光器单元固定到一起。

本发明的上述方案将制冷水路设置在热沉外部，即将制冷水路与热沉分离设计，分离式制冷水路的结构设计使得半导体激光器单元的热沉主体上不存在通水道结构，这样，当多组半导体激光器单元进行组装时，直接将其夹持至相应卡槽中即可，各半导体激光器单元之间相互独立，无干涉，易于组装及拆卸。并且，由于各半导体激光器单元之间相互独立，因此在组装时，各半导体激光器单元之间可以存在一定错位，以实现各半导体激光器单元有角度的排列。

所述模块还包括引出电极，所述引出电极设置于所述半导体激光器单元内部，用于将所述半导体激光器单元的电极引至外部，具体可以经所述热沉引至外部，即引出电极由半导体激光器单元内部直接引出。为了避免短路，可在引出电极表面设置部分绝缘层，使其在引出路径中与热沉等绝缘，此种电极引出方式无需定位，解决了传统方案中引出电极设置外部连接块导致的定位问题以及引入过多绝缘胶带的问题，方便实用。

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