一种传导冷却高功率半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种传导冷却高功率半导体激光器，包括激光芯片组、正极连接块、负极连接块和T型绝缘导热块。激光芯片组由多个激光芯片形成叠阵模块，其堆叠方向的两个外端面分别为激光芯片组的正、负极端；正、负极连接块相对的内侧面分别具有第一凸台和第二凸台；第一凸台和第二凸台均为L型，两者呈中心对称设置；第一凸台和第二凸台共同作为激光器的热沉；L型长部与绝缘导热块竖部的两个端面相贴并焊接；L型短部为孔板形式作为引出电极；正、负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块横部的两个端面相贴并焊接；正、负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组的正、负极端相贴并焊接。本发明结构简单、集成性好。
【专利说明】
一种传导冷却高功率半导体激光器
技术领域
[0001]本发明属于半导体激光器封装领域，涉及一种传导冷却高功率半导体激光器。
【背景技术】
[0002]近年来高功率半导体激光器(HPLD)凭借其体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定和寿命长等优点，已经成为半导体光电行业中最具有发展前途的产品，被广泛应用于工业、通讯、军事、医疗和直接的材料处理等领域。随着半导体激光器的广泛应用，其热问题一直是人们关注的焦点之一，热管理已成为制约半导体激光器性能的关键瓶颈。激光器的散热成为了限制半导体激光器输出功率提高的最大阻碍之一，是大功率半导体激光器封装技术必须要解决的问题。
[0003]传统传导冷却型半导体激光器如图5所示(图5所示结构与素材中所写的申请号对应的文件不符，因此这里未写申请号)，它是将多个半导体激光芯片和多个衬底铜钨整体经一次焊接固定在绝缘导热块4上，然后再将该模组焊接在热沉9上，引出正电极7和引出负电极8的孔的轴向与激光芯片组的出光方向平行。该结构存在以下不足:
[0004]1.封装结构复杂、可靠性差
[0005]该结构零部件较多，结构复杂、制备工艺难度大，在制备过程中很难保证按照设计完成焊接，进而会降低产品的可靠性和寿命。
[0006]2.系统集成性较差
[0007]由于该结构电极孔的轴向与激光芯片组的出光方向平行，导致长条阵列方向占用空间更大，不利于空间有限的系统集成，限制其在栗浦固体激光器时应用领域的拓展。
【发明内容】
[0008]本发明提出一种传导冷却高功率半导体激光器，以解决现有封装结构的复杂性、可靠性差、系统集成性差的问题。
[0009]本发明的技术方案是:
[0010]一种传导冷却高功率半导体激光器，它包括激光芯片组、正极连接块、负极连接块、绝缘导热块;所述激光芯片组由多个激光芯片形成叠阵模块;叠阵模块芯片堆叠方向的两个外端面分别作为激光芯片组的正极端和负极端，其特殊之处在于:
[0011 ]所述绝缘导热块为T型结构；
[0012]所述正极连接块具有第一凸台，所述负极连接块具有第二凸台；所述第一凸台和第二凸台均为L型，两者呈中心对称设置，分别位于正极连接块和负极连接块相对的内侧面；
[0013]所述第一凸台和第二凸台共同作为半导体激光器的热沉；
[0014]所述第一凸台和第二凸台的L型长部与绝缘导热块T型结构竖部的两个端面相贴并焊接；
[0015]所述第一凸台和第二凸台的L型短部为孔板形式作为引出电极；
[0016]所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块T型结构横部的两个端面相贴并焊接；
[0017]所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组的两个外端面相贴并焊接，将激光芯片组安装固定;所述激光芯片组的安装位置对应于所述热沉的中部，同时位于绝缘导热块T型结构横部的正上方。
[0018]当对散热要求不高时，采用激光芯片组与绝缘导热块不接触的形式，工艺简单；当对散热要求较高时，采用激光芯片组与绝缘导热块接触的形式，但工艺复杂、难度大。
[0019]基于上述技术方案，本发明还进一步作如下优化限定:
[0020]上述孔板的轴向方向与激光芯片组的出光方向垂直。
[0021]通过正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面对激光芯片组贴紧焊接固定，使激光芯片组悬空，即激光芯片组与绝缘导热块T型结构的横部之间留有空隙，以消除误差带来的不利影响，便于实际加工。
[0022]上述绝缘导热块T型结构为一体件或组合件。
[0023]利用多个上述传导冷却高功率半导体激光器，可以组装成水平阵列，多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，每个传导冷却高功率半导体激光器中正极连接块和负极连接块的引出电极的轴线与晶体棒轴线垂直。
[0024]本发明具有如下优点:
[0025]本发明充分利用了正极连接块和负极连接块的面积，在其上配合设计了呈中心对称设置的两个L型凸面来充当热沉，L型凸面之间设置有导热绝缘块，结构简单、紧凑，便于加工和安装固定，降低了封装结构的复杂性与体积，同时提高了散热性能。如图7与图8所示，从图7可知，在同样的36W连续输出功率情况下，本发明的温升为36.3518-25= 11.3518°C，传统封装结构的温升为37.8136-25 = 12.8136°C，本发明比传统封装结构的温升减小(12.8136-11.3518)/12.8136 = 11.4% ο
[0026]本发明利用多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，组成长条形水平阵列，相对于传统封装结构组成的长条形水平阵列，其在长度方向所占的空间大大降低，因此在栗浦固体激光器的晶轴方向可以放置更多的半导体激光器，具有更好的系统集成性。
[0027]说明书附图
[0028]图1为本发明的结构不意图；
[0029]图2为本发明结构拆解不意图；
[0030]图3为本发明激光芯片组结构示意图；
[0031 ]图4为利用本发明组装的水平阵列的示意图；
[0032]图5为传统传导冷却叠阵高功率半导体激光器的拆解示意图；
[0033]图6为利用传统传导冷却叠阵高功率半导体激光器组装的水平阵列的示意图；
[0034]图7为本发明连续输出36W功率下温度云图；
[0035]图8为传统传导冷却叠阵高功率半导体激光器连续输出36W功率下温度云图；
[0036]图中:1-正极连接块；2-激光芯片组;3-负极连接块;4-绝缘导热块;41-绝缘导热块T型结构横部;42-绝缘导热块T型结构竖部;5-第一凸台；6-第二凸台；7-引出正电极;8-引出负电极;9-热沉。
【具体实施方式】
[0037]如图1和图2所示，本发明所提供的传导冷却高功率半导体激光器包括激光芯片组
2、正极连接块1、负极连接块3和绝缘导热块4。
[0038]激光芯片组2由多个激光芯片形成叠阵模块，各个激光芯片之间使用铜钨材料以相同距离间隔，可组装成任意数量的巴条组结构，以满足不同功率的要求，如图3所示是本发明激光芯片组的结构示意图；叠阵模块(即激光芯片组2)堆叠方向的两个外端面分别作为激光芯片组2的正极端和负极端。
[0039]绝缘导热块4为T型结构，可为一体件也可为组合件。
[0040]正极连接块I具有第一凸台5，负极连接块3具有第二凸台6;第一凸台5和第二凸台6均为L型，两者呈中心对称设置，分别位于正极连接块I和负极连接块3相对的内侧面。第一凸台5和第二凸台6共同作为半导体激光器的热沉。
[0041]第一凸台5和第二凸台6的L型长部与绝缘导热块T型结构竖部42的两个端面相贴并焊接；
[0042]第一凸台5的第二凸台6的L型短部为孔板形式作为引出电极(正极连接块上的孔板为引入正电极，负极连接块上的孔板为引入负电极)且孔板的轴向方向与激光芯片组2的出光方向垂直。这里所说的“孔板”，其“孔”是强调贯通，可以是传统的圆孔，也可以是外缘处有缺口的孔。
[0043]正极连接块I和负极连接块3的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块T型结构横部41的两个端面相贴并焊接；
[0044]正极连接块I和负极连接块3的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组2的两个外端面相贴并焊接，对激光芯片组2固定安装。激光芯片组2的安装位置对应于所述热沉(由第一凸台5和第二凸台6共同组成)的中部，同时位于绝缘导热块T型结构横部41的正上方。
[0045]需要说明的是，对激光芯片组2固定安装时，可使激光芯片组2悬空，即激光芯片组2与绝缘导热块T型结构的横部41之间留有空隙，以消除误差带来的不利影响，便于实际加工。亦可使激光芯片组2与绝缘导热块T型结构的横部41接触，以满足更高的散热要求。
[0046]如图4所示，利用本发明多个传导冷却高功率半导体激光器组成长条形水平阵列，多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，每个传导冷却高功率半导体激光器中正极连接块I和负极连接块3的引出电极的轴线与晶体棒轴线垂直。相对于传统封装结构组成的长条形水平阵列(如图6所示)，利用本发明组成的水平阵列，其在长度方向所占的空间大大降低。
【主权项】
1.一种传导冷却高功率半导体激光器，包括激光芯片组、正极连接块、负极连接块、绝缘导热块;所述激光芯片组由多个激光芯片形成叠阵模块;叠阵模块芯片堆叠方向的两个外端面分别作为激光芯片组的正极端和负极端，其特征在于: 所述绝缘导热块为T型结构； 所述正极连接块具有第一凸台，所述负极连接块具有第二凸台；所述第一凸台和第二凸台均为L型，两者呈中心对称设置，分别位于正极连接块和负极连接块相对的内侧面； 所述第一凸台和第二凸台共同作为半导体激光器的热沉； 所述第一凸台和第二凸台的L型长部与绝缘导热块T型结构竖部的两个端面相贴并焊接； 所述第一凸台和第二凸台的L型短部为孔板形式作为引出电极； 所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块T型结构横部的两个端面相贴并焊接； 所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组的两个外端面相贴并焊接，将激光芯片组安装固定;所述激光芯片组的安装位置对应于所述热沉的中部，同时位于绝缘导热块T型结构横部的正上方。2.根据权利要求1所述的一种传导冷却高功率半导体激光器，其特征在于:所述孔板的轴向方向与激光芯片组的出光方向垂直。3.根据权利要求1或2所述的一种传导冷却高功率半导体激光器，其特征在于:所述激光芯片组与绝缘导热块T型结构的横部之间留有空隙。4.根据权利要求3所述的一种传导冷却高功率半导体激光器，其特征在于:绝缘导热块T型结构为一体件或组合件。5.采用权利要求1所述的一种传导冷却高功率半导体激光器组装的水平阵列，其特征在于:多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，每个传导冷却高功率半导体激光器中正极连接块和负极连接块的引出电极的轴线与晶体棒轴线垂直。
【文档编号】H01S5/024GK106058636SQ201610530533
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】朱其文, 张普, 吴的海, 刘兴胜, 熊玲玲, 聂志强
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所