CN101820133A

CN101820133A - 微型高功率激光二极管装置

Info

Publication number: CN101820133A
Application number: CN200910126007A
Authority: CN
Inventors: 郭兴家; 吴春甫; 吴隆佃; 杨子青
Original assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Current assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-01

Abstract

本发明涉及一种微型高功率激光二极管装置，其包括：基座、激光电路小片、光纤导管和光纤。所述基座具有槽道和设置区域，所述槽道连接所述设置区域。所述激光电路小片设置于所述设置区域。所述光纤导管设置于所述槽道。所述光纤穿设过所述光纤导管，其具有第一端，所述第一端接合所述激光电路小片。通过所述光纤导管和所述槽道的配合，所述光纤的定位简单、精准，并且可以降低常规技术中热变形和焊接残留应力且可免除常规光纤软焊的封装工艺中添加的软焊助熔剂，因此可提升光纤的耦光效率、产品良率、高功率激光输出稳定性和激光电路小片的寿命。

Description

微型高功率激光二极管装置

技术领域

本发明涉及一种激光二极管装置，明确地说涉及一种微型高功率激光二极管装置。

背景技术

在常规技术中，通常使用封装壳件封装高功率激光二极管，以成为蝶型(Butterfly)的封装形式，并采用马鞍机构固定光纤再以激光熔接机来进行光纤与激光电路小片的耦光定位(激光搥置(Laser Hammer)工艺)。

常规的激光熔接机主要包括几个部分：激光熔接电源、定位夹持装置和控制器。参看图1，其显示常规马鞍机构夹持和定位光纤的示意图。在常规技术中，光纤11穿设于光纤导管12中，再将光纤导管12置入马鞍机构13中，以利于激光点焊耦光对准，因此需要经过马鞍机构13的激光点焊固定(焊点P1、P2)、光纤导管12置入马鞍机构13内以及光纤11三维(X-Y-Z)方向位移对位校正三个步骤。

然而，常规技术具有以下缺点：蝶型高功率激光二极管装置需要使用热电致冷装置(TE-cooler)以稳定激光电路小片的稳定性，因此封装壳件的体积较大，不利于系统的微型化；光纤导管12置于马鞍机构13内需要较精密的对位以及激光点焊程序来达到较高的耦光效率，因此高功率激光二极管无法达到较高的产量，相对地提高封装成本。

因此，有必要提供一种创新且具有进步性的微型高功率激光二极管装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种微型高功率激光二极管装置，其包括：基座、激光电路小片、光纤导管和光纤。所述基座具有槽道和设置区域，所述槽道连接所述设置区域。所述激光电路小片设置于所述设置区域。所述光纤导管设置于所述槽道。所述光纤穿设过所述光纤导管，其具有第一端，所述第一端接合所述激光电路小片。

通过所述光纤导管和所述槽道的配合，所述光纤的定位简单、精准，并且可以降低常规技术中热变形和焊接残留应力且可免除常规光纤软焊的封装工艺中添加的软焊助熔剂，因此可提升光纤的耦光效率、产品良率、高功率激光输出稳定性和激光电路小片的寿命。

附图说明

图1显示常规马鞍机构夹持和定位光纤的示意图；

图2显示本发明微型高功率激光二极管装置的示意图；

图3显示本发明光纤导管设置于V形槽道的示意图；

图4显示本发明光纤导管设置于U形槽道的示意图；

图5显示本发明具有平板状侧鳍的光纤导管示意图；

图6显示本发明具有研磨角的光纤示意图；

图7显示本发明微蝶型高功率激光二极管装置的示意图；

图8显示本发明光纤研磨角度-耦光效率的示意图；以及

图9显示本发明微型高功率激光二极管模块的示意图。

具体实施方式

图2显示本发明微型高功率激光二极管装置的示意图。所述微型高功率激光二极管装置2包括：基座21、激光电路小片22、光纤导管23、多条导线24和光纤25。所述基座21具有槽道211、设置区域212、阴极电极213和阳极电极214，所述槽道211连接所述设置区域212。所述激光电路小片22设置于所述设置区域212。所述光纤导管23设置于所述槽道211。

其中，所述槽道211的槽口两侧具有承接部215，所述阴极电极213和所述阳极电极214设置于所述设置区域212，所述阴极电极213和所述阳极电极214分别电性连接所述激光电路小片22的阴极和阳极。在本实施例中，所述激光电路小片22贴合并电性连接所述阳极电极214，所述导线24电性连接所述激光电路小片22的阴极和所述阴极电极213，其中所述导线24优选是金线。

所述基座21和所述光纤导管23可依据需求选自柯伐(KOVAR)合金(鐵鎳鈷合金)、殷伐(INVAR)合金(鐵鎳合金)或碳化钨(WC)合金。在本实施例中，所述基座21是电性绝缘材质(例如：碳化钨合金)。应注意的是，如果所述基座21是导电材质(例如：KOVAR或INVAR合金)，在所述基座21与所述阳极电极214之间须另外设置一绝缘材料，使所述基座21与所述阳极电极214无电性连接。

配合参看图3和图4，所述槽道211可为V形槽(图3)或U形槽(图4)。所述光纤导管23具有两个侧鳍231，优选地，所述侧鳍231的形状配合所述承接部215的形状。其中，所述基座21的所述槽道211的尺寸非常小，所述承接部215在微观下具有弧状的R角，因此所述侧鳍231优选是弧状。在其它应用中，所述侧鳍231也可为平板状(如图5所示)。优选地，于所述承接部215与所述侧鳍231之间设置有结合材料26，以加强所述承接部215与所述侧鳍231间的结合。其中，所述结合材料26是锡片(软焊)、72銀-28铜重量百分比硬銲填料的银-铜片(BAg-8)、银胶或其它含金属粒子的聚合物(po1ymer)材料。

所述光纤25穿设过所述光纤导管23，所述光纤25可为单模光纤或多模光纤，所述光纤25具有第一端251，所述第一端251接合所述激光电路小片22。其中，所述光纤25的所述第一端251的周缘具有研磨角θ(如图6所示)，优选地，所述研磨角θ的角度是20度到30度之间。

图7显示本发明微蝶型高功率激光二极管装置的示意图。配合参看图2和图7，在其它应用中，可以封装壳件27(例如：微蝶型(Mini-Butterfly)封装壳件)封装所述基座21、所述激光电路小片22、所述光纤导管23和所述光纤25，以成为微蝶型高功率激光二极管装置。

以下以微蝶型高功率激光二极管装置为例，说明本发明微型高功率激光二极管装置的制作流程。首先，将所述基座21置入所述封装壳件27中，以软焊接合方式接合所述基座21和所述封装壳件27；将所述激光电路小片22贴合并电性连接所述阳极电极214；使用线结合方法(wire bonding)使所述导线24连接所述激光电路小片22的阴极和所述阴极电极213，且将所述阴极电极213和所述阳极电极214连接到所述封装壳件27的相应电极(导通到所述封装壳件27外部的导脚271)；将所述光纤25置入所述光纤导管23中，再将所述光纤导管23置入所述槽道211；进行所述光纤导管23的激光点焊(激光捶置工艺)，以调整所述光纤25与所述激光电路小片22的耦光效率；最后，进行电阻平行滚焊工艺，缝焊密封所述封装壳件27，以制作完成所述微蝶型高功率激光二极管装置。

再配合参看图3和图4，其中，在所述光纤导管23的激光点焊步骤中，先将激光能量施加于所述侧鳍231，使所述侧鳍231产生微量形变而调整其角度和位置，以使所述侧鳍231与所述槽道211槽口两侧的所述承接部215更紧密地配合。接着，再将激光能量施加于所述侧鳍231与所述承接部215之间或直接施加于所述侧鳍231，加热熔融所述结合材料26，以结合所述承接部215和所述侧鳍231。借此，本发明可以降低常规马鞍结构与光纤导管的热变形和焊接残留应力，以及免除常规光纤软焊的封装工艺中添加的软焊助熔剂，因此可提升光纤的耦光效率和激光电路小片的寿命。

图8显示本发明光纤研磨角度-耦光效率的示意图。配合参看图3、图6和图8，其中，经激光点焊步骤调整所述侧鳍231的角度和位置，以及加热熔融所述结合材料26以结合所述承接部215和所述侧鳍231后，进一步配合改变所述光纤25的研磨角度，以寻求最佳的耦光效率。由图8中的数据点的分布可清楚地看出，在所述研磨角θ的角度为20度到30度之间时，本发明的微型高功率激光二极管具有最佳的耦光效率(最高约为85％)。此结果证实了本发明的微型高功率激光二极管确实具有极佳的耦光效率。

图9显示本发明微型高功率激光二极管模块的示意图。配合参看图2和图9，在本实施例中，多个微型高功率激光二极管装置2设置于承载基板3(例如：散热基板或电路板)上，所述微型高功率激光二极管装置2的所述光纤25连接到联合单元(Combiner)4，通过所述联合单元4将所述微型高功率激光二极管装置2所产生的激光汇集输出，以达到设定激光功率的需求。

综上所述，通过所述光纤导管23和所述槽道211的配合，使得所述光纤25的定位简单、精准，并且可以降低常规技术中热变形和焊接残留应力且可免除常规光纤软焊的封装工艺中添加的软焊助熔剂，因此可提升光纤的耦光效率、产品良率、高功率激光输出稳定性和激光电路小片的寿命。

上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明。因此所属领域的技术人员在不脱离本发明的精神的情况下对上述实施例进行修改和变化。本发明的权利范围应如所附权利要求书所列。

Claims

1.一种微型高功率激光二极管装置，其包括：

基座，其具有槽道和设置区域，所述槽道连接所述设置区域；

激光电路小片，其设置于所述设置区域；

光纤导管，其设置于所述槽道；以及

光纤，其穿设过所述光纤导管，其具有第一端，所述第一端接合所述激光电路小片。

2.根据权利要求1所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述基座另外包括阴极电极和阳极电极，设置于所述设置区域，所述阴极电极和所述阳极电极分别电性连接所述激光电路小片的阴极和阳极。

3.根据权利要求2所述的微型高功率激光二极管装置，其另外包括电性连接所述激光电路小片的阴极和所述阴极电极的多条导线。

4.根据权利要求3所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述导线是金线。

5.根据权利要求2所述的微型高功率激光二极管装置，其另外包括设置于所述基座与所述阳极电极之间的绝缘材料，其中所述基座是导电材质。

6.根据权利要求5所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述基座是柯伐合金或殷伐合金。

7.根据权利要求2所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述基座是电性绝缘材质。

8.根据权利要求7所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述基座是碳化钨合金。

9.根据权利要求1所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述槽道是U形槽或V形槽。

10.根据权利要求1所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述槽道的槽口两侧具有承接部，所述光纤导管具有两个侧鳍，所述侧鳍的形状配合所述承接部的形状。

11.根据权利要求10所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述侧鳍是平板状。

12.根据权利要求10所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述侧鳍是弧状。

13.根据权利要求10所述的微型高功率激光二极管装置，其另外包括设置于所述承接部与所述侧鳍之间的结合材料。

14.根据权利要求13所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述结合材料是锡片、72銀-28銅重量百分比硬銲填料的银-铜片或银胶。

15.根据权利要求13所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述结合材料是含金属粒子的聚合物材料。

16.根据权利要求1所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述光纤是单模光纤或多模光纤。

17.根据权利要求1所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述光纤的所述第一端的周缘具有一研磨角。

18.根据权利要求17所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述研磨角的角度是20度到30度。

19.根据权利要求1所述的微型高功率激光二极管装置，其另外包括封装所述基座、所述激光电路小片、所述光纤导管和所述光纤的封装壳件。

20.根据权利要求19所述的微型高功率激光二极管装置，其中所述封装壳件是微蝶型封装壳件。