CN105305224B - 一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器及其封装方法，包括激光器芯片、次热沉、铜热沉、过渡绝缘电极、电极金线和设置覆铜导线的铝基板；激光器芯片的P型面烧结在次热沉上，次热沉烧结在铜热沉上，铜热沉直接设置在铝基板上，过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线与外部电源相连。本发明采用热、电分离的方式，实现了热沉绝缘，并通过铝基板的绝缘高导热材料对激光器进行散热，提高了激光器的散热效果，同时减少了金线的应用，降低了经济成本。

Description

一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器及其封装方法

技术领域

本发明涉及一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器及其封装方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

半导体激光器波长范围宽、低成本、易于大量生产，并且具有体积小、重量轻、光电转换效率高、性能稳定、寿命长等优点，已经成为光电行业中重要的激光光源，被广泛应用于工业、军事、医疗和直接材料处理等领域，其中大功率半导体激光器是指连续输出功率在数十毫瓦以上的半导体激光器。

半导体激光器封装技术大都是在分立微电子器件封装技术基础上发展起来的，但是半导体激光器的封装与传统微电子分立器件的封装有很大的差异性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而半导体激光器封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出激光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，因此，无法简单地将微电子分立器件的封装用于半导体激光器。

对于半导体激光器而言，输出光功率、光电转换效率以及可靠性是描述器件性能的三个主要参数。随着芯片制备技术的成熟、以及性能的提高，半导体激光器出现了新的发展趋势，半导体激光器芯片和封装不再沿袭传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化进程更是激光产业界研发的主流方向。

中国CN103532006A公开了“一种半导体激光器”，其包括热沉、芯片及设置在热沉上的负极带，在所述热沉上焊接绝缘导热层，所述芯片焊接在绝缘导热层上，在绝缘导热层上还焊接有焊片，该焊片连接有与负极带对应的正极带，在芯片的一端设置有光纤。芯片发生激光，通过光纤传出，两极带连接供电源供电，热沉散热。本方案通过使用双极带电极结构引入供电源，以及设置绝缘导热层，达到整个封装散热通道既散热又电绝缘的效果。通过本方案提供的半导体激光器，其解决了散热和热沉带电等问题，结构相对简单，可靠性好。但是在实际生产中，该发明的生产成本会因电极线的增加而增加，同时该发明无法解决激光器的散热问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器。

本发明还提供一种采用铝基板封装大功率半导体激光器的封装方法。

本发明的技术方案如下：

一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器，包括激光器芯片、次热沉、铜热沉、过渡绝缘电极、电极金线和设置覆铜导线的铝基板；所述激光器芯片的P型面烧结在次热沉上，次热沉烧结在铜热沉上，铜热沉直接烧结在铝基板上；所述过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；所述电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线与外部电源相连。

在此技术方案中，铝基板中填充有绝缘导热材料，既可以将激光器产生的热量通过次热沉、铜热沉和铝基板导出，又可以通过铝基板中的绝缘导热材料对激光器进行电绝缘隔离；两侧的N型过渡绝缘电极和P型过渡绝缘电极相当于激光器芯片的正负电极，通过N型过渡绝缘电极和P型过渡绝缘电极与覆铜导线相连，区别于将电极直接焊接在热沉上的传统做法，通过热、电分离，有效实现了激光器热沉绝缘。

根据本发明，优选的，所述铜热沉的四个侧面分别设置有一组激光器芯片、次热沉、过渡绝缘电极和电极金线，所述每组的激光器芯片、次热沉、过渡绝缘电极和电极金线采用相同的连接方式，即激光器芯片的P型面烧结在次热沉上，次热沉烧结在铜热沉上，过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间。此设计的好处在于，通过一个铜热沉形成单个铜热沉支撑四个激光器散热的形式，通过合理设置铝基板中覆铜导线的走线对烧结在铜热沉四个侧面上的激光器进行串联或者并联的电器连接。

根据本发明，优选的，所述次热沉的材质为AlN或者SiC。

根据本发明，优选的，所述过渡绝缘电极的材质为AlN或SiC。

一种采用铝基板封装大功率半导体激光器的封装方法，步骤如下，

首先，在铜热沉的每一个侧面上将激光器芯片的P型面通过铟焊料或者金锡焊料烧结在次热沉上，次热沉通过铟焊料烧结在铜热沉上，铜热沉直接烧结在铝基板上；

其次，再将过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；

最后，将电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线与外部电源相连。

本发明的有益效果在于：

1.本发明半导体激光器热沉直接烧结在铝基板上，通过铝基板中的绝缘高导热材料陶瓷聚合物玻纤布能够有效的将热量传导至金属基层中，对激光器进行散热，提高了激光器的散热效果。

2.本发明半导体激光器的过渡绝缘电极(相当于半导体激光器的正负电极)直接焊接在铝基板的覆铜导线上，区别于将电极直接焊接在热沉上的传统做法，通过热、电分离，有效实现了激光器热沉绝缘，提高了安全性。

3.本发明激光器正负电极通过铝基板上的覆铜导线直接引出，可更加方便的实现激光模组在整机应用时的密封性。

4.本发明铝基板封装的大功率半导体激光器设计构思巧妙，效果显著，作用良好，具有极高的经济价值和社会价值，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明采用铝基板封装的半导体激光器的结构示意图；

图2为本发明采用铝基板封装半导体激光器的俯视图。

其中：1、激光器芯片，2、次热沉，3、电极金线，4、过渡绝缘电极，5、铜热沉，6、铝基板，7、铝基板上的覆铜导线。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1和图2所示，一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器，包括激光器芯片1、次热沉2、铜热沉5、过渡绝缘电极4、电极金线3和设置覆铜导线的铝基板6；所述激光器芯片1的P型面烧结在次热沉2上，次热沉2烧结在铜热沉5上，铜热沉5直接烧结在铝基板6上；所述过渡绝缘电极4设置在次热沉2的两侧并分别焊接在覆铜导线7上，所述过渡绝缘电极4包括N型过渡绝缘电极和P型过渡绝缘电极，所述电极金线3分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线7与外部电源相连。

其中，所述次热沉2的材料为AlN材料，所述过渡绝缘电极4的材料为SiC材料。

实施例2：

一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述次热沉2的材料为SiC材料，所述过渡绝缘电极4的材料为AlN材料。

实施例3：

一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述铜热沉5的四个侧面分别设置有一组激光器芯片1、次热沉2、过渡绝缘电极4和电极金线3，所述每组的激光器芯片1、次热沉2、过渡绝缘电极4和电极金线3采用相同的连接方式，即激光器芯片1的P型面烧结在次热沉2上，次热沉2烧结在铜热沉5上，所述过渡绝缘电极4设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线7上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；所述电极金线3分别设置在激光器芯片1的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片1的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间。

实施例4：

一种采用铝基板封装大功率半导体激光器的封装方法，步骤如下，

如图2所示，首先，在铜热沉的每一个侧面上将激光器芯片1的P型面通过铟焊料或者金锡焊料烧结在次热沉2上，次热沉2通过铟焊料烧结在铜热沉5上，铜热沉5直接烧结在铝基板6上；

其次，将过渡绝缘电极4设置在次热沉2的两侧并分别焊接在覆铜导线7上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；

最后，将电极金线3分别设置在激光器芯片1的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片1的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线7与外部电源相连。

Claims (5)

1.一种采用铝基板封装的大功率半导体激光器，其特征在于，包括激光器芯片、次热沉、铜热沉、过渡绝缘电极、电极金线和设置覆铜导线的铝基板；所述铝基板中填充有绝缘导热材料；所述激光器芯片的P型面烧结在次热沉上，次热沉烧结在铜热沉上，铜热沉直接烧结在铝基板上；所述过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；所述电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线与外部电源相连。

2.如权利要求1所述的采用铝基板封装的大功率半导体激光器，其特征在于，所述铜热沉的四个侧面分别设置有一组激光器芯片、次热沉、过渡绝缘电极和电极金线，每组的激光器芯片、次热沉、过渡绝缘电极和电极金线采用相同的连接方式，即激光器芯片的P型面烧结在次热沉上，次热沉烧结在铜热沉上，过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间。

3.如权利要求1或2所述的采用铝基板封装的大功率半导体激光器，其特征在于，所述次热沉的材质为AlN或者SiC。

4.如权利要求1或2所述的采用铝基板封装的大功率半导体激光器，其特征在于，所述过渡绝缘电极的材质为AlN或SiC。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的采用铝基板封装的大功率半导体激光器的封装方法，步骤如下，

首先，在铜热沉的每一个侧面上将激光器芯片的P型面通过铟焊料或者金锡焊料烧结在次热沉上，次热沉通过铟焊料烧结在铜热沉上，铜热沉直接烧结在铝基板上；

其次，将过渡绝缘电极设置在次热沉的两侧并分别焊接在覆铜导线上，其中一侧的过渡绝缘电极为N型过渡绝缘电极，另一侧的过渡绝缘电极为P型过渡绝缘电极；

最后，将电极金线分别设置在激光器芯片的N型电极面与N型过渡绝缘电极之间以及激光器芯片的P型电极面与P型过渡绝缘电极之间，所述覆铜导线与外部电源相连。