CN105720478A - 一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器及其制备方法 - Google Patents

一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，包括绝缘衬底，激光芯片和导电衬底，以及导电连接片，其绝缘衬底上设置有用于安装芯片单元的安装槽；芯片单元的导电衬底通过焊料键合于绝缘衬底上与其对应的安装槽内;导电连接片设置于相邻的芯片单元之间，用于相邻芯片单元的电连接，且导电连接片与相邻安装槽内的导电衬底无直接接触，解决了传统传导制冷半导体激光器叠阵后期维护复杂的难题，提高了器件的可靠性，便于后期维护，节省了成本。

Description

一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种传导冷却型半导体激光器，具体为可替换芯片的传导冷却型半导体激光器结构。
背景技术
现有的传导冷却型高功率半导体激光器封装结构可以分为两种：
1）专利US7660335B2和US7944955B2所公开的结构：多个半导体激光器芯片和多个散热导电衬底同时焊接后，整体焊接在绝缘导热片上，然后再将该模组焊接在散热器上；
2）图1和图2所涉及的结构：激光芯片\芯片键合到CTE匹配的衬底形成一个发光单元，多个发光单元并列组合，封装到绝缘块上。
上述封装结构的半导体激光器成品均为芯片和导电衬底相互键合为一体的结构，该结构的半导体激光器后期维护复杂，在长期使用中单个芯片的故障难以单独维修和更换，进而影响整个半导体激光器的可靠性。
发明内容
为了解决现有传导冷却半导体激光器封装结构后期维护复杂的问题，本发明提出一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器封装结构。
本发明的技术方案如下：
一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，包括绝缘衬底，激光芯片和导电衬底，以及导电连接片。所述激光芯片键合于对应的导电衬底上，形成一个芯片单元;所述的绝缘衬底上设置有用于安装芯片单元的安装槽；芯片单元的导电衬底通过焊料键合于绝缘衬底上与其对应的安装槽内;所述导电连接片设置于相邻的芯片单元之间，用于相邻芯片单元的电连接，导电连接片一端键合于芯片单元的激光芯片上，另一端键合于上述芯片单元相邻的安装槽内的焊料中，使得导电连接片与相邻安装槽内的导电衬底无直接接触，仅与焊料接触。
上述激光芯片的正极与导电衬底键合，负极与导电连接片键合。
所述的绝缘衬底上的安装槽与芯片单元一一对应，且安装槽间隔均匀，使多个芯片单元之间有均匀的间隔。
在泵浦应用中，上述半导体激光器可进一步优化为：所述绝缘衬底呈弧形或者环形，使得激光芯片发出的激光有共同的汇聚点。
上述芯片单元之间的电连接方式为串联连接。
上述可替换芯片的传导冷却型半导体激光器的制备方法包括以下步骤：
1）将激光芯片键合于导电衬底上，形成一个芯片单元；
2）将多个上述芯片单元的导电衬底通过焊料安装于绝缘衬底上均匀间隔排列的安装槽内；
3）将多个导电连接片安装于相邻的芯片单元之间，实现电连接，具体的安装方式为：导电连接片一端键合于芯片，另一端键合于相邻的安装槽内的焊料中。
所述绝缘衬底为高导热性的陶瓷，比如氮化铝陶瓷，氧化铝陶瓷，氧化铍陶瓷、或金刚石材料。
所述导电衬底为与激光芯片CTE匹配的高导热性的导电材料，比如铜，铜钨，以及铜金刚石。
所述芯片为单发光点激光芯片，或者多发光点激光芯片。
为了实现更优的散热性，本发明可以在上述绝缘衬底下方设置液体制冷型的散热器。
本发明有以下优点：
本发明的可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，相邻芯片相互独立，单个芯片可单独拆装，提高了器件的可靠性，便于后期维护，节省了成本。
附图说明
图1、图2均为现有的封装形式。
图3为本发明的可替换芯片的传导冷却型半导体激光器。
图4为绝缘衬底结构。
图5为绝缘衬底为弧形的实施例。
附图标号说明：1-绝缘衬底，2-导电衬底，3-芯片，4-焊料，5-导电连接片，6-绝缘衬底的安装槽，7-负极电极，8-正极电极，9-激光晶体。
具体实施方式
如图3所示，本发明的可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，包括绝缘衬底1，芯片3和导电衬底2，以及导电连接片5。所述的绝缘衬底1上设置有与芯片个数一一对应的安装槽6，相邻安装槽6间隔均匀。所述芯片3正极键合于对应的导电衬底2上，形成一个芯片单元，芯片单元的导电衬底2通过焊料4键合于绝缘衬底1上与其对应的安装槽6内，使多个芯片单元之间有均匀的间隔；所述导电连接片5用于相邻芯片单元的电连接，导电连接片一端贴合于芯片3负极上，另一端键合于相邻的安装槽6内的焊料4中。这种结构可以使相邻的芯片单元无直接键合连接，拆装替换芯片时可单独拆装，避免了对相邻芯片的损伤。
上述半导体激光器的制备方法包括以下步骤：
1）将激光芯片3正极键合于导电衬底2上，形成一个芯片单元；
2）将多个上述芯片单元的导电衬底2底部通过焊料键合于绝缘衬底上均匀间隔排列的安装槽6内，安装槽6内预置焊料；
3）将多个导电连接片5安装于相邻的巴条单元之间，实现电连接，具体的安装方式为：导电连接片一端键合于芯片负极，另一端键合于相邻的安装槽内的焊料中。
为了实现更优的散热性，本发明可以在上述绝缘衬底下方设置液体制冷型的散热器。
本发明的半导体激光器可以用于固体激光器的泵浦模块，参考图5，绝缘衬底呈弧形，使得激光芯片发出的激光（图5中的虚线箭头为激光传输方向）有共同的汇聚点（即激光晶体9放置的位置）。此外，还包括与激光芯片负极连接的负极电极7，与导电衬底连接的正极电极8，上述多个芯片单元为串联连接。

Claims (10)

1.一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：包括激光芯片、导电衬底、绝缘衬底和导电连接片；
所述激光芯片键合于对应的导电衬底上，形成一个芯片单元;
所述的绝缘衬底上设置有用于安装芯片单元的安装槽，芯片单元的导电衬底通过焊料键合于绝缘衬底上与其对应的安装槽内;
所述导电连接片设置于相邻的芯片单元之间，用于相邻芯片单元的电连接，导电连接片一端键合于芯片单元的激光芯片上，另一端键合于上述芯片单元相邻的安装槽内的焊料中，使得导电连接片与相邻安装槽内的导电衬底无直接接触。
2.根据权利要求1所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述的绝缘衬底上的安装槽与芯片单元一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述的绝缘衬底上的安装槽间隔均匀，使多个芯片单元之间有均匀的间隔。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述绝缘衬底呈弧形或者环形，使得激光芯片发出的激光有共同的汇聚点。
5.根据权利要求1所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述的相邻芯片单元的电连接方式为串联连接。
6.根据权利要求1所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述激光芯片为单发光点激光芯片，或者多发光点激光芯片，或者微型巴条。
7.根据权利要求1所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述导电衬底为铜，铜钨，或者铜金刚石。
8.根据权利要求1所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述绝缘衬底下方设置液体制冷型的散热器。
9.根据权利要求1或者2所述的一种可替换芯片的传导冷却型半导体激光器，其特征在于：所述绝缘衬底为氮化铝陶瓷，或者氧化铝陶瓷，或者氧化铍陶瓷、或者金刚石。
10.权利要求1所述可替换芯片的传导冷却型半导体激光器的制备方法包括以下步骤：
1）将激光芯片键合于导电衬底上，形成一个芯片单元；
2）将多个上述芯片单元的导电衬底通过焊料安装于绝缘衬底上的安装槽内；
3）将多个导电连接片安装于相邻的芯片单元之间，实现电连接，具体的安装方式为：导电连接片一端键合于激光芯片，另一端键合于相邻芯片单元安装槽内的焊料中。
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