CN106300004B - 半导体激光器多路集成封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种半导体激光器多路集成封装结构，所述半导体激光器多路集成封装结构由管壳、散热底板、盖板和多个半导体激光器单元组成；本发明的有益技术效果是：提供了一种半导体激光器多路集成封装结构，该结构操作简便、成本较低、结构稳定性好、封装体积较小。

Description

半导体激光器多路集成封装结构
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器封装技术，尤其涉及一种半导体激光器多路集成封装结构。
背景技术
半导体激光器具有光电转换效率高、寿命长、体积小等优点，在激光泵浦、工业加工、医疗设备、军事工业等方面有着广泛的应用；现有技术在对半导体激光器进行封装时，一般针对每个半导体激光器都进行独立封装，当需要多个半导体激光器同时提供多路激光输出时，一般将多个独立封装好的半导体激光器固定在同一散热面上；存在的问题是：现有技术在将多个半导体激光器进行集成时，各个半导体激光器都已预先进行了独立封装，集成后，装置的体积较大，应用方式十分受限。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种半导体激光器多路集成封装结构，其创新在于：所述半导体激光器多路集成封装结构由管壳、散热底板、盖板和多个半导体激光器单元组成；
所述管壳为口字形结构，管壳下端与散热底板上端面连接，管壳和散热底板所围成的凹槽形成安装腔，安装腔一侧的管壳上设置有多个光纤套孔，多个光纤套孔沿水平方向等间距分布，多个光纤套一一对应地套接在光纤套孔内，光纤套的外端从管壳外表面上凸起，光纤套的内端与管壳内壁齐平；安装腔另一侧的管壳上设置有多个引线孔，多个引线孔的位置与多个光纤套孔一一对应，每个引线孔内均设置有一电极引线，电极引线的中部与引线孔固定连接；
所述半导体激光器单元由过渡热沉、工字形支架、激光器芯片、芯片热沉、两根光纤插针、两个Ω形支架、传输光纤和过渡电极组成；所述过渡热沉上端面的一侧形成芯片安装面，过渡热沉上端面的另一侧设置有直角缺口，直角缺口的底面形成支架安装面；所述过渡电极和芯片热沉均焊接在芯片安装面上，过渡电极位于芯片安装面的外侧，芯片热沉位于芯片安装面的内侧，过渡电极和芯片热沉之间留有间隙；激光器芯片焊接在芯片热沉的上端面上，激光器芯片与过渡电极之间通过外接引线连接；所述工字形支架焊接在支架安装面上，两个Ω形支架分别焊接在工字形支架的两个横梁上，Ω形支架的内孔和所述横梁上端面所围区域形成插针孔，两根光纤插针分别套接在两个插针孔内，两根光纤插针之间留有间隔，光纤插针的轴向与激光器芯片相对，位于内侧的光纤插针记为内插针，位于外侧的光纤插针记为外插针，内插针的内端延伸至靠近激光器芯片的位置处，内插针和激光器芯片之间留有间隙，外插针的外端延伸至过渡热沉的外侧；所述传输光纤的内端依次穿过两个光纤插针的内孔后与激光器芯片耦合；
安装腔内位置相对的光纤套孔和引线孔之间的区域形成一个激光器安装位，多个半导体激光器单元一一对应地设置在多个激光器安装位上，半导体激光器单元上过渡电极所在那端与引线孔相对，半导体激光器单元与散热底板焊接固定，外插针的外端套接在光纤套内，外插针和光纤套之间焊接固定，电极引线的内端与过渡电极之间通过外接引线连接；所述盖板将管壳上端的开口处封闭。
前述结构中，激光器芯片上的热量通过芯片热沉和过渡热沉传递至散热底板上并向外导出，内插针用于对传输光纤的内端进行定位，保证传输光纤和激光器芯片之间的耦合精确性（耦合操作在制作半导体激光器单元的过程中进行），外插针用于固定传输光纤中部，外插针和内插针相互独立，在对外插针进行操作时，不会影响传输光纤和激光器芯片之间的耦合精确性；采用本发明方案后，各个半导体激光器单元单独制作、单独检测，检测合格后，多个半导体激光器单元通过安装腔整体封装，操作简便、成本较低，可有效减小装置体积；
为便于本领域技术人员实施，发明人还将一些技术要点说明如下：为保证传输光纤和激光器芯片之间的耦合稳定性，需要通过Ω形支架将内插针牢固固定，目前最优的连接方式是采用激光焊接工艺焊接，为保证散热性，最好采用无氧铜来制作热沉结构，而无氧铜不适合进行激光焊接，因此，建议在具体实施本发明时，采用金属镍或可伐合金来制作工字形支架，采用无氧铜来制作过渡热沉，过渡热沉和工字形支架之间采用高温钎焊工艺用高温焊料焊接，Ω形支架和工字形支架之间通过激光焊工艺焊接；另外，芯片热沉和激光器芯片之间以及过渡热沉和芯片热沉之间均需通过钎焊工艺焊接，而且两个焊接部位较为接近，为避免在后的焊接操作对在前的焊接结构造成影响，此处可采用分级钎焊工艺进行操作，即先对芯片热沉和激光器芯片进行焊接，焊接时采用焊接温度较高的硬焊料，然后再对过渡热沉和芯片热沉进行焊接操作，过渡热沉和芯片热沉之间采用焊接温度较低的软焊料进行焊接。
本发明的有益技术效果是：提供了一种半导体激光器多路集成封装结构，该结构操作简便、成本较低、结构稳定性好、封装体积较小。
附图说明
图1、本发明的结构示意图（图中未示出盖板和外接引线）；
图2、半导体激光器单元结构示意图；
图3、过渡热沉和工字形支架连接结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：管壳1、散热底板2、光纤套1-1、电极引线1-2、过渡热沉3、工字形支架4、激光器芯片5、芯片热沉6、光纤插针7、Ω形支架8、传输光纤9、过渡电极10、半导体激光器单元A。
具体实施方式
一种半导体激光器多路集成封装结构，其创新在于：所述半导体激光器多路集成封装结构由管壳1、散热底板2、盖板和多个半导体激光器单元组成；
所述管壳1为口字形结构，管壳1下端与散热底板2上端面连接，管壳1和散热底板2所围成的凹槽形成安装腔，安装腔一侧的管壳1上设置有多个光纤套孔，多个光纤套孔沿水平方向等间距分布，多个光纤套1-1一一对应地套接在光纤套孔内，光纤套1-1的外端从管壳1外表面上凸起，光纤套1-1的内端与管壳1内壁齐平；安装腔另一侧的管壳1上设置有多个引线孔，多个引线孔的位置与多个光纤套孔一一对应，每个引线孔内均设置有一电极引线1-2，电极引线1-2的中部与引线孔固定连接；
所述半导体激光器单元由过渡热沉3、工字形支架4、激光器芯片5、芯片热沉6、两根光纤插针7、两个Ω形支架8、传输光纤9和过渡电极10组成；所述过渡热沉3上端面的一侧形成芯片安装面，过渡热沉3上端面的另一侧设置有直角缺口，直角缺口的底面形成支架安装面；所述过渡电极10和芯片热沉6均焊接在芯片安装面上，过渡电极10位于芯片安装面的外侧，芯片热沉6位于芯片安装面的内侧，过渡电极10和芯片热沉6之间留有间隙；激光器芯片5焊接在芯片热沉6的上端面上，激光器芯片5与过渡电极10之间通过外接引线连接；所述工字形支架4焊接在支架安装面上，两个Ω形支架8分别焊接在工字形支架4的两个横梁上，Ω形支架8的内孔和所述横梁上端面所围区域形成插针孔，两根光纤插针7分别套接在两个插针孔内，两根光纤插针7之间留有间隔，光纤插针7的轴向与激光器芯片5相对，位于内侧的光纤插针7记为内插针，位于外侧的光纤插针7记为外插针，内插针的内端延伸至靠近激光器芯片5的位置处，内插针和激光器芯片5之间留有间隙，外插针的外端延伸至过渡热沉3的外侧；所述传输光纤9的内端依次穿过两个光纤插针7的内孔后与激光器芯片5耦合；
安装腔内位置相对的光纤套孔和引线孔之间的区域形成一个激光器安装位，多个半导体激光器单元一一对应地设置在多个激光器安装位上，半导体激光器单元上过渡电极10所在那端与引线孔相对，半导体激光器单元与散热底板2焊接固定，外插针的外端套接在光纤套1-1内，外插针和光纤套1-1之间焊接固定，电极引线1-2的内端与过渡电极10之间通过外接引线连接；所述盖板将管壳1上端的开口处封闭。
为最大限度地保证耦合精确性，半导体激光器单元封装前，半导体激光器单元上的各种部件都已预先安装好了，为保证外插针与光纤套1-1的连接稳定性，半导体激光器单元安装到位后，外插针的一部分需伸入到光纤套1-1内，这就需要半导体激光器单元的总长度略长于激光器安装位的长度，如图1所示，安装时，先将半导体激光器单元略微倾斜，然后先将外插针插入光纤套1-1内，然后再将半导体激光器单元放平，为避免安装时过渡热沉3与散热底板2发生干涉，过渡热沉3上与外插针对应的端部下侧还作了倒圆角处理。

Claims (1)

1.一种半导体激光器多路集成封装结构，其特征在于：所述半导体激光器多路集成封装结构由管壳（1）、散热底板（2）、盖板和多个半导体激光器单元组成；
所述管壳（1）为口字形结构，管壳（1）下端与散热底板（2）上端面连接，管壳（1）和散热底板（2）所围成的凹槽形成安装腔，安装腔一侧的管壳（1）上设置有多个光纤套孔，多个光纤套孔沿水平方向等间距分布，多个光纤套（1-1）一一对应地套接在光纤套孔内，光纤套（1-1）的外端从管壳（1）外表面上凸起，光纤套（1-1）的内端与管壳（1）内壁齐平；安装腔另一侧的管壳（1）上设置有多个引线孔，多个引线孔的位置与多个光纤套孔一一对应，每个引线孔内均设置有一电极引线（1-2），电极引线（1-2）的中部与引线孔固定连接；
所述半导体激光器单元由过渡热沉（3）、工字形支架（4）、激光器芯片（5）、芯片热沉（6）、两根光纤插针（7）、两个Ω形支架（8）、传输光纤（9）和过渡电极（10）组成；所述过渡热沉（3）上端面的一侧形成芯片安装面，过渡热沉（3）上端面的另一侧设置有直角缺口，直角缺口的底面形成支架安装面；所述过渡电极（10）和芯片热沉（6）均焊接在芯片安装面上，过渡电极（10）位于芯片安装面的外侧，芯片热沉（6）位于芯片安装面的内侧，过渡电极（10）和芯片热沉（6）之间留有间隙；激光器芯片（5）焊接在芯片热沉（6）的上端面上，激光器芯片（5）与过渡电极（10）之间通过外接引线连接；所述工字形支架（4）焊接在支架安装面上，两个Ω形支架（8）分别焊接在工字形支架（4）的两个横梁上，Ω形支架（8）的内孔和所述横梁上端面所围区域形成插针孔，两根光纤插针（7）分别套接在两个插针孔内，两根光纤插针（7）之间留有间隔，光纤插针（7）的轴向与激光器芯片（5）相对，位于内侧的光纤插针（7）记为内插针，位于外侧的光纤插针（7）记为外插针，内插针的内端延伸至靠近激光器芯片（5）的位置处，内插针和激光器芯片（5）之间留有间隙，外插针的外端延伸至过渡热沉（3）的外侧；所述传输光纤（9）的内端依次穿过两个光纤插针（7）的内孔后与激光器芯片（5）耦合；
安装腔内位置相对的光纤套孔和引线孔之间的区域形成一个激光器安装位，多个半导体激光器单元一一对应地设置在多个激光器安装位上，半导体激光器单元上过渡电极（10）所在那端与引线孔相对，半导体激光器单元与散热底板（2）焊接固定，外插针的外端套接在光纤套（1-1）内，外插针和光纤套（1-1）之间焊接固定，电极引线（1-2）的内端与过渡电极（10）之间通过外接引线连接；所述盖板将管壳（1）上端的开口处封闭。
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