CN112103766A - 一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构及其使用方法，该用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，包括热沉衬底，所述热沉衬底上表面开设有凹槽，所述热沉衬底上表面边缘开设有缺口，所述热沉衬底上侧焊接有LD芯片，所述LD芯片和热沉衬底平行，所述LD芯片和热沉衬底之间设置有焊料层，所述焊料层为矩形结构，所述LD芯片的光源发射口位于缺口的上方，本发明在热沉衬底上开设缺口，可有效避免过渡热沉底部遮挡LD芯片有源发光区的现象，降低人为操作以及机械精度带来的不可控的误差，便于将LD芯片贴合在热沉衬底上，且易于加工及大批量生产，可大幅度提升半导体激光器件的稳定性与可靠性。

Description

一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体激光器封装技术领域，具体涉及一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构及其使用方法。

背景技术

高功率半导体激光器因其高亮度、高可靠性、体积小易集成等特点，其在效率和功率等方面的不断提升，具有广泛的应用潜力而备受关注。对半导体激光器而言，封装技术的好坏是决定其能否正常工作的重要因素，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而对于半导体激光器的封装技术来说，则是要完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出激光的功能，既要有电参数，又要有光参数的设计及技术要求涉及到材料、机械、计算机，光电等诸多方面的问题，如若某方面处理不当，会导致器件的功率衰减、性能不良甚至产生灾变性光学腔面损伤，因此对封装技术各个环节的研究都是至关重要的。

此外，随着其芯片的结构、封装、外延生长等相关技术的不断发展和突破，为了满足各行各业的应用与需求，对半导体激光器性能的要求也逐渐提高。其中，对半导体激光器封装技术中的固晶技术而言，固晶过程中的温度、压力、时间等应力的掌控，对位置、角度等精度的要求均会影响器件性能，若精度、应力控制不佳，会致使半导体芯片稳定性降低。由于半导体激光器芯片为有源区线性发光，在工作时如若出现位置偏差，则会影响其出光效率，即固晶过程中出现的缩进效应，会致使激光器芯片的出光效率降低。

存在的差量会严重影响器件的发光功率，即出现“挡光”，致使器件的出光强度、功率大幅度衰减，影响器件使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，在LD芯片正常工作时，由于此种新型缺口结构的设计，不会存在热沉衬底遮挡器件发光的现象，有效解决了缩进效应，且具有较高的一致性，同时也为后续光束整形等操作带来便利，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，包括热沉衬底，所述热沉衬底上表面开设有凹槽，所述热沉衬底上表面边缘开设有缺口，所述热沉衬底上侧焊接有LD芯片，所述LD芯片和热沉衬底平行，所述LD芯片和热沉衬底之间设置有焊料层，所述焊料层为矩形结构，所述LD芯片的光源发射口位于缺口的上方。

优选的，所述缺口设置为圆弧倒角，且圆弧倒角的半径在 4mm-30mm之间。

优选的，所述缺口设置为平倒角，且所述缺口为45°倒角。

优选的，所述缺口设置为矩形槽口。

优选的，所述缺口设置为圆弧槽口。

优选的，所述热沉衬底的厚度为2-10mm，所述热沉衬底的材料采用氮化铝或碳化硅。

优选的，所述凹槽设置为矩形凹槽，所述焊料层设置有两组，却两组焊料层设置于凹槽两侧。

优选的，所述凹槽为梯形凹槽，所述焊料层设置有两组，却两组焊料层设置于凹槽两侧。

优选的，所述凹槽为圆弧形凹槽，所述焊料层设置有两组，却两组焊料层设置于凹槽两侧。

本发明还提供一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构及其使用方法，包括如下步骤：

S1、在热沉衬底边缘开设缺口，将LD芯片焊接在热沉衬底的上表面，焊接时，保持LD芯片和热沉衬底平行，将LD芯片的光源发射口设置在缺口的上方；

S2、在LD芯片正常工作时，由于此种新型缺口结构的设计，不会存在热沉衬底遮挡器件发光的现象，有效解决了缩进效应，且具有较高的一致性，同时也为后续光束整形等操作带来便利；LD芯片在发射激光时，缺口处不易挡光或反射光，通过设置缺口可有效避免过渡热沉底部遮挡LD芯片有源发光区的现象，降低人为操作以及机械精度带来的不可控的误差，便于将LD芯片贴合在热沉衬底上，且易于加工及大批量生产，可大幅度提升半导体激光器件的稳定性与可靠性。

综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

本发明中，此种热沉结构在固晶工艺制备COS的过程中，由于在热沉衬底上开设缺口，可有效避免过渡热沉底部遮挡LD芯片有源发光区的现象，降低人为操作以及机械精度带来的不可控的误差，便于将LD芯片贴合在热沉衬底上，且易于加工及大批量生产，可大幅度提升半导体激光器件的稳定性与可靠性。

本发明中，在LD芯片正常工作时，由于此种新型缺口结构的设计，不会存在热沉衬底遮挡器件发光的现象，有效解决了缩进效应，且具有较高的一致性，同时也为后续光束整形等操作带来便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的结构示意图

图2为本发明一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的实施例1中的缺口部分的示意图；

图3为本发明一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的实施例2中的缺口部分示意图；

图4为本发明一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的实施例3中的缺口部分示意图；

图5为本发明一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的实施例4中的缺口部分示意图；

图6为本发明一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的凹槽部分的结构示意图；

图7为本发明图6中A部分的结构示意图。

图中：1、热沉衬底；2、凹槽；3、缺口；4、LD芯片；5、焊料层。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

请参阅图1、图2、图6和图7，一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，包括热沉衬底1，热沉衬底1的厚度为2-10mm，热沉衬底1的材料采用氮化铝或碳化硅。

热沉衬底1上表面开设有凹槽2，热沉衬底1上表面边缘开设有缺口3，热沉衬底1上侧焊接有LD芯片4，LD芯片4和热沉衬底1 平行，LD芯片4和热沉衬底1之间设置有焊料层5，焊料层5为矩形结构，LD芯片4的光源发射口位于缺口3的上方。

缺口3设置为圆弧倒角，且圆弧倒角的半径在4mm-30mm之间。

凹槽2设置为矩形凹槽，或者梯形凹槽或者圆弧形凹槽，焊料层5设置有两组，却两组焊料层5设置于凹槽2两侧。

实施例2

请参阅图1、图3、图6和图7，和实施例1不同的是，缺口3 设置为平倒角，且缺口2为45°倒角。

实施例3

请参阅图1、图4、图6和图7和实施例1不同的是，缺口3设置为圆弧槽口。

实施例4

请参阅图1、图5、图6和图7和实施例1不同的是，缺口3设置为矩形槽口。

本发明还提供一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的使用方法，包括如下步骤：

S1、在热沉衬底边缘开设缺口，将LD芯片焊接在热沉衬底的上表面，焊接时，保持LD芯片和热沉衬底平行，将LD芯片的光源发射口设置在缺口的上方；

S2、在LD芯片正常工作时，由于设置缺口结构，不会存在热沉衬底遮挡器件发光的现象，有效解决了缩进效应，且具有较高的一致性，同时也为后续光束整形等操作带来便利；LD芯片在发射激光时，缺口处不易挡光或反射光，通过设置缺口可有效避免过渡热沉底部遮挡LD芯片有源发光区的现象，降低人为操作以及机械精度带来的不可控的误差，便于将LD芯片贴合在热沉衬底上，且易于加工及大批量生产，可大幅度提升半导体激光器件的稳定性与可靠性。

工作原理：使用时，在LD芯片正常工作时，由于设置缺口结构，不会存在热沉衬底遮挡器件发光的现象，有效解决了缩进效应，且具有较高的一致性，同时也为后续光束整形等操作带来便利；并且 LD芯片在发射激光时，缺口处不易挡光或反射光，通过设置缺口可有效避免过渡热沉底部遮挡LD芯片有源发光区的现象，降低人为操作以及机械精度带来的不可控的误差，便于将LD芯片贴合在热沉衬底上，且易于加工及大批量生产，可大幅度提升半导体激光器件的稳定性与可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，包括热沉衬底(1)，其特征在于：所述热沉衬底(1)上表面开设有凹槽(2)，所述热沉衬底(1)上表面边缘开设有缺口(3)，所述热沉衬底(1)上侧焊接有LD芯片(4)，所述LD芯片(4)和热沉衬底(1)平行，所述LD芯片(4)和热沉衬底(1)之间设置有焊料层(5)，所述焊料层(5)为矩形结构，所述LD芯片(4)的光源发射口位于缺口(3)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述缺口(3)设置为圆弧倒角，且圆弧倒角的半径在4mm-30mm之间。

3.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述缺口(3)设置为平倒角，且所述缺口(2)为45°倒角。

4.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述缺口(3)设置为矩形槽口。

5.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述缺口(3)设置为圆弧槽口。

6.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述热沉衬底(1)的厚度为2-10mm，所述热沉衬底(1)的材料采用氮化铝或碳化硅。

7.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述凹槽(2)设置为矩形凹槽，所述焊料层(5)设置有两组，却两组焊料层(5)设置于凹槽(2)两侧。

8.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述凹槽(2)为梯形凹槽，所述焊料层(5)设置有两组，却两组焊料层(5)设置于凹槽(2)两侧。

9.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构，其特征在于：所述凹槽(2)为圆弧形凹槽，所述焊料层(5)设置有两组，却两组焊料层(5)设置于凹槽(2)两侧。

10.一种用于半导体激光器封装的过渡热沉结构的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在热沉衬底边缘开设缺口，将LD芯片焊接在热沉衬底的上表面，焊接时，保持LD芯片和热沉衬底平行，将LD芯片的光源发射口设置在缺口的上方；

S2、在LD芯片正常工作时，由于此种新型缺口结构的设计，不会存在热沉衬底遮挡器件发光的现象，有效解决了缩进效应，且具有较高的一致性，同时也为后续光束整形等操作带来便利；LD芯片在发射激光时，缺口处不易挡光或反射光，通过设置缺口可有效避免过渡热沉底部遮挡LD芯片有源发光区的现象，降低人为操作以及机械精度带来的不可控的误差，便于将LD芯片贴合在热沉衬底上，且易于加工及大批量生产，可大幅度提升半导体激光器件的稳定性与可靠性。

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