CN112510480A - 一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，包括热沉主体、P型电极、N型电极、芯片和引线；P型电极和N型电极分别位于所述热沉主体的上表面两侧，且P型电极和N型电极具有间隙；芯片设置于所述P型电极的上表面中部位置，芯片和N型电极通过多个所述引线连接。本发明通过在热沉主体上开设两组孔槽，并在两组孔槽内均匀填充导热系数高的材料，可以大大增加热沉主体上热量的传导能力，有利于芯片在短时间内完成快速散热，提高了热沉主体的散热效率，从而保障了芯片的正常使用，本设计造价较低，实用性强，适用范围较广，具备一定的市场推广前景和应用价值。

Description

一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉

技术领域

本发明涉及半导体激光器封装散热技术领域，具体是一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉。

背景技术

半导体激光器以其波长选择范围广、体积小、功耗小、效率高、继承性好、成本低等优点成为最重要的半导体光电子器件之一。特别是对于高功率半导体激光器不仅在激光存储、激光显示、激光打印、材料加工、激光打标、生物医学、医疗器械、空间光通信等领域有着广泛应用，同时在军事领域它也可应用于激光打靶、激光制导、激光夜视、激光雷达、激光引信、激光武器、战争模拟等，高功率半导体激光器技术涵盖了几乎所有光电子领域内容。因此，高功率半导体激光器在军事和国民经济中的重要作用而受到了人们的广泛关注和重视。

半导体激光器工作时，由于随着注入电流的增加，功率增大，热耗散功率也随之增大。如果不及时消除因耗散功率所转化的热量，必将造成结温升高，从而使激光器的阈值电流升高，效率降低，激光中心波长发生漂移，以致激光器的寿命下降。因此，如何及时消除因耗散功率所转化的热量，解决散热冷却问题就成为研制高功率半导体激光器必须攻克的技术之一。

目前大多数都是将芯片安装在热沉上予以散热。但是现有的热沉装置在使用过程中，由于其表面缺乏相应的散热结构，这就使得位于上方的芯片难以快速散热，而芯片的热量过高也会导致其自身损坏，从而影响实际使用。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

针对上述现有设备的不足，本发明目的在于提供了一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，可以快速散热，避免了芯片热量过高导致自身损坏。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，包括热沉主体，还包括P型电极、N型电极、芯片和引线；

所述P型电极和N型电极分别位于所述热沉主体的上表面两侧，且P型电极和N型电极具有间隙；

所述芯片设置于所述P型电极的上表面中部位置，所述芯片和N型电极通过多个所述引线连接。

进一步地，上述热沉主体的上表面且位于所述芯片的两侧开设有两排孔槽。

进一步地，上述两排孔槽距所述芯片的距离相等。

进一步地，上述两排孔槽距所述芯片的距离为30um-60um。

进一步地，上述孔槽为通孔或非通孔。

进一步地，上述孔槽内设有导热材料。

进一步地，上述导热材料为Cu。

本发明的有益效果：

本发明通过在热沉主体上开设两组孔槽，并在两组孔槽内均匀填充导热系数高的材料，可以大大增加热沉主体上热量的传导能力，有利于芯片在短时间内完成快速散热，提高了热沉主体的散热效率，从而保障了芯片的正常使用，本设计造价较低，实用性强，适用范围较广，具备一定的市场推广前景和应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明热沉主体的结构示意图；

图3为本发明实施例中热沉上芯片两侧散热孔与芯片的水平距离d和芯片稳定工作时内部最高温度的关系；

图4为本发明实施例中热沉上芯片两侧孔的数量与芯片稳定工作时内部最高温度的关系。

图中：1、热沉主体；2、孔槽；3、P型电极；4、N型电极；5、芯片；6、引线。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些结构图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，包括热沉主体1，热沉主体1的上表面两侧分别固接有P型电极3和N型电极4，且热沉主体1的上表面位于P型电极3下方位置处还开设有孔槽2，P型电极3的上表面中心处固接有芯片5，芯片5和N型电极4通过引线6连接。

热沉主体1的上表面靠近芯片两侧位置处均开设有孔槽2。两组孔槽2与芯片5之间的距离相等。孔槽2为通孔或者非通孔。两排孔槽2距芯片5的距离相等，一般两排孔槽2距所述芯片的距离为30um-60um。

孔槽2的内部填充有导热系数高的材料，用以对两组孔槽2内的热量予以快速传导，从而对上方的芯片5起到了快速散热的目的，保障了芯片5的正常使用。

本发明的工作原理是：

当芯片5产生热量时，此时P型电极3可以通过热传导的方式将热量传递至热沉主体上，此时由热沉主体1上的孔槽2对热量进行快速传导，同时在两组孔槽2内均匀填充导热系数高的材料，进一步增加了热量的传导能力，有利于芯片在短时间内完成快速散热，从而保障了芯片的正常使用。

实施例

参照图1，本发明实施例基于该结构示意图。

在实施例中，热沉主体1材料为AlN，P型电极3材料为Au，N型电极4材料为Au，芯片5各层材料为GaAs或不同组分的AlxGa1-xAs，芯片5通过Au线连接到N型电极4。在热沉上位于芯片5两侧打半径为50um的通孔，孔内填充材料为Cu。根据ANSYS有限元分析软件，对高半导体激光器芯片及其封装结构建模，并进行稳态热仿真，分别得到了热沉上散热孔与芯片的水平距离d和芯片稳定工作时内部最高温度的关系(如图3)，芯片两侧孔的数量与芯片稳定工作时内部最高温度的关系(如图4)。d的数值越小，孔的数量越多，芯片内部最高温度越低。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (7)

1.一种具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，包括热沉主体(1)，其特征在于：

还包括P型电极(3)、N型电极(4)、芯片(5)和引线(6)；

所述P型电极(3)和N型电极(4)分别位于所述热沉主体(1)的上表面两侧，且P型电极(3)和N型电极(4)具有间隙；

所述芯片(5)设置于所述P型电极(3)的上表面中部位置，所述芯片(5)和N型电极(4)通过多个所述引线(6)连接。

2.根据权利要求1所述的具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，其特征在于：所述热沉主体(1)的上表面且位于所述芯片(5)的两侧开设有两排孔槽(2)。

3.根据权利要求2所述的具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，其特征在于：所述两排孔槽(2)距所述芯片(5)的距离相等。

4.根据权利要求3所述的具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，其特征在于：所述两排孔槽(2)距所述芯片(5)的距离为30um-60um。

5.根据权利要求4所述的具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，其特征在于：所述孔槽(2)为通孔或非通孔。

6.根据权利要求5所述的具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，其特征在于：所述孔槽(2)内设有导热材料。

7.根据权利要求5所述的具有复合结构的高效散热式高功率半导体激光器热沉，其特征在于：所述导热材料为Cu。

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