CN112864791A - 一种复合式to封装的半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合式TO封装的半导体激光器，其包括内管壳及外管壳，所述外管壳用于遮覆内管壳，所述外管壳与内管壳之间围设形成容置空间，所述内管壳内用于放置激光器芯片。本发明通过在内管壳外罩设外管壳，使得外管壳与内管壳之间围设形成容置空间，配合在容置空间内设置连接片，将内管壳上的热量导送至外管壳上并由外管壳散发出来，增加散热面积，增强散热能力；另外，利用在内管壳的内光窗处设置第一透镜或在外管壳的外光窗处设置第二透镜，改变激光器芯片发出光的特点；另外，配合在内管壳与外管壳之间设置不同功能的元件，以满足用户对产品的不同需求；利用在容置空间内设置不同的功能结构，以实现产品的多功能封装效果。

Description

一种复合式TO封装的半导体激光器
技术领域
本发明涉及芯片制作技术领域，尤其是涉及一种复合式TO封装的半导体激光器。
背景技术
半导体激光器由于制作简单，体积小，重量轻，寿命长，效率高等特点，在光通信、光泵浦、光存储和激光显示等领域得到广泛应用。
目前半导体激光器的输出功率偏小，限制了半导体激光器的应用，因此，业界一直致力于提高半导体激光器的输出功率。目前大功率半导体激光器面临的主要问题是大电流注入下激光器温度太高，导致半导体激光器的退化严重，严重影响了半导体激光器的稳定性和工作寿命，此现象源于传统的TO管座包括管壳、管舌和管脚，管舌设在管壳的上面，管舌上粘结芯片，在管舌上封装封帽。这种封装形式只能通过TO管舌把激光器芯片中的热量导向TO管座，散热效果非常有限。同时，半导体激光器一般采用TO管座进行封装，TO形式结构简单，外形小巧，易于集成，但受限于体积和引脚数量，内部难以加入过多的光学和温控元件，且最外为一层管壳，这样的结构对于光路条件，以及实现多功能封装结构，均为不利。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种复合式TO封装的半导体激光器，降低转移难度，有效提升转移良率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种复合式TO封装的半导体激光器，其包括内管壳及外管壳，所述外管壳用于遮覆内管壳，所述外管壳与内管壳之间围设形成容置空间，所述内管壳内用于放置激光器芯片。
在其中一个实施例中，所述内管壳用于设置在底座上，所述底座上设置有管舌，所述激光器芯片设置在管舌上，所述外管壳套住内管壳，所述外管壳与底座密封连接。
在其中一个实施例中，所述内管壳上设置有内光窗，所述外管壳上设置有外光窗，所述外光窗与内光窗匹配设置，所述内光窗及外光窗分别用于供激光器芯片发出的光射出。
在其中一个实施例中，所述内管壳上于内光窗处设置有第一透镜，或所述外管壳上于外光窗处设置有第二透镜。
在其中一个实施例中，所述内管壳与外管壳之间连接有连接片。
在其中一个实施例中，所述连接片为连接环片构造。
在其中一个实施例中，所述内管壳与外管壳之间还设置有元件，所述元件通过支架固定在容置空间内。
在其中一个实施例中，所述元件为光学元件。
在其中一个实施例中，所述元件为探测器元件。
在其中一个实施例中，所述容置空间用于放置功能介质，所述功能介质为导热介质或绝缘介质。
综上所述，本发明一种复合式TO封装的半导体激光器通过在内管壳外罩设外管壳，使得外管壳与内管壳之间围设形成容置空间，配合在容置空间内设置连接片，使得内管壳通过连接片与外管壳连接，将内管壳上的热量导送至外管壳上并由外管壳散发出来，增加散热面积，增强散热能力；另外，利用在内管壳的内光窗处设置第一透镜或在外管壳的外光窗处设置第二透镜，改变激光器芯片发出光的特点；另外，配合在内管壳与外管壳之间设置不同功能的元件，利用元件的功能特点实现对激光器芯片发出光的调节及处理，以满足用户对产品的不同需求；利用在容置空间内设置不同的功能结构，以实现产品的多功能封装效果。
附图说明
图1为本发明一种复合式TO封装的半导体激光器第一实施例的结构示意图；
图2为本发明一种复合式TO封装的半导体激光器第二实施例的结构示意图；
图3为本发明一种复合式TO封装的半导体激光器第三实施例的结构示意图；
图4为本发明一种复合式TO封装的半导体激光器第四实施例的结构示意图；
图5为本发明一种复合式TO封装的半导体激光器第五实施例的结构示意图；
图6为本发明一种复合式TO封装的半导体激光器第六实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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装置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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图6所示，本发明一种复合式TO封装的半导体激光器包括内管壳10及外管壳20，所述外管壳20用于遮覆内管壳10，所述外管壳20与内管壳10之间围设形成容置空间30，所述容置空间30可用于放置功能介质，所述功能介质为导热介质或绝缘介质，分别用于导热或绝缘功能，当容置空间30用于导热功能时，可在容置空间30内放置导热介质，如高导热系数的气体等，使得内管壳10内的热量经由导热介质导送至外管壳20，有效提高了散热面积，增强了散热能力；当容置空间30用于绝缘功能时，可对容置空间30进行抽真空处理或在容置空间30内放置绝缘介质，如绝缘液体等，既保证内管壳10与外管壳20之间的绝缘性能，又增强了产品的散热能力。
所述内管壳10内用于放置激光器芯片40，所述内管壳10用于设置在底座11上，所述底座11上设置有管舌12，所述激光器芯片40设置在管舌12上，所述底座11用于安装与外部系统进行电连接的多根管脚；所述外管壳20套住内管壳10，所述外管壳20置于所述底座11上，也可根据需要套设在底座11外侧部，所述外管壳20与底座11密封连接，以保证外管壳20与内管壳10的密封性能。
在其中一个实施例中，所述内管壳10上设置有内光窗13，所述外管壳20上设置有外光窗21，所述外光窗21与内光窗13匹配设置，所述内光窗13及外光窗21分别用于供激光器芯片40发出的光射出。
具体地，所述内管壳10上于内光窗13处设置有第一透镜14，所述外管壳20上于外光窗21处设置有第二透镜22，所述激光器芯片40发出的光经由第一透镜14及第二透镜22后射出，可有效改变激光器芯片40发出光的特点，其中，第一透镜14及第二透镜22可根据需要选择不同的凸透镜或凹透镜，以改变激光器芯片40发出光的特点，如光斑直径等。
在其他实施例中，可根据需要省去内管壳10上的第一透镜14或外管壳20上的的第二透镜22，使得从激光器芯片40发出光的光路更为简易明了。
在其中一个实施例中，所述内管壳10与外管壳20之间连接有连接片50，所述连接片50为导热片，所述连接片50置于容置空间30内，所述连接片50用于将内管壳10上的热量导送至外管壳20上，以增加散热面积，增强散热能力；具体地，所述内管壳10为具有高热稳定性的材质构造，所述外管壳20为具有高导热系数的材质构造，如金属或陶瓷等。
在其中一个实施例中，所述连接片50为连接环片构造，所述连接片50围设在内管壳10外侧缘，使得内管壳10周侧均与外管壳20连接，使得内管壳10内的热量从各个方向导送至外管壳20上，在增加散热面积的同时，有效提升内管壳10内热量的散发效率。
在其他实施例中，在容置空间30内填充导热介质如高导热系数的气体，配合在容置空间30内增设的连接片50构造，在增加散热面积的同时，导热介质及连接片50两者结合进一步提升了内管壳10内热量的散发效率。
在其中一个实施例中，所述内管壳10与外管壳20之间还设置有元件60，所述元件60通过支架70固定在容置空间30内，具体地，所述支架70一端与元件60连接，所述支架70另一端固定在内管壳10、外管壳20或连接片50上。
在其他实施例中，所述支架70为多个，通过对元件60的不同方位进行固定，以提高元件60固定的稳固性，避免由于产品受到外部环境震动而出现偏移导致功能受损的现象发生。
在其中一个实施例中，所述元件60可根据需要设置为光学元件，所述元件60置于内光窗13与外光窗21之间；具体地，所述元件60置于第一透镜14与第二透镜22之间，所述元件60为起偏器、或透镜、或滤光器、或光栅等构造，使得从激光器芯片40发出光能经过各种光学处理后从外管壳20射出，实现对激光器芯片40发出光的调控效果，提升产品的光学性能，根据实际需要选用不同功能的元件60以满足用户所需求产品的不同的功能特点，如光斑整形，偏振改变、光强改变等。
在其他实施例中，所述元件60可为光学元件组合，通过多种功能光学元件的组合实现产品更加多元化的特点，如起偏器与透镜的组合、滤光器与透镜的组合、透镜与光栅的组合等。
在其中一个实施例中，所述元件60可根据需要设置为探测器元件，所述元件60置于内光窗13与外光窗21之间的，具体地，所述元件60置于激光器芯片40发出光的光路偏侧位置，用于对激光器芯片40发出光的光强等信息进行探测，并将探测信息反馈给外部控制系统进而对激光器芯片40的工作功率进行控制，以稳定激光器芯片40的工作功率。
在其他实施例中，所述元件60可为光学元件与探测器元件的组合，在保证实现激光器芯片40发出光的多功能特点的前提下，对激光器芯片40发出光的光强等信息进行探测，并根据实际需要对激光器芯片40的工作功率进行控制，实现产品不同的功能特点。
在其中一个实施例中，所述激光器芯片40一侧设置有热沉80，所述热沉80固定在管舌12上，用于对激光器芯片40工作产生的热量进行导出处理。
本发明一种复合式TO封装的半导体激光器具体组装过程中，先将热沉70置于底座11的管舌12上，再将激光器芯片40贴装在管舌12上，在内管壳10外罩设外管壳20，使得内管壳10与外管壳20之间围设形成容置空间30，根据需要在容置空间30内填充功能介质，如功能介质为导热介质时，可将内管壳10散发的热量经由功能介质导送至外管壳20上并进行散发，有效提高了散热面积，增强了散热能力；同时可配合在内管壳10外侧设置连接片50，连接片50与外管壳20连接，从而使得激光器芯片40工作产生的热量经由连接片50从内管壳10导送至外管壳20，进一步提高了散热面积，增强了散热能力；另外，可根据需要在内管壳10的内光窗13处设置第一透镜14或在外管壳20的外光窗21处设置第二透镜22，以利用第一透镜14、或第二透镜22、或第一透镜14与第二透镜22的组合实现改变激光器芯片40发出光的特点，对激光器芯片40发出光的光路进行调节，如对光斑直径等的调节；最后，可将元件60通过支架70组装在内管壳10与外管壳20之间的容置空间30内，根据实际需要选用不同功能的元件60，利用元件60的功能特点实现对激光器芯片40发出光的调节及处理，以满足用户对产品的不同需求，同时，可将元件60与外部控制系统连接，实现对激光器芯片40的控制功能，如保证激光器芯片40发出光的光强的稳定性等特点；通过在容置空间30内设置不同的功能结构，以实现产品的多功能封装效果。
综上所述，本发明一种复合式TO封装的半导体激光器通过在内管壳10外罩设外管壳20，使得外管壳20与内管壳10之间围设形成容置空间30，配合在容置空间30内设置连接片50，使得内管壳10通过连接片50与外管壳20连接，将内管壳10上的热量导送至外管壳20上并由外管壳20散发出来，增加散热面积，增强散热能力；另外，利用在内管壳10的内光窗13处设置第一透镜14或在外管壳20的外光窗21处设置第二透镜22，改变激光器芯片40发出光的特点；另外，配合在内管壳10与外管壳20之间设置不同功能的元件60，利用元件60的功能特点实现对激光器芯片40发出光的调节及处理，以满足用户对产品的不同需求；利用在容置空间30内设置不同的功能结构，以实现产品的多功能封装效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：包括内管壳及外管壳，所述外管壳用于遮覆内管壳，所述外管壳与内管壳之间围设形成容置空间，所述内管壳内用于放置激光器芯片。
2.根据权利要求1所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述内管壳用于设置在底座上，所述底座上设置有管舌，所述激光器芯片设置在管舌上，所述外管壳套住内管壳，所述外管壳与底座密封连接。
3.根据权利要求1所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述内管壳上设置有内光窗，所述外管壳上设置有外光窗，所述外光窗与内光窗匹配设置，所述内光窗及外光窗分别用于供激光器芯片发出的光射出。
4.根据权利要求3所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述内管壳上于内光窗处设置有第一透镜，或所述外管壳上于外光窗处设置有第二透镜。
5.根据权利要求1～3任一项所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述内管壳与外管壳之间连接有连接片。
6.根据权利要求4所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述连接片为连接环片构造。
7.根据权利要求1～3任一项所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述内管壳与外管壳之间还设置有元件，所述元件通过支架固定在容置空间内。
8.根据权利要求7所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述元件为光学元件。
9.根据权利要求7所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述元件为探测器元件。
10.根据权利要求1～3任一项所述的一种复合式TO封装的半导体激光器，其特征在于：所述容置空间用于放置功能介质，所述功能介质为导热介质或绝缘介质。
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