CN113410750B - 一种双光束半导体激光器及制作方法 - Google Patents

一种双光束半导体激光器及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双光束半导体激光器及制作方法，激光器是由两个结构相同的激光器模块啮合对接而成，所述激光器模块包括散热底座、预镀电极、激光器芯片和引线，其中，所述散热底座为半圆桶形，包括桶壁和桶底，桶底侧边设置上凸的锯齿和下凹的锯齿槽，作为两个激光器模块啮合对接边；所述预镀电极位于所述桶壁上，所述激光器芯片出光面朝上位于所述预镀电极上，所述预镀电极两侧各有一引线，所述激光器芯片和所述预镀电极分别通过金线与两侧的引线连接，本发明通过在单只小型激光器内封装多个激光器芯片，实现了双光束独立驱动及激射。

Description

一种双光束半导体激光器及制作方法
技术领域
本发明涉及一种双光束半导体激光器及制作方法，属于半导体激光器封装技术领域。
背景技术
相较于固体、气体、液体等其他形式的激光器，半导体激光器自诞生以来技术发展迅速，凭借其体积小、效率高、结构简单、可靠性较好等诸多优势，已逐渐在工艺加工、通讯互联、传感测量、消费娱乐等诸多领域崭露头角，逐步走入人们的日常生活之中。随着应用范围拓宽、产品集中度提高，在光存储、激光探测、激光理疗、激光打印等众多领域中，开始要求使用单只激光器发射多道光束，且各光束独立驱动。
由于半导体激光器结构简单，使用驱动电路为激光器芯片通电即可产生所需光束，因此在进行双光束半导体激光器封装时，只要将所需的芯片封装在同一只激光器内，并各自建立单独供电线路即可。现有技术是在原有单个激光器芯片的基础上，在水平方向一侧并排封装其他所需激光器芯片。这种封装结构芯片及焊线空间狭小，批量生产固晶效率低，良品率难以提高，且若任一激光器芯片损坏，则修复难度较大，通常只能整体报废。
中国专利文件CN100502177公开了一种双光束半导体激光器(10)，具备在衬底(51)上一体地设置可独立地驱动的第1、第2半导体激光元件(LD1、LD2)的双光束半导体激光元件(LDC)和基座(53)，在该基座(53)中，在前部安装使射出侧朝向前方的双光束半导体激光元件(LDC)，同时具有分别与第1、第2半导体激光元件(LD1、LD2)的电极(61、62)相接而连接的第1、第2电极焊盘(64、65)，在该双光束半导体激光器(10)中，在双光束半导体激光元件(LDC)的后方延伸地形成第1、第2电极焊盘(64、65)，在双光束半导体激光元件(LDC)的后方对键合丝(14、16)进行键合丝键合。该激光器的焊线空间狭小，批量生产固晶效率低，且修复难度大，不适合大规模生产应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种双光束半导体激光器，该激光器实现了双光束独立驱动及激射，提高了产品生产灵活度，降低了封装难度，便于对不良品进行修复。
本发明还提供上述一种双光束半导体激光器的制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种双光束半导体激光器，是由两个结构相同的激光器模块啮合对接而成，所述激光器模块包括散热底座、预镀电极、激光器芯片和引线，其中，
所述散热底座为半圆桶形，包括桶壁和桶底，桶底侧边设置上凸的锯齿和下凹的锯齿槽，作为两个激光器模块啮合对接边；所述预镀电极位于所述桶壁上，所述激光器芯片位于所述预镀电极上，激光器芯片出光面朝向散热底座顶部开口方向，所述预镀电极两侧各有一引线，所述激光器芯片和所述预镀电极分别通过金线与两侧的引线连接。
优选的，在所述桶底上设有两个引线插孔，所述预镀电极两侧的引线分别穿过所述插孔，并在插孔处被固定。
进一步优选的，所述两个引线插孔在所述预镀电极两侧对称设置。
进一步优选的，所述插孔为圆形。
优选的，在所述桶壁内中间位置与桶底垂直方向设有凸起管舌，管舌上表面为一平台，用于安装预镀电极。提供一个平稳的加工平台，加快工作进程，同时加强结构的稳定性。
优选的，所述管舌横截面为梯形，便于生产加工。
进一步优选的，管舌梯形横截面的两斜边可设计成弧形线，所述管舌在接近半圆桶上边缘处高出一段，以遮挡预镀电极。
优选的，锯齿和锯齿槽为相同形状的梯形，方便两个激光器模块进行快速啮合，便于生产制造。
优选的，引线为圆柱形，引线穿过插孔的一端设有焊线平台，焊线平台为长方形平面，方便在激光器封装过程中自动焊线设备进行图像识别。该焊线平台可压制成型。
优选的，引线穿过插孔后，引线与桶底在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定。使用低温玻璃进行烧结粘连效果好，气密性能高。
优选的，引线使用可伐合金(KOVAR)材料制作，表面镀有镍层及金层。保障引线的导电性能。
优选的，预镀电极为矩形，制作材料为金、银或金锡合金，通过溅射或蒸镀工艺制成；便于控制图形的致密程度，保障预镀电极的导电性能。
一种双光束半导体激光器的制作方法，包括步骤：
(1)预镀电极安装于散热底座的管舌上表面；
(2)固晶，预镀电极材料为金或银时，通过银浆将激光器芯片粘至预镀电极上表面，激光器芯片出光面朝向散热底座顶部开口方向，烘烤后银浆固化，完成固晶；
预镀电极材料为金锡合金时，加热散热底座，直至温度达到金锡合金熔点，将激光器芯片放置在处于熔融状态的预镀电极上表面，激光器芯片出光面朝向散热底座顶部开口方向，冷却后完成固晶；
(3)引线穿过插孔后，引线与桶底在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定，激光器芯片和所述预镀电极分别通过金线与两侧的引线连接，形成欧姆接触，构成电流通路；
(4)组装，两个激光器模块通过锯齿和锯齿槽的啮合组成完整的双光束半导体激光器。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过在单只小型激光器内封装多个激光器芯片，实现了双光束独立驱动及激射。
2、本发明使用模块化设计方案，对于激光器生产厂家，可优先生产各类激光器模块，单独测试检验，然后按需进行搭配组合，形成完整的双光束激光器，生产灵活度显著提高。
3、本发明通过两个激光器模块组成完整的双光束半导体激光器，两个模块开口空间大且预镀电极在侧壁处，操作空间大，降低了封装难度，便于后续对不良品进行修复。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的激光器模块示意图；
图3为本发明的散热底座结构立体图；
图4为本发明的散热底座结构正视图；
图5为本发明的散热底座结构左视图；
图6为本发明的引线结构侧视图；
图7为本发明的引线结构俯视图；
图8为本发明的激光器模块组装示意图；
其中：1、激光器模块；2、散热底座；2-1、桶壁；2-2、桶底；3、引线；4、引线；5、金线；6、金线；7、锯齿；8、插孔；9、管舌；10、预镀电极；11、焊线平台；12、锯齿槽；13、激光器芯片。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：一种双光束半导体激光器，结构如图1-8所示，该激光器是由两个结构相同的激光器模块1啮合对接而成，所述激光器模块1包括散热底座2、预镀电极10、激光器芯片13和引线3，其中，
所述散热底座2为半圆桶形，包括桶壁2-1和桶底2-2，桶底2-2侧边设置上凸的锯齿7和下凹的锯齿槽12，作为两个激光器模块啮合对接边；所述预镀电极10位于所述桶壁2-1，所述激光器芯片13位于所述预镀电极10上，激光器芯片13出光面朝向散热底座2顶部开口方向，所述预镀电极10两侧各有一引线，所述激光器芯片13和所述预镀电极10分别通过金线5、金线6与两侧的引线3、引线4连接。
所述桶底2-2上设有两个引线插孔8，所述预镀电极两侧的引线3、引线4分别穿过所述插孔8，并在插孔8处被固定。
所述桶壁2-1内中间位置与桶底垂直方向设有凸起管舌9，管舌9上表面为一平台，用于安装预镀电极10，提供一个平稳的加工平台，加快工作进程，同时加强结构的稳定性。
所述管舌9横截面为梯形，便于生产加工，管舌9梯形横截面的两斜边可设计成弧形线，所述管舌在接近半圆桶上边缘处高出一段，以遮挡预镀电极10。
引线3、引线4穿过插孔8后，引线3、引线4分别与桶底2-2在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定，使用低温玻璃进行烧结粘连效果好，气密性能高，引线使用可伐合金(KOVAR)材料制作，表面镀有镍层及金层，保障引线的导电性能，低温玻璃为市购的低熔点玻璃粉。
所述预镀电极10为矩形，制作材料为金，通过溅射工艺制成，便于控制图形的致密程度，保障预镀电极的导电性能。
该双光束半导体激光器的制作方法，步骤如下：
(1)预镀电极10安装于散热底座2的管舌9上表面；
(2)固晶，通过银浆将激光器芯片13粘至预镀电极10上表面，激光器芯片13出光面朝向散热底座2顶部开口方向，烘烤后银浆固化，完成固晶；
(3)引线3、引线4穿过插孔8后，引线3、引线4分别与桶底2-2在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定，激光器芯片13和所述预镀电极10分别通过金线5、金线6与两侧的引线3、引线4连接，形成欧姆接触，构成电流通路；
(4)组装，两个激光器模块1通过锯齿7和锯齿槽12的啮合组成完整的双光束半导体激光器。
实施例2：一种双光束半导体激光器，结构如实施例1所述，不同之处在于，锯齿7和锯齿槽12为相同形状的梯形，方便两个激光器模块进行快速啮合，便于生产制造，所述两个引线插孔8在所述预镀电极10两侧对称设置，所述插孔8为圆形。
实施例3：一种双光束半导体激光器，结构如实施例1所述，不同之处在于，引线3、引线4为圆柱形，引线3、引线4穿过插孔8的一端均设有焊线平台11，焊线平台11为长方形平面，方便在激光器封装过程中自动焊线设备进行图像识别。该焊线平台11可压制成型。
实施例4：一种双光束半导体激光器，如实施例1所述，不同之处在于，预镀电极10制作材料为银。
实施例5：一种双光束半导体激光器，如实施例1所述，不同之处在于，预镀电极10制作材料为金锡合金，通过蒸镀工艺制成。
该双光束半导体激光器的制作方法，步骤如下：
(1)预镀电极10安装于散热底座2的管舌上表面；
(2)固晶，加热散热底座2，直至温度达到金锡合金熔点，将激光器芯片13放置在处于熔融状态的预镀电极10上表面，激光器芯片13出光面朝向散热底座2顶部开口方向，冷却后完成固晶；
(3)引线3、引线4穿过插孔8后，引线3、引线4分别与桶底2-2在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定，激光器芯片13和所述预镀电极10分别通过金线5、金线6与两侧的引线3、引线4连接，形成欧姆接触，构成电流通路；
(4)组装，两个激光器模块1通过锯齿7和锯齿槽12的啮合组成完整的双光束半导体激光器。
对比例：
对比例提供一种双光束半导体激光器，其结构为在单个激光器芯片的水平方向一侧并排封装另一个激光器芯片，建立单独供电线路，实现双光束的技术目的，对比例与实施例1和实施例5制作的激光器的参数对比如表1所示，由表1可知，实施例1和实施例5制作的双光束半导体激光器产量高于对比例，且质检所需时间大大缩短，良品率提高，效果提升显著。
表1：对比例与实施例1和实施例5制作的激光器参数对比
Figure BDA0002414467920000051
Figure BDA0002414467920000061

Claims (10)

1.一种双光束半导体激光器，其特征在于，激光器是由两个结构相同的激光器模块啮合对接而成，所述激光器模块包括散热底座、预镀电极、激光器芯片和引线，其中，
所述散热底座为半圆桶形，包括桶壁和桶底，桶底侧边设置上凸的锯齿和下凹的锯齿槽，作为两个激光器模块啮合对接边；所述预镀电极位于所述桶壁上，所述激光器芯片位于所述预镀电极上，激光器芯片出光面朝向散热底座顶部开口方向，所述预镀电极两侧各有一引线，所述激光器芯片和所述预镀电极分别通过金线与两侧的引线连接。
2.如权利要求1所述的双光束半导体激光器，其特征在于，在所述桶底上设有两个引线插孔，所述预镀电极两侧的引线分别穿过所述插孔，并在插孔处被固定；
所述两个引线插孔在所述预镀电极两侧对称设置；
所述插孔为圆形。
3.如权利要求2所述的双光束半导体激光器，其特征在于，在所述桶壁内中间位置与桶底垂直方向设有凸起管舌，管舌位于桶壁的中间位置，管舌上表面为一平台。
4.如权利要求3所述的双光束半导体激光器，其特征在于，所述管舌横截面为梯形；
管舌梯形横截面的两斜边设计成弧形线，所述管舌在接近半圆桶上边缘处高出一段，以遮挡预镀电极。
5.如权利要求1所述的双光束半导体激光器，其特征在于，锯齿形状为梯形，锯齿和锯齿槽为相同形状的梯形。
6.如权利要求2所述的双光束半导体激光器，其特征在于，引线为圆柱形，引线穿过插孔的一端设有焊线平台，焊线平台为长方形平面。
7.如权利要求3所述的双光束半导体激光器，其特征在于，引线穿过插孔后，引线与桶底在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定。
8.如权利要求1所述的双光束半导体激光器，其特征在于，引线使用可伐合金材料制作，表面镀有镍层及金层。
9.如权利要求7所述的双光束半导体激光器，其特征在于，预镀电极为矩形，制作材料为金、银或金锡合金，通过溅射或蒸镀工艺制成。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的双光束半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括步骤：
(1)预镀电极安装于散热底座的管舌上表面；
(2)固晶，预镀电极材料为金或银时，通过银浆将激光器芯片粘至预镀电极上表面，激光器芯片出光面朝向散热底座顶部开口方向，烘烤后银浆固化，完成固晶；
预镀电极材料为金锡合金时，加热散热底座，直至温度达到金锡合金熔点，将激光器芯片放置在处于熔融状态的预镀电极上表面，激光器芯片出光面朝向散热底座顶部开口方向，冷却后完成固晶；
(3)引线穿过插孔后，引线与桶底在插孔处通过低温玻璃烧结进行固定，激光器芯片和所述预镀电极分别通过金线与两侧的引线连接，形成欧姆接触，构成电流通路；
(4)组装，两个激光器模块通过锯齿和锯齿槽的啮合组成完整的双光束半导体激光器。
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