CN114883909A - 一种准连续半导体激光器列阵叠层结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种准连续半导体激光器列阵叠层结构及制作方法，其中，一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，包括半导体激光器列阵、绝缘导热热沉、金属化层、热沉、覆铜板及折弯电极，所述热沉两端放置覆铜板，覆铜板之间的热沉上放置绝缘导热热沉，弯折电极一端与覆铜板连接，另一端与绝缘导热热沉连接，所述绝缘导热热沉沿竖直方向开有若干间隔设置的沟槽，金属化层覆盖在绝缘导热热沉的上下表面和所有沟槽的侧壁，所有金属化层上覆盖有焊料层，沟槽内的焊料层之间放置半导体激光器列阵。
Description
技术领域
本发明涉及大功率半导体激光器封装技术领域，尤其涉及一种准连续半导体激光器列阵叠层结构及制作方法。
背景技术
半导体激光器具备质量轻、体积小、功率高，以及电光效率高等优点，广泛应用于工业加工、医疗美容、通信传感以及军事等领域。
为了实现高功率密度的激光输出，一般将大功率半导体激光器(尤其列阵：bar)叠层封装起来，电学上进行串联，以施加同一电流，实现功率的叠加，一般情况下，bar之间的串联材料采取导热导电的电极材料，如无氧铜、钨铜等，叠层结构整体通过焊料烧结封装在一起，然后在整体结构下面再封装一层绝缘材料，以实现bar叠层结构正负电极的独立性，保证正负电极和最终热沉载体之间的绝缘性。故这种结构较为复杂，既要实现若干bar之间的叠层焊接，还要通过整体焊接绝缘材料实现所有bar正负电极和最终器件热沉载体之间的绝缘；另外，小宽度的导热导电材料(钨铜或无氧铜等)制备成本高也是这种传统结构的一个弊端；还有这种结构的复杂性带来焊料烧结界面较多，不利于bar的散热和叠层功率密度的提高。
发明内容
本发明旨在提供一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，包括半导体激光器列阵、绝缘导热热沉、金属化层、热沉、覆铜板及折弯电极，所述热沉两端放置覆铜板，覆铜板之间的热沉上放置绝缘导热热沉，弯折电极一端与覆铜板连接，另一端与绝缘导热热沉连接，金属化层覆盖在绝缘导热热沉的上下表面和所有沟槽的侧壁，所有金属化层上覆盖有焊料层，沟槽内焊料层之间放置半导体激光器列阵。
作为本发明的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的改进，所述绝缘导热热沉的制成材料包括氮化铝和氧化铍材料或其他高导热绝缘热沉。
作为本发明的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的改进，所述金属化层为Ti/Pt/Au金属层系。
作为本发明的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的改进，所述焊料层为铟材质或其他软焊料。
作为本发明的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的改进，所述热沉为无氧铜载体材料。
作为本发明的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的改进，所述覆铜板由两面覆盖铜层的PVC基底材料制成，覆铜板上下两面用于焊接，覆铜板上下两面相互绝缘。
本发明的技术方案是：一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的制作方法，包括以下步骤
步骤1，将绝缘导热热沉在陶瓷划片机上沿长度方向制作若干个周期性沟槽，
步骤2，将金属化层覆盖在绝缘导热热沉的上下表面和所有沟槽的侧壁，沟槽底部以及绝缘导热热沉所有侧面采取遮挡和贴膜的方法避免被覆盖金属化层；
步骤3，在焊接设备上将两层焊料层和位于焊料层之间的半导体激光器列阵依次放入沟槽中，金属化层、焊料层、半导体激光器列阵以及绝缘导热热沉焊接成一整体；
步骤4，将绝缘导热热沉、热沉、覆铜板及折弯电极焊接成一整体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在绝缘导热热沉沿竖直方向开有若干间隔设置的沟槽，并将沟槽内金属化层和焊料层以及半导体激光器列阵焊接成一整体，减少了焊接界面，简化了装置的结构，提高半导体激光器列阵的散热能力和叠层功率密度；本发明的金属化层为Ti/Pt/Au金属层系，保证与绝缘导热热沉的附着性和其表面的可焊性；所述焊料层为铟或其他软焊料，焊接时可以借助其表面张力使得半导体激光器列阵前腔面和沟槽顶部对齐；覆铜板由两面覆盖铜层的PVC基底材料制成，覆铜板上下两面用于焊接，覆铜板上下两面相互绝缘。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。
图1为本发明的结构示意图一；
图2为本发明的结构示意图二；
图3为图2的A处放大图。
其中，1、半导体激光器列阵；2、绝缘导热热沉；3、金属化层；4、热沉；5、覆铜板；6、折弯电极；7、沟槽；8、焊料层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1至图3所示，一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，包括半导体激光器列阵1、绝缘导热热沉2、金属化层3、热沉4、覆铜板5及折弯电极6，所述热沉4两端放置覆铜板5，覆铜板5之间的热沉4上放置绝缘导热热沉2，弯折电极一端与覆铜板5连接，另一端与绝缘导热热沉2连接，所述绝缘导热热沉2沿竖直方向开有若干间隔设置的沟槽7，金属化层3覆盖在绝缘导热热沉2的上下表面和所有沟槽7的侧壁，位于沟槽7侧壁上的金属化层3上覆盖有焊料层8，焊料层8之间放置半导体激光器列阵1。
绝缘导热热沉2的制成材料包括氮化铝和氧化铍材料，保证其具有高导热性和绝缘性。
金属化层3为Ti/Pt/Au金属层系，金属化层3保证与绝缘导热热沉2的附着性和其表面的可焊性。
焊料层8为铟材质，焊料层8保证为软焊料，焊接时可以借助其表面张力使得bar前腔面和沟槽7顶部对齐。
热沉4为无氧铜载体材料，保证热沉4高导热性。
覆铜板5由两面覆盖铜层的PVC基底材料制成，覆铜板5上下两面用于焊接，覆铜板5上下两面相互绝缘。
折弯电极6为铜材质，其作用是连接半导体激光器列阵1叠层的正负极到覆铜板5，方便器件的电流施加。
一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的制作方法，包括以下步骤
步骤1，将绝缘导热热沉2在陶瓷划片机沿长度方向制作若干个周期性沟槽7；
步骤2，将金属化层3覆盖在绝缘导热热沉2的上下表面和所有沟槽7的侧壁，沟槽7底部以及绝缘导热热沉2所有侧面采取遮挡和贴膜的方法避免被覆盖金属化层3；
步骤3，在焊接设备上，将两层焊料层8和位于焊料层8之间的半导体激光器列阵1依次放入沟槽7中，将金属化层3、焊料层8、半导体激光器列阵1以及绝缘导热热沉2焊接成一整体；
步骤4，将绝缘导热热沉2、热沉4、覆铜板5及折弯电极6焊接成一整体。
例如，绝缘导热热沉2选用2mm厚度*10mm宽度*15mm长度氮化铝陶瓷，在其上用陶瓷划片机延长度方向制作11个周期性沟槽7，沟槽7间距0.4mm(可以更小，视陶瓷划片机设备工艺精度而定)，沟槽7宽度0.18mm，深度为1.7mm，长度为10mm。将沟槽7成型的绝缘导热热沉2放入磁控溅射设备中进行金属化，沟槽7底部以及绝缘导热热沉四个侧面(2个2mm*10mm，2个2mm*15mm)采取遮挡和贴膜的方法防止金属化，金属化后的金属化层3覆盖在绝缘导热热沉2的上下表面和所有沟槽7的侧壁，金属化的目的一是实现其表面可焊性，二是实现多半导体激光器列阵1之间电连接，同时避免半导体激光器列阵1和热沉4导通。
金属化后，可按图1所示，将11个300W准连续半导体激光器列阵1放入沟槽7，再在焊接设备上放入焊料层8，将半导体激光器列阵1、绝缘导热热沉2、热沉4、覆铜板5及折弯电极6整体焊接在一起，即可形成实施例图的G-stack器件。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，包括半导体激光器列阵、绝缘导热热沉、金属化层、热沉、覆铜板及折弯电极，所述热沉两端放置覆铜板，覆铜板之间的热沉上放置绝缘导热热沉，弯折电极一端与覆铜板连接，另一端与绝缘导热热沉连接，其特征在于，所述绝缘导热热沉沿竖直方向开有若干间隔设置的沟槽，金属化层覆盖在绝缘导热热沉的上下表面和所有沟槽的侧壁，所有金属化层上覆盖有焊料层，沟槽内焊料层之间放置半导体激光器列阵。
2.根据权利要求1所述的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，其特征在于，所述绝缘导热热沉的制成材料包括氮化铝、氧化铍等高导热绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，其特征在于，所述金属化层为Ti/Pt/Au金属层系。
4.根据权利要求1所述的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，其特征在于，所述焊料层为铟或其他软焊料材质。
5.根据权利要求1所述的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，其特征在于，所述热沉为无氧铜载体材料。
6.根据权利要求1所述的一种准连续半导体激光器列阵叠层结构，其特征在于，所述覆铜板由两面覆盖铜层的PVC基底材料制成，覆铜板上下两面用于焊接，覆铜板上下两面相互绝缘。
7.一种准连续半导体激光器列阵叠层结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤1，将绝缘导热热沉在陶瓷划片机上沿长度方向制作若干个周期性沟槽；
步骤2，将金属化层覆盖在绝缘导热热沉的上下表面和所有沟槽的侧壁，沟槽底部以及绝缘导热热沉所有侧面采取遮挡和贴膜的方法避免被覆盖金属化层；
步骤3，在焊接设备上将两层焊料层和位于焊料层之间的半导体激光器列阵依次放入沟槽中，将金属化层、焊料层、半导体激光器列阵以及绝缘导热热沉焊接成一整体；
步骤4，将绝缘导热热沉、热沉、覆铜板及折弯电极焊接成一整体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |