CN117117627B - 一种激光单元和激光器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光单元和激光器，激光单元包括激光芯片、过渡层、导电件和基板。导电件设置于基板上，导电件包括第一电连接区域和第二电连接区域，第一电连接区域和第二电连接区域位于导电件背离基板一侧且第一电连接区域和第二电连接区域具有高差，第一电连接区域处于上方；激光芯片的第一电极设置在过渡层背离导电件一侧，过渡层设置在第一电连接区域背离基板一侧，激光单元通过第二电连接区域和激光芯片的第二电极导电工作。通过上述实施方式，多个激光单元可通过直接连接各个激光单元的激光芯片的第二电极及相邻激光单元的第二电连接区域组成激光器，能够缩短并简化此类激光器的电连接，减少激光器的电损耗，同时还能降低线材成本。

Description

一种激光单元和激光器

技术领域

本申请涉及半导体激光技术领域，尤其是涉及一种激光单元和激光器。

背景技术

大功率半导体激光器市场规模不断扩大，市场上对于低成本、结构简单的半导体激光器的需求也在持续增大。

激光器可以是由多个激光单元封装而成，激光单元的结构与性能在一定程度上决定了激光器的结构和性能。然而，目前激光单元普遍存在结构工艺复杂，并且电损耗高的问题。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是为了简化激光器的电连接，进而减小激光器的电阻，降低电损耗。本申请提供了一种激光单元和激光器，旨在解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种激光单元，所述激光单元包括激光芯片、过渡层、导电件和基板。所述导电件设置于所述基板上，所述导电件包括第一电连接区域和第二电连接区域，所述第一电连接区域和所述第二电连接区域位于所述导电件背离所述基板一侧且所述第一电连接区域和所述第二电连接区域具有高差，所述第一电连接区域处于上方；所述激光芯片的第一电极设置在所述过渡层背离所述导电件一侧，所述过渡层设置在第一电连接区域背离所述基板一侧，所述激光单元通过所述第二电连接区域和所述激光芯片的第二电极导电工作。

在一些实施例中，所述过渡层的表面尺寸大于或等于所述激光芯片的表面尺寸；所述激光芯片的发光区端面与所述过渡层朝向所述第二电连接区域一侧齐平；所述过渡层用于与所述激光芯片电连接、进行热传递并过渡所述激光芯片与所述导电件之间的热膨胀系数，减少封装应力。

在一些实施例中，所述第一电连接区域表面尺寸大于或等于所述过渡层的表面尺寸。

在一些实施例中，所述基板设置在所述激光单元的底部，所述基板的上表面与所述导电件进行连接，所述基板的下表面连接外界热沉，所述基板用于传递所述激光单元的热量并隔离所述激光单元与外界热沉的电连接。

在一些实施例中，所述激光单元设置有快轴准直透镜，所述快轴准直透镜设置在所述激光芯片出光方向，用于对所述激光芯片的光束在快轴方向的整形。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种激光器，所述激光器包括热沉、第一连接件、第二连接件和多个所述的激光单元。所述第一连接件、所述第二连接件和多个所述激光单元设置于所述热沉上，多个所述激光单元与所述第一连接件和所述第二连接件电连接。

在一些实施例中，所述热沉形成有高度依次降低的多个台阶，所述第一连接件设置于首端的所述台阶，所述第二连接件设置于末端的所述台阶，每个中部的所述台阶上设置有一个所述激光单元，所述第一连接件、多个所述激光单元和所述第二连接件沿多个所述台阶高度降低的方向依次排列设置。

在一些实施例中，沿多个所述台阶高度降低的方向，中部的所述激光单元的激光芯片与前一所述激光单元的所述第二电连接区域平齐，中部的所述激光单元的所述第二电连接区域与后一所述激光单元的所述激光芯片平齐；和/或，沿多个所述台阶高度降低的方向，靠近所述第一连接件的所述激光单元的激光芯片与所述第一连接件平齐，靠近所述第二连接件的所述激光单元的第二电连接区域与所述第二连接件平齐；所述激光器的多个所述激光单元出光方向一致且出射的光斑呈垂直阵列分布。

在一些实施例中，所述激光器还包括连接导线，所述连接导线用于依次电连接每相邻两个激光单元中一个的第二电连接区域和另一个的激光芯片的第二电极；和/或者用于电连接所述第一连接件与所述多个所述激光单元中靠近所述第一连接件的第一激光单元的激光芯片的第二电极；和/或者用于连接所述第二连接件与所述多个所述激光单元中靠近所述第二连接件的第二激光单元的第二电连接区域。

在一些实施例中，所述激光器还包括绝缘件，所述第一连接件和所述第二连接件通过所述绝缘件设置于所述热沉。

在一些实施例中，所述热沉还包括导热流道，所述导热流道用于散热流体流动。

与现有技术相比，本申请的激光单元包括激光芯片、过渡层、导电件和基板。导电件设置于基板上，导电件包括第一电连接区域和第二电连接区域，第一电连接区域和第二电连接区域位于导电件背离基板一侧且第一电连接区域和第二电连接区域具有高差，第一电连接区域处于上方；激光芯片的第一电极设置在过渡层背离导电件一侧，过渡层设置在第一电连接区域背离基板一侧，激光单元通过第二电连接区域和激光芯片的第二电极导电工作。通过上述实施方式，多个激光单元可通过直接连接各个激光单元的激光芯片的第二电极及相邻激光单元的第二电连接区域组成激光器，能够缩短并简化此类激光器的电连接，减少激光器的电损耗，同时还能降低线材成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，其中：

图1是本申请提供的激光单元一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的激光单元一实施例的爆炸结构示意图；

图3是本申请提供的导电件一实施例的结构示意图；

图4是本申请提供的激光器一实施例结构的第一视角图；

图5是本申请提供的激光器一实施例结构的第二视角图。

附图标号说明：

激光单元10，激光芯片100，过渡层110，导电件120，基板130，焊料片140，第一电连接区域121，第二电连接区域122，第一焊接层131，绝缘导热层132，第二焊接层133，激光器20，热沉210，第一连接件220，第二连接件230，连接导线240，绝缘件250。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外，术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供了一种激光单元10，参阅图1至图3，图1是本申请提供的激光单元一实施例的结构示意图，图2是本申请提供的激光单元一实施例的爆炸结构示意图，图3是本申请提供的导电件一实施例的结构示意图。

激光单元10包括激光芯片100、过渡层110、导电件120和基板130。

导电件120可以是一种导热导电的材料。示例性的，导电件120可以由纯铜材料制成。导电件120包括第一电连接区域121和第二电连接区域122。第一电连接区域121和第二电连接区域122位于导电件120背离基板130一侧，并且第一电连接区域121与第二电连接区域122电连接。示例性的，第一电连接区域121的厚度可以大于第二电连接区域122，以使第一电连接区域121高于第二电连接区域122，有利于激光芯片100的散热。示例性的，第一电连接区域121的厚度可以是任意厚度，只需满足不妨碍激光单元10的封装以及不妨碍激光芯片100的光学准直即可。

激光芯片100是激光单元10的发射模块，激光芯片100的第一电极设置于过渡层110背离导电件120一侧。示例性的，激光芯片100可以通过回流焊接的方式将激光芯片100的第一电极焊接到过渡层110上。

过渡层110设置在第一电连接区域121背离基板130一侧。示例性的，过渡层110可以焊接到第一电连接区域121上。激光芯片100通过过渡层110向导电件120进行导电传热。

基板130可作为导电件120与其它可导电材料之间的绝缘导热装置，基板130可以呈任意形状，只需满足导电件120靠近基板130的一面能够与其它导电材料不产生电连接并且能够进行热传导即可。

激光单元10可以通过激光芯片100的第二电极和第二电连接区域122导电工作。在一实施例中，激光芯片100的第一电极可以为正极，第二电极为负极，具体为将激光芯片100的正极，也即第一电极与过渡层110电连接。则第二电连接区域122可以作为激光单元10的正极与其它导电装置进行电连接，激光芯片100的负极作为激光单元10的负极与其它导电装置进行电连接，其它导电装置包括但不限于另一激光单元10或外接电源。由此，激光单元10可仅通过激光芯片100的第二电极与第二电连接区域122进行导电，能够简化激光单元10的电连接，从而减少激光单元10的电损耗，同时还能降低线材成本。

过渡层110的表面尺寸大于或等于激光芯片100的表面尺寸，以使激光芯片100在键合时挤压出的焊料有足够的空间延伸，防止焊料堆积造成激光芯片100短路，又能够增加过渡层110的导电面积，以减少电阻。

激光芯片100的发光区端面与过渡层110朝向第二电连接区域122一侧齐平。过渡层110用于与激光芯片100电连接、进行热传递并过渡激光芯片100与导电件120之间的热膨胀系数，减少封装应力。

示例性的，过渡层110可以是任意一种导电、导热材料。示例性的，过渡层110可以是与激光芯片100的热膨胀系数相近似或相同的导电材料。例如，过渡层110可以是由金属铜、钨按照比例调配而成的与激光芯片100的热膨胀系数相同的合金薄片。由此能够减少激光芯片100在封装过程中产生的应力，降低激光芯片100的近场非线性效应，提高了输出光的光束质量。

激光芯片100的第一电极与过渡层110电连接，由此可以通过过渡层110将激光芯片100的第一电极引出到第二电连接区域122，由第二电连接区域122作为激光单元10的第一电极。

为了增大激光芯片100的热扩散角，过渡层110在第一电连接区域121上的位置可以满足激光芯片100的散热部分居中设置于第一电连接区域121的散热部分。

第一电连接区域121表面尺寸大于或等于所述过渡层110的表面尺寸。由此能够使过渡层110所传导的热量能够全部传导到第一电连接区域121，由第一电连接区域121进行散热，防止热量传递不均。

基板130设置在激光单元10的底部，其上表面与导电件120进行连接，下表面连接外界热沉210，并用于传递激光单元10的热量并隔离激光单元10与外界热沉210的电连接。示例性的，基板130可以是三层结构，中间层为绝缘导热层132，可以由任意绝缘导热材料构成，例如可以由氮化铝陶瓷(ALN陶瓷)作为绝缘导热材料构成基板130的中间层；上下两层为焊接层，可以由金属材料构成，上层为第一焊接层131，可以与导电件120进行焊接，下层为第二焊接层133，可以与外界热沉210进行焊接，反之亦然，以实现激光单元10与其它结构的连接。

激光单元10设置有快轴准直透镜（图中未示出），所述快轴准直透镜设置在所述激光芯片100出光方向，用于对所述激光芯片100的光束在快轴方向的整形。

进一步的，激光单元10还包括焊料片140，激光芯片100通过焊料片140与过渡层110连接，过渡层110通过焊料片140与导电件120连接，导电件120通过焊料片140与基板130连接。焊料片140的表面积由上述任意两个之间相连接处的表面积决定。通过焊料片140将激光单元10中的不同结构进行连接，不会影响激光单元10中不同结构之间的导电和传热。

本申请还提供了一种激光器20，请参阅图4和图5，图4是本申请提供的激光器一实施例结构的第一视角图，图5是本申请提供的激光器一实施例结构的第二视角图。

激光器20包括热沉210、第一连接件220、第二连接件230和多个激光单元10，第一连接件220、第二连接件230和多个激光单元10设置于热沉210上，多个激光单元10与第一连接件220和第二连接件230电连接。

热沉210是将激光器20产生的热量通过散热方式导出的装置。多个激光单元10通过基板130的第二焊接层133与热沉210上的台阶进行键合。

第一连接件220和第二连接件230可以分别外接一供电电源的正负极，或其它激光单元10中的激光芯片100和第二电连接区域122。示例性的，第一连接件220可以是正电极连接件，则第一连接件220的一端与激光单元10的激光芯片100相连接，另一端与外部电源的正极相连接；第二连接件230可以是负电极连接件，则第二连接件230的一端与激光单元10的第二电连接区域122相连接，另一端与外部电源的负极相连接。通过上述方式，可以将第一连接件220、第二连接件230与多个激光单元10进行电连接，实现多个激光单元10的集成，提高激光器20的输出功率。

进一步的，热沉210形成有高度依次降低的多个台阶，第一连接件220设置于首端的台阶，第二连接件230设置于末端的台阶，每个中部的台阶上设置有一个激光单元10，第一连接件220、多个激光单元10和第二连接件230沿多个台阶高度降低的方向依次排列设置。

中部的台阶数量可以与封装的激光单元10的数量一致。由此，通过台阶式热沉210可以减小热沉210的体积，进一步减小激光器20的尺寸；将第一连接件220设于台阶的首端，第二连接件230设于台阶的末端，中部台阶设置激光单元10，能够实现第一连接件220、激光单元10与第二连接件230的串联，进而实现激光器20的集成。

进一步的，沿多个台阶高度降低的方向，中部的激光单元10的激光芯片100与前一激光单元10的第二电连接区域122平齐，中部的激光单元10的第二电连接区域122与后一激光单元10的激光芯片100平齐；和/或，沿多个台阶高度降低的方向，靠近第一连接件220的激光单元10的激光芯片100与第一连接件220平齐，靠近第二连接件230的激光单元10的第二电连接区域122与第二连接件230平齐。

需要注意的是，上述平齐可以是指两者的端面在同一水平面上，也即中部的激光单元10的激光芯片100与前一激光单元10的第二电连接区域122在同一水平面上，以此类推。或者平齐也可以是指在同一水平面上两者在高度上存在一定范围内的高度差，只要不因为较大的高度差影响相邻两者之间电连接的性能即可。

激光器20的多个激光单元10出光方向一致，其出射的光斑呈垂直阵列分布。示例性的，多个激光单元10出光方向可以是垂直于热沉210台阶的方向。

由此能够保证中部相邻两激光单元10的激光芯片100发射的光路互不干涉和遮挡。

进一步的，激光器20还包括连接导线240，连接导线240用于依次电连接每相邻两个激光单元10中一个的第二电连接区域122和另一个的激光芯片100的第二电极；和/或者用于电连接第一连接件220与多个激光单元10中靠近第一连接件220的激光单元10的激光芯片100，为方便理解，此处将靠近第一连接件220的激光单元10定义为第一激光单元（图未示出）；和/或者用于电连接第二连接件230与多个激光单元10中靠近第二连接件230的激光单元10的激光芯片100的第二电连接区域122，为方便理解，此处将靠近第二连接件230的激光单元10定义为第二激光单元（图未示出）。

连接导线240可以由任意一种导电材料构成。例如，连接导线240可以由金线构成。在另一实施例中，连接导线240的形状还可以是片状式的。在进行电连接时，连接导线240的数量可以为多个，且多个连接导线240的相对两端具体是分别呈阵列分布，以键合于第二电连接区域122和激光芯片100上。

可以理解的是，激光器20的供电电流具体能够由外接电源的正极导入至第一连接件220，并经过连接导线240到达靠近第一连接件220的激光单元10的激光芯片100，并由该激光芯片100导入到该激光单元10的第二电连接区域122，由连接至该第二电连接区域122的连接导线240导入至相邻台阶上的激光单元10的激光芯片100，依次类推，直到经过靠近第二连接件230的激光单元10中的第二电连接区域122，由连接导线240导入至第二连接件230，进而回至外接电源的负极，完成整个激光器的驱动电路。通过连接导线240能够通过外部电源进行供电至中部台阶的每个激光单元10，以使每个激光单元10都能接受电注入而产生激光光束。

热沉210台阶的高度保证中部相邻激光单元10的激光芯片100和第二电连接区域122齐平、第一连接件220与靠近第一连接件220的激光芯片100齐平、以及第二连接件230与靠近第二连接件230的激光单元10的第二电连接区域122齐平，能够降低连接导线240的高度差，从而减少线材成本，降低电损耗。

进一步的，激光器20还包括绝缘件250，第一连接件220和第二连接件230通过绝缘件250设置于热沉210。

绝缘件250可以是一种能够导热绝缘的材料，例如可以由陶瓷构成绝缘件250。将绝缘件250设置于第一连接件220和第二连接件230与热沉210的相连接处，能够防止第一连接件220与第二连接件230通过热沉210导通而形成回路，损坏激光器20。

进一步的，热沉210还包括导热流道，导热流道用于散热流体流动。

导热流道是一种散热装置，设置于热沉210内部的路径或通道，用于引导热量流动并增加热量的传导面积。示例性的，可以设置散热水道作为导热流道，通过水冷散热的方式降低激光器20的温度。由此在热沉210中设置导热流道，可以提升热沉210的散热能力。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括热沉、第一连接件、第二连接件、连接导线和多个激光单元，所述热沉形成有高度依次降低的多个台阶；

所述激光单元包括：激光芯片、过渡层、导电件和基板，

所述导电件设置于所述基板上，所述导电件包括第一电连接区域和第二电连接区域，所述第一电连接区域和所述第二电连接区域位于所述导电件背离所述基板一侧且所述第一电连接区域和所述第二电连接区域具有高差，所述第一电连接区域处于上方；

所述激光芯片的第一电极设置在所述过渡层背离所述导电件一侧，所述过渡层设置在所述第一电连接区域背离所述基板一侧，所述激光单元通过所述第二电连接区域和相邻激光单元的所述激光芯片的第二电极导电工作，所述激光芯片的第二电极位于所述激光芯片的上表面；

其中，沿多个所述台阶高度降低的方向，所述第一连接件设置于首端的所述台阶，所述第二连接件设置于末端的所述台阶，每个中部的所述台阶上设置有一个所述激光单元，所述第一连接件、多个所述激光单元和所述第二连接件沿多个所述台阶高度降低的方向依次排列设置，多个所述激光单元与所述第一连接件和所述第二连接件电连接；中部的所述激光单元的激光芯片与前一所述激光单元的所述第二电连接区域平齐，中部的所述激光单元的所述第二电连接区域与后一所述激光单元的所述激光芯片平齐；沿多个所述台阶高度降低的方向，靠近所述第二连接件的所述激光单元的第二电连接区域与所述第二连接件平齐；

所述连接导线用于依次电连接每相邻两个激光单元中一个的第二电连接区域和另一个的激光芯片的第二电极，所述连接导线还用于连接所述第一连接件与所述多个所述激光单元中靠近所述第一连接件的第一激光单元的激光芯片的第二电极；所述连接导线还用于连接所述第二连接件与所述多个所述激光单元中靠近所述第二连接件的第二激光单元的第二电连接区域；沿所述台阶高度降低的方向，前一个所述激光单元的光路高于该激光单元与后一个所述激光单元电连接的连接导线的高度，所述激光器的多个所述激光单元出光方向一致且出射的光斑呈垂直阵列分布。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述过渡层的表面尺寸大于或等于所述激光芯片的表面尺寸；

所述激光芯片的发光区端面与所述过渡层朝向所述第二电连接区域一侧齐平；

所述过渡层用于与所述激光芯片电连接、进行热传递并过渡所述激光芯片与所述导电件之间的热膨胀系数，减少封装应力。

3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述第一电连接区域表面尺寸大于或等于所述过渡层的表面尺寸。

4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述基板设置在所述激光单元的底部，所述基板的上表面与所述导电件进行连接，所述基板的下表面连接所述热沉，所述基板用于传递所述激光单元的热量并隔离所述激光单元与所述热沉的电连接。

5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光单元设置有快轴准直透镜，所述快轴准直透镜设置在所述激光芯片出光方向，用于对所述激光芯片的光束在快轴方向的整形。

6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

靠近所述第一连接件的所述激光单元的激光芯片与所述第一连接件平齐。

7.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括绝缘件，所述第一连接件和所述第二连接件通过所述绝缘件设置于所述热沉。

8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述热沉还包括导热流道，所述导热流道用于散热流体流动。