CN201966486U - 一种半导体激光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体激光器制备封装技术，特别是指一种半导体激光模块，该半导体激光模块包括：由五层无氧铜薄片组成的微通道热沉部分；表面镀有金属化图形的BeO薄片；作为负电极的一层氧化铜薄片；激光bar；电极引线。该新型半导体激光模块在传统五层微通道热沉的基础上进行改进，减少了一层热应力匹配材料，降低了加工难度；采用在BeO陶瓷表面部分镀金，解决了激光bar的导电和正负电极的绝缘问题，省去了原有的绝缘层，减少了工艺步骤。

Description

一种半导体激光模块

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器制备封装技术，特别是指一种大功率半导体激光模块，属于激光技术应用领域。

背景技术

半导体激光器具有电光转换效率高、体积小、重量轻等优点，使得它的应用变得越来越广泛。但是，随着半导体激光器功率的不断提高，功率密度不断增大，散热及寿命问题成了影响半导体激光器，特别是大功率半导体激光器发展的关键问题。因此，研制出高寿命的半导体激光器模块成为目前半导体激光器研究的一个热点。

传统工艺结构中，半导体激光器微通道热沉普遍采用五层具有不同内部结构的高导热矩形无氧铜薄片组合在一起构成微通道的结构。传统半导体激光器模块的结构是，精密加工过的五层高导热矩形无氧铜薄片采用硬焊料利用扩散焊技术准确紧密结合在一起，无氧铜正极与负极之间粘接一层绝缘材料，发光单元bar与无氧铜直接焊接，由于bar与无氧铜的热膨胀系数差异大(bar-6.5ppm/k；Cu-16.7ppm/k)，必须采用软焊料(一般采用铟焊料In或铟锡焊料InSn)焊接，而软焊料溶点低，铟焊料的熔点为156.6°，铟锡焊料的熔点为140°，因此，在大功率大电流的条件下，传统半导体激光器模块的寿命将大大减小。

针对在大功率条件下，不能将bar与无氧铜之间直接采用软焊料焊接的问题，目前采用比较多的是将微通道热沉采用不同的材料 焊接在一起的结构。这种结构是先将三层无氧铜采用硬焊料(AuSn)利用扩散焊焊接在一起，然后将能够与bar的热膨胀系数匹配的材料(如CuW合金，BeO陶瓷，热膨胀系数为6.3ppm/k)，采用软焊料焊接在三层无氧铜的上下底面，最后，将bar与热膨胀系数匹配的材料(CuW合金或BeO陶瓷)用硬焊料焊接在一起。焊接过程中采用的步骤为硬-软-硬，这种结构的缺点是，硬焊料的焊接熔点高，容易对之前软焊料的焊接产生不利影响，焊接难度大；热膨胀系数匹配的材料采用BeO陶瓷的结构缺点是，BeO属于陶瓷，两层BeO与无氧铜之间的焊接难度大；如果热膨胀系数匹配的材料采用CuW合金，去离子水对CuW的腐蚀速度大于对Cu的腐蚀速度，不利于提高器件的寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述结构的技术缺点，提供一种新型半导体激光模块。本实用新型具有器件的寿命长、工艺简单，加工成本低的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种半导体激光模块设置了由五层刻有微通道的无氧铜薄片组成的微通道热沉6，BeO陶瓷7，负电极8，激光bar9，电极引线10。

五层无氧铜薄片采用硬焊料利用扩散焊按照通水顺序焊接在一起，焊接好的微通道热沉6作为整个半导体激光模块的底层；BeO陶瓷7的下表面采用软焊料焊接在微通道热沉6上表面；激光bar9 采用硬焊料焊接在BeO陶瓷7上表面；BeO陶瓷7上表面与激光bar9焊接的部分镀金，夹在激光bar9与微通道热沉6之间的BeO陶瓷7的侧表面和整个下表面镀金，其余表面部分不镀金；负电极8采用软焊料焊接在BeO陶瓷7上表面未镀金部分；负电极8与激光bar9相隔一空气层，保持不接触，不导通；电极引线10搭接在激光bar9与负电极8之间，位于半导体激光模块的顶层。

陶瓷7的热膨胀系数与激光bar相匹配。

负电极8由一层无氧铜薄片构成的，具有良好的电导率；。

激光bar9由等间距并列排放的N个激光发光单元构成，根据实际需要，发光单元的个数N为1到75的正整数。

该实用新型的优势在于：减少了一层热应力匹配材料，降低了加工难度；微通道热沉部分采用传统的五层微通道热沉，工艺已经比较成熟，可以降低成本，提高质量；采用在BeO陶瓷部分表面镀金的方式，解决了激光bar的导电和正负电极的绝缘问题，省去了原有的绝缘层，简化了结构，减少了工艺；

附图说明：

图1五层无氧铜薄片组成微通道热沉示意图

图2本实用新型所描述的半导体激光模块示意图

图3半导体激光模块的俯视图

图4BeO陶瓷薄片上、下、侧、前、后表面镀金示意图

图中：1、组成微通道热沉的最底层无氧铜薄片，2、组成微通道热沉的第二层无氧铜薄片，3、组成微通道热沉的第三层无氧铜 薄片，4、组成微通道热沉的第四层无氧铜薄片，5组成微通道热沉的最顶层无氧铜薄片，6、由五层无氧铜薄片组成的微通道热沉，7、热膨胀系数与激光bar相匹配的表面镀金的BeO陶瓷，8、由一层无氧铜薄片构成的负电极，9、激光bar，10、电极引线，11、激光发光单元，A、BeO陶瓷的上表面，B、BeO陶瓷的左侧面，C、BeO陶瓷的下表面，D、BeO陶瓷的前表面，E、BeO陶瓷的后表面，F、BeO陶瓷的右侧面；

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本实用新型的实施方式：

实施例：

如图1所示，五层分别刻有不同图形的微通道无氧铜薄片，每片的厚度在0.2～0.3mm之间，五层无氧铜薄片采用硬焊料利用扩散焊按照通水顺序焊接在一起，总厚度在1.5mm左右，构成微通道热沉6，焊接好的微通道热沉6作为整个激光模块的底层。微通道热沉6作为去离子水的通道，对激光bar起到冷却作用，同时在电路当中充当正电极。

激光bar9由19个并列排放的半导体材料制作的激光发光单元构成。根据实际情况，激光发光单元的个数为1到75的正整数。激光bar9采用硬焊料焊接在BeO陶瓷7上表面；BeO陶瓷7上表面与激光bar9焊接的部分进行了镀金处理，夹在激光bar9与微通道热沉6之间的BeO陶瓷7的侧表面和整个下表面都进行了镀金处理，其余表面部分不镀金；由一层无氧铜薄片构成的负电极8采用 软焊料焊接在BeO陶瓷7上表面未镀金部分；如图4所示，A为BeO陶瓷7的上表面，B为BeO陶瓷7的左侧面，C为BeO陶瓷7的下表面，D为BeO陶瓷7的前表面，E为BeO陶瓷7的后表面，F为BeO陶瓷7的右侧面，图中画有花纹的部分代表镀金部分；BeO陶瓷7本身具有良好的热导率和绝缘性，并且BeO陶瓷7有着与激光bar9匹配的热膨胀系数，其厚度与无氧铜薄片的厚度相当，BeO陶瓷7表面部分镀金，金具有良好的电导率，使得BeO陶瓷7镀金部分具有良好的导电性，未镀金部分具有良好的绝缘性。负电极8与激光bar9相隔一空气层，保持不接触，不导通。

电极引线10由具有良好电导率的金属材料制作，电极引线10搭接在激光bar9与负电极8之间，位于半导体激光模块的顶层。电极引线10的条数取决于激光bar的驱动电流大小，驱动电流越大，电极引线条数越多。

Claims (4)

1.一种半导体激光模块，其特征在于：设置了由五层刻有微通道的无氧铜薄片组成的微通道热沉(6)，BeO陶瓷(7)，负电极(8)，激光bar(9)，电极引线(10)；

五层无氧铜薄片采用硬焊料利用扩散焊按照通水顺序焊接在一起，焊接好的微通道热沉(6)作为整个半导体激光模块的底层；BeO陶瓷(7)的下表面采用软焊料焊接在微通道热沉(6)上表面；激光bar(9)采用硬焊料焊接在BeO陶瓷(7)上表面；BeO陶瓷(7)上表面与激光bar(9)焊接的部分镀金，夹在激光bar(9)与微通道热沉(6)之间的BeO陶瓷(7)的侧表面和整个下表面镀金，其余表面部分不镀金；负电极(8)采用软焊料焊接在BeO陶瓷(7)上表面未镀金部分；负电极(8)与激光bar(9)相隔一空气层，保持不接触，不导通；电极引线(10)搭接在激光bar(9)与负电极(8)之间，位于半导体激光模块的顶层。

2.根据权利要求1所述的一种半导体激光模块，其特征在于：设置了热膨胀系数与激光bar(9)相匹配的BeO陶瓷(7)。

3.根据权利要求1所述的一种半导体激光模块，其特征在于：设置了由一层无氧铜薄片构成的负电极(8)。

4.根据权利要求1所述的一种半导体激光模块，其特征在于：设置的激光bar(9)由等间距并列排放的N个激光发光单元构成，发光单元的个数N为1到75的正整数。 

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