CN202759153U - 高热负载大功率半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高热负载大功率半导体激光器，其包括壳体、TEC制冷器、热沉、半导体激光器芯片组件、电路板，所述的半导体激光芯片组件为基于COS封装的芯片组件，其包括散热基板和粘贴在散热基板上的激光芯片，散热基板粘贴在热沉上；所述的电路板为表面金属涂覆陶瓷电路板，且电路板与半导体激光器芯片组件之间通过连接铜片相电连接。本实用新型半导体激光器散热效果较好，可实现大功率激光器的制造。同时，半导体激光芯片采用粘贴的方式与热沉固定在一起，不会变形或位移，能克服机械及温度等变化带来的对产品的影响，保证了产品的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光器件，其可在光通信、光加工、光显示等系统中作为光源使用。
背景技术
半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广。
现有高热负载半导体激光器通常主要由管壳、设置在管壳内的制冷器、热沉以及固定在热沉上的半导体激光芯片组件组成。其中，半导体激光芯片组件一般采用C-mount封装方式，如图5所示。其包括导热基板10、固定在导热基板10上的激光芯片20、开设在导热基板10上的螺孔30以及连接激光芯片20与电源的引线40。该激光芯片组件通过螺钉固定到金属热沉(图中未显示)上，并通过引线40与电源连接实现通光。
这种C-mount封装方式，由于结构限制，导热基板10有效面积小，同时与热沉接触的面积有限，导致光功率偏小，一般只能在8W以下。而且，由于半导体激光芯片组件仅能通过一颗螺钉固定在热沉上，稳定性差，在使用过程中，激光芯片组件的位置容易发生变化，这在微米量级的光纤耦合系统中很容易导致光耦合效率下降，从而导致半导体激光器的可靠性较低。
实用新型内容
本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而输出功率较高且功耗较小、可靠性较高的半导体激光器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高热负载大功率半导体激光器，其包括：
壳体，所述的壳体侧壁上固定安装有多个管脚；
TEC制冷器，其固定在所述管壳内；
热沉，其固定在所述的TEC制冷器上；
半导体激光器芯片组件，其粘贴在所述的热沉上，用于产生激光光源；
电路板，其连接在所述的半导体激光器芯片组件与管脚之间，用于实现电光转换；
所述的半导体激光芯片组件为基于COS封装的芯片组件，其包括散热基板和粘贴在散热基板上的激光芯片，所述的散热基板粘贴在所述的热沉上；所述的电路板为表面金属涂覆陶瓷电路板，且所述的电路板与所述的半导体激光器芯片组件之间通过连接铜片相电连接。
进一步地，所述的热沉呈“L”型，所述的半导体激光芯片组件粘贴在所述热沉竖直方向的内侧面上，所述的电路板固定在所述热沉的水平方向的内表面上。
在所述的热沉上且位于所述的半导体激光芯片组件两侧粘贴有引线端子，所述的连接铜片两端分别与所述的电路板和引线端子相接触连接，从而进一步保证了连接的可靠性，激光芯片组件的位置不会发生移动。
所述的电路板上安装有用于监控壳体内部温度的热敏电阻。
所述的电路板上还安装有用于监控所述的半导体激光芯片组件输出光功率的光电探测器。优选地，所述的光电探测器为具有监测功能的光电二极管MPD。
所述的壳体包括壳座和壳盖，且所述的壳盖上开设有镀增透膜的透光窗口，即为窗口输出。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：由于半导体激光芯片组件基于COS封装，其基板面积较大，且与热沉完全接触，使得散热效果较好，整个半导体激光器能承受较大功率激光的输出，可实现大功率激光器的制造。同时，半导体激光芯片采用粘贴的方式与热沉固定在一起，不会变形或位移，能克服机械及温度等变化带来的对产品的影响，保证了产品的可靠性。而且通过采用铜片将芯片组件与金属化陶瓷电路板相连，进一步保证了导线连接的稳定性。
附图说明
附图1为本实用新型高热负载大功率半导体激光器整体视图；
附图2为基于COS封装的半导体芯片组件；
附图3为附图1所示半导体激光器爆炸图；
附图4为附图1中半导体激光器移除壳盖后的内部结构示意图；
附图5为基于C-mount封装的半导体芯片组件；
其中：1、壳体；11、管脚12、壳座13、壳盖；131、透光窗口；
2、TEC制冷器；3、热沉；4、半导体激光器芯片组件；41、散热基板；42、激光芯片；43、引线端子；5、电路板；6、连接铜片；7、热敏电阻；8、光电探测器；
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型优选实施方案进行详细说明：
如图1、图3及图4所示的半导体激光器，其包括壳体1、设置在壳体1内的TEC制冷器2、固定位于TEC制冷器2上的热沉3、粘贴在热沉3上的半导体激光芯片组件4、用于实现电光转换的驱动电路板5，下面将对每个部分具体结构特征进行说明：
壳体1主要由壳座12和与壳座12上边缘相密合设置的壳盖13组成。本实施例中，壳体1整体呈长方体形，壳座12的底部延伸有连接翼121，连接翼121上开设有连接孔122，半导体激光器通过该连接孔122与待安装设备(图中未显示)相连接。壳座12的一侧部安装有多个管脚11，所述的管脚11通过引线与电路板5相应端口连接。壳盖13上开设有透光窗口131，且透光窗口131上镀有对输出激光波长增透的光学膜。该透光窗口131的位置与半导体激光芯片组件4上的激光芯片42发光面相对应。
TEC制冷器2设置在壳座12的最下方，其下表面与底座12的上表面焊接或胶合在一起。热沉3固定在TEC制冷器2的上方，其下表面形状与TEC制冷器2上表面相对应，热沉3也是焊接固定在TEC制冷器2。本实施例中，热沉3呈“L”型，其竖向内侧面粘贴所述的半导体激光器芯片组件4，横向上表面固定所述的电路板5。
本实施例中，半导体激光器芯片组件4为采用COS封装方式的芯片组件，如图2所示。所谓的COS即为Chip on Submount，其主要由散热基板41、激光芯片42组成，散热基板41的面积远大于激光芯片42，其通常由AlN材料制成。激光芯片42贴合在其上，并键合上金线形成正负电源引入端。半导体激光芯片组件4通过导热银胶或焊锡加工与热沉3的竖向内侧面相固定连接，由于散热基板41具有较大的散热面积，与热沉3连接能迅速将激光芯片上产生的热量释放出去，故可有效保护芯片的使用寿命，同时可提高激光输出功率。
本实施例中，电路板5采用金属化陶瓷材料制成，即电路直接成型在金属化陶瓷材料上，为了确保电路的可靠连接，在热沉3上且位于散热基板41两侧分别设置有引线端子43，电路板5上相应输出端口与该引线端子43之间固定设置有表面镀金的连接铜片6。
本实施例中，在金属化陶瓷电路板5上还分别设置有热敏电阻7和光电探测器8，所述的热敏电阻7用于监测壳体1内部温度，以及时反馈壳体1内温度信息，有利于外部进行调整。光电探测器8用于监测激光芯片输出光功率，本实施例中，光电探测器8选用带有监控功能的光电二极管MPD(MonitorPhoto-Diode)。
上述提供的高热负载大功率激光器，系窗口输出，激光器发光方向垂直朝上，自带TEC制冷，内部有热敏电阻监控温度，以及MPD探测器监控输出光功率。其具有以下优点：
1.半导体激光芯片组件是基于COS芯片组件的产品，COS基板散热面积大，能承受更大功率的激光输出，能做到12W或更大的光功率输出。相同功率情况下TEC的热消耗也有较大下降，经验证，输出的功率水平比传统结构提高20-50％，相同功率条件下，TEC热负载功率比传统结构大约下降20-30％。
2.采用粘接牢固的导热银胶或焊锡与热沉粘贴在一起，不会变形或位移，能克服机械及温度等的变化带来的对产品的影响，保证了产品的可靠性。
3.电路板采用金属化陶瓷电路板，通过镀金的铜片将芯片与管脚连接在一起，克服了导线连接的稳定性不好的问题，同时内部结构布局更加合理，工艺更为规范。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高热负载大功率半导体激光器，其包括：
壳体(1)，所述的壳体(1)侧壁上固定安装有多个管脚(11)；
TEC制冷器(2)，其烧焊在所述管壳(1)内；
热沉(3)，其固定在所述的TEC制冷器(2)上；
半导体激光器芯片组件(4)，其设置在所述的热沉(3)上，用于产生激光光源；
电路板(5)，其连接在所述的半导体激光器芯片组件(4)与管脚(12)之间，用于实现电光转换；
其特征在于：
所述的半导体激光芯片组件(4)为基于COS封装的芯片组件，其包括散热基板(41)和粘贴在散热基板(41)上的激光芯片(42)，所述的散热基板(41)粘贴在所述的热沉(3)上；所述的电路板(5)为表面金属涂覆陶瓷电路板，且所述的电路板(5)与所述的半导体激光器芯片组件(4)之间通过连接铜片(6)相电连接。
2.根据权利要求1所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：所述的热沉(3)呈“L”型，所述的半导体激光芯片组件(4)粘贴在所述热沉(3)竖直方向的内侧面上，所述的电路板(5)固定在所述热沉(3)的水平方向的内表面上。
3.根据权利要求1或2所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：在所述的热沉(3)上且位于所述的半导体激光芯片组件(4)两侧粘贴有引线端子(43)，所述的连接铜片(6)两端分别与所述的电路板(5)和引线端子(43)相接触连接。
4.根据权利要求1所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：所述的电路板(5)上安装有用于监控壳体(1)内部温度的热敏电阻(7)。
5.根据权利要求1或4所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：所述的电路板(5)上还安装有用于监控所述的半导体激光芯片组件(4)输出光功率的光电探测器(8)。
6.根据权利要求5所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：所述的光电探测器(8)为具有监测功能的光电二极管MPD。
7.根据权利要求1或2所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：所述的壳体(1)包括壳座(12)和壳盖(13)，且所述的壳盖(13)上开设有透光窗口(131)，且透光窗口(131)上镀有对输出激光波长增透的光学膜。
8.根据权利要求1所述的高热负载大功率半导体激光器，其特征在于：所述的半导体激光芯片组件(4)通过导热银胶或焊锡与所述的热沉(3)相粘贴。
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