CN203760841U - 一种半导体激光组件、辅助热沉夹具及半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种半导体激光组件、辅助热沉夹具及半导体激光器。半导体激光组件包括管芯和辅助热沉；辅助热沉包括第一辅助热沉块和第二辅助热沉块；管芯具有相对的底面和顶面，相对的前端面和后端面，以及相对的第一侧端面和第二侧端面；第一辅助热沉块上开设有台阶区；台阶区具有底壁和两个相邻的侧壁；管芯位于台阶区内，管芯的底面贴合于台阶区的底壁，管芯的前端面和第一侧端面分别贴合于台阶区的侧壁；第二辅助热沉块位于台阶区内，第二辅助热沉块的前端开设有凹口，管芯的后端面和第二侧端面贴合于凹口。通过设计相互配合的第一辅助热沉块和第二辅助热沉块，使管芯与辅助热沉之间可以得到五个有效散热接触面，从而改进散热效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体激光器装置的技术领域，特别涉及一种半导体激光组件、一种辅助热沉夹具和一种半导体激光器。
背景技术
由于半导体激光器具有体积小、寿命长、覆盖波长范围广等优点，近年来得到了快速发展。随着应用要求的提高，半导体激光器的输出功率越来越大，对波长的要求也越来越严格。然而，随着半导体激光器光输出功率的增加，器件的散热也变得更加困难，半导体激光器的阈值电流密度、输出光功率、微分量子效率、激光光谱都与激光器的温度有直接的关系。目前常用的半导体激光器控温手段包括传导冷却式及微通道主动冷却式两种，针对由单管芯（Chip）或单列阵（Bar）构建的激光器组件，传导冷却式是最主要的冷却方法，然而传导冷却的效果好坏完全取决于组件热通道的大小。
对于高功率的单管芯（Chip）或单列阵（Bar），其热功率大，底面积小，为了保证所构建的半导体激光器组件具有良好的功率稳定性及光谱特性，均要使用辅助热沉（heat sink）来增加组件的散热能力，半导体激光器管芯与辅助热沉之间通过焊料焊接。焊接质量的好坏，直接影响着组件热通道的好坏，进而影响组件的质量。
现有高功率密度半导体激光器管芯的封装形式，能够凭借较大的辅助热沉体积，拥有更高的热容量及更大的散热通道面积，是目前半导体激光器应用中常用的管芯封装形式。在目前应用中，常选择在使用镊子等简单夹具进行夹持的同时进行焊接的手段在管芯后部和下部焊接辅助热沉，该方式无法保证管芯与辅助热沉的焊接质量，且因为装配的需要，管芯河辅助热沉之间的有效接触面最多只有三个面（管芯四个侧面中的两个侧面，以及底面）。
图1为现有的辅助热沉和高功率密度半导体激光器管芯91焊接后的示意图。其中，以图中向右侧的方向为向前，垂直纸面向外的方向为向上，现有的辅助热沉包括次热沉93和开设有四个固定螺孔920的主热沉92。更具体地，主热沉92开设有第一切槽921、第二切槽922（用于容置光纤和光指示器）和热敏电阻放置孔923，高功率密度半导体激光器管芯91和次热沉93位于第一切槽921内，其中，高功率密度半导体激光器管芯91直接焊接在第一切槽921内，且其前侧面和底面与主热沉92贴合，其后侧面与次热沉93贴合。
如图1所示的结构具有辅助热沉体积大，可以有效控制半导体激光器芯片前、后、下三个面与两块辅助热沉的焊接质量，焊接过程仅靠镊子及简单夹具就可完成焊接的优点。然而，由于第一切槽921是在主热沉92制造过程中设置的切槽，此种结构无法有效控制半导体激光器管芯91左右两个侧面的焊接质量，导致仅有三个散热通道可供使用，散热通道的不足将直接影响激光器组件的工作性能及使用寿命。
发明内容
本实用新型提供了一种半导体激光组件、一种辅助热沉夹具和一种半导体激光器，增加管芯与辅助热沉之间的有效焊接面，增加辅助热沉的散热通道，进一步改善传导冷却的效果。
本实用新型公开的一种半导体激光组件，包括：管芯和辅助热沉；所述辅助热沉包括第一辅助热沉块和第二辅助热沉块；所述管芯具有相对的底面和顶面，相对的前端面和后端面，以及相对的第一侧端面和第二侧端面；
所述第一辅助热沉块上开设有台阶区；所述台阶区具有底壁和两个相邻的侧壁；
所述管芯位于台阶区内，管芯的底面贴合于台阶区的底壁，管芯的前端面和第一侧端面分别贴合于台阶区的侧壁；
所述第二辅助热沉块位于台阶区内，所述第二辅助热沉块的前端开设有凹口，管芯的后端面和第二侧端面贴合于所述凹口。
其中，管芯的底面通过焊接的方式贴合于台阶区的底壁，管芯的前端面和第一侧端面通过焊接的方式分别贴合于台阶区的侧壁，管芯的后端面和第二侧端面通过焊接的方式贴合于所述凹口。
其中，所述凹口的尺寸不大于所述管芯的尺寸。
其中，所述凹口包括相连接且大致呈“L”形的第一贴合壁和第二贴合壁；
所述第一贴合壁与管芯的后端面贴合；所述第二贴合壁与管芯的第二侧端面贴合。
其中，所述第一辅助热沉块开设有适于容置光纤的切槽。
其中，所述第二辅助热沉块开设有适于容置光纤的切槽。
本实用新型进一步公开了一种辅助热沉夹具，所述辅助热沉夹具适用于如上所述的半导体激光组件，所述辅助热沉夹具包括环形支架；
所述环形支架包括四个侧壁；所述环形支架的后侧壁设有第一紧固螺钉，第二侧壁设有第二紧固螺钉。
其中，所述辅助热沉夹具还包括上固定板；
待装配的管芯与辅助热沉置于所述环形支架内，第一辅助热沉块的前端面接触环形支架的前侧壁；所述第一紧固螺钉的顶端与所述第二辅助热沉块接触；
第一辅助热沉块远离台阶区的一个侧面接触环形支架的第一侧壁；所述第二紧固螺钉的顶端与所述第二辅助热沉块接触；
所述上固定板上设有固定部，将所述上固定板固定于所述环形支架上；
所述上固定板上设有第三紧固螺钉，所述第三紧固螺钉的顶端与所述管芯的上表面接触。
其中，所述上固定板呈长条形并设有两只定位螺钉；所述定位螺钉用于将所述上固定板固定在所述环形支架上。
本实用新型进一步公开了一种半导体激光器，包括管壳和焊接于管壳的如上所述的半导体激光组件。
本实用新型的有益效果是：通过设计相互配合的第一辅助热沉块和第二辅助热沉块，使管芯与辅助热沉之间可以得到五个有效散热接触面，可以最大限度增加散热通道从而改进半导体激光组件使用时的散热效果，还能增加焊接过程中对管芯的散热，增强对管芯的保护；同时设计的辅助热沉夹具可以通过紧固螺钉保证管芯与辅助热沉之间的良好焊接质量，保证散热通道达到预想的效果。
附图说明
图1为现有的辅助热沉和高功率密度半导体激光器管芯焊接后的示意图；
图2为本实用新型实施例的半导体激光组件的俯视图；
图3为本实用新型实施例的半导体激光组件的侧视图；
图4为本实用新型实施例的半导体激光组件的第一辅助热沉块的俯视图；
图5为本实用新型实施例的半导体激光组件的第一辅助热沉块的侧视图；
图6为本实用新型实施例的半导体激光组件的第二辅助热沉块的俯视图；
图7为本实用新型实施例的半导体激光组件的第二辅助热沉块的侧视图；
图8为使用辅助热沉夹具装配如图2、图3所示的半导体激光组件的俯视图；
图9是沿图8中的A-A剖线得到的剖视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型公开的半导体激光组件包括管芯和辅助热沉；所述辅助热沉包括第一辅助热沉块和第二辅助热沉块；所述管芯具有相对的底面和顶面，相对的前端面和后端面，以及相对的第一侧端面和第二侧端面；所述第一辅助热沉块上开设有台阶区；所述台阶区具有底壁和两个相邻的侧壁；所述管芯位于台阶区内，管芯的底面贴合于台阶区的底壁，管芯的前端面和第一侧端面分别贴合于台阶区的侧壁；所述第二辅助热沉块位于台阶区内，所述第二辅助热沉块的前端开设有凹口，管芯的后端面和第二侧端面贴合于所述凹口。
图2为本实用新型实施例的半导体激光组件的俯视图。图3为本实用新型实施例的半导体激光组件的侧视图。
本实施例的半导体激光组件包括管芯3和辅助热沉。所述辅助热沉包括第一辅助热沉块1和第二辅助热沉块2。管芯3具有相对的底面31和顶面32，相对的前端面33和后端面34，以及相对的第一侧端面35和第二侧端面36。
本实施例的第一辅助热沉块1上开设有台阶区10。所述台阶区10具有底壁101和两个相邻的侧壁102、103。本实施例的管芯3位于台阶区10内，管芯3的底面31贴合于台阶区10的底壁101，管芯3的前端面33和第一侧端面35分别贴合于台阶区的侧壁102、103。第二辅助热沉块2位于台阶区10内，所述第二辅助热沉块2的前端开设有凹口21，管芯3的后端面34和第二侧端面36贴合于所述凹口21。
具体地，本实施例中，管芯3的底面31通过焊接的方式贴合于台阶区10的底壁101，管芯3的前端面33和第一侧端面35通过焊接的方式分别贴合于台阶区10的侧壁102、103，管芯3的后端面34和第二侧端面36通过焊接的方式贴合于所述凹口21。
本实施例中，为了保证管芯3与凹口21的贴合。凹口21的尺寸不大于管芯3的尺寸。更具体地，凹口21包括相连接且大致呈“L”形的第一贴合壁211和第二贴合壁212。第一贴合壁211与管芯3的后端面34贴合；第二贴合壁212与管芯3的第二侧端面36贴合。为了保证管芯3与凹口21的贴合，第一贴合壁211的水平（左右方向）长度不大于管芯3的后端面34的水平（左右方向）长度，第二贴合壁212的水平（前后方向）长度不大于管芯3的第二侧端面36的水平（前后方向）长度。
本实施例的第一辅助热沉块1开设有适于容置光纤的切槽11，切槽11的尺寸按照光纤耦合的需要设置，从而适于放置光纤。进一步地，切槽11也能够放置相应的指示光组件。
图4为本实用新型实施例的半导体激光组件的第一辅助热沉块的俯视图。图5为本实用新型实施例的半导体激光组件的第一辅助热沉块的侧视图。由图4、图5可知，所述台阶区10的两个相邻的侧壁102、103相连接且大致呈“L”形。同时，与如图1所示的主热沉92相比，本实施例的第一辅助热沉块1不需要预设螺孔，可以提高热沉的应用效率，降低体积的浪费。进一步地，第一辅助热沉块1由金属材料制成，例如，由铜制成。
图6为本实用新型实施例的半导体激光组件的第二辅助热沉块的俯视图。图7为本实用新型实施例的半导体激光组件的第二辅助热沉块的侧视图。由图6、图7可知，与如图1所示的次热沉93相比，本实施例的第二辅助热沉块2通过设置凹口21，增加管芯与辅助热沉之间的有效焊接面，使散热通道进一步增加。进一步地，第二辅助热沉块2由金属材料制成，例如，由铜制成。
当然，本领域技术人员能够了解的是，切槽的设置是为了实现光纤耦合的，其开设的位置对应于管芯的发光方向，不以如上述实施例一样设置于第一辅助热沉块1为限，其余实施方式中，也可以令第二辅助热沉块2开设有适于容置光纤的切槽。
本实用新型进一步公开了一种辅助热沉夹具，所述辅助热沉夹具适用于如上所述的半导体激光组件，所述辅助热沉夹具包括环形支架；所述环形支架包括四个侧壁；所述环形支架的后侧壁设有第一紧固螺钉，第二侧壁设有第二紧固螺钉。
图8为使用辅助热沉夹具装配如图2、图3所示的半导体激光组件的俯视图。图9是沿图8中的A-A剖线得到的剖视图。
辅助热沉夹具包括环形支架4，环形支架4包括四个侧壁，具体为前侧壁41、后侧壁42，第一侧壁43，以及第二侧壁44，本实施例中，环形支架4还包括底壁45。后侧壁42设有第一紧固螺钉421，第二侧壁44设有第二紧固螺钉441。具体地，环型支架4为一块“口”字型支架，后侧壁42和第二侧壁44分别设有螺纹孔，通过螺设于螺纹孔中的第一紧固螺钉421和第二紧固螺钉441，使管芯3与第一辅助热沉块1、第二辅助热沉块2沉紧密靠合，进而在加热炉上，使管芯3与第一辅助热沉块1、第二辅助热沉块2紧密焊接在一起。
参阅图8、图9，配合参阅图2，可知，待装配的管芯3与辅助热沉置于环形支架4内。第一辅助热沉块1的前端面接触环形支架的前侧壁41，所述第一紧固螺钉421的顶端与第二辅助热沉块2接触，将第二辅助热沉块2与管芯3及第一辅助热沉块1在前后方向上挤压在一起，保证管芯3的前端面33紧密贴合在第一辅助热沉块1（具体地，侧壁102）上，以及保证管芯3的后端面34紧密贴合在第二辅助热沉块2（具体地，第一贴合壁211）上。第一辅助热沉块1远离台阶区10的一个侧面接触环形支架4的第一侧壁43，第二紧固螺钉421的顶端与第二辅助热沉块2接触，将第二辅助热沉块2与管芯3及第一辅助热沉块1在左右方向上挤压在一起，保证管芯3的第一侧端面35紧密贴合在第一辅助热沉块1（具体地，侧壁103）上，以及保证管芯3的第二侧端面36紧密贴合在第二辅助热沉块2（具体地，第二贴合壁212）上。
进一步地，本实施例的辅助热沉夹具还包括上固定板5。上固定板5上设有固定部，将上固定板5固定于环形支架4上。更具体地，上固定板5呈长条形并设有两只定位螺钉51，定位螺钉51用于将上固定板5固定在环形支架4上。
更具体地，本实施例的上固定板5上设有第三紧固螺钉52，第三紧固螺钉52的顶端与管芯3的上表面32接触，用于保证管芯3的底面31与第一辅助热沉块1（具体地，台阶区10的底壁101）紧密贴合。本实施例中，第三紧固螺钉52位于两只定位螺钉51之间。
由上述可知，使用如图8、图9所示的辅助热沉夹具，利用第一辅助热沉块1、第二辅助热沉块2和管芯3制造得到如图2、图3所示的半导体激光组件的具体的操作流程如下：
S1、将环形支架4与上固定板5通过定位螺钉51固定在一起，将管芯3与第二辅助热沉块2分别放置在第一辅助热沉块1的台阶区10内，并一起放在加热炉上，用环形支架4将管芯3、第一辅助热沉块1和第二辅助热沉块2嵌套进去；
S2、将第一辅助热沉块1的前端面与环形支架4的前侧壁41相接触，远离台阶区10的一个侧面与环形支架4的第一侧壁43相接触，轻微拧紧第一紧固螺钉421，使第一紧固螺钉421的顶端与第二辅助热沉块块2的后端接触；轻微拧紧第二紧固螺钉441，使第二紧固螺钉441的顶端与第二辅助热沉块2的右端接触；轻微拧紧第三紧固螺钉52，使第三紧固螺钉52的顶端与管芯3的顶面32相接触。
S3、待管芯3前、后、左、右、下五个表面与第一辅助热沉块1、第二辅助热沉块2相应接触面之间的焊料全部融化后，拧紧第一紧固螺钉421、第二紧固螺钉441、第三紧固螺钉52，使第一辅助热沉块1和第二辅助热沉块2与管芯3之间的五个接触面均达到紧密贴合。
S4、从加热炉上取下环形支架4与管芯3及辅助热沉的组合体，待焊料冷却后，松开所有紧固螺钉，将管芯3及辅助热沉整体取出，即制造得到如图2、图3所示的半导体激光组件。
本实施例进一步公开了一种半导体激光器，包括管壳和焊接于管壳的如上所述的半导体激光组件。具体的制造方法，是将上述半导体激光组件焊接于激光器管壳。
本实用新型的实施例至少具有以下的优点：
（一）与现有的半导体激光组件相比较，本实用新型通过设计相互配合的第一辅助热沉块和第二辅助热沉块，使管芯与辅助热沉之间可以得到五个有效散热接触面，可以最大限度增加散热通道从而改进半导体激光组件使用时的散热效果，还能增加焊接过程中对管芯的散热，增强对管芯的保护；
（二）辅助热沉夹具可以通过紧固螺钉保证管芯与辅助热沉之间五个面的良好贴合，保证良好焊接质量，从而保证散热通道达到预想的效果；
（三）通过第一辅助热沉块不需要预设螺孔，可以提高热沉的应用效率，降低体积的浪费，使高功率密度半导体激光器管芯可以更好地应用于不同尺寸的管壳内。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种半导体激光组件，其特征在于，所述半导体激光组件包括管芯和辅助热沉；所述辅助热沉包括第一辅助热沉块和第二辅助热沉块；所述管芯具有相对的底面和顶面，相对的前端面和后端面，以及相对的第一侧端面和第二侧端面；
所述第一辅助热沉块上开设有台阶区；所述台阶区具有底壁和两个相邻的侧壁；
所述管芯位于台阶区内，管芯的底面贴合于台阶区的底壁，管芯的前端面和第一侧端面分别贴合于台阶区的侧壁；
所述第二辅助热沉块位于台阶区内，所述第二辅助热沉块的前端开设有凹口，管芯的后端面和第二侧端面贴合于所述凹口。
2.根据权利要求1所述的半导体激光组件，其特征在于，
管芯的底面通过焊接的方式贴合于台阶区的底壁，管芯的前端面和第一侧端面通过焊接的方式分别贴合于台阶区的侧壁，管芯的后端面和第二侧端面通过焊接的方式贴合于所述凹口。
3.根据权利要求1所述的半导体激光组件，其特征在于，
所述凹口的尺寸不大于所述管芯的尺寸。
4.根据权利要求3所述的半导体激光组件，其特征在于，
所述凹口包括相连接且大致呈“L”形的第一贴合壁和第二贴合壁；
所述第一贴合壁与管芯的后端面贴合；所述第二贴合壁与管芯的第二侧端面贴合。
5.根据权利要求1所述的半导体激光组件，其特征在于，
所述第一辅助热沉块开设有适于容置光纤的切槽。
6.根据权利要求1所述的半导体激光组件，其特征在于，
所述第二辅助热沉块开设有适于容置光纤的切槽。
7.一种辅助热沉夹具，所述辅助热沉夹具适用于如权利要求1至6任一权利要求所述的半导体激光组件，所述辅助热沉夹具包括环形支架；
所述环形支架包括四个侧壁；所述环形支架的后侧壁设有第一紧固螺钉，第二侧壁设有第二紧固螺钉。
8.根据权利要求7所述的辅助热沉夹具，其特征在于，所述辅助热沉夹具还包括上固定板；
待装配的管芯与辅助热沉置于所述环形支架内，第一辅助热沉块的前端面接触环形支架的前侧壁；所述第一紧固螺钉的顶端与所述第二辅助热沉块接触；
第一辅助热沉块远离台阶区的一个侧面接触环形支架的第一侧壁；所述第二紧固螺钉的顶端与所述第二辅助热沉块接触；
所述上固定板上设有固定部，将所述上固定板固定于所述环形支架上；
所述上固定板上设有第三紧固螺钉，所述第三紧固螺钉的顶端与所述管芯的上表面接触。
9.根据权利要求8所述的辅助热沉夹具，其特征在于，所述上固定板呈长条形并设有两只定位螺钉；所述定位螺钉用于将所述上固定板固定在所述环形支架上。
10.一种半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器包括管壳和焊接于管壳的如权利要求1至6任一权利要求所述的半导体激光组件。
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Cited By (1)
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| CN111092365A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-01 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具及烧结方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100070 Fengtai District science and Technology Park, Feng Feng Road, No. 4, a layer of 5 Patentee after: BWT BEIJING LTD. Address before: 100070 Fengtai District science and Technology Park, Feng Feng Road, No. 4, a layer of 5 Patentee before: BWT Beijing Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Semiconductor laser assembly, auxiliary heat sink clamp and semiconductor laser Effective date of registration: 20181206 Granted publication date: 20140806 Pledgee: Beijing good faith financing Company limited by guarantee Pledgor: BWT BEIJING LTD. Registration number: 2018990001157 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230425 Granted publication date: 20140806 Pledgee: Beijing good faith financing Company limited by guarantee Pledgor: BWT BEIJING Ltd. Registration number: 2018990001157 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140806 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |