CN204167680U - 一种新型阵列式芯片封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型阵列式芯片封装结构。包括底座、若干金属散热块、若干激光二极管、若干金线；其特征在于：底座和若干金属散热块都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；若干金属散热块通过若干金线与底座串联连接，加电实现激光的输出。本实用新型中金属散热块和底座的易于加工，加工精度高，平整度好，单芯片多模块的组装可以起到优良的散热效果。

Description

一种新型阵列式芯片封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种制冷效果好、易封装、功率大的阵列式芯片封装结构，属于半导体激光器封装技术领域。

背景技术

半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，广泛应用于工业、军事、医疗、通讯等众多领域。由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与CO₂激光器、固体YAG激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近几年，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器泵浦源的需求推动了具有大功率，高光束质量的半导体激光器飞速发展。

在我国，使用单管半导体激光器件直接耦合进入光纤获得激光输出的技术已经成熟，目前国内几家公司使用单管的出纤功率和国外水平基本相当。随着半导体激光器应用范围的增加，同时为了满足多样化的需求，使半导体激光器的功率成倍提升，多管半导体激光器件的工艺研究有了很大的发展。

目前，多管半导体激光器的封装结构主要分为两种：单芯片叠加的合束技术和多芯片巴条的合束技术，单芯片叠加是使用封装一个激光二极管芯片的芯片载体COS(chip on submount)，通过诸如空间合束、波长合束、偏振合束等技术完成多个COS的合束实现大功率的输出，这种结构对COS的散热性较好，但装配工艺要求很高，其固定的位置和角度都对耦合效率有较大影响，比如单芯片叠加常见的台阶结构，这种方法要在底板上加工高度差较小的台阶，且每个台阶的加工精度要求极高，加工难度大且加工成本高。另一种比较好的封装结构是多芯片的巴条结构，将半导体芯片巴条整体焊接到散热的底板上，使用一个COS就可完成多个单芯片叠加的COS功能，降低了封装结构和合束的难度，但其弊端是对半导体巴条的贴片工艺要求极高，几微米的偏差就能造成耦合效率的降低，且巴条的散热量是单芯片的好几倍，需要配备精细的制冷工装和设备才能保证COS的正常工作。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种新型阵列式芯片封装结构，本实用新型将单个激光二极管焊接到散热金属块上，再将多个金属块单元焊接到更大的散热底板上，激光二极管通过金丝的串联连接加电实现激光的输出。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。

一种新型阵列式芯片封装结构，包括底座、若干金属散热块、若干激光二极管、若干金线；其特征在于：

底座和若干金属散热块都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；若干金属散热块通过若干金线与底座串联连接，加电实现激光的输出。

所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成，金属形式的散热块易于加工，成本较低且能保证严格的平整度。

所述的底座是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成，每个金属块焊接于底座上，通过多级散热保证激光二极管元件的热扩散均衡。

所有的元件都用焊料固定，可靠性较高，将底座焊接于尺寸更大的散热底板上，并固定在水冷或气冷的制冷装置上，可以达到良好的散热效果。

一种新型阵列式芯片封装结构的封装方法，其特征在于按以下步骤进行：

1)首先进行激光二极管和散热金属块的共晶焊接，焊料的共晶温度最高，贴片精度要求最高；

2)然后进行金属散热块和镀金陶瓷底座的共晶焊接，焊料的共晶温度高但较步骤一的共晶温度低，贴片精度要求高但较步骤一的低；

3)最后焊接完毕的各散热金属块通过金线与底座串联连接，完成激光二极管的加电要求。

所述的一种新型阵列式芯片封装结构的封装方法：激光二极管和散热金属块之间的焊接、金属散热块和镀金陶瓷底座之间的焊接使用不同共晶温度的预成型焊料，能实现多级的焊接的要求，且焊接和对准工艺的难度依次降低，保证封装的可靠性和一致性。

所述的一种新型阵列式芯片封装结构的封装方法：能装配多个已贴好激光二极管的金属散热块，以实现不同功率要求的激光输出。

本实用新型对比已有技术具有以下创新点：

本实用新型提出一种新型封装结构，将单个激光二极管焊接到一块金属散热块上，每个金属散热块形成一个单元，再将多个金属散热块焊接到更大的散热底座上，实现不同功率要求的任意配置。

本实用新型提出了一种新型的焊接方法，先焊接激光二极管和一块金属散热块，再焊接金属散热块和散热的底座，两次焊接的焊料的共晶温度不同，焊接工艺可严格控制，焊接牢固可靠。

本实用新型解决单芯片叠加装配和耦合难度大的问题，解决多芯片巴条贴片工艺难度大和散热量大的问题。

本实用新型中使用的金属散热块和散热的底座，易加工，平整度较高，和传统方法相比，具有易加工、低成本和散热性能好的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实用新型包括底座4、四块金属散热块(2.1，2.2，2.3，2.4)、四个激光二极管(1.1，1.2，1.3，1.4)、若干金线(3.1，3.2，3.3，3.4)；所述的底座4是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成，所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成，镀金陶瓷底座4和四块金属散热块(2.1，2.2，2.3，2.4)都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；四块金属散热块通过若干金线(3.1，3.2，3.3，3.4)与底座4串联连接，加电实现激光的输出。

金属形式的散热块易于加工，成本较低且能保证严格的平整度。每个金属块焊接于底座上，通过多级散热保证激光二极管元件的热扩散均衡。所有的元件都用焊料固定，可靠性较高，将底座焊接于尺寸更大的散热底板上，并固定在制冷装置上，可以达到良好的散热效果。

一种新型阵列式芯片封装结构的封装方法，其特征在于按以下步骤进行：

1)首先进行激光二极管和散热金属块的共晶焊接，焊料的共晶温度最高，贴片精度要求最高；

2)然后进行金属散热块和镀金陶瓷底座的共晶焊接，焊料的共晶温度高但较步骤一的共晶温度低，贴片精度要求高但较步骤一的低；

3)最后焊接完毕的各散热金属块通过金线的串联连接，完成激光二极管的加电要求。

激光二极管和散热金属块之间的焊接、金属散热块和镀金陶瓷底座之间的焊接使用不同共晶温度的预成型焊料，能实现多级的焊接的要求，且焊接和对准工艺的难度依次降低，保证封装的可靠性和一致性。

能装配多个已贴好激光二极管的金属块单元，以实现不同功率要求的激光输出。

Claims (3)

1.一种新型阵列式芯片封装结构，包括底座、若干金属散热块、若干激光二极管、若干金线；其特征在于：

底座和若干金属散热块都带有预成型焊料，每个激光二极管通过共晶焊沿着金属散热块焊料前端平齐的方向焊接于一块金属散热块上，每个金属散热块再通过共晶焊沿着底座焊料前端平齐的方向分别焊接于底座上；若干金属散热块通过若干金线与底座串联连接，加电实现激光的输出。

2.根据权利要求1所述的一种新型阵列式芯片封装结构，其特征在于：所述的金属散热块是用热导率高的材料制作而成。

3.根据权利要求1所述的一种新型阵列式芯片封装结构，其特征在于：所述的底座是由热导率高的镀金陶瓷材料制作而成。