CN206575010U - 一种基于多芯片的半导体激光器封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于多芯片的半导体激光器封装结构，包括：半导体激光器单元；所述半导体激光器单元包括：制冷器、以及多个激光芯片；其中，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面。基于本实用新型提供的半导体激光器封装结构，能够大大提高半导体激光器的功率密度，有效地提高峰值功率，并在缩小叠阵体积的同时，降低了生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种基于多芯片的半导体激光器封装结构。
背景技术
目前，在半导体激光器的封装过程中，每个制冷器（cooler）上一般只封装一个激光芯片，这在实际应用中存在一些不足：半导体激光器组成叠阵时，叠阵体积较大，功率密度也有限，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于多芯片的半导体激光器封装结构，通过在一个制冷器上同时封装多个激光芯片，使得半导体激光器的功率密度大大提高，有效地提高了峰值功率，并且缩小了叠阵的体积，降低了生产成本。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提供一种基于多芯片的半导体激光器封装结构，包括：半导体激光器单元；所述半导体激光器单元包括：制冷器、以及多个激光芯片；其中，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面。
上述方案中，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面，包括：所述多个激光芯片以垂直的形式分别分布于所述制冷器的上表面和下表面，所述制冷器上表面、以及下表面处的各激光芯片之间分别通过焊料键合为一体。
上述方案中，所述制冷器上表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联，所述制冷器下表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联，所述制冷器上表面处激光芯片和下表面处激光芯片之间的电连接关系为串联或并联。
上述方案中，所述制冷器上表面处激光芯片P面向下键合到所述制冷器的上表面，所述制冷器下表面处的激光芯片P面向上或N面向上键合到所述制冷器的下表面。
上述方案中，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面，包括：所述多个激光芯片以垂直的形式同时分布于所述制冷器的上表面或下表面，所述制冷器的上表面、或下表面处的各激光芯片之间通过焊料键合为一体。
上述方案中，所述制冷器的上表面、或下表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联。
上述方案中，所述制冷器上表面处的激光芯片P面向下键合到所述制冷器的上表面，或，所述制冷器下表面处的激光芯片P面向上键合到所述制冷器的下表面。
上述方案中，所述半导体激光器单元还包括：衬底；所述多个激光芯片以垂直的形式通过衬底键合于所述制冷器的上表面和/或下表面。
上述方案中，所述衬底为：铜金刚石、或铜钨。
本实用新型的技术方案，通过在一个制冷器上以不同的形式封装多个激光芯片（2个及以上），即在一次封装回流工艺中就可实现同时封装多个激光芯片，降低了工艺复杂程度，使得在将半导体激光器单元封装成叠阵时，叠阵的体积缩小一半，功率密度提升80%，单个半导体激光器单元的峰值功率可达1000W，并且使得整个半导体激光器的生产成本降低25%-50%。
附图说明
图1为本实用新型基于多芯片的半导体激光器封装结构示意图一；
图2为本实用新型基于多芯片的半导体激光器封装结构示意图二；
图3为本实用新型基于多芯片的半导体激光器封装结构示意图三。
附图标号说明：1为激光芯片，2为制冷器，3为衬底。
具体实施方式
图1为本实用新型基于多芯片的半导体激光器封装结构示意图一；如图1所示，所述基于多芯片的半导体激光器封装结构包括：半导体激光器单元；所述半导体激光器单元包括：制冷器2、以及多个激光芯片1；其中，所述多个激光芯片1以垂直的形式同时键合于所述制冷器2的上表面和/或下表面；这里，图1中以激光芯片的数量为2进行举例说明，并非用于对本方案的限制。
以图1为例，图1中包括2个激光芯片，所述两个激光芯片以垂直的形式分别分布于所述制冷器2的上表面和下表面，并且，所述制冷器2上表面处的激光芯片通过焊料P面向下键合到所述制冷器2的上表面，所述制冷器下表面处的激光芯片通过焊料P面向上键合到所述制冷器2的下表面，也即芯片倒装（P-side-up）。
这样，在一次工艺中就能实现在一个制冷器上同时封装2个激光芯片的目的，降低了工艺难度，并且制冷器上表面和下表面处的激光芯片之间的电连接关系为串联，在一定程度上解决了电路问题。
在实际应用中，当激光芯片的数量为3个及以上时，多个激光芯片可以按照一定的数量比例关系，以垂直的形式分别分布于所述制冷器的上表面和下表面，所述制冷器上表面、以及下表面处的各激光芯片之间分别通过焊料键合为一体，所述制冷器上表面处垂直叠加的各激光芯片之间的电连接关系为串联，所述制冷器下表面处垂直叠加的各激光芯片之间的电连接关系为串联，所述制冷器上表面处激光芯片和下表面处激光芯片之间的电连接关系为串联或并联；与上述图1类似的，所述制冷器上表面处的经键合为一体的激光芯片通过焊料P面向下键合到所述制冷器的上表面，所述制冷器下表面处的经键合为一体的激光芯片可通过焊料P面向上键合到所述制冷器的下表面，此时制冷器上表面处激光芯片和下表面处激光芯片之间的电连接关系为并联。
当所述制冷器上表面处的经键合为一体的激光芯片通过焊料P面向下键合到所述制冷器的上表面，所述制冷器下表面处的经键合为一体的激光芯片通过焊料N面向上键合到所述制冷器的下表面时，则制冷器上表面处激光芯片和下表面处激光芯片之间的电连接关系为串联。
图2为本实用新型基于多芯片的半导体激光器封装结构示意图二，如图2所示，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器上，还可以包括另外一种实现形式：以激光芯片的数量为2进行举例说明，所述2个激光芯片以垂直的形式同时分布于所述制冷器的上表面，所述制冷器的上表面处的两个激光芯片之间通过焊料键合为一体，所述两个激光芯片之间的电连接关系为串联。进一步的，所述制冷器上表面处的经键合为一体的激光芯片通过焊料P面向下键合到所述制冷器的上表面。
类似的，在实际应用中，当激光芯片的数量为3个及以上时，所述多个激光芯片以垂直的形式同时分布于所述制冷器的上表面或下表面，所述制冷器的上表面、或下表面处的各激光芯片之间通过焊料键合为一体，所述制冷器的上表面或下表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联。
所述制冷器上表面处的经键合为一体的激光芯片通过焊料P面向下键合到所述制冷器的上表面，或，所述制冷器下表面处的经键合为一体的激光芯片通过焊料P面向上键合到所述制冷器的下表面。
图3为本实用新型基于多芯片的半导体激光器封装结构示意图三，如图3所示，所述半导体激光器单元还可以包括：衬底3；所述多个激光芯片1以垂直的形式通过衬底3键合于所述制冷器的上表面和/或下表面；所述衬底可以为铜钨、铜金刚石等与激光芯片的热膨胀系数（CTE）相接近的材料。
具体的，在实际应用中，可以在图1和图2所示方案的基础上，将所述多个激光芯片以垂直的形式经所述衬底3键合到所述制冷器2上，以图1为例（图2与图1类似，不再赘述），制冷器上下表面处的两个激光芯片分别通过所述衬底3键合到所述制冷器的上下表面，这样，由于衬底的CTE匹配特性，还能够有效地降低激光芯片发射激光的SMILE（近场非线性）效应。
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。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于多芯片的半导体激光器封装结构，其特征在于，包括：半导体激光器单元；所述半导体激光器单元包括：制冷器、以及多个激光芯片；其中，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面，包括：
所述多个激光芯片以垂直的形式分别分布于所述制冷器的上表面和下表面，所述制冷器上表面、以及下表面处的各激光芯片之间分别通过焊料键合为一体。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述制冷器上表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联，所述制冷器下表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联，所述制冷器上表面处激光芯片和下表面处激光芯片之间的电连接关系为串联或并联。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述制冷器上表面处激光芯片P面向下键合到所述制冷器的上表面，所述制冷器下表面处的激光芯片P面向上或N面向上键合到所述制冷器的下表面。
5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述多个激光芯片以垂直的形式同时键合于所述制冷器的上表面和/或下表面，包括：
所述多个激光芯片以垂直的形式同时分布于所述制冷器的上表面或下表面，所述制冷器的上表面、或下表面处的各激光芯片之间通过焊料键合为一体。
6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述制冷器的上表面、或下表面处各激光芯片之间的电连接关系为串联。
7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述制冷器上表面处的激光芯片P面向下键合到所述制冷器的上表面，或，所述制冷器下表面处的激光芯片P面向上键合到所述制冷器的下表面。
8.根据权利要求1至7任一项所述的封装结构，其特征在于，所述半导体激光器单元还包括：衬底；所述多个激光芯片以垂直的形式通过衬底键合于所述制冷器的上表面和/或下表面。
9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于，所述衬底为：铜金刚石、或铜钨。
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|---|---|---|---|---|
| CN111106524A (zh) * | 2018-10-29 | 2020-05-05 | 深圳市中光工业技术研究院 | 一种半导体激光器 |
| CN111370991A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-07-03 | 深圳活力激光技术有限公司 | 一种绝缘型热沉的半导体激光器、叠阵阵列和水平阵列 |
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