CN207338899U - 一种半导体激光器阵列封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种半导体激光器阵列封装结构，包括半导体激光器阵列芯片、焊片、过渡热沉、散热热沉，其中激光器阵列芯片上下两面分别设置有焊片，焊片将过渡热沉分别焊接在激光器阵列芯片的上下两面，过渡热沉上下两面再次分别焊接在散热热沉上。本实用新型在激光器阵列芯片及散热热沉之间设置热膨胀系数匹配过渡热沉，防止激光器工作时发光面发生弯曲形变，提高了激光器阵列芯片焊接的稳定性，激光器阵列芯片上下两面各设置有散热热沉提高了激光器的散热性能。
Description
技术领域
本申请属于激光技术领域，具体地说，涉及一种半导体激光器阵列封装结构。
背景技术
半导体激光器具有电光转化效率高、波段范围广、寿命长、体积小、重量轻等优点，在军事、航空、生物医疗、空间激光通信等领域具有广泛应用。随着实际工程应用需求的发展，对半导体激光器输出功率水平要求越来越高，目前实现高功率的半导体激光器通常采用两种方式：一是采用光学透镜器件将多个半导体激光器芯片发生的光进行准直聚焦耦合到光纤输出，受限于激光芯片数量增多对光斑大小的影响，采用该方式可以实现百瓦级的激光输出，但对于更高功率的激光输出就变得尤为困难；另一种方法是对半导体激光阵列结构的芯片进行光束整形聚焦，半导体激光阵列芯片通常有19-25个发光单元构成，单个阵列芯片可实现50-75W的激光输出，半导体激光阵列的垂直叠阵的应用使输出功率达几百上千瓦。半导体激光器阵列结构的研究促进了半导体激光器的应用。
在半导体激光器阵列中电光转化效率一般小于50%，在应用中将有50%的电功率将转化成热的形式耗散，该部分热量的存在将导致激光输出功率的降低、输出光谱的展宽。同时激光阵列芯片和热沉材料的热膨胀系数的不匹配性将导致激光阵列芯片发生形变，使输出光发生弯曲形成smile效应，热应力过大将导致阵列芯片与热沉间的焊接层的开裂，甚至阵列芯片的断裂等问题，严重影响半导体激光器的可靠性及寿命。
实用新型内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种半导体激光器阵列封装结构，通过在激光器芯片上下分别焊接焊片、过渡热沉及散热热沉，保证半导体激光器阵列的高效散热的同时降低阵列芯片的热形变。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种半导体激光器阵列封装结构，其包括激光器阵列芯片；分别焊接于激光器阵列芯片两侧的焊片；焊接于两侧焊片的过渡热沉；支撑一侧过渡热沉的第一散热热沉；以及覆盖另一侧过渡热沉的第二散热热沉；其中，第一散热热沉与第二散热热沉远离激光器阵列芯片的一端通过绝缘层相互连接。
根据本实用新型的一实施方式，其中上述激光器阵列芯片两侧蒸镀有Ti-Pt-Au金属层，Ti-Pt-Au金属层包括Ti粘附层，Pt阻挡层及Au浸润层。
根据本实用新型的一实施方式，其中上述焊片由3μm厚的预成型AuSn合金焊片制成。
根据本实用新型的一实施方式，其中上述过渡热沉由热膨胀系数匹配的CuW制成，热膨胀系数为6.5×10-6mm/℃。
根据本实用新型的一实施方式，其中上述过渡热沉与第一散热热沉及第二散热热沉之间采用焊接熔点温度低于AuSn焊片温度的焊料焊接。
根据本实用新型的一实施方式，其中上述第一散热热沉与第二散热热沉之间设置的绝缘层为AIN电绝缘层。
根据本实用新型的一实施方式，其中上述激光器阵列芯片正极面向第一散热热沉，负极面向第二散热热沉。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
1）本实用新型提供的半导体激光器阵列封装结构，采用三明治结构将激光器阵列芯片焊接在过渡热沉、散热热沉之间，采用上下两层过渡热沉对半导体激光器芯片的热膨胀性进行匹配，降低了激光阵列芯片工作时的热应力，同时防止激光阵列芯片在热应力作用下产生发光面的弯曲变形。
2）上下两块散热热沉对激光阵列芯片上下面进行散热，提高激光器热容量的同时提高散热能力，有效降低工作时激光器阵列芯片上的结温。
3）方便实用，效率较高。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型一实施方式的半导体激光器阵列封装结构立体图；
图2是本实用新型一实施方式的半导体激光器阵列封装结构侧视图。
附图标记
激光阵列芯片10，焊片20，过渡热沉30，第一散热热沉41，第二散热热沉42，绝缘层50。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请一并参考图1与图2，图1是本实用新型一实施方式的半导体激光器阵列封装结构立体图；图2是本实用新型一实施方式的半导体激光器阵列封装结构侧视图。如图所示，一种半导体激光器阵列封装结构包括激光器阵列芯片10；分别焊接于激光器阵列芯片10两侧的焊片20；焊接于两侧焊片20的过渡热沉30；支撑一侧过渡热沉30的第一散热热沉41；以及覆盖另一侧过渡热沉30的第二散热热沉42；其中，第一散热热沉41与第二散热热沉42远离激光器阵列芯片10的一端通过绝缘层50相互连接。在本实用新型一实施方式中，焊片20藉以连接过渡热沉30与激光器阵列芯片10，提高激光器阵列芯片10的焊接强度。第一散热热沉41与第二散热热沉42保证散热，防止激光器阵列芯片10的形变，提高稳定性。
激光器阵列芯片10上下两面采用真空蒸镀方式镀上厚度为微米量级的Ti-Pt-Au金属层，Ti-Pt-Au金属层包括Ti粘附层，Pt阻挡层及Au浸润层。膜层中Ti膜层作为粘附层，利于其他金属膜层蒸镀时的粘附，Pt膜层作为阻挡层可以防止在芯片焊接时焊料融化时对芯片发光面的污染，Au膜层作为浸润层提高膜层的稳定性。蒸镀完的激光器阵列芯片10采用正极面朝下的方式焊接在过渡热沉30，即激光器阵列芯片10正极面向第一散热热沉41，负极面向第二散热热沉42，实现工作需求，有利于激光器阵列芯片10产生的热量的耗散，提高使用过程中的稳定性。
在本实用新型一实施方式中，焊片20采用3μm厚的预成型AuSn合金焊片，具有较高的热导率和高强度，不易发生电迁移或热迁移，且在温度循环时不会发生疲劳断裂，可以提高激光阵列芯片10的焊接强度。
值得一提的是，本实用新型的过渡热沉30由热膨胀系数匹配的CuW制成，热膨胀系数为6.5×10-6mm/℃，激光器阵列芯片10为GaAs材料热膨胀系数为5.9×10-6mm/℃。多次试验，保证过渡热沉30及激光器阵列芯片10随温度变化产生的长度变化足够稳定，保证使用过程中的数据准确性。同时，在激光器阵列芯片10上下两面上各设置有CuW材料的过渡热沉30，保证热的作用下激光器阵列芯片10的形变一致，避免发光面的弯曲，降低smile效应（大功率半导体激光器列阵在工作时，从激光器到热沉温度梯度很大，由于LDA 衬底材料与热沉材料线性热膨胀系数不匹配，从而导致热应力的产生。热应力引起LDA中各个发光单元在垂直于P-N结方向发生位移，再加上垂直于P-N结方向发光尺寸只有约1μm；所以较小的位移对发光产生较大影响，使列阵中各个发光单元不在一条直线上，从而导致LDA整体发光弯曲，这种现象被称为smile效应或称各发射腔的近场非线性效应），提高激光器输出功率的稳定性。
此外，过渡热沉30与第一散热热沉41及第二散热热沉42之间采用焊接熔点温度低于AuSn焊片温度的焊料焊接。在焊接时不会影响激光阵列芯片10的焊接质量，过渡热沉30上下两面设置的第一散热热沉41及第二散热热沉42有效增大激光器的热容量，有利于激光器阵列芯片10的散热。第一散热热沉41和第二散热热沉42分别作为激光器阵列芯片10的正、负供电电极，两个散热热沉接触部分，设置有电绝缘层50，选取ALN材料作为电绝缘层50，其热膨胀系数4.5×10-6mm/℃，和激光器阵列芯片10相差不大，保证在热的作用下热形变的匹配性，提高整个激光器的热稳定性。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，包括：
激光器阵列芯片；
分别焊接于所述激光器阵列芯片两侧的焊片；
焊接于两侧所述焊片的过渡热沉；
支撑一侧所述过渡热沉的第一散热热沉；以及
覆盖另一侧所述过渡热沉的第二散热热沉；
其中，所述第一散热热沉与所述第二散热热沉远离所述激光器阵列芯片的一端通过绝缘层相互连接。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，其中所述激光器阵列芯片两侧蒸镀有Ti-Pt-Au金属层，所述Ti-Pt-Au金属层包括Ti粘附层，Pt阻挡层及Au浸润层。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，其中所述焊片由3μm厚的预成型AuSn合金焊片制成。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，其中所述过渡热沉由热膨胀系数匹配的CuW制成，所述热膨胀系数为6.5×10-6mm/℃。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，其中所述过渡热沉与所述第一散热热沉及所述第二散热热沉之间采用焊接熔点温度低于AuSn焊片温度的焊料焊接。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，其中所述第一散热热沉与所述第二散热热沉之间设置的绝缘层为AIN电绝缘层。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列封装结构，其特征在于，其中所述激光器阵列芯片正极面向所述第一散热热沉，负极面向所述第二散热热沉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201721023407.1U CN207338899U (zh) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | 一种半导体激光器阵列封装结构 |
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| CN207338899U true CN207338899U (zh) | 2018-05-08 |
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ID=62373381
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| CN201721023407.1U Active CN207338899U (zh) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | 一种半导体激光器阵列封装结构 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109950789A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-28 | 江苏天元激光科技有限公司 | 一种激光巴条的电极焊接结构 |
| CN112542758A (zh) * | 2019-09-20 | 2021-03-23 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 激光器 |
| CN117954957A (zh) * | 2024-03-25 | 2024-04-30 | 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 | 一种散热装置及半导体激光器 |
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