CN215119536U - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种半导体激光器，涉及半导体技术领域，包括芯片以及分别设在芯片两侧的正极散热器和负极散热器，正极散热器和负极散热器内均具有散热通道，散热通道内容置有可循环的冷却液。冷却液通过在散热通道内循环流动，吸收芯片产生的热量，与芯片进行热交换，以完成对芯片的散热。这种在芯片两侧均设置散热结构的双面散热方式，其散热效果相较于单面散热，散热能力更强。能有效降低半导体激光器的热阻，提高整体的散热能力，实现半导体激光器高功率激光输出。这种热交换的散热方式，因其能对正极散热器和负极散热器本身进行散热，使半导体激光器不仅可应用于水平阵列，还可应用于垂直阵列，以使半导体激光器的应用具有广泛性。

Description

一种半导体激光器

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体激光器。

背景技术

现有技术中，半导体激光器阵列芯片封装至微通道散热器进行散热，激光芯片p-n结的p面封装于微通道散热器上，n面采用金线键合或薄铜层封装的方式实现与激光电源连接的功能，这种封装结构仅为单面散热，散热能力非常有限，半导体激光器阵列芯片因受限于散热能力，无法实现更高功率激光输出。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种半导体激光器，提高散热能力，实现高功率激光输出。

本申请实施例的一方面，提供了一种半导体激光器，包括芯片以及分别设在所述芯片两侧的正极散热器和负极散热器，所述正极散热器和所述负极散热器内均具有散热通道，所述散热通道内容置有可循环的冷却液。

正极散热器和负极散热器通过在散热通道内加入可循环的冷却液，通过冷却液的流动，完成对芯片的热交换，实现对芯片的散热。

可选地，所述芯片和所述正极散热器之间、所述芯片和所述负极散热器之间分别设有连接结合层。

可选地，所述芯片的一端面、所述连接结合层的一端面、所述正极散热器的一端面、所述负极散热器的一端面平齐。

这样有利于另一端面的结构布置，使各器件尽量聚集在一端，另一端方便布置其他结构。

可选地，所述正极散热器和所述负极散热器之间还设有密封圈，所述密封圈位于所述正极散热器和所述负极散热器的通液孔的孔口处，所述通液孔连通所述散热通道。

密封圈用于密封正极散热器和负极散热器的通液孔的孔口。正极散热器和负极散热器上分别设有通液孔，通液孔连通至各自的散热通道，冷却液通过通液孔流入或流出散热通道，也就是说，冷却液通过通液孔进入散热通道内，在散热通道内完成热交换后，从另一通液孔流出，这样进行冷却液的循环流动。

可选地，所述通液孔包括进液孔和出液孔，所述进液孔用于输入所述冷却液，所述冷却液经所述进液孔流入所述散热通道；所述出液孔用于将流入所述散热通道内的所述冷却液输出。

冷却液从进液孔流进散热通道后，与芯片完成热交换，再经出液孔流出，将热量带走，往复循环，对芯片散热。

可选地，所述正极散热器和所述负极散热器之间通过至少一个绝缘结构胶连接。

绝缘结构胶具有优良的绝缘特性，起到支撑和连接正极散热器和负极散热器的作用。

正极散热器和负极散热器相对，芯片、第一连接结合层和第二连接结合层夹在正极散热器和负极散热器之间。

可选地，所述连接结合层的材料包括金属焊料或导热导电胶，使芯片和正极、负极之间能导通。

可选地，所述正极散热器和所述负极散热器的材料均为高热导率材料。高热导率材料能加快散热速度，进一步提高半导体激光器的散热性能。

本申请实施例提供的半导体激光器，在芯片的两侧分别设置正极散热器和负极散热器，正极散热器位于芯片的p面，负极散热器位于芯片的n面，正极散热器和负极散热器内均设置有散热通道，冷却液通过在散热通道内循环流动，吸收芯片产生的热量，与芯片进行热交换，以完成对芯片的散热。这种在芯片两侧均设置散热结构的双面散热方式，其散热效果相较于单面散热，散热能力更强。并且，采用循环的冷却液，通过冷却液的循环流动，将芯片和正极散热器、负极散热器的热量带走散热，不仅对芯片散热，还能对正极散热器和负极散热器本身进行散热，能有效降低半导体激光器的热阻，提高整体的散热能力，实现半导体激光器高功率激光输出。这种热交换的散热方式，因其能对正极散热器和负极散热器本身进行散热，使半导体激光器不仅可应用于水平阵列，还可应用于垂直阵列，垂直阵列时，因正极散热器和负极散热器本身能够通过冷却液的流动散热，使得整体的散热能力不受影响，以使半导体激光器的应用具有广泛性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例提供的半导体激光器结构示意图；

图2是本申请实施例提供的半导体激光器爆炸结构示意图；

图3是图1另一视角的结构示意图。

图标：1-正极散热器；2-第一连接结合层；3-芯片；4-第二连接结合层；5-负极散热器；6-绝缘结构胶；7-密封圈；8-进液孔；9-出液孔；10-散热通道。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

现有技术中，一般将半导体激光器阵列芯片封装至微通道散热器进行散热，使激光芯片p-n结的p面封装于微通道散热器上，n面采用金线键合或薄铜层封装的方式实现与激光电源连接的功能，这种封装结构仅为单面散热，散热能力非常有限，半导体激光器阵列芯片因受限于散热能力，无法实现更高功率激光输出。

而市面上现有的双面散热结构的半导体激光器，采用的是高导热材料的传导冷却方式，通过高导热材料将热量导走，这种传导冷却方式的散热能力仍非常有限，并且，传导冷却的双面散热结构的半导体激光器无法实现多个激光器垂直阵列，芯片将热量传导给散热结构，散热结构本身可看成热源，垂直阵列时，相邻两个散热结构之间无法散热，因此这种传导冷却方式的半导体激光器在垂直阵列时有一定应用局限性。

为解决上述问题，本申请实施例提供一种半导体激光器，采用双面微通道液体冷却的散热结构，芯片3的p-n结的两面均封装于微通道散热器上，由于本申请实施例采用双面微通道液体冷却散热，可以显著降低热阻，提高半导体激光器芯片3的散热能力，并实现半导体激光器更高功率激光输出。

并且，采用双面微通道液体冷却散热结构，既可已实现多个激光器水平阵列使用，也可已实现多个激光器垂直阵列使用，其应用范围更广泛。

具体地，本申请实施例提供的半导体激光器，包括芯片3以及分别设在芯片3两侧的正极散热器1和负极散热器5，正极散热器1和负极散热器5内均具有散热通道10，散热通道10内容置有可循环的冷却液。

芯片3、正极散热器1和负极散热器5在垂直方向层叠设置，正极散热器1和负极散热器5分别设在芯片3的p-n结的两侧，靠近芯片3的p面为正极散热器1，靠近芯片3的n面为负极散热器5。

这样一来，当在芯片3两侧分别设置正极散热器1和负极散热器5时，正极散热器1和负极散热器5将芯片3夹在中间，正极散热器1连接正极，负极散热器5连接负极，可导通正、负极以使芯片3工作。

正极散热器1和负极散热器5的结构相同，均具有散热通道10，散热通道10用于容置冷却液，通过冷却液在散热通道10内的流动循环，冷却液吸收芯片3的热量，并将热量通过冷却液的流动带走，实现正极散热器1、负极散热器5对芯片3两侧同时热量交换，完成对芯片3的散热，相较于现有技术中的单面散热，显然本申请芯片3两侧均可散热的双面散热方式的散热效果更好。

具体地，散热通道10可为微通道，散热通道10也可采用宏通道，以达到容置冷却液对芯片3实现散热的目的。

冷却液包括去离子水、甲醇或乙醇等。

正极散热器1和负极散热器5通过在散热通道10内加入可循环的冷却液，通过冷却液的流动，完成对芯片3的热交换，实现对芯片3的散热。这种结构可用于多个半导体激光器水平阵列使用，也可实现多个半导体激光器垂直阵列使用，其应用不受限制。

在多个半导体激光器垂直阵列使用时，相邻半导体激光器的正极散热器1和负极散热器5因本身内部散热通道10的冷却液循环流动，能对芯片3进行散热，也使正极散热器1和负极散热器5本身通过冷却液的循环流动能进行散热，因此垂直层叠时，整个垂直阵列结构的散热性能也较好，相较于现有传导冷却的双面散热结构的半导体激光器，因其散热方式使垂直阵列时散热器的散热性能受阻，无法实现多个激光器垂直阵列，本申请采用冷却液循环流动热交换的方式实现散热，其具有更广泛的应用性。

正极散热器1和负极散热器5的材料均为高热导率材料，包括但不限于铜、铝、覆铜陶瓷等，高热导率材料能加快散热速度，进一步提高半导体激光器的散热性能。

本申请实施例提供的半导体激光器，在芯片3的两侧分别设置正极散热器1和负极散热器5，正极散热器1位于芯片3的p面，负极散热器5位于芯片3的n面，正极散热器1和负极散热器5内均设置有散热通道10，冷却液通过在散热通道10内循环流动，吸收芯片3产生的热量，与芯片3进行热交换，以完成对芯片3的散热。这种在芯片3两侧均设置散热结构的双面散热方式，其散热效果相较于单面散热，散热能力更强。并且，采用循环的冷却液，通过冷却液的循环流动，将芯片3和正极散热器1、负极散热器5的热量带走散热，不仅对芯片3散热，还能对正极散热器1和负极散热器5本身进行散热，能有效降低半导体激光器的热阻，提高整体的散热能力，实现半导体激光器高功率激光输出。这种热交换的散热方式，因其能对正极散热器1和负极散热器5本身进行散热，使半导体激光器不仅可应用于水平阵列，还可应用于垂直阵列，垂直阵列时，因正极散热器1和负极散热器5本身能够通过冷却液的流动散热，使得整体的散热能力不受影响，以使半导体激光器的应用具有广泛性。

进一步地，芯片3和正极散热器1之间、芯片3和负极散热器5之间分别设有连接结合层。

也就是说，在芯片3和正极散热器1之间夹有连接结合层，在芯片3和负极散热器5之间也夹有连接结合层。

连接结合层的材料包括金属焊料或导热导电胶，以使芯片3和正极、负极之间能导通。连接结合层可以是较软的金属焊料或者是导热导电胶类，材料可以是高导热材料，包括但不限于铟、锡、铟锡、纳米银胶等。

其中，靠近正极散热器1的连接结合层为第一连接结合层2，靠近负极散热器5的连接结合层为第二连接结合层4。

如图3所示，正极散热器1和负极散热器5相对，芯片3、第一连接结合层2和第二连接结合层4夹在正极散热器1和负极散热器5之间，并且，芯片3、第一连接结合层2和第二连接结合层4位于正极散热器1和负极散热器5的中间，而芯片3位于第一连接结合层2和第二连接结合层4的中间。

如图2所示，芯片3的一端面、连接结合层的一端面、正极散热器1的一端面、负极散热器5的一端面平齐，也就是说，在一个端面上，芯片3、连接结合层、正极散热器1和负极散热器5平齐，这样有利于半导体激光器芯片散热和不影响芯片激光的出射。

例如，正极散热器1和负极散热器5向端面的反方向延伸，在延伸方向的投影区域内，正极散热器1和负极散热器5之间还设有密封圈7，密封圈7位于正极散热器1和负极散热器5的通液孔的孔口处，通液孔连通散热通道10。

在本申请实施例中，在延伸方向的投影区域内，正极散热器1和负极散热器5之间设置密封圈7，密封圈7用于密封正极散热器1和负极散热器5的通液孔的孔口。

密封圈7可以是绝缘且具有一定弹性的橡胶类，材料包括但不限于氟橡胶、硅橡胶等。

正极散热器1和负极散热器5上分别设有通液孔，通液孔连通至各自的散热通道10，冷却液通过通液孔流入或流出散热通道10，也就是说，冷却液通过通液孔进入散热通道10内，在散热通道10内完成热交换后，从另一通液孔流出，这样进行冷却液的循环流动。

其中，通液孔包括进液孔8和出液孔9，进液孔8用于输入冷却液，冷却液经进液孔8流入散热通道10；出液孔9用于将流入散热通道10内的冷却液输出。

冷却液从进液孔8流进散热通道10后，与芯片3完成热交换，再经出液孔9流出，将热量带走，往复循环，对芯片3散热。

如图1所示，正极散热器1和负极散热器5分别设有进液孔8，正极散热器1和负极散热器5还分别设有出液孔9，以完成对芯片3的双面散热。

正极散热器1和负极散热器5之间通过至少一个绝缘结构胶6连接，绝缘结构胶6具有优良的绝缘特性，在固化前为液态且具有一定粘度，固化后为固态具有一定的机械强度，起到连接和支撑正极散热器1与负极散热器5的作用，也用于绝缘正极和负极，本申请实施例中设有三个绝缘结构胶6，三个绝缘结构胶6位于正极散热器1与负极散热器5之间的除半导体激光器芯片3和密封圈7区域之外的空间内。

综上，半导体激光器的芯片3位于正极散热器1和负极散热器5中间，芯片3正极与正极散热器1中间有第一连接结合层2，芯片3负极与负极散热器5中间有第二连接结合层4，正极散热器1与负极散热器5的进液孔8和出液孔9之间有密封圈7，绝缘结构胶6位于正极散热器1与负极散热器5之间的除半导体激光器芯片3和密封圈7区域。散热器在其超出芯片3而延伸的区域以绝缘结构胶6连接，在正极散热器1与负极散热器5的进液孔8和出液孔9分别采用密封圈7密封，绝缘结构胶6用于连接正极散热器1和负极散热器5并夹持紧固密封圈7。

本申请实施例提供的半导体激光器，采用散热通道10内循环冷却液的双向散热的方式，具有良好的散热性能，可降低热阻；由于综合散热能力提高，可使得半导体激光器的激光输出功率提高；且封装结构简单，可实现半导体激光器的水平方向和垂直方向的阵列组合结构，更进一步提高半导体激光器的输出功率；由于激光器的功率显著提高，可以降低半导体激光器的使用成本。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：芯片以及分别设在所述芯片两侧的正极散热器和负极散热器，所述正极散热器和所述负极散热器内均具有散热通道，所述散热通道内容置有可循环的冷却液。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述芯片和所述正极散热器之间、所述芯片和所述负极散热器之间分别设有连接结合层。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述芯片的一端面、所述连接结合层的一端面、所述正极散热器的一端面、所述负极散热器的一端面平齐。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述正极散热器和所述负极散热器之间还设有密封圈，所述密封圈位于所述正极散热器和所述负极散热器的通液孔的孔口处，所述通液孔连通所述散热通道。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述通液孔包括进液孔和出液孔，所述进液孔用于输入所述冷却液，所述冷却液经所述进液孔流入所述散热通道；所述出液孔用于将流入所述散热通道内的所述冷却液输出。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述正极散热器和所述负极散热器之间通过至少一个绝缘结构胶连接。

7.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述连接结合层的材料包括金属焊料或导热导电胶。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述正极散热器和所述负极散热器的材料均为高热导率材料。

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