CN217720246U - 一种并联式巴条激光器封装结构及激光器 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种并联式巴条激光器封装结构及激光器，包括多层结构，所述多层结构由下至上包括依次层叠封装的：作为正极的热沉、巴条、第一负极片、第二负极片以及负极块，巴条至少包括两个，在两个巴条之间预留有间隙，且将两个巴条的两个P面并列排布固定在热沉顶部，以使两个巴条封装后按照并联方式导通；第一负极片至少包括两个，在两个第一负极片之间预留有间隙，将两个巴条的两个N面分别与两个第一负极片固定，第二负极片在与两个第一负极片连接后与负极块固定。本实用新型采用并联式巴条的设计，结构简单且重量较轻，提高了激光器的功率，降低了使用成本；同时，配合聚焦透镜使用时可以产生高能量密度光斑，具备市场竞争优势。

Description

一种并联式巴条激光器封装结构及激光器

技术领域

本申请涉及激光器领域，具体涉及一种并联式巴条激光器封装结构及激光器。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，已在通讯、安防及工业制造等行业取得了快速的发展。

近年来，高功率半导体激光器的应用具备极大的发展前景，特别是巴条激光器在医疗器械、材料加工等领域的市场竞争力逐渐增强。然而，目前基于热传导的激光器平均功率普遍低于100W，而且通常都是采用单个巴条封装的方式，当功率继续增加时，波长红移明显，其可靠性和稳定性越来越差，不利于投入工业长期应用。

实用新型内容

针对上述问题，本申请公开了一种并联式巴条激光器封装结构及激光器，以达到提高功率、增强稳定性并产生高能量密度光斑的技术效果。

为达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种并联式巴条激光器封装结构，包括多层结构，所述多层结构由下至上包括依次层叠封装的：作为正极的热沉、巴条、第一负极片、第二负极片以及负极块，所述巴条至少包括两个，在所述两个巴条之间预留有间隙，且将所述两个巴条的两个P面并列排布固定在所述热沉顶部，以使所述两个巴条封装后按照并联方式导通；所述第一负极片至少包括两个，在所述两个第一负极片之间预留有间隙，将所述两个巴条的两个N面分别与所述两个第一负极片固定，所述第二负极片在与所述两个第一负极片连接后与所述负极块固定。

进一步地，所述并联式巴条激光器封装结构还包括：绝缘垫，所述绝缘垫包括第一绝缘垫和第二绝缘垫，所述第一绝缘垫至少包括两个，所述两个第一绝缘垫位于所述热沉顶部与所述两个第一负极片之间且所述两个第一绝缘垫之间预留有间隙，所述两个第一绝缘垫与所述两个巴条的后端保持预设间距，且每个所述第一绝缘垫与每个所述巴条之间同样预留有间隙。

进一步地，所述第二绝缘垫位于所述热沉顶部与所述第二负极片之间，所述第二绝缘垫将所述热沉与所述第二负极片、所述负极块隔开以避免短路，所述第二绝缘垫与所述两个第一绝缘垫的后端均保持预设间距，并使得所述第二绝缘垫与所述两个第一绝缘垫之间预留有间隙，所述第二绝缘垫的面积不小于所述第一绝缘垫的面积。

进一步地，每个所述第一负极片的面积均大于每个所述巴条与每个所述第一绝缘垫的面积之和，且所述两个第一负极片能够完全覆盖所述两个巴条与所述两个第一绝缘垫所在区域。

进一步地，所述第二负极片的面积大于所述两个第一绝缘垫与所述第二绝缘垫的面积之和，且所述第二负极片能够完全覆盖所述两个第一绝缘垫与所述第二绝缘垫所在区域。

进一步地，所述热沉还设置有多个标准安装孔和一个电源正极连接孔，所述第二电极片和所述负极块的对应位置处均开设有一个同轴电源负极连接孔。

进一步地，所述热沉和所述第二绝缘垫的对应位置处均设置有避让孔，所述避让孔的孔径大于所述电源负极连接孔的孔径。

进一步地，所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二电极片、所述负极块的对应位置处均设置有两个同轴连接孔，将所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二电极片、所述负极块通过所述同轴连接孔进行固定。

进一步地，所述热沉上还设置有测温孔。

本申请的第二方面提供了一种激光器，包括如上述第一方面任一项所述的并联式巴条激光器封装结构。

本申请的优点及有益效果是：提供了一种并联式巴条激光器封装结构及激光器，包括多层结构，所述多层结构由下至上包括依次层叠封装的：作为正极的热沉、巴条、第一负极片、第二负极片以及负极块，并且将所述两个巴条的两个P面并列排布固定在所述热沉顶部，突破了传统仅有单个巴条封装的限制，将所述两个巴条封装后可以按照并联方式导通，不仅具有结构简单、轻量化、功率高、稳定性强等优点，而且当所述激光器配合准直透镜使用时可以产生高能量的密度光斑，进一步降低了生产和使用成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例中的并联式巴条激光器封装结构的爆炸图；

图2为本申请实施例中的并联式巴条激光器封装结构的热沉结构图；

图3为本申请实施例中的并联式巴条激光器封装结构的第二绝缘垫结构图；

图4为本申请实施例中的并联式巴条激光器封装结构的第二负极片结构图；

图5为本申请实施例中的并联式巴条激光器封装结构的负极块结构图；

图6为本申请实施例中的并联式巴条激光器的装配示意图；

图7为本申请实施例中的并联式巴条激光器安装聚焦透镜后的结构示意图。

图中：1、热沉：101-同轴连接孔，102-避让孔，103-电源正极连接孔，104标准安装孔，105-测温孔；2、巴条；3、第一绝缘垫；4，第一负极片；5、第二绝缘垫：501-同轴连接孔，502-避让孔；6、第二负极片：601-同轴连接孔，602-电源负极连接孔；7、负极块：701-同轴连接孔，702-电源负极连接孔；8、螺钉；9、托板；10、聚焦透镜。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

在本申请的一个实施例中，提出了一种并联式巴条激光器封装结构，包括多层结构，所述多层结构由下至上包括依次层叠封装的：作为正极的热沉1、巴条2、第一负极片4、第二负极片6以及负极块7，所述巴条至少包括两个，在所述两个巴条之间预留有间隙，且将所述两个巴条的两个P面并列排布固定在所述热沉顶部，以使所述两个巴条封装后按照并联方式导通；所述第一负极片至少包括两个，在所述两个第一负极片之间预留有间隙，将所述两个巴条的两个N面分别与所述两个第一负极片固定，所述第二负极片在与所述两个第一负极片连接后与所述负极块固定。

具体地，参照图1所示，该封装结构由从下至上依次层叠封装的多层结构组成，分别包括：热沉1、巴条2、第一绝缘垫3、第一负极片4、第二绝缘垫5、第二负极片6、负极块7、螺钉8。其中，热沉作为连通电源的正极，可以采用紫铜镀金材料等导电材料制成。在两个巴条之间预留有一定的间隙，并且将所述两个巴条的两个P面并列排布在热沉顶部表面的近前端区域，巴条的P面和热沉之间可以采用铟或金锡等焊料焊接固定，巴条的N面和所述两个第一负极片之间可以采用铟焊料焊接固定。两个第一负极片之间预留有间隙(相邻第一负极片之间的间隙距离与相邻巴条之间的间隙距离相同)，在两个面积较小的第一负极片上放置一个面积较大的第二负极片，之后第二负极片又与负极块接触并固定，这样的设计可以使得两个第一负极片与顶部的负极块之间接触更加充分，以达到更好的导电效果。因此，在上述结构封装完成并通电之后，两个巴条可以通过并联方式导通。

在本申请的一个实施例中，所述并联式巴条激光器封装结构还包括：绝缘垫，所述绝缘垫包括第一绝缘垫3和第二绝缘垫5。如图1所示，距离巴条2后端的一定距离处贴有两个第一绝缘垫，这两个第一绝缘垫位于热沉1顶部表面上并且两个第一绝缘垫之间预留有一定的间隙。从图中可以看出，每个所述第一绝缘垫与每个所述巴条之间预留有间隙，使得两个第一绝缘垫与两个巴条的后端能够保持一定间距。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述第二绝缘垫5位于热沉1的顶部表面与第二负极片6之间，第二绝缘垫的作用在于将热沉与第二负极片、负极块隔开以避免短路，如图1所示，第二绝缘垫与所述两个第一绝缘垫的后端均保持预设间距，并使得所述第二绝缘垫与所述两个第一绝缘垫之间预留有间隙，可以看出，为了保证电路连通并且避免短路，第二绝缘垫的面积不小于两个所述第一绝缘垫的面积，且第二绝缘垫的后端可以延伸至热沉后端的区域，以避免作为正极的热沉与负极块接触。另外，绝缘垫可以采用双面带胶的绝缘材料，在封装过程中，经加热可以使得第一绝缘垫和第二绝缘垫具有粘性，并起到与结构中的其他零部件(如热沉、第一负极片、第二负极片)固定连接的作用。

在本申请的一个实施例中，每个所述第一负极片的面积均大于每个所述巴条与每个所述第一绝缘垫的面积之和，且所述两个第一负极片能够完全覆盖所述两个巴条与所述两个第一绝缘垫所在区域。

具体地，根据图1所示，两个第一负极片4分别与热沉左右两侧的巴条和第一绝缘垫接触固定，以图中位于右侧的第一负极片为例，该第一负极片的面积大于右侧巴条及右侧第一绝缘垫的面积之和，并且能够完全覆盖右侧巴条与右侧第一绝缘垫所在的区域(包括右侧巴条和右侧第一绝缘垫之间的间隙区域)；同理，位于左侧的第一负极片同样能覆盖包括间隙区域在内的左侧巴条与左侧第一绝缘垫所在的区域。

在本申请的另一个实施例中，所述并联式巴条激光器封装结构包括第二负极片，所述第二负极片的面积大于所述两个第一绝缘垫与所述第二绝缘垫的面积之和，且所述第二负极片能够完全覆盖所述两个第一绝缘垫与所述第二绝缘垫所在区域。在该实施例中，如图1所示，第二负极片前端(近巴条端)的棱边能够和第一绝缘垫前端的棱边平齐(负极块底部前侧的棱边同样与上述第二负极片、第一绝缘垫的前端棱边平齐)，上述第二负极片能够完全覆盖左右两侧的两个第一绝缘垫与其后端的第二绝缘垫所在的区域(包括两个第一绝缘垫之间的间隙区域、第二绝缘垫与两个第一绝缘垫之间的间隙区域)。

在本申请的一些实施例中，所述热沉还设置有多个标准安装孔和一个电源正极连接孔，所述第二电极片和所述负极块的对应位置处均开设有一个同轴电源负极连接孔。具体地，根据图2所示，热沉结构还设置了同轴连接孔101、避让孔102，电源正极连接孔103，标准安装孔104，测温孔105。如图所示，热沉的四个角上分别设置了4个标准安装孔104，在使用时上述封装结构可以通过所述4个标准安装孔与其他设备进行安装及固定。此外，上述热沉上还开设了1个电源正极连接孔103，用以连接电源的正极。进一步地，根据图4所示，第二负极片上设置了2个同轴连接孔601、1个电源负极连接孔602；如图5所示，负极块上设置了2个同轴连接孔701、1个电源负极连接孔702。在使用时可以将电源的负极固定在上述负极块与第二负极片的电源负极连接孔上。

在本申请的一个较优的实施例中，所述热沉和所述第二绝缘垫的对应位置处均设置有避让孔，所述避让孔的孔径大于所述电源负极连接孔的孔径。具体地，如图2所示，热沉结构上设置了2个同轴连接孔101、1个避让孔102；如图3所示，第二绝缘垫上设置了2个同轴连接孔501、1个避让孔502。如前所述，所述封装结构在使用时需要将电源的正极端固定在热沉上，将电源负极端固定在负极块上，这就很可能会出现用于连接负极端的螺钉过长的情况，此时，电源的负极极易接触到下层的第二绝缘垫及热沉，并发生短路。因此，可以在所述热沉和所述第二绝缘垫的对应位置处留出避让孔，该避让孔应当与前述电源负极连接孔同轴，并且该避让孔的孔径应当大于电源负极连接孔的孔径，以此实现避让负极孔处的螺钉的技术效果，进而避免了短路情况的发生。

在本申请的一个实施例中，所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二电极片、所述负极块的对应位置处均设置有两个同轴连接孔，将所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二电极片、所述负极块通过所述同轴连接孔进行固定。

具体地，结合图1-5所示，在所述并联式巴条激光器封装结构中，在热沉、第二绝缘垫、第二电极片、负极块的对应位置处均设置有两个同轴连接孔，将所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二电极片、所述负极块通过所述同轴连接孔进行固定。如图2所示，热沉结构上设置了2个同轴连接孔101、1个避让孔102；如图3所示，第二绝缘垫上设置了2个同轴连接孔501、1个避让孔502；如图4所示，第二负极片上设置了2个同轴连接孔601、1个电源负极连接孔602；如图5所示，负极块上设置了2个同轴连接孔701、1个电源负极连接孔702。所述热沉、第二绝缘垫、第二电极片、负极块可以在前述同轴连接孔所在位置处，通过螺钉8或者其他连接件进行固定，以实现整个封装结构的装配。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述热沉上还设置有测温孔105。当所述结构封装完成并投入应用时，需要在热沉上开设一个测温孔，以保证测温设备能够检测到整个结构的温度是否在正常值的范围之内，进而保证激光器及其他器件的正常运转及工作，并由此延长了其使用的寿命，降低使用成本。

在本申请的实施例中，还提出了一种激光器，包括如上述实施例中的任一项所述的并联式巴条激光器封装结构，如图6所示，图中即为采用上述结构并封装完成的激光器。进一步地，可以将所述激光器通过热沉周围的4个标准安装孔固定在恒温设备或者其他冷却设备上，然后通过电源连接激光器的正负极(正极连接热沉，负极连接负极块)，电源接通时即可实现激光器的正常工作，本实施例中的激光器的使用功率比常规产品的使用功率高两倍，而且其重量较轻、可靠性较好。进一步地，所述激光器可以作为泵浦源应用于泵浦固体激光系统。如图7所示，还可以在上述激光器上安装托板9和聚焦透镜10，图中的2个托板分别位于热沉的前端位置处，并且所述2个托板为2个聚焦透镜提供支撑。在本实施例中，聚焦透镜可以是FAC透镜(Fast Axis Collimator Lenses，快轴准直透镜)，在使用时，可以通过FAC透镜实现激光器快轴方向光束的准直，并产生高能量密度光斑。

综上所述，本实施例提出了一种并联式巴条激光器封装结构及激光器，包括：作为正极的热沉、巴条、第一负极片、第二负极片以及负极块，其中，所述两个巴条的两个P面并列排布固定在所述热沉顶部，以使所述两个巴条封装后按照并联方式导通；将所述两个巴条的两个N面分别与所述两个第一负极片固定，所述第二负极片在与所述两个第一负极片连接后与所述负极块固定。上述并联式巴条的封装设计具有结构简单、轻量化等优点，不仅使用功率高、稳定性强，而且当所述激光器配合准直透镜使用时可以产生高能量的密度光斑，进而降低了生产和使用成本。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种并联式巴条激光器封装结构，包括多层结构，其特征在于，所述多层结构由下至上包括依次层叠封装的：作为正极的热沉、巴条、第一负极片、第二负极片以及负极块，

所述巴条至少包括两个，在所述两个巴条之间预留有间隙，且将所述两个巴条的两个P面并列排布固定在所述热沉顶部，以使所述两个巴条封装后按照并联方式导通；

所述第一负极片至少包括两个，在所述两个第一负极片之间预留有间隙，将所述两个巴条的两个N面分别与所述两个第一负极片固定，所述第二负极片在与所述两个第一负极片连接后与所述负极块固定。

2.根据权利要求1所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，还包括：绝缘垫，所述绝缘垫包括第一绝缘垫和第二绝缘垫，

所述第一绝缘垫至少包括两个，所述两个第一绝缘垫位于所述热沉顶部与所述两个第一负极片之间且所述两个第一绝缘垫之间预留有间隙，所述两个第一绝缘垫与所述两个巴条的后端保持预设间距，且每个所述第一绝缘垫与每个所述巴条之间同样预留有间隙。

3.根据权利要求2所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，所述第二绝缘垫位于所述热沉顶部与所述第二负极片之间，所述第二绝缘垫将所述热沉与所述第二负极片、所述负极块隔开以避免短路，所述第二绝缘垫与所述两个第一绝缘垫的后端均保持预设间距，并使得所述第二绝缘垫与所述两个第一绝缘垫之间预留有间隙，所述第二绝缘垫的面积不小于所述第一绝缘垫的面积。

4.根据权利要求2所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，每个所述第一负极片的面积均大于每个所述巴条与每个所述第一绝缘垫的面积之和，且所述两个第一负极片能够完全覆盖所述两个巴条与所述两个第一绝缘垫所在区域。

5.根据权利要求2所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，所述第二负极片的面积大于所述两个第一绝缘垫与所述第二绝缘垫的面积之和，且所述第二负极片能够完全覆盖所述两个第一绝缘垫与所述第二绝缘垫所在区域。

6.根据权利要求2所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，所述热沉还设置有多个标准安装孔和一个电源正极连接孔，所述第二负极片和所述负极块的对应位置处均开设有一个同轴电源负极连接孔。

7.根据权利要求6所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，所述热沉和所述第二绝缘垫的对应位置处均设置有避让孔，所述避让孔的孔径大于所述电源负极连接孔的孔径。

8.根据权利要求2所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二负极片、所述负极块的对应位置处均设置有两个同轴连接孔，将所述热沉、所述第二绝缘垫、所述第二负极片、所述负极块通过所述同轴连接孔进行固定。

9.根据权利要求1所述的并联式巴条激光器封装结构，其特征在于，所述热沉上还设置有测温孔。

10.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的并联式巴条激光器封装结构。

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