CN220492415U - 一种激光模组和激光器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种激光模组和激光器，激光模组包括至少两个绝缘层，至少一个芯片，以及至少两个导电衬底，每两个衬底以夹持单个芯片的方式设置在绝缘层的上表面，以使得芯片的出光方向与绝缘层的上表面垂直；绝缘层顶面设置有金属层，金属层与衬底电连接，相邻两个绝缘层相互独立，激光模组经构造成：用于夹持芯片的两个衬底分别设置在相邻两个独立的绝缘层上。通过上述激光模组和激光器能够减小芯片受到的应力，同时在拼接多个芯片时提升光学指向性的一致性。

Description

一种激光模组和激光器

技术领域

本申请涉及半导体激光器，尤其涉及一种激光模组和激光器。

背景技术

半导体激光器是一种关键的光电子器件，其在通信、医疗、制造业和国防等领域都具有广泛的应用。高功率半导体激光器具有较高的输出功率和较大的能量密度，因此在高功率激光器的设计和制造过程中，电路图案的设计与激光器的功率输出和效率密切相关，因此对于不同数量芯片和不同pitch的高功率半导体激光器，需要设计不同的电路图案以及定制地完成电路设计。因此大幅增加了陶瓷板的设计种类和成本。

同时，在高功率半导体激光器的装配过程中，由于材料的热膨胀系数和应力分布的不匹配，多个元件可能会发生变形，这种变形可能导致芯片之间的键合不良，进而影响激光器的工作能力和稳定性。因此，解决装配过程中的应力不匹配问题对于确保高功率激光器的可靠性至关重要。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请实施例期望提供一种激光模组和激光器，通过导电衬底和绝缘层的错位设置，形成了串联电路。

本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请提供了一种激光模组，所述激光模组包括至少两个绝缘层，至少一个芯片，以及至少两个导电衬底，其中：每两个所述衬底以夹持单个所述芯片的方式设置在所述绝缘层的上表面，以使得所述芯片的出光方向与所述绝缘层的上表面垂直；所述绝缘层顶面设置有金属层，所述金属层与所述衬底电连接，相邻两个所述绝缘层相互独立，所述激光模组经构造成：用于夹持所述芯片的两个所述衬底分别设置在相邻两个独立的所述绝缘层上。

优选地，所述激光模组中位于两端的所述绝缘层顶部设置有至少一个所述衬底。为了减小所述激光模组受到的热应力，位于两端的绝缘层上仅设置一个衬底。

优选地，所述金属层与所述绝缘层通过导热胶粘接，从而增强所述激光模组的散热效率。

优选地，所述绝缘层采取高导热绝缘材料制成。

优选地，所述金属层构造成单层或多层结构，从而降低所述衬底与所述绝缘层之间的热膨胀系数差值。

优选地，所述芯片与所述衬底通过焊接或导电胶粘接的方式建立连接。

优选地，所述衬底以焊接和/或导电胶粘接的方式固定在所述金属层上。

第二方面，本申请还提供了一种激光器，所述激光器包括热沉，其还包括上述任一项的激光模组，所述激光模组设置在所述热沉块上。

优选地，所述绝缘层通过焊接和/或粘接的方式固定在所述热沉上。

优选地，所述绝缘层用于与所述热沉接触的表面还设置有第二金属层，通过所述第二金属层能够进一步增强所述激光模组与所述激光器的热交换效率，增强所述激光模组的散热能力，减小激光模组的变形量，减小芯片受到的应力，保证其指向性。

所述激光模组包括至少两个绝缘层、至少一个芯片和至少两个导电衬底，在所述激光模组中，每两个衬底夹持一个芯片的结构组成发光单元，所述绝缘层相邻且互相独立地排布，所述发光单元设置在所述绝缘层的上表面，其中，用于夹持所述芯片的两个所述衬底分别设置在不同的绝缘层上以使得所述芯片处于相邻的两个绝缘层的间隙上方，在上述构型下，当至少两个所述绝缘层变形时能够减少所述芯片受到的应力，并且在拼接多个芯片时能够保证光学指向性一致性的提升。

附图说明

图1为现有技术中一种激光器的示意图；

图2为本申请实施例中激光模组的结构示意图；

图3为本申请实施例中激光器的结构示意图。

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。

现有技术中，采用如附图1所示的半导体激光器，其中衬底和芯片组成独立模块，然后键合在绝缘层上，所述绝缘层设置在热沉上，所绝缘层上表面覆盖一层件数层作为上述独立模块的电连接通路，其中，两个独立模块中相邻的两个衬底底部设置有同一个金属层实现相邻两个独立模块的串联，在上述构型中，芯片与衬底之间的连接过程需要精确控制衬底与金属层的键合温度、压力和时间等参数，从而确保键合点的质量和连接稳定性，该金属层选用铜或者铝等导电材料，金属层的设计和制造需要考虑电路的布线和连接需求，以确保信号传输的可靠性和性能，对于不同数量芯片和不同pitch的半导体激光器，需要设计不同图案的电路，这大幅增加了绝缘层的设计种类和成本。

另外，鉴于上述构型中的独立模块，在装配过程中可能会出现应力不匹配的问题，导致电路元件变形、键合不良和/或芯片损伤。应力不匹配可能源自于材料的热膨胀系数差异或装配过程中的温度变化等因素，这种变形和键合不良可能导致芯片的工作能力不稳定，甚至影响整个激光器的性能。并且由附图1所示的构型存在返修困难的技术问题，因为衬底与其底部的金属层的连接是通过焊接实现，并且焊接位置存在于衬底的底部，当激光器存在问题需要返修时需要将焊料全部融化以拆卸各个元器件，在融化和重新焊接的过程中，极易出现焊料跨过衬底引发短路现象的发生。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种激光模组，所述激光模组包括至少两个绝缘层、至少一个芯片和至少两个导电衬底，在所述激光模组中，每两个衬底夹持一个芯片的结构组成发光单元，所述绝缘层相邻且互相独立地排布，所述发光单元设置在所述绝缘层的上表面，其中，用于夹持所述芯片的两个所述衬底分别设置在不同的绝缘层上以使得所述芯片处于相邻的两个绝缘层的间隙上方，在上述构型下，当至少两个所述绝缘层变形时能够减少所述芯片受到的应力，并且在拼接多个芯片时能够保证指向性的提升。

参见附图2，其示出了本实用新型实施例的一种激光模组100，在该实施例中，所述激光模组100包括四个发光单元10和五个绝缘层20，其中四个发光单元10与五个绝缘层20相互错位地装配。每个发光单元10包括两个导电衬底11和一个芯片12，所述衬底11以与所述芯片12两侧电连接的方式将所述芯片12保持，以使得所述芯片12的出光方向与所述绝缘层20的上表面垂直，具体地，所述衬底11与所述芯片12的侧面固定连接，使得所述芯片12由两个衬底11夹持固定，优选地，所述芯片12与所述衬底11通过焊接、导电胶粘接或直接接触的方式建立连接。在上述构型下，设置在所述芯片12两侧的衬底11作为所述芯片12的正极和负极，激发所述芯片12产生激光，形成电流通路，所述芯片12以垂直于所述绝缘层20的上表面的角度射出激光。

在所述激光模组100中，所述绝缘层20的数量比所述发光单元10多一个，所述绝缘层20由高导热绝缘材料制成以增强所述激光模组100的散热性能，如陶瓷，石墨，金刚石，SiC等，绝缘层20上设置有两个导电衬底11，处于同一绝缘层20上的两个导电衬底11用于向不同的芯片12传输电流，其中，所述绝缘层20上设置有金属层21，所述金属层21以粘胶的方式设置在所述绝缘层20的上表面，优选地，所述金属层21以导热胶粘接的方式设置在所述绝缘层20上以增强所述发光单元10的散热效率，所述金属层21可以是单层金属或多层金属，如：Cu，Ni，Ti，Pt，Au等，通过多层金属的构型降低所述衬底11与所述绝缘层20之间的热膨胀系数差值，从而进一步减小所述激光模组100的变形量，降低所述芯片12受到的应力。所述金属层21用于连通两个衬底11以使得电流能够在整个激光模组100中流通，所述发光单元10中的两个衬底11分别设置在相邻的两个绝缘层20上，具体地，所述衬底11以焊接或导电胶粘接的方式固定在所述金属层21上，与所述金属层21形成电连接。相邻的两个发光单元10中的衬底11设置在同一个绝缘层20上，并且通过设置在所述绝缘层20上的金属层21形成电连接，以使得相邻的两个发光单元10串联。在上述构型下，每个发光单元10中的芯片12设置在两个相邻绝缘层20之间间隙的上方，当绝缘层20发生形变时，用于夹持芯片12的衬底11随着绝缘层20形变发生位移，而处于所述间隙上方的芯片12位移减小，从而减小了所述芯片12受到的应力，提升了所述芯片12出光指向的准确度。需要注意的是，所述绝缘层20中位于最外侧的两个绝缘层20上设置有一个导电衬底11，位于最外侧的两个绝缘层20上的导电衬底11通过设置在所述绝缘层20上的金属层21与外部电源了连接接收和导出电流以形成电流通路，通过减少导电衬底11的设置，减小了所述激光模组100受到的应力，从而减小所述激光模组100的变形，保证了所述芯片12出光的指向性。

在本实用新型的另一实施例中，至少两个绝缘层20中位于最外侧的两个绝缘层20上设置有两个导电衬底11，外部电源与不夹持芯片12的导电衬底11连接以向所述激光模组100导入电流。

在本申请另一实施例中，不同发光单元10的宽度不同，即每个发光单元10具有任意满足工艺需求的宽度，其中，所述发光单元10的宽度变换体现在所述发光单元10中衬底11的宽度变化上，在上述构型下通过改变发光单元10的宽度以改变出射光斑的排布，进一步扩大激光单元的设计自由度，实现不同的工艺目的。

在本实用新型的实施例中，所述激光模组100包括至少两个相互独立的绝缘层20和至少一个发光单元10，其中，所述激光模组100构造成所述绝缘层20的数量比所述发光单元10的数量多一个，所述发光单元10错位地设置在所述绝缘层20的上表面，所述发光单元10包括两个导电衬底11和一个芯片12，所述导电衬底11夹持所述芯片12以使得所述芯片12的出光方向垂直于所述绝缘层20的上表面。在所述激光模组100中，用于夹持芯片12的两个衬底11分别设置在相邻的两个相邻的独立绝缘层20上，以使得所述芯片12处于相邻两个绝缘层20之间的间隙的上方，在上述构型下能够减小所述芯片12受到的应力，同时所述发光单元10相互独立避免形成热串扰和应力串扰，并且在拼接多个芯片12时能够保证指向性的提升。

基于上述激光模组100，本实用新型还提供了一种激光器200，所述激光器200包括热沉210以及上述任一种实施例中的激光模组100，所述激光模组100设置在所述热沉210上方，具体的，参见附图3，所述附图3使出了本实用新型实施例的一种激光器200的结构示意图，所述激光模组100的绝缘层20设置在所述热沉210的上表面，所述绝缘层20与所述热沉210以焊接或粘接的方式固定在所述热沉210上，进一步地，所述绝缘层20底部设置有第二金属层22，所述第二金属层22以粘胶的方式设置在所述绝缘层20的下表面，所述第二金属层22可以是单层金属或多层金属，如：Cu，Ni，Ti，Pt，Au等，通过多层金属的构型降低所述热沉210与所述绝缘层20之间的热膨胀系数差值，从而进一步减小所述激光模组100的变形量，所述第二金属层22还用于增强所述绝缘层20与所述热沉210之间的热交换，从而增强所述激光器200的散热效率。

本申请实施例采用独立的绝缘层排布结构，通过绝缘层和导电衬底的错位拼接，形成了多个发光单元的串联；通过设计不同宽度的绝缘层，可以实现不同芯片间距(pitch)与不同数量芯片激光器的制备，进而减少了绝缘层的种类，降低了成本。另外，由于绝缘层为独立的模块，发光单元相互靠拢但并不是一个整体。这样在焊接固化后，热沉对于绝缘层的变形影响会大幅减少，从而发光单元与绝缘层的焊接不良风险会大幅降。同时，多个发光单元键合好后的光学指向性的一致性会提升，另外，产品键合后的应力得到了降低从而增强了产品的可靠性。

需要说明的是：本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光模组，其特征在于，所述激光模组包括至少两个绝缘层，至少一个芯片，以及至少两个导电衬底，其中：

每两个所述衬底以夹持单个所述芯片的方式设置在所述绝缘层的上表面，以使得所述芯片的出光方向与所述绝缘层的上表面垂直；

所述绝缘层顶面设置有金属层，所述金属层与所述衬底电连接，相邻两个所述绝缘层相互独立，所述激光模组经构造成：用于夹持所述芯片的两个所述衬底分别设置在相邻两个独立的所述绝缘层上。

2.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述激光模组中位于两端的所述绝缘层顶部设置有至少一个所述衬底。

3.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述金属层与所述绝缘层通过导热胶粘接。

4.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述绝缘层采取高导热绝缘材料制成。

5.根据权利要求1所述激光模组，其特征在于，所述金属层构造成单层或多层结构。

6.根据权利要求1所述激光模组，其特征在于，所述芯片与所述衬底通过焊接和/或导电胶粘接的方式建立连接。

7.根据权利要求1所述激光模组，其特征在于，所述衬底以焊接和/或导电胶粘接的方式固定在所述金属层上。

8.一种激光器，所述激光器包括热沉，其特征在于，所述激光器还包括权利要求1-7任一项所述的激光模组，所述激光模组设置在所述热沉上。

9.根据权利要求8所述激光器，其特征在于，所述绝缘层通过焊接和/或粘接的方式固定在所述热沉上。

10.根据权利要求8所述激光器，其特征在于，所述绝缘层用于与所述热沉接触的表面还设置有第二金属层。