CN2636459Y - 高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列 - Google Patents

高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列 Download PDF

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安振峰
赵卫清
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Abstract

本实用新型公开了一种高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列，它涉及半导体激光器件领域中高效散热激光器件的制作。它由无氧铜热沉、上电极转接焊片、上电极、绝缘垫片、线阵列二极管激光芯片等部件构成。它采用厚薄台阶形结构上电极转接焊片，使设计制造不需昂贵键合设备及昂贵金丝作引线，以及避免键合对激光器损伤，只要将激光芯片、热沉和转接焊片一次烧焊而成。因此本实用新型具有结构简单、工艺操作方便、容易生产、成本低廉、高效散热等特点，特别适用于大功率半导体激光器件的制作。

Description

高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列
技术领域
本实用新型涉及半导体激光器件领域中的一种高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列，特别适用于高效散热半导体激光器线阵列器件制作。
背景技术
二极管激光器(LD)作为小型高效的激光源，近年来在泵浦固体激光器方面有着广泛的应用。特别是大功率二极管激光器的实际应用，要求其工作稳定可靠，且具有长的工作寿命。在芯片质量保证的前提下，还取决于激光器芯片封装工艺是否先进和封装技术的可靠性。
虽然激光器芯片的电光转化效率较高，但是仍有超过一半的能量转化为热量形式。对于连续激光器阵列，热设计是首要技术问题。由于芯片与热沉之间的接触热传导面积很小，芯片与热沉间的焊接质量是影响热阻的重要因素，因此从焊接封装工艺上做革新改进是提高激光器性能和可靠性的重要技术措施。
现有激光器线阵列二极管封装结构工艺采用芯片P型面朝下焊接在无氧铜热沉上，并通过热沉引出正电极，芯片N型上表面通过直径几十微米的金丝连接到绝缘子上，再通过绝缘子引出负电极。金丝的焊接采用超声键合工艺，超声能量过大会损坏二极管激光器，这是该工艺的弊端之一；另外为了满足承受高电流的要求，通常需要并联键合100-200根金丝，需要昂贵的键合设备，工作效率也比较低，这是该工艺的弊端之二；该封装结构无法通过N型面散热，这是该工艺的弊端之三。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种不用键合设备及金丝引线、不损坏二极管激光器、能高效散热的高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列。本实用新型还具有结构简单、工艺操作方便、容易生产、成本低廉、能高效散热等特点。
本实用新型的目的是这样实现的它包括无氧铜热沉1、上电极转接焊片2、上电极3、绝缘垫片4、线阵列二极管激光芯片5、螺钉6，其中线阵列二极管激光芯片5的P型面朝下、与无氧铜热沉1右端上表面用铟锡焊料焊接固定，绝缘垫片4下表面与无氧铜热沉1表面用铟锡焊料焊接固定，上电极转接焊片2与线阵列二极管激光芯片5的N型面、绝缘垫片4一端上表面用铟锡焊料焊接固定，上电极3加工成厚薄台阶形结构盖装在绝缘垫片4上表面、用螺钉6固定在无氧铜热沉1上，上电极3构成激光器线阵列负极，无氧铜热沉1构成激光器线阵列正极。
本实用新型的目的还可以通过以下措施达到：
本实用新型上电极转接焊片2加工成厚薄台阶形结构，其中厚薄台阶形结构薄端7下表面与绝缘垫片4一端上表面用铟锡焊料焊接固定，厚薄台阶形结构厚端8下表面与线阵列二极管激光芯片5的N型面用铟锡焊料焊接固定。
本实用新型上电极转接焊片2厚薄台阶形结构薄端7厚度尺寸为0.1至0.3毫米，厚端8厚度尺寸为0.3至0.6毫米，厚端8长度尺寸9为0.9至1.1毫米。电极转接焊片2采用无氧铜材料制作。
本实用新型与背景技术相比具有如下优点：
1、本实用新型制作只需要成本较低的烧结炉，不用价格昂贵的键合设备及昂贵的金丝作引线，因此该器件具有结构及工艺简单，容易生产，成本低廉。
2、本实用新型制作由于未采用超声键合工艺，因此避免了制造过程中超声可能对二极管激光器的损伤。
3、本实用新型上电极3也采用大面积高导热材料焊接，可以通过上电极3及二极管激光芯片N型面进行高效耗散部分热量，有利于降低器件工作温度，提高工作寿命。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型上电极转接焊片2的结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，本实用新型它包括无氧铜热沉1、上电极转接焊片2、上电极3、绝缘垫片4、线阵列二极管激光芯片5、螺钉6，其中线阵列二极管激光芯片5的P型面朝下、与无氧铜热沉1右端上表面用铟锡焊料焊接固定，绝缘垫片4下表面与无氧铜热沉1表面用铟锡焊料焊接固定。实施例线阵列二极管激光芯片5采用0.1mm厚鉮化镓二极管激光芯片制作，作用是产生激光源。无氧铜热沉1采用市售无氧铜材料制作，加工成长×宽×厚为25×25×8mm热沉片，它的作用是散热，另外作为二极管激光阵列器件的正电极，绝缘垫片4采用市售0.3mm厚的氮化铝材料制作，它是高导热材料，便于激光阵列散热，并且能承受上电极3用螺钉6紧固其上的压力，同时作为无氧铜热沉1与上电极3正负电极之间的绝缘层。
本实用新型上电极转接焊片2加工成厚薄台阶形结构，其中厚薄台阶形结构薄端7下表面与绝缘垫片4上表面用铟锡焊料焊接固定，厚薄台阶形结构厚端8下表面与线阵列二极管激光芯片5的N型面用铟锡焊料焊接固定，厚薄台阶形结构用来弥补绝缘垫片4和线阵列二极管激光芯片5两者的厚度差。台阶形结构薄端7厚度尺寸为0.1-0.3mm，厚端8厚度尺寸为0.3-0.6mm，厚端8长度尺寸9为0.9-1.1mm，实施例上电极转接焊片2采用无氧铜材料制作，便于高效散热，薄端7厚度尺寸为0.2mm，厚端8厚度尺寸为0.5mm，厚端长度尺寸9为1mm。上电极转接焊片2使二极管激光芯片N型面也能高效耗散热量，便于器件降低工作温度，提高工作寿命。
本实用新型上电极3加工成厚薄台阶形结构盖装在绝缘垫片4上表面上，实施例上电极3厚端台阶形面盖装在绝缘垫片4上后用螺钉6固定在无氧铜热沉1上，组装成激光阵列器件，薄端台阶形面与上电极转接焊片2上表面之间构成空隙结构，空隙结构使线阵列二极管激光芯片5在装配中不承受上电极3的装配压力而造成损坏，同时上电极3与上电极转接焊片2厚度的加工精度误差不影响装配，实施例上电极3作为二极管激光阵列器件负电极，采用市售无氧铜材料制作，可高效耗消热量，其厚端厚度尺寸为6mm，薄端厚度尺寸为3mm。螺钉6采用一般螺钉制作。
本实用新型结构除采用铟锡焊料焊接固定外，在实际装配中也可以采用自制的特制专用夹具，将无氧铜热沉1、上电极转接焊片2、线阵列二极管激光芯片5一次绕焊而成，因此工艺简单，成本低廉。

Claims (4)

1、一种高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列，它包括无氧铜热沉(1)、上电极(3)、绝缘垫片(4)、线阵列二极管激光芯片(5)、螺钉(6)，其特征在于它还包括上电极转接焊片(2)，其中线阵列二极管激光芯片(5)P型面朝下、与无氧铜热沉(1)右端上表面用铟锡焊料焊接固定，绝缘垫片(4)下表面与无氧铜热沉(1)表面用铟锡焊料焊接固定，上电极转接焊片(2)与线阵列二极管激光芯片(5)N型面、绝缘垫片(4)一端上表面用铟锡焊料焊接固定，上电极(3)加工成厚薄台阶形结构盖装在绝缘垫片(4)上表面、用螺钉(6)固定在无氧铜热沉(1)上，上电极(3)构成激光器线阵列负极，无氧铜热沉(1)构成激光器线阵列正极。
2、根据权利要求1所述的高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列，其特征在于上电极转接焊片(2)加工成厚薄台阶形结构，其中厚薄台阶形结构薄端(7)下表面与绝缘垫片(4)一端上表面用铟锡焊料焊接固定，厚薄台阶形结构厚端(8)下表面与线阵列二极管激光芯片(5)N型面用铟锡焊料焊接固定。
3、根据权利要求1或2所述的高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列，其特征在于上电极转接焊片(2)厚薄台阶形结构薄端(7)厚度尺寸为0.1至0.3毫米，厚端(8)厚度尺寸为0.3至0.6毫米，厚端(8)长度尺寸(9)为0.9至1.1毫米。
4、根据权利要求3所述的高效封装结构的大功率半导体激光器线阵列，其特征在于上电极转接焊片(2)采用无氧铜材料制作。
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Denomination of utility model: High power semiconductor laser wire array of high efficiency packaging structure

Granted publication date: 20040825

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