EP1889342A2 - Dispositif laser forme par un empilement de diodes laser - Google Patents

Dispositif laser forme par un empilement de diodes laser

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EP1889342A2
EP1889342A2 EP06742866A EP06742866A EP1889342A2 EP 1889342 A2 EP1889342 A2 EP 1889342A2 EP 06742866 A EP06742866 A EP 06742866A EP 06742866 A EP06742866 A EP 06742866A EP 1889342 A2 EP1889342 A2 EP 1889342A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
wafer
insulating layer
cooling body
laser
electrically insulating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06742866A
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German (de)
English (en)
Inventor
Fabrice Monti Di Sopra
Bruno Frei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lasag AG
Original Assignee
Lasag AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Lasag AG filed Critical Lasag AG
Priority to EP06742866A priority Critical patent/EP1889342A2/fr
Publication of EP1889342A2 publication Critical patent/EP1889342A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • the invention relates to a laser device formed by a stack of laser diodes each arranged on a wafer formed of an electrically conductive material and a good conductor of heat. These plates provide on the one hand an electrical connection between the laser diodes to allow the passage of an electric supply current and on the other hand to conduct the heat produced by these laser diodes in the direction of a cooling body which evacuates or dissipate the heat of the laser diodes.
  • the invention relates to a quasi-continuous or continuous light wave laser diode stack (QCW or CW laser diode).
  • FIG 1 is shown partially a laser device of the type mentioned above.
  • This device 2 comprises laser diodes 4 in bar form, shown schematically, and metal plates 6 between which the laser diodes are arranged.
  • the plates 6 are provided electrically conductive.
  • the electrical connection between the wafers 6 and the laser diodes 4 is performed in a manner known to those skilled in the art.
  • the latter can be associated with a lower electrically insulating portion and of greater thickness than the material constituting the laser diode.
  • the various elements or layers associated with a laser diode are schematically represented therewith in the form of a bar 4.
  • the arrangement of the wafers 6 and the laser diodes thus allows the passage of an electric current in the direction X. Some heat transmission is also obtained in this direction X via the metal plates 6.
  • the wafers 6 are copper.
  • This cooling body conventionally presents a conduit 12 for a circulation of water. Since the electric current must pass through the diodes in the X direction, it is necessary that the wafers 6 are electrically insulated from one another. To do this, in the prior art of FIG. 1, an electrically insulating ceramic layer 14 is welded to the body 10 by means of a solder forming a film 16.
  • each wafer 6 is welded to the layer 14 also at the same time. 18.
  • the welding of the pads 6 must be carried out in a structured manner, to avoid short circuits between these plates 6. It is therefore necessary to prevent the solder between a wafer 6 and the ceramic layer 14 is in contact with the solder for welding another wafer.
  • the device of the prior art described herein before has several disadvantages.
  • performing a structured weld to attach the wafers to the insulating layer is a complex operation that requires special precautions.
  • a weld defines an interface which forms a brake on the transfer of heat towards the cooling body 10.
  • two solder layers are present on either side of the layer 14 , which decreases the cooling efficiency of the laser diodes.
  • each plate is assembled in its lower part to an electrically insulating layer by welding.
  • This insulating layer is flat and has the same dimensions as those of the end of the wafer.
  • Each plate is therefore first welded to a clean insulating layer.
  • each assembly thus formed is welded to the cooling body by means of a solder provided on the cooling body and structured to correspond to the separate zones provided for the plurality of "wafer-insulating layer" assemblies.
  • This last embodiment of the prior art has manufacturing problems.
  • the structured weld defines a precise location for each wafer on the cooling body. This poses a machining problem for the various elements, in particular tolerances for the thickness of the wafers and for the thickness of the diodes. Indeed, variations in these thicknesses cause a problem of alignment of the stack of diodes and platelets with solder areas. But decreasing the tolerances in the machining of wafers and diodes increases the manufacturing price.
  • the thickness of the diodes can vary substantially in the standard assortment of a laser diode manufacturer. It should also be noted that this thickness is not standardized so that it also varies from one supplier to another.
  • a method as described in document US 2004/0082112 thus poses a real problem of assembly.
  • Another problem is that the layer of structured solder must be of low height to remain substantially in the separate areas provided.
  • the tolerance in the machining of the height of the wafers is also critical. If during the prior assembly of the stack of wafers and laser diodes the lower ends of the wafers are arranged in the same geometrical plane to ensure that each wafer will rest well on the solder deposited in the corresponding zone on the cooling body during the welding of the wafers to this body, the laser diodes attached to the wafers on the side of their upper ends will not emit in the same emission plane, this which then poses a problem of collimation or focusing of the laser beam generated by the plurality of diodes.
  • the present invention relates to a laser device formed by a stack of laser diodes each arranged between two wafers formed of an electrically conductive material and good heat conductor, each wafer being provided at its end on the side of a body cooling device to which it is fixed by a fastening material, an electrically insulating layer forming an interface between, on the one hand, the cooling body and the fastening material and, on the other hand, this wafer.
  • the laser device is characterized in that the electrically insulating layer covers the lower face of said end and rises substantially up to a certain height along the lateral faces of the wafer, said fixing material covering this insulating layer on the side of said face. lower and also along said side faces without exceeding the height of the electrically insulating layer.
  • the platelet attachment material to the cooling body defines a substantially continuous layer between the platelets with a thickness greater than the distance between the lower faces of the platelets and the cooling body.
  • the fastening material can go up along these lateral faces substantially to a second height lower than this first height, without risk of short -electrical circuit.
  • FIG. 1 already described, schematically represents a laser device with a stack of laser diodes according to the prior art
  • FIG. 2 diagrammatically represents an embodiment of the present invention
  • - Figure 3 partially shows a variant of the device of Figure 2 which shows some advantages of the invention.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the invention.
  • the laser device 22 comprises, as in the prior art, pads 6 formed of an electrically conductive material and good heat conductor.
  • laser diodes 4 are arranged between the plates 6 so as to allow the passage of an electric supply current of these diodes.
  • the number of diodes and platelets may vary, in particular depending on the intended application for the laser devices.
  • the wafers 6 may be entirely of metal or of another metallized material on the surface.
  • the plates 6 are arranged above a cooling body 10 having a conduit 12 for the circulation of a cooling fluid.
  • the plates 6 and the cooling body 10 are made for example of copper. Other materials that are good conductors of heat are obviously conceivable.
  • the wafers 6 are formed of an electrically conductive material with good thermal conductivity to allow evacuation of the heat produced by the laser diodes towards the cooling body 10.
  • the wafers are attached at their lower end to the body of the cooling by means of a fixing material 26 selected so as to conduct the heat sufficiently.
  • the fastening material 26 is also an electrical conductor.
  • Each plate 6 has at its lower end, that is to say at the end fixed to the cooling body 10, an electrically insulating layer 28 which is arranged to form an interface between, on the one hand, the body 10 and the fixing material 26 and, on the other hand, the wafer concerned 6.
  • the insulating layer 28 is a thin layer which covers the lower face 24 of the wafer and which rises to a first height H1 along the lateral faces 30 of each wafer 6.
  • the fixing material 26, especially a solder covers the insulating layer 28 on the side of the lower face 24 of the wafer and also along its side faces 30 substantially on a second height H2 which is less than the first height H1.
  • the height H2 may vary according to the place and rise more or less up along the lower portions of the plates 6. Thanks to the characteristics of the invention, the fastening material 26 can form a relatively thick through layer.
  • solder 26 once the plates 6 are arranged facing the body 10. All welding methods known to those skilled in the art are available to optimize the method of fixing the wafers 6 to 10. The fact that the pads 6 have their lower parts immersed in the solder layer 26 to a certain height increases the heat transfer area between each plate and the solder layer, which increases the efficiency of the solder layer. heat transfer platelets 6 to the solder 26, then to the cooling body 10 on which the solder layer is disposed.
  • Insulating layer 28 being relatively thin and in particular ceramic or synthetic diamond, the conduction of heat from the diodes to the cooling body is optimized.
  • the device of Figure 2 requires a single weld between the plates 6 and the body 10.
  • the thin layer 28 may be deposited by various techniques known to those skilled in the art other than a solder solder. Some methods of depositing the electrically insulating layer 28 on the lower parts of the wafers 6 will be described hereinafter without limitation. The deposition of such a layer may be obtained, according to a first variant of implementation, by a method dipping or the lower portions of the wafers are immersed in a bath so as to obtain a surface covering.
  • the layer thus obtained has a relatively good thermal conductivity and good electrical insulation.
  • Those skilled in the art know other conventional techniques to obtain a layer covering the lower part of the wafers 6.
  • it also knows the use of a spray for depositing a layer or the method by centrifugation. It is thus possible to obtain layers with a thickness varying between about two microns and thirty microns.
  • the thickness of the electrically insulating layer is particularly determined by its ability to maintain a given drop in potential, for example about twenty volts.
  • the wafer may have one or more outer layers, including a nickel layer of about three microns and a gold surface layer of about one tenth of a micron.
  • PVD physical type
  • CVD chemical type
  • a PVD deposit As an example, mention may be made of the cathode sputtering method or the ionic plating as a PVD deposit. With such techniques it is possible to obtain thin layers of a few microns.
  • ceramic layers of the oxide type (for example AIOx) or nitride type (AIN), as well as synthetic diamond layers (DLC) can be deposited. These layers are functional with a thickness of 1 to 5 microns only.
  • a thin layer can also be deposited by a vacuum evaporation technique.
  • Figure 3 is shown partially in perspective a variant of the embodiment of Figure 2 which makes it possible to better see certain advantages of the present invention.
  • the inserts 6, coated at their lower parts with an insulating layer 28 are pressed for a certain distance in a relatively thick brazing bath 26, for example of a thickness of 0.3 to 0.8 mm, it is possible to have platelets of different heights and aligned at their upper ends where the laser diodes are arranged. A machining tolerance of ⁇ 100 ⁇ m is for example possible on this dimension.
  • the solder bath 26 forms a continuous layer, a variation of the width W of the wafers or a variation of the width D of the diodes is not critical.
  • the W width of the wafers is for example between 200 and 300 microns and the width D of the diodes is between 100 and 150 microns.
  • a machining tolerance for W and D dimensions of ⁇ 20 microns does not pose a problem for welding to the cooling body.
  • the lateral surface is approximately 10 mm 2 and the transfer area is thus five times greater than that of the prior art.
  • the heat transfer is further enhanced by the fact that it is possible to provide a thin insulating layer with a thickness of less than 20 microns. The efficiency of the heat dissipation produced by the diodes is therefore greatly improved with respect to the devices of the prior art described in the introduction to the present description of the invention.

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Abstract

Le dispositif laser (22) est formé par un empilement de diodes laser (4) agencées sur des plaquettes (6) formées d'un matériau électriquement conducteur et ayant une bonne conductivité thermique. Pour obtenir une bonne efficacité de l'évacuation de chaleur en direction du corps de refroidissement (10) et éviter des problèmes de court-circuit électrique, chaque plaquette présente à son extrémité inférieure (24) une couche électriquement isolante déposée sur sa surface préalablement à la fixation au corps de refroidissement par un matériau de fixation (26) de préférence bon conducteur de chaleur, formé en particulier par une couche de brasure. Selon l'invention, la couche isolante recouvre la face d'extrémité de chaque plaquette et remonte également le long de ses faces latérales sur une certaine hauteur. Il est prévu que le matériau de fixation soit agencé sous l'extrémité de la plaquette et qu'il recouvre aussi partiellement la couche isolante le long des faces latérales de la plaquette.

Description

DISPOSITI F LASER FORME PAR UN EMPILEMENT DE D IODES LASER
L'invention concerne un dispositif laser formé par un empilement de diodes laser agencées chacune sur une plaquette formée d'un matériau électriquement conducteur et bon conducteur de chaleur. Ces plaquettes assurent d'une part une liaison électrique entre les diodes laser pour permettre le passage d'un courant électrique d'alimentation et d'autre part de conduire la chaleur produite par ces diodes laser en direction d'un corps de refroidissement qui évacue ou dissipe ainsi la chaleur des diodes laser.
En particulier, l'invention concerne un empilement de diodes laser à onde lumineuse quasi continue ou continue (QCW or CW diode laser). A la figure 1 est représenté partiellement un dispositif laser du type mentionné ci-dessus. Ce dispositif 2 comprend des diodes laser 4 sous forme de barre, représentées schématiquement, et des plaquettes métalliques 6 entre lesquelles les diodes laser sont agencées. Pour alimenter les diodes laser, les plaquettes 6 sont prévues électriquement conductrices. La connexion électrique entre les plaquettes 6 et les diodes laser 4 est effectuée d'une manière connue de l'homme du métier. Pour protéger la diode laser elle-même, cette dernière peut être associée à une partie inférieure électriquement isolante et d'épaisseur supérieure au matériau constituant la diode laser. Dans les figures jointes à la description de la présente invention, les divers éléments ou couches associés à une diode laser sont représentées schématiquement avec celle-ci sous la forme d'une barre 4.
L'agencement des plaquettes 6 et des diodes laser permet ainsi le passage d'un courant électrique selon la direction X. Une certaine transmission de chaleur est également obtenue selon cette direction X par l'intermédiaire des plaquettes métalliques 6. En particulier, les plaquettes 6 sont en cuivre. Cependant, pour permettre un refroidissement efficace, il est nécessaire que la chaleur produite par les diodes puisse s'évacuer par les plaquettes 6 en direction du corps de refroidissement 10. Ce corps de refroidissement présente de manière classique un conduit 12 pour une circulation d'eau. Comme le courant électrique doit passer au travers des diodes selon la direction X, il est nécessaire que les plaquettes 6 soient isolées électriquement l'une des autres. Pour ce faire, dans l'art antérieur de la figure 1 , une couche céramique 14 électriquement isolante est soudée au corps 10 par intermédiaire d'une brasure formant un film 16. Ensuite, chaque plaquette 6 est soudée à la couche 14 également à l'aide d'une brasure 18. La soudure des plaquettes 6 doit être réalisée de manière structurée, pour éviter des court-circuits entre ces plaquettes 6. Il est donc nécessaire d'éviter que la brasure entre une plaquette 6 et la couche céramique 14 soit en contact avec la brasure servant au soudage d'une autre plaquette.
Le dispositif de l'art antérieur décrit ici avant présente plusieurs inconvénients. Premièrement, la réalisation d'une soudure structurée pour fixer les plaquettes à la couche isolante est une opération complexe qui nécessite des précautions particulières. De plus, il est difficile de garantir un bon rendement industriel pour une telle opération étant donné que la brasure 18 a tendance à s'étendre lors du soudage. On remarquera aussi qu'une soudure définit une interface qui forme un frein au transfert de chaleur en direction du corps de refroidissement 10. Dans le cas de la figure 1 , deux couches de soudure sont présentes de part et d'autre de la couche 14, ce qui diminue l'efficacité du refroidissement des diodes laser.
On connaît aussi du document US 2004/0082112 un empilement de diodes laser qui diffère de celui représenté à la figure 1 essentiellement par le fait que la couche isolante est structurée. Selon l'enseignement de ce document, chaque plaquette est assemblée dans sa partie inférieure à une couche électriquement isolante par un soudage. Cette couche isolante est plane et présente les mêmes dimensions que celles de l'extrémité de la plaquette. Chaque plaquette est donc premièrement soudée à une propre couche isolante. Ensuite, chaque ensemble ainsi formé est soudé sur le corps de refroidissement au moyen d'une brasure apportée sur ce corps de refroidissement et structurée de manière à correspondre aux zones distinctes prévues pour la pluralité d'ensembles "plaquette-couche isolante".
Ce dernier mode de réalisation de l'art antérieur, tout comme celui représenté à la figure 1 , présente des problèmes de fabrication. La soudure structurée définit un emplacement précis pour chaque plaquette sur le corps de refroidissement. Ceci pose un problème d'usinage des divers éléments, en particulier de tolérances pour l'épaisseur des plaquettes et pour l'épaisseur des diodes. En effet, des variations dans ces épaisseurs engendrent un problème d'alignement de l'empilement des diodes et plaquettes avec les zones de brasure. Or diminuer les tolérances dans l'usinage des plaquettes et des diodes augmente le prix de fabrication. De plus, l'épaisseur des diodes peut varier sensiblement dans l'assortiment standard d'un fabricant de diodes laser. Il faut aussi noter que cette épaisseur n'est pas normée de sorte qu'elle varie aussi d'un fournisseur à l'autre. Un procédé tel que décrit dans le document US 2004/0082112 pose donc un réel problème d'assemblage. Un autre problème vient du fait que la couche de brasure structurée doit être de faible hauteur pour rester sensiblement dans les zones distinctes prévues. Ainsi la tolérance dans l'usinage de la hauteur des plaquettes est aussi critique. Si lors de l'assemblage préalable de l'empilement de plaquettes et de diodes laser on agence les extrémités inférieures des plaquettes dans un même plan géométrique pour assurer que chaque plaquette reposera bien sur la brasure déposée dans la zone correspondante sur le corps de refroidissement lors du soudage des plaquettes à ce corps, les diodes laser fixées aux plaquettes du côté de leurs extrémités supérieures n'émettront pas dans un même plan d'émission, ce qui pose alors un problème de collimation ou de focalisation du faisceau laser engendré par la pluralité de diodes.
Un but de la présente invention est de résoudre les problèmes susmentionnés en proposant un dispositif laser avec un empilement de diodes laser qui puisse être fabriqué par un procédé industriel fiable dont la mise en œuvre est relativement aisée. Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif laser agencé de manière à pouvoir évacuer efficacement la chaleur produite par ces diodes laser.
A cet effet, la présente invention concerne un dispositif laser formé par un empilement de diodes laser agencées chacune entre deux plaquettes formées d'un matériau électriquement conducteur et bon conducteur de chaleur, chaque plaquette étant pourvue, à son extrémité du côté d'un corps de refroidissement auquel elle est fixée par un matériau de fixation, d'une couche électriquement isolante formant une interface entre, d'une part, le corps de refroidissement et le matériau de fixation et, d'autre part, cette plaquette. Le dispositif laser se caractérise en ce que la couche électriquement isolante recouvre la face inférieure de ladite extrémité et remonte sensiblement jusqu'à une certaine hauteur le long des faces latérales de la plaquette, ledit matériau de fixation recouvrant cette couche isolante du côté de ladite face inférieure et également le long desdites faces latérales sans dépasser la hauteur de la couche électriquement isolante.
Selon un mode de réalisation préféré, le matériau de fixation des plaquettes au corps de refroidissement définit une couche sensiblement continue entre les plaquettes avec une épaisseur supérieure à la distance séparant les faces inférieures des plaquettes et le corps de refroidissement. Comme les faces latérales sont recouvertes dans leur partie inférieure jusqu'à une première hauteur par la couche isolante, le matériau de fixation peut remonter le long de ces faces latérales sensiblement jusqu'à une deuxième hauteur inférieure à cette première hauteur, sans risque de court-circuit électrique.
L'invention sera décrite ci-après à l'aide de la description suivante, faite en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple nullement limitatif, et dans lequel :
- la figure 1 , déjà décrite, représente schématiquement un dispositif laser avec un empilement de diodes laser selon l'art antérieur ;
- la figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation de la présente invention ; et - la figure 3 représente partiellement une variante du dispositif de la figure 2 qui montre certains avantages de l'invention.
La figure 2 représente un mode de réalisation préféré de l'invention. Le dispositif laser 22 comporte, comme dans l'art antérieur, des plaquettes 6 formées d'un matériau électriquement conducteur et bon conducteur de chaleur. De manière similaire à l'art antérieur, des diodes laser 4 sont agencées entre les plaquettes 6 de manière à permettre le passage d'un courant électrique d'alimentation de ces diodes. Le nombre de diodes et de plaquettes peut varier notamment en fonction de l'application prévue pour les dispositifs laser. Les plaquettes 6 peuvent être entièrement en métal ou en un autre matériau métallisé en surface.
Les plaquettes 6 sont agencées au-dessus d'un corps de refroidissement 10 présentant un conduit 12 pour la circulation d'un fluide de refroidissement. Les plaquettes 6 et le corps de refroidissement 10 sont réalisées par exemple en cuivre. D'autres matériaux bons conducteurs de la chaleur sont évidemment envisageables. De préférence, les plaquettes 6 sont formées d'un matériau électriquement conducteur avec une bonne conductivité thermique pour permettre une évacuation de la chaleur produite par les diodes laser en direction du corps de refroidissement 10. Les plaquettes sont fixées à leur extrémité inférieure au corps de refroidissement 10 au moyen d'un matériau de fixation 26 sélectionné de manière à conduire suffisamment la chaleur. Dans ce mode de réalisation, le matériau de fixation 26 est également un conducteur électrique.
Chaque plaquette 6 présente à son extrémité inférieure, c'est-à-dire à l'extrémité fixée au corps de refroidissement 10, une couche électriquement isolante 28 qui est agencée de manière à former une interface entre, d'une part, le corps de refroidissement 10 et le matériau de fixation 26 et, d'autre part, la plaquette considérée 6.
La couche isolante 28 est une couche mince qui recouvre la face inférieure 24 de la plaquette et qui remonte jusqu'à une première hauteur H1 le long des faces latérales 30 de chaque plaquette 6. Le matériau de fixation 26, notamment une brasure, recouvre la couche isolante 28 du côté de la face inférieure 24 de la plaquette et également le long de ses faces latérales 30 sensiblement sur une deuxième hauteur H2 qui est inférieure à la première hauteur H1. Evidemment la hauteur H2 peut varier selon l'endroit et remonter plus ou moins haut le long des parties inférieures des plaquettes 6. Grâce aux caractéristiques de l'invention, le matériau de fixation 26 peut former une couche traversante relativement épaisse. On peut ainsi déposer une brasure nécessaire au soudage des plaquettes sur le corps de refroidissement de manière à former une couche continue, c'est-à-dire non structurée, et les plaquettes sont ensuite apportées pour être soudées. On peut également envisager d'apporter la brasure 26 une fois que les plaquettes 6 sont agencées en regard du corps 10. Toutes les méthodes de soudage connues par l'homme du métier sont à sa disposition pour optimiser le procédé de fixation des plaquettes 6 au corps 10. Le fait que les plaquettes 6 ont leurs parties inférieures plongées dans la couche de brasure 26 jusqu'à une certaine hauteur augmente la surface de transfert de la chaleur entre chaque plaquette et la couche de brasure, ce qui augmente l'efficacité du transfert de chaleur des plaquettes 6 à la brasure 26, puis au corps de refroidissement 10 sur lequel la couche de brasure est disposée. La couche isolante 28 étant relativement mince et notamment en céramique ou en diamant de synthèse, la conduction de la chaleur des diodes vers le corps de refroidissement est optimisée. De plus, le dispositif de la figure 2 requière une seule soudure entre les plaquettes 6 et le corps 10. En effet, la couche mince 28 peut être déposée par diverses techniques connues de l'homme du métier autre qu'un soudage par brasure. On décrira ci-après de manière non limitative quelques procédés de dépôt de la couche électriquement isolante 28 sur les parties inférieures des plaquettes 6. Le dépôt d'une telle couche peut être obtenu, selon une première variante de mise en œuvre, par un procédé de trempage ou les parties inférieures des plaquettes sont plongées dans un bain de manière à obtenir un recouvrement en surface. En particulier, il est prévu ici d'utiliser une technologie sol-gel permettant de déposer notamment des revêtements de type céramique. La couche ainsi obtenue présente une relativement bonne conductivité thermique et une bonne isolation électrique. L'homme du métier connaît d'autres techniques classiques pour obtenir une couche recouvrant la partie inférieure des plaquettes 6. En particulier il connaît aussi l'utilisation d'un spray pour déposer une couche ou encore la méthode par centrifugeage. On peut ainsi obtenir des couches avec une épaisseur variant environ entre deux microns et trente microns. L'épaisseur de la couche électriquement isolante est notamment déterminée par sa capacité à conserver une chute de potentiels donnée, par exemple environ vingt Volts. On notera que la plaquette peut présenter une ou plusieurs couches externes, notamment une couche de nickel d'environ trois microns et une couche superficielle en or d'environ un dixième de micron.
Une autre variante de mise en oeuvre du procédé de dépôt de la couche mince est l'utilisation de la technologie de dépôt en phase vapeur. L'homme du métier connaît notamment les dépôts en phase vapeur de type physique (PVD) ou de type chimique (CVD). On mentionnera à titre d'exemple le procédé de pulvérisation catholique ou le placage ionique comme dépôt PVD. Avec de telles techniques on peut obtenir des couches minces de quelques microns. A l'aide d'une technique PVD, on peut déposer des couches en céramique du type oxyde (par exemple AIOx) ou de type nitrure (AIN), ainsi que des couches en diamant synthétique (DLC). Ces couches sont fonctionnelles avec une épaisseur de 1 à 5 microns seulement.
Une couche mince peut également être déposée par une technique d'évaporation sous vide.
A la figure 3 est représenté partiellement en perspective une variante du mode de réalisation de la figure 2 qui permet de mieux voir certains avantages de la présente invention. Premièrement, étant donné que les plaquettes 6, revêtues à leurs parties inférieures d'une couche isolante 28, sont enfoncées sur une certaine distance dans un bain de brasure 26 relativement épais, par exemple d'une épaisseur de 0,3 à 0.8 mm, il est possible d'avoir des plaquettes de hauteurs différentes et alignées au niveau de leurs extrémités supérieures où sont agencées les diodes laser. Une tolérance d'usinage de ± 100 μm est par exemple envisageable sur cette dimension. Ensuite, étant donné que le bain de brasure 26 forme une couche continue, une variation de la largeur W des plaquettes ou une variation de la largeur D des diodes n'est pas critique. La largeur W des plaquettes est par exemple comprise entre 200 et 300 microns et la largeur D des diodes est comprise entre 100 et 150 microns. Une tolérance d'usinage pour les dimensions W et D de ± 20 microns ne pose pas de problème pour le soudage au corps de refroidissement. Finalement, la présente invention permet d'augmenter considérablement la surface de transfert de chaleur entre chaque plaquette et le corps de refroidissement. Ceci peut être démontré par un simple calcul. Soit W la largeur d'une plaquette, H la hauteur de pénétration moyenne des plaquettes dans le bain de brasure et L la longueur de la plaquette selon la direction Y. Si L = 10 mm et W = 0,25 mm, la surface de transfert dans l'art antérieur est
S1 = 2,5 mm2. Avec H = 120 μm (0,12 mm), la surface latérale supplémentaire est égale à 2 L H + 2 W H dont la valeur est environ 2,5 mm2. Ainsi, dans ce cas, la surface de transfert S2 = 5 mm2 environ, soit le double de S1.
Selon l'invention, la hauteur H1 de la couche isolante le long des parois latérales de la plaquette peut atteindre environ 1mm (H1 = 1mm). On peut donc prévoir sans aucun risque que H = 0,5 mm environ. La surface latérale est dans ce dernier cas d'environ 10 mm2 et la surface de transfert est donc cinq fois supérieure à celle de l'art antérieur. De plus, le transfert de chaleur est encore amélioré par le fait qu'il est possible de prévoir une couche isolante mince d'une épaisseur inférieure à 20 microns. L'efficacité de l'évacuation de chaleur produite par les diodes est donc grandement améliorée relativement aux dispositifs de l'art antérieur décrits en introduction de la présente description de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif laser (22 ; 34) formé par un empilement de diodes laser (4) agencée chacune sur une plaquette (6) formée d'un matériau électriquement conducteur et ayant une bonne conductivité thermique, ces plaquettes étant disposées les unes à côté des autres, deux plaquettes adjacentes étant situées de part et d'autre d'une des diodes laser, ces plaquettes assurant d'une part une liaison électrique entre les diodes laser qui permet le passage d'un courant électrique d'alimentation et, d'autre part, de conduire la chaleur produite par ces diodes laser en direction d'un corps de refroidissement (10) auquel les plaquettes sont fixées au moyen d'un matériau de fixation (26), chaque plaquette étant pourvue à son extrémité du côté dudit corps de refroidissement d'une couche électriquement isolante (28 ; 38) formant une interface entre, d'une part, le corps de refroidissement et ledit matériau de fixation et, d'autre part, la plaquette, caractérisé en ce que ladite couche électriquement isolante (28) recouvre la face inférieure de ladite extrémité (24) de chaque plaquette (6) et remonte sensiblement jusqu'à une première hauteur (H1 ) le long des faces latérales (30) de la plaquette, ledit matériau de fixation recouvrant cette couche isolante du côté de ladite face inférieure et également le long desdites faces latérales sur une deuxième hauteur (H2) inférieure à ladite première hauteur.
2. Dispositif laser selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit matériau de fixation est une brasure déposée de manière continue sur ledit corps de refroidissement et donc traversante entre les plaquettes (6).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite couche électriquement isolante (28) est formée par un matériau céramique déposé sur chaque plaquette sans apport de brasure.
4. Dispositif laser selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche électriquement isolante est une couche mince d'une épaisseur comprise environ dans une plage de un microns (1 μm) à cinq microns (5 μm).
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche électriquement isolante est déposée sur chaque plaquette (6) par une technologie sol- gel.
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche électriquement isolante est déposée sur la plaquette par une technologie de dépôt en phase vapeur, soit physique (PVD) soit chimique (CVD).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105470810B (zh) * 2015-12-15 2019-01-08 西安炬光科技股份有限公司 一种宏通道液冷高功率半导体激光器模块和装置
CN105790062B (zh) * 2016-03-22 2019-02-26 西安炬光科技股份有限公司 一种基于各向异性衬底的半导体激光器
CN105790063B (zh) * 2016-03-22 2019-01-08 西安炬光科技股份有限公司 一种应用于半导体激光器的衬底

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5099488A (en) * 1991-03-27 1992-03-24 Spectra Diode Laboratories, Inc. Ribbed submounts for two dimensional stacked laser array
US5394426A (en) 1992-11-13 1995-02-28 Hughes Aircraft Company Diode laser bar assembly
US5305344A (en) * 1993-04-29 1994-04-19 Opto Power Corporation Laser diode array
US5764675A (en) * 1994-06-30 1998-06-09 Juhala; Roland E. Diode laser array
US5898211A (en) * 1996-04-30 1999-04-27 Cutting Edge Optronics, Inc. Laser diode package with heat sink
RU2117371C1 (ru) * 1996-09-30 1998-08-10 Акционерное общество закрытого типа "Энергомаштехника" Матрица лазерных диодов
US5923692A (en) * 1996-10-24 1999-07-13 Sdl, Inc. No wire bond plate (NWBP) packaging architecture for two dimensional stacked diode laser arrays
US5848083A (en) * 1996-10-24 1998-12-08 Sdl, Inc. Expansion-matched high-thermal-conductivity stress-relieved mounting modules
US6636538B1 (en) * 1999-03-29 2003-10-21 Cutting Edge Optronics, Inc. Laser diode packaging
US6700913B2 (en) * 2001-05-29 2004-03-02 Northrop Grumman Corporation Low cost high integrity diode laser array

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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