ES2332997T3 - Modulo laser. - Google Patents

Abstract

Módulo láser, del tipo de los que comprenden al menos dos chips láser, conectados cada uno eléctricamente a dos electrodos, pudiendo disponer dichos electrodos de unos conductos internos (6) para la circulación de un líquido de refrigeración; que incluye: unos electrodos (11,12 y 13) mutuamente enfrentados y conectados en orden alterno con polos opuestos; unos separadores aislantes (21, 22) dispuestos entre las superficies enfrentadas de los electrodos (11, 12 y 13) para impedir el contacto directo de los electrodos y su cortocircuito; presentando dichos separadores aislantes (21, 22) una área de superficie ligeramente menor que las áreas de superficie enfrentadas de los electrodos (11, 12 y 13), quedando entre éstos una zona extrema libre, de amplitud suficiente para la colocación de los chips láser (31, 32) en contacto con los mencionados electrodos, los chips láser (31,32) están montados entre las superficies enfrentadas de dichos electrodos (11,12 y 13) en dicha zona extrema libre, haciendo contacto con los electrodos, y unos medios de apriete encargados de establecer la aproximación de los electrodos (11, 12 y 13) mutuamente enfrentados de manera más estrecha para asegurar su contacto con los chips láser (31, 32) posicionados entre los mismos, asegurando la alimentación eléctrica a los mencionados chips láser y la disipación del calor generado, el módulo láser incluye una pila de al menos tres electrodos (11,12 y 13), los electrodos adyacentes enfrentados entre sí y conectados en orden alterno con polos opuestos, un separador aislante (21, 22) y un chip láser se encuentran dispuestos entre cada pareja adyacente de superficies enfrentadas de dichos electrodos, y cuando no están bajo compresión por dicho medio de apriete, los separadores aislantes tienen un grueso superior al de los chips láser (31,32) y están conformados en un material con la elasticidad necesaria para permitir su compresión por dicho medio de apriete hasta alcanzar un grueso igual a aquel de los chips láser (31, 32).

Description

Módulo láser

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un módulo láser, del tipo de los que presentan unos chips láser conectados eléctricamente a unos electrodos, pudiendo disponer éstos de unos conductos internos para la circulación de un líquido de refrigeración.

Antecedentes de la invención

En algunos de los módulos láser conocidos actualmente, los chips láser se montan al menos sobre uno de los electrodos por soldadura, lo que plantea diversos problemas.

El principal problema que se plantea es que el chip láser debe colocarse con una precisión muy elevada, de forma que su extremo sobresalga entre ocho y diez micras del extremo del electrodo para que la conexión soldada que lo unirá a dicho electrodo, no alcance la epitaxia, ya que si lo hace el módulo láser será defectuoso.

Actualmente, para realizar un posicionamiento correcto del chip láser respecto a los electrodos y la conexión soldada de los mismos con una precisión aceptable es necesario disponer de micro-robots y otros aparatos de alta precisión, lo que representa una inversión muy elevada y por tanto repercute de forma notable en el precio final del producto.

La conexión soldada del chip láser no permite realizar un ajuste posterior de su posición, ni realizar su sustitución en caso de avería. Actualmente, tanto si los chips se han colocado en una posición defectuosa, como si se han averiado, es preciso sustituir todo el módulo láser, con las pérdidas consiguientes.

Otro problema que se presenta actualmente deriva de los diferentes coeficientes de dilatación existentes entre el chip láser y el material empleado en la conexión soldada. Esta diferencia conlleva la posibilidad de que existan alteraciones en el chip láser, generalmente en el índice de refracción.

En el documento de patente US5978396 se describe una fuente de láser semiconductor incluyendo una pila de diodos láser semiconductores, en donde cada uno presenta al menos una región activa. La región activa incluye una serie de capas semiconductoras localizadas entre una capa de contacto óhmico y un substrato, el cual también asume la función de una capa de contacto óhmico. La presión hace que los diodos mantienen el contacto entre sí por medio de sus capas de contacto óhmico. Cada diodo tiene unas dimensiones, especialmente en su grosor, que permite que el calentamiento transitorio de cada diodo sea lo más bajo posible y de tal manera que el calentamiento medio de los diodos apilables no excede un valor predeterminado.

En el documento de patente US6151341 se describe un empaquetado de diodo integrado apilable, en el que se propone un apilamiento de elementos láser configurados para absorber el calor desprendido por dichos elementos láser, para su reparación y/o recambio, y su comprobación. El ensamblaje comprende unas celdas, que tienen una cavidad para el paso de un refrigerante a fin de enfriar los elementos láser. Las celdas pueden ser construidas individualmente para su comprobación individual y luego apiladas juntas y aseguradas de forma desmontable para un fácil recambio. Las cavidades de las celdas forman una cavidad sustancialmente contigua a través de la cual el refrigerante entra al y sale del ensamblaje entero. Las cavidades de las celdas incluyen regiones y superficies que mejoran el flujo de refrigerante a regiones sustancialmente adyacentes a los elementos láser para su enfriamiento.

En el documento de patente US6245589 se describe la fabricación de un dispositivo para la refrigeración de una fuente de luz planar, que incluye un dispositivo de refrigeración de una serie de diodos láser utilizando una apilamiento de una pluralidad de elementos de placas de metal, formados con un patrón de ranura con brazos o aberturas, que actúan como un camino de circulación de agua de refrigeración de dichos diodos láser.

Descripción de la invención

Para solventar los problemas mencionados se ha ideado el módulo láser objeto de la invención, que aporta unas particularidades constructivas orientadas a proporcionar un montaje sin soldaduras, asegurar un correcto paralelismo y funcionalidad de los chips láser integrantes del mismo y una reducción de los costes de fabricación al no requerir la utilización de micro-robots para realizar las conexiones soldadas.

El módulo láser objeto de la invención es de los que presentan dos o más chips láser conectados eléctricamente a unos electrodos, pudiendo presentar éstos unos conductos internos para la circulación de un líquido de refrigera-
ción.

De acuerdo con la invención, el módulo comprende: unos electrodos mutuamente enfrentados y conectados en orden alterno con polos eléctricos opuestos; unos separadores aislantes dispuestos entre las superficies enfrentadas de los electrodos para impedir el contacto directo de los mismos y su cortocircuito; unos chips láser montados entre las superficies enfrentadas de dichos electrodos, haciendo contacto con los electrodos, y unos medios de apriete encargados de establecer la aproximación de los electrodos mutuamente enfrentados para asegurar su contacto con los chips láser posicionados entre los mismos, asegurando la alimentación eléctrica de los mencionados chips láser.

Los separadores aislantes presentan una superficie ligeramente menor que las superficies enfrentadas de los electrodos, quedando entre éstos una zona extrema libre de amplitud suficiente para la colocación de los chips láser en contacto con los mencionados electrodos.

También se ha previsto que los separadores aislantes presenten un grueso superior al de los chips láser y la elasticidad necesaria para permitir su compresión al recibir el empuje por los medios de apriete, de forma que dichos separadores puedan alcanzar un grosor igual al de los chips láser, lo que permite, de una parte asegurar la sujeción mecánica de los chips por parte de los electrodos y de otra parte el contacto eléctrico entre los electrodos y los chips láser.

Los electrodos pueden presentar opcionalmente, en la zona de apoyo de los chips láser, una capa, un revestimiento, una película o un tratamiento de superficie de un material de alta conductividad eléctrica y térmica para asegurar un eficaz contacto eléctrico entre los electrodos y los chips, así como la disipación del calor generado.

La fijación mecánica de los chips láser mediante la presión ejercida sobre los mismos por los electrodos permite eliminar las conexiones soldadas, asegurando igualmente una correcta sujeción y conexión eléctrica de los chips láser.

Opcionalmente, los medios de apriete, encargados de realizar la fijación de las diferentes piezas del módulo láser, están compuestos por unos tornillos montados sobre unos orificios pasantes que afectan a los electrodos y a los separadores aislantes y por las tuercas correspondientes, actuando las cabezas de los tornillos y las tuercas sobre la superficie exterior de los electrodos extremos del módulo láser.

Este módulo láser presenta unas ventajas importantes de fabricación respecto a los conocidos anteriormente, siendo de destacar: la eliminación de las conexiones soldadas y de la necesidad de utilizar micro-robots para la realización de las mismas, la eliminación de los problemas planteados por la utilización de materiales con diferentes coeficientes de dilatación; la posibilidad de disponer los chips láser sin que sobresalgan del contorno de los electrodos por lo que quedan más protegidos; la posibilidad de montar varios chips láser en un mismo módulo asegurando el paralelismo entre los haces generados por los mismos, y la posibilidad de corrección de la posición de los chips láser incluidos en el módulo e incluso la sustitución de éstos.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

- La figura 1 muestra una vista lateral de un ejemplo de realización del módulo láser, seccionado por un plano vertical, y en la que las piezas conformantes del mismo se han representado esquemáticamente y desmontadas.

- La figura 2 muestra una vista lateral de un ejemplo de realización del módulo láser montado y seccionado por un plano vertical. En este caso los electrodos presentan unos canales interiores para la circulación de un fluido de refrigeración.

Realización preferente de la invención

En el ejemplo de realización mostrado en las figuras referenciadas, el módulo láser presenta unos electrodos (11, 12 y 13) superpuestos y constituidos por una aleación de cobre con alta conductividad térmica y eléctrica; encontrándose conectados los dos electrodos extremos (11, 13) a un mismo polo eléctrico y el electrodo (12), colocado entre aquéllos, al otro polo eléctrico.

Entre los electrodos (11, 12 y 13) se disponen unos separadores aislantes (21, 22) cuya área de superficie es ligeramente inferior a la de los electrodos (11, 12 y 13) y dos chips láser (31, 32) que se colocan entre las caras enfrentadas de los electrodos mencionados, concretamente en correspondencia con las zonas extremas de los mismos a las que no acceden los separadores aislantes (21, 22), con lo que se asegura el contacto de cada uno de los chips (31, 32) con dos electrodos (11, 12) y (12, 13) de distinta polaridad.

Según muestra la figura 1, los electrodos (11, 13) pueden presentar, en la zona de contacto de los chips láser (31, 32), una capa, un revestimiento, una película o un tratamiento de superficie (41, 42) de material altamente conductivo eléctrica y térmicamente. Las capas (41, 42) pueden estar compuestas por ejemplo por una combinación de oro y diamante, ya que el oro presenta una alta conductividad eléctrica y el diamante una alta conductividad térmica, lo que facilita la disipación del calor producido.

La fijación de los separadores aislantes (21, 22) y de los chips láser (31, 32) entre los electrodos (11, 12 y 13) se establece mediante unos medios de apriete compuestos por unos tornillos (51) de material conductor que, en el ejemplo de realización mostrado son los encargados de interconectar eléctricamente los electrodos (11, 13), y por las correspondientes tuercas (52).

Los tornillos (51) se montan sobre unos orificios (11a, 12a y 13a) previstos en los electrodos (11, 12 y 13).

Para impedir que los tornillos (51) contacten en la posición de montaje con el electrodo (12) que ocupa la posición intermedia se ha previsto que éste disponga de unos orificios de paso (12a) cuyo diámetro es mayor que el de los mencionados tornillos (51).

Los separadores aislantes (21, 22) estarán conformados en un material elástico, preferentemente silicona, y también presentan orificios (21a, 22a) para el paso de los tornillos (51).

Los separadores aislantes (21, 22) presentan un grueso superior al de los chips láser (31, 32) lo que permite que se puedan comprimir al establecer el apriete de los tornillos (51) hasta asegurar el contacto de los electrodos (11, 12) y (12, 13) con los chips láser (31, 32) colocados entre éstos.

Como se observa en la figura 2, los electrodos (11, 12 y 13) pueden disponer de conductos internos (6) para la circulación de un líquido refrigerante, como por ejemplo agua.

Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims (3)

1. Módulo láser, del tipo de los que comprenden al menos dos chips láser, conectados cada uno eléctricamente a dos electrodos, pudiendo disponer dichos electrodos de unos conductos internos (6) para la circulación de un líquido de refrigeración; que incluye: unos electrodos (11,12 y 13) mutuamente enfrentados y conectados en orden alterno con polos opuestos; unos separadores aislantes (21, 22) dispuestos entre las superficies enfrentadas de los electrodos (11, 12 y 13) para impedir el contacto directo de los electrodos y su cortocircuito; presentando dichos separadores aislantes (21, 22) una área de superficie ligeramente menor que las áreas de superficie enfrentadas de los electrodos (11, 12 y 13), quedando entre éstos una zona extrema libre, de amplitud suficiente para la colocación de los chips láser (31, 32) en contacto con los mencionados electrodos, los chips láser (31,32) están montados entre las superficies enfrentadas de dichos electrodos (11,12 y 13) en dicha zona extrema libre, haciendo contacto con los electrodos, y unos medios de apriete encargados de establecer la aproximación de los electrodos (11, 12 y 13) mutuamente enfrentados de manera más estrecha para asegurar su contacto con los chips láser (31, 32) posicionados entre los mismos, asegurando la alimentación eléctrica a los mencionados chips láser y la disipación del calor generado, el modulo láser incluye una pila de al menos tres electrodos (11,12 y 13), los electrodos adyacentes enfrentados entre sí y conectados en orden alterno con polos opuestos, un separador aislante (21, 22) y un chip láser se encuentran dispuestos entre cada pareja adyacente de superficies enfrentadas de dichos electrodos, y cuando no están bajo compresión por dicho medio de apriete, los separadores aislantes tienen un grueso superior al de los chips láser (31,32) y están conformados en un material con la elasticidad necesaria para permitir su compresión por dicho medio de apriete hasta alcanzar un grueso igual a aquel de los chips láser (31, 32).

2. Módulo láser, según la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos (11, 12 y 13) pueden presentar opcionalmente, en la zona de apoyo de los chips láser (31, 32), una capa, un revestimiento, una película o un tratamiento de superficie (41, 42) de un material de alta conductividad eléctrica y térmica.

3. Módulo láser, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de apriete, encargados de realizar la fijación de las diferentes piezas del módulo láser, están compuestos por unos tornillos (51) montados sobre unos orificios pasantes (11a, 12a, 13a, 21a, 22a) que afectan a los electrodos y a los separadores aislantes, y por las tuercas (52) correspondientes, actuando las cabezas de los tornillos (51) y las tuercas (52) sobre la superficie exterior de los electrodos (11, 13) que ocupan las posiciones extremas de la pila.