[發(fā)明專利]半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110218489.6
• 申請日: 2011-08-02
• 公開（公告）號: CN102290704A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮美鑫;張書明;王輝;劉建平;曾暢;李增成;王懷兵;楊輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器的封裝技術(shù)，特別涉及一種半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)及方法，適于GaAs基、InP基、GaN基和ZnO基半導(dǎo)體激光器的TO封裝。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體激光器由于制作簡單，體積小，重量輕，壽命長，效率高等，在光通信、光泵浦、光存儲和激光顯示等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而目前半導(dǎo)體激光器的輸出功率偏小，限制了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用，因此，業(yè)界一直致力于提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率。目前大功率半導(dǎo)體激光器面臨的主要問題是大電流注入下激光器溫度太高，導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器的退化嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定性和工作壽命。因此，如何有效地把激光器中的熱量傳導(dǎo)出去成為了半導(dǎo)體激光器封裝中的技術(shù)難點。

目前半導(dǎo)體激光器一般采用TO管座進(jìn)行封裝，傳統(tǒng)的TO管座包括管殼、管舌和管腳，管舌設(shè)在管殼的上面，其形狀一般為六面柱，管舌上粘結(jié)芯片，在管舌上封裝封帽。這種封裝形式只能通過TO管舌把激光器芯片中的熱量導(dǎo)向TO管座，散熱效果非常有限，因此，一些公司開始采用激光器倒裝封裝的形式來改善激光器的散熱，但是即使采用倒裝的形式，激光器中的熱量還是無法較好導(dǎo)出，激光器芯片中的溫度還是較高，這影響了激光器的穩(wěn)定性和壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)，其能有效增強(qiáng)TO封裝半導(dǎo)體激光器的散熱能力，從而克服現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器TO管座封裝形式散熱不足、激光器穩(wěn)定性較差等問題。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體激光器芯片，其特征在于：所述半導(dǎo)體激光器芯片的至少一側(cè)面經(jīng)至少一過渡熱沉與至少一熱沉固定連接，且所述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉和熱沉均固定在TO管座上，并被封裝于由所述管座和一封帽圍合形成的封閉腔體中。

進(jìn)一步的講，所述過渡熱沉分別與半導(dǎo)體激光器芯片和熱沉焊接固定，且由所述過渡熱沉、半導(dǎo)體激光器芯片和熱沉形成的整體結(jié)構(gòu)亦與TO管座焊接固定。

所述半導(dǎo)體激光器芯片的兩側(cè)面分別固定連接一過渡熱沉，該兩個過渡熱沉還分別與一熱沉固定連接，且所述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉和熱沉均固定在一TO管座上，并被封裝于由所述TO管座和一封帽圍合形成的封閉腔體中。

所述過渡熱沉至少選自AlN陶瓷、Al₂O₃陶瓷、石墨烯、碳納米管、AlN-Cu-AlN混合熱沉、金剛石、BN和SiC中的任意一種。

所述熱沉包括Cu塊。

所述焊接中使用的焊料至少選自金-錫、銦、銀漿、銅-鋅、銀-銅、錫-銀-銅、錫-鉛、金-鎘和釬錫銀中的任意一種。

一種半導(dǎo)體激光器TO封裝方法，其特征在于，該方法為：首先在半導(dǎo)體激光器芯片的至少一側(cè)面上固定連接至少一過渡熱沉，而后將每一過渡熱沉分別與一熱沉固定連接，其后將所述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉及熱沉均固定在TO管座上，最后在保護(hù)氣氛中以封帽將所述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉及熱沉封蓋，形成半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，該方法為：首先在半導(dǎo)體激光器芯片的兩側(cè)面上分別固定連接一過渡熱沉，而后在該兩個過渡熱沉上分別固定連接一熱沉，其后將所述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉及熱沉均固定在TO管座上，最后在保護(hù)氣氛中以封帽將所述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉及熱沉封蓋，形成半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)。

該方法包括如下步驟：

（1）將半導(dǎo)體激光器芯片一側(cè)面焊接在一過渡熱沉上；

（2）將焊有半導(dǎo)體激光器芯片的過渡熱沉焊接在一熱沉上；

（3）將由前述半導(dǎo)體激光器芯片、過渡熱沉和熱沉形成的整體結(jié)構(gòu)焊接在TO管座上；

（4）用金線將半導(dǎo)體激光器的正負(fù)極分別與TO管座上的接線柱相連；

（5）在保護(hù)氣氛中封上封帽，形成半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)。

10.?根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器TO封裝方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

（1）將半導(dǎo)體激光器芯片一側(cè)面焊接在一過渡熱沉上；

（2）將焊有半導(dǎo)體激光器芯片的過渡熱沉焊接在一熱沉上；

（3）在半導(dǎo)體激光器芯片的另一側(cè)面上焊接另一過渡熱沉；

（4）將該另一過渡熱沉焊接在另一塊熱沉上；

（5）將由前述半導(dǎo)體激光器芯片、兩個過渡熱沉和兩塊熱沉形成的整體結(jié)構(gòu)焊接在TO管座上；

（6）用金線將半導(dǎo)體激光器的正負(fù)極分別與TO管座上的接線柱相連；

（7）在保護(hù)氣氛中封上封帽，形成半導(dǎo)體激光器TO封裝結(jié)構(gòu)。