[發明專利]一種固態激光器陣列的封裝結構及其封裝方法

有效

• 申請號: 201210089169.X
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN103368065A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 王娜;張騁;李沛旭;湯慶敏
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/40
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種固態激光器陣列的封裝結構及其封裝方法，屬于固體激光器的技術領域。

背景技術

目前，激光二極管列陣廣泛用于工業、醫療、軍事等領域，其中最主要的應用是作為固體激光器的泵浦源。而大功率的激光二極管列陣側面泵浦固體激光器又可以廣泛應用于激光打標、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光醫療和激光顯示等方面。因半導體激光器具有體積小、功率大、性能穩定等優點，激光器在得到廣泛應用的同時，對激光器的性能要求也越來越高。激光器的性能除跟外延材料有關以外，還跟激光器的散熱、封裝有關，由于對激光器功率要求不一，在封裝時若采用現有的封裝結構，易加大對封裝精度的要求，因此目前急需設計新的封裝結構，以滿足對不同功率激光器的需求。

現有技術方案中用于固態激光器陣列的封裝結構主要為以下形式，如圖1所示為現有技術中的一種封裝結構，采用簡單的矩形熱沉結構，為三級串聯或單級、多級結構。使用該封裝形式激光器的功率可調節范圍小，僅適用于單一的功率要求的激光器，并且在分別進行封裝三級、單級、多級串聯激光器時，所采用的制冷底座、后續的封裝外殼等一系列的封裝原材料都必須進行替換，增加了封裝成本，增加了操作難度。

中國專利文件CN201171142Y《激光二極管列陣的封裝結構》提供了一種新型激光二極管列陣的封裝結構，該結構同樣包括電隔離層、半導體芯片、正極熱沉和負極，但該方法利用電隔離層正面的金屬化層被劃分為正極區和負極區，使得多級激光二極管列陣進行串聯時，使多級半導體芯片的正極同時分布在一側，而負極分布于另一側，從而使得所有的發光區位于同一條直線上，易于對多級輸出光進行統一的光變換，簡化了操作程度。該專利僅對列陣封裝中的半導體芯片發光點進行了改進，而未對如何滿足不同功率要求的激光器提出改進，在進行不同功率激光器封裝時，操作難度較大，對后續封裝要求較高增加了封裝成本。

中國專利文件CN2896617Y《一種大功率半導體激光器》提供了一種大功率半導體激光器，包括熱沉和激光器陣列條，該封裝結構中所述熱沉為多面體，在所述多面體內沿其一個方向設有貫通整個多面體的通道；所述激光器陣列條固定在該方向平行的一個面上，在與該面相鄰的至少一個面上固定有導電層，導電層與激光器陣列條電性連接。該封裝結構在矩形體的熱沉中設置有流通面積較大的通道，使得通道不容易被堵塞，而且可以采用軟水，也就是工業用水來冷卻熱沉，降低了激光器的運行成本。該封裝結構僅提供了一種大功率激光器的封裝結構，并且冷卻熱沉采用工業用水降低了運行成本，但是無法滿足不同功率激光器的需求，僅適用于巴條結構一致器件的封裝。

綜上所述，在現有巴條激光器陣列的封裝結構中，還停留在僅關注如何降低現有激光器的運行成本的基礎上、如何對多級輸出光進行統一的光變換等方面，因此來說現有技術的激光器陣列僅適用于輸出固定功率激光的要求，還不能滿足對不同功率激光器的陣列進行封裝的要求。例如，若利用現有技術實現輸出不同功率激光時，需要采用多級串聯形式，并且對巴條激光器后續封裝的要求較高：后續的封裝熱沉、封裝外殼等系列的封裝原材料都必須進行替換，不但增加了封裝成本，而且提高了操作難度。

發明內容

針對以上的技術不足，本發明提供一種固態激光器陣列的封裝結構，該封裝結構使得固態激光器陣列單元進行多級串聯，輸出不同功率的激光，以滿足對激光器各種不同功率的需求。

本發明還提供一種上述封裝結構的封裝方法。

本發明的技術方案如下：

一種固態激光器陣列的封裝結構，包括水冷通道、絕緣導熱層、半導體激光器巴條、正極熱沉和負極熱沉；在水冷通道上設置有多個等間距排列的絕緣導熱層，在每個絕緣導熱層的上表面設置有圖案金屬層，在每個絕緣導熱層的下表面設置有金屬層。絕緣導熱層上的圖案金屬層起到固定正極熱沉、負極熱沉和傳遞熱量的作用；在其下表面設置有金屬層具有固定和傳遞熱量的作用。

所述每個圖案金屬層包括正極金屬區域、絕緣區域和負極金屬區域，所述正極金屬區域和負極金屬區域被絕緣區域隔開；相鄰的2個絕緣導熱層上的圖案金屬層呈反向設置，例如：一個絕緣導熱層上的圖案金屬層的正極金屬區域朝上、負極金屬區域朝下；與之相鄰的絕緣導熱層上的圖案金屬層的正極金屬區域朝下、負極金屬區域朝上。

在每個絕緣導熱層上，在其正極金屬區域上設置有正極熱沉，在其負極金屬區域上設置有負極熱沉，所述的正極熱沉和負極熱沉均為“凸”字形，所述半導體激光器巴條設置在正極熱沉凸出部分端面與負極熱沉凸出部分端面之間。