[發(fā)明專利]降低應(yīng)力的激光器芯片結(jié)構(gòu)和熱沉結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310302731.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN103427330A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 丹陽(yáng)聚辰光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/022
• 分類號(hào): H01S5/022;H01S5/024
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種降低應(yīng)力的激光器芯片結(jié)構(gòu)和熱沉結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于激光器制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(Laser?Diode)。隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，其輸出功率、電光轉(zhuǎn)換效率、可靠性和壽命在不斷提高，可廣泛應(yīng)用于激光泵浦、激光加工、激光測(cè)距、科研和醫(yī)療等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求巨大。

盡管半導(dǎo)體激光器技術(shù)已經(jīng)有了快速的進(jìn)步，但隨著各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體激光器的性能提出了更高的要求。高品質(zhì)的光纖耦合和光學(xué)整形產(chǎn)品要求半導(dǎo)體激光器芯片具有低的芯片彎曲度，即很小的“smile”效應(yīng)，高可靠性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。要保證高功率半導(dǎo)體激光器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，這給激光芯片本身和封裝技術(shù)來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

半導(dǎo)體激光器的性能除了與芯片有關(guān)外，還與其封裝結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。目前，大多數(shù)的高功率半導(dǎo)體激光器巴條封裝結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用銅作為散熱材料“Two-dimensional?high-power?laser?diode?arrays?cooled?by?Funryu?heat?sink”.SPIE，vol.889，66-70(2000))，雖然銅的熱導(dǎo)率比較高，導(dǎo)熱快，但其熱膨脹系數(shù)卻是激光芯片的2-3倍，在封裝后會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力施加于激光芯片上，導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器巴條產(chǎn)生大的彎曲，smile值大，性能較低，也影響其輸出特性和生產(chǎn)成本。為了提高高功率半導(dǎo)體激光器的性能，降低生產(chǎn)成本，必須設(shè)計(jì)出降低應(yīng)力的熱沉結(jié)構(gòu)。

目前，大部分傳導(dǎo)冷卻和液體制冷高功率半導(dǎo)體激光器巴條芯片是貼在銅熱沉的平面上，熱沉表面是一個(gè)完整平面，沒(méi)有與激光芯片發(fā)光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的凹槽結(jié)構(gòu)，芯片與熱沉之間是一層焊料。采用這種熱沉結(jié)構(gòu)封裝后的半導(dǎo)體激光器巴條應(yīng)力偏大，芯片易產(chǎn)生彎曲，嚴(yán)重限制了高功率半導(dǎo)體激光器巴條在光纖耦合和光學(xué)整形方面的應(yīng)用。

綜上所述，目前的封裝熱沉結(jié)構(gòu)不能夠完全滿足高功率半導(dǎo)體激光器的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種降低應(yīng)力的激光器芯片結(jié)構(gòu)，它不僅具有低的應(yīng)力狀態(tài)，彎曲度低，能夠?qū)崿F(xiàn)低應(yīng)力或“無(wú)應(yīng)力”封裝，而且不影響激光器的導(dǎo)熱能力，可保證激光器長(zhǎng)時(shí)間工作。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：一種降低應(yīng)力的激光器芯片結(jié)構(gòu)，包括激光器芯片主體，激光器芯片主體具有正極和與外部電極電性連接的負(fù)極，正極上設(shè)置有多個(gè)發(fā)光部，并且發(fā)光部之間設(shè)置有第一凹槽，還包括熱沉結(jié)構(gòu)，熱沉結(jié)構(gòu)包括熱沉主體，熱沉主體的正面通過(guò)焊料層焊接在激光器芯片主體的正極上，在熱沉主體的位于激光器芯片主體的第一凹槽相對(duì)應(yīng)的部位上開有第二凹槽，并且該第二凹槽與第一凹槽一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步，熱沉結(jié)構(gòu)還包括金屬結(jié)構(gòu)層，熱沉主體的背面通過(guò)焊料沉鍍?cè)诮饘俳Y(jié)構(gòu)層上。

進(jìn)一步，所述的熱沉主體由金屬或陶瓷或金剛石或金屬基復(fù)合材料制成。

進(jìn)一步，所述的熱沉主體為多邊形的片狀或多邊形的塊狀。

進(jìn)一步，所述的多個(gè)第二凹槽為等間距排列狀，第二凹槽的寬度d小于第一凹槽的寬度D，并且第二凹槽的寬度d為0.01mm～0.02mm。

進(jìn)一步，所述的第二凹槽的長(zhǎng)度大于第一凹槽的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步，所述的第二凹槽的縱向深度h大于焊料層的厚度H。

進(jìn)一步，所述的第二凹槽的截面為矩形或“V”形或半圓形或半橢圓形或梯形。

本發(fā)明還提供了一種熱沉結(jié)構(gòu)，該熱沉結(jié)構(gòu)包括熱沉主體和金屬結(jié)構(gòu)層，熱沉主體的正面通過(guò)焊料層焊接在激光器芯片主體的正極上，熱沉主體的背面沉鍍?cè)诮饘俳Y(jié)構(gòu)層上，在熱沉主體的位于激光器芯片主體的第一凹槽相對(duì)應(yīng)的部位上開有第二凹槽，并且該第二凹槽與第一凹槽一一對(duì)應(yīng)。

本發(fā)明還提供了一種熱沉結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法的步驟如下：

1)選用材料加工成所需要的多邊形片狀或塊狀的基體；

2)將基體上貼激光器芯片的部位進(jìn)行表面拋光；

3)在基體上貼激光器芯片的部位上加工出第二凹槽，形成熱沉主體，并保證：a)第二凹槽的縱向與基體上貼激光器芯片的平面垂直；b)第二凹槽與激光器芯片發(fā)光部之間的第一凹槽一一對(duì)應(yīng)；

4)在熱沉主體的背面熱沉鍍金屬結(jié)構(gòu)層，完成整個(gè)熱沉結(jié)構(gòu)的制作。

本發(fā)明還提供了另一種熱沉結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法的步驟如下：

1)選用材料加工成所需要的多邊形片狀或塊狀的基體；