[發明專利]一種采用鋁基板封裝的大功率半導體激光器及其封裝方法

有效

• 申請號: 201410374336.4
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN105305224B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 史國柱;馬崇彩;李明;李樹強;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/00
• 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

本發明涉及一種采用鋁基板封裝的大功率半導體激光器及其封裝方法，屬于半導體激光器技術領域。

背景技術

半導體激光器波長范圍寬、低成本、易于大量生產，并且具有體積小、重量輕、光電轉換效率高、性能穩定、壽命長等優點，已經成為光電行業中重要的激光光源，被廣泛應用于工業、軍事、醫療和直接材料處理等領域，其中大功率半導體激光器是指連續輸出功率在數十毫瓦以上的半導體激光器。

半導體激光器封裝技術大都是在分立微電子器件封裝技術基礎上發展起來的，但是半導體激光器的封裝與傳統微電子分立器件的封裝有很大的差異性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而半導體激光器封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作，輸出激光的功能，既有電參數，又有光參數的設計及技術要求，因此，無法簡單地將微電子分立器件的封裝用于半導體激光器。

對于半導體激光器而言，輸出光功率、光電轉換效率以及可靠性是描述器件性能的三個主要參數。隨著芯片制備技術的成熟、以及性能的提高，半導體激光器出現了新的發展趨勢，半導體激光器芯片和封裝不再沿襲傳統的設計理念與制造生產模式，在增加芯片的光輸出方面，研發不僅僅限于改變材料內雜質數量，晶格缺陷和位錯來提高內部效率，同時，如何改善管芯及封裝內部結構，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優化設計，改進光學性能，加速表面貼裝化進程更是激光產業界研發的主流方向。

中國CN103532006A公開了“一種半導體激光器”，其包括熱沉、芯片及設置在熱沉上的負極帶，在所述熱沉上焊接絕緣導熱層，所述芯片焊接在絕緣導熱層上，在絕緣導熱層上還焊接有焊片，該焊片連接有與負極帶對應的正極帶，在芯片的一端設置有光纖。芯片發生激光，通過光纖傳出，兩極帶連接供電源供電，熱沉散熱。本方案通過使用雙極帶電極結構引入供電源，以及設置絕緣導熱層，達到整個封裝散熱通道既散熱又電絕緣的效果。通過本方案提供的半導體激光器，其解決了散熱和熱沉帶電等問題，結構相對簡單，可靠性好。但是在實際生產中，該發明的生產成本會因電極線的增加而增加，同時該發明無法解決激光器的散熱問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種采用鋁基板封裝的大功率半導體激光器。

本發明還提供一種采用鋁基板封裝大功率半導體激光器的封裝方法。

本發明的技術方案如下：

一種采用鋁基板封裝的大功率半導體激光器，包括激光器芯片、次熱沉、銅熱沉、過渡絕緣電極、電極金線和設置覆銅導線的鋁基板；所述激光器芯片的P型面燒結在次熱沉上，次熱沉燒結在銅熱沉上，銅熱沉直接燒結在鋁基板上；所述過渡絕緣電極設置在次熱沉的兩側并分別焊接在覆銅導線上，其中一側的過渡絕緣電極為N型過渡絕緣電極，另一側的過渡絕緣電極為P型過渡絕緣電極；所述電極金線分別設置在激光器芯片的N型電極面與N型過渡絕緣電極之間以及激光器芯片的P型電極面與P型過渡絕緣電極之間，所述覆銅導線與外部電源相連。

在此技術方案中，鋁基板中填充有絕緣導熱材料，既可以將激光器產生的熱量通過次熱沉、銅熱沉和鋁基板導出，又可以通過鋁基板中的絕緣導熱材料對激光器進行電絕緣隔離；兩側的N型過渡絕緣電極和P型過渡絕緣電極相當于激光器芯片的正負電極，通過N型過渡絕緣電極和P型過渡絕緣電極與覆銅導線相連，區別于將電極直接焊接在熱沉上的傳統做法，通過熱、電分離，有效實現了激光器熱沉絕緣。

根據本發明，優選的，所述銅熱沉的四個側面分別設置有一組激光器芯片、次熱沉、過渡絕緣電極和電極金線，所述每組的激光器芯片、次熱沉、過渡絕緣電極和電極金線采用相同的連接方式，即激光器芯片的P型面燒結在次熱沉上，次熱沉燒結在銅熱沉上，過渡絕緣電極設置在次熱沉的兩側并分別焊接在覆銅導線上，其中一側的過渡絕緣電極為N型過渡絕緣電極，另一側的過渡絕緣電極為P型過渡絕緣電極；電極金線分別設置在激光器芯片的N型電極面與N型過渡絕緣電極之間以及激光器芯片的P型電極面與P型過渡絕緣電極之間。此設計的好處在于，通過一個銅熱沉形成單個銅熱沉支撐四個激光器散熱的形式，通過合理設置鋁基板中覆銅導線的走線對燒結在銅熱沉四個側面上的激光器進行串聯或者并聯的電器連接。

根據本發明，優選的，所述次熱沉的材質為AlN或者SiC。

根據本發明，優選的，所述過渡絕緣電極的材質為AlN或SiC。

一種采用鋁基板封裝大功率半導體激光器的封裝方法，步驟如下，