[實用新型]一種半導體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN207338899U
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 李軍;席道明;陳云;呂艷釗;魏皓
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇天元激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開一種半導體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，包括半導體激光器陣列芯片、焊片、過渡熱沉、散熱熱沉，其中激光器陣列芯片上下兩面分別設置有焊片，焊片將過渡熱沉分別焊接在激光器陣列芯片的上下兩面，過渡熱沉上下兩面再次分別焊接在散熱熱沉上。本實用新型在激光器陣列芯片及散熱熱沉之間設置熱膨脹系數(shù)匹配過渡熱沉，防止激光器工作時發(fā)光面發(fā)生彎曲形變，提高了激光器陣列芯片焊接的穩(wěn)定性，激光器陣列芯片上下兩面各設置有散熱熱沉提高了激光器的散熱性能。

技術(shù)領域

本申請屬于激光技術(shù)領域，具體地說，涉及一種半導體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

半導體激光器具有電光轉(zhuǎn)化效率高、波段范圍廣、壽命長、體積小、重量輕等優(yōu)點，在軍事、航空、生物醫(yī)療、空間激光通信等領域具有廣泛應用。隨著實際工程應用需求的發(fā)展，對半導體激光器輸出功率水平要求越來越高，目前實現(xiàn)高功率的半導體激光器通常采用兩種方式：一是采用光學透鏡器件將多個半導體激光器芯片發(fā)生的光進行準直聚焦耦合到光纖輸出，受限于激光芯片數(shù)量增多對光斑大小的影響，采用該方式可以實現(xiàn)百瓦級的激光輸出，但對于更高功率的激光輸出就變得尤為困難；另一種方法是對半導體激光陣列結(jié)構(gòu)的芯片進行光束整形聚焦，半導體激光陣列芯片通常有19-25個發(fā)光單元構(gòu)成，單個陣列芯片可實現(xiàn)50-75W的激光輸出，半導體激光陣列的垂直疊陣的應用使輸出功率達幾百上千瓦。半導體激光器陣列結(jié)構(gòu)的研究促進了半導體激光器的應用。

在半導體激光器陣列中電光轉(zhuǎn)化效率一般小于50%，在應用中將有50%的電功率將轉(zhuǎn)化成熱的形式耗散，該部分熱量的存在將導致激光輸出功率的降低、輸出光譜的展寬。同時激光陣列芯片和熱沉材料的熱膨脹系數(shù)的不匹配性將導致激光陣列芯片發(fā)生形變，使輸出光發(fā)生彎曲形成smile效應，熱應力過大將導致陣列芯片與熱沉間的焊接層的開裂，甚至陣列芯片的斷裂等問題，嚴重影響半導體激光器的可靠性及壽命。

實用新型內(nèi)容

有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種半導體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，通過在激光器芯片上下分別焊接焊片、過渡熱沉及散熱熱沉，保證半導體激光器陣列的高效散熱的同時降低陣列芯片的熱形變。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種半導體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，其包括激光器陣列芯片；分別焊接于激光器陣列芯片兩側(cè)的焊片；焊接于兩側(cè)焊片的過渡熱沉；支撐一側(cè)過渡熱沉的第一散熱熱沉；以及覆蓋另一側(cè)過渡熱沉的第二散熱熱沉；其中，第一散熱熱沉與第二散熱熱沉遠離激光器陣列芯片的一端通過絕緣層相互連接。

根據(jù)本實用新型的一實施方式，其中上述激光器陣列芯片兩側(cè)蒸鍍有Ti-Pt-Au金屬層，Ti-Pt-Au金屬層包括Ti粘附層，Pt阻擋層及Au浸潤層。

根據(jù)本實用新型的一實施方式，其中上述焊片由3μm厚的預成型AuSn合金焊片制成。

根據(jù)本實用新型的一實施方式，其中上述過渡熱沉由熱膨脹系數(shù)匹配的CuW制成，熱膨脹系數(shù)為6.5×10-6mm/℃。

根據(jù)本實用新型的一實施方式，其中上述過渡熱沉與第一散熱熱沉及第二散熱熱沉之間采用焊接熔點溫度低于AuSn焊片溫度的焊料焊接。

根據(jù)本實用新型的一實施方式，其中上述第一散熱熱沉與第二散熱熱沉之間設置的絕緣層為AIN電絕緣層。

根據(jù)本實用新型的一實施方式，其中上述激光器陣列芯片正極面向第一散熱熱沉，負極面向第二散熱熱沉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請可以獲得包括以下技術(shù)效果：

1）本實用新型提供的半導體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，采用三明治結(jié)構(gòu)將激光器陣列芯片焊接在過渡熱沉、散熱熱沉之間，采用上下兩層過渡熱沉對半導體激光器芯片的熱膨脹性進行匹配，降低了激光陣列芯片工作時的熱應力，同時防止激光陣列芯片在熱應力作用下產(chǎn)生發(fā)光面的彎曲變形。