[發明專利]一種環形半導體激光器疊陣結構的封裝方法

在審

• 申請號: 202210070284.6
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN116526283A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 付傳尚;劉琦;孫素娟;位曉鳳;李韋清
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/0237
• 分類號: H01S5/0237;H01S5/023;H01S5/024;H01S5/40;B23K35/24
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

本發明涉及一種環形半導體激光器疊陣結構的封裝方法，屬于半導體激光器疊陣技術領域。步驟為，(1)激光器內部各組件分別放置Au80Sn20焊料片和SnAg焊料片，然后通過激光器封裝夾具進行激光器封裝；(2)封裝熱沉與激光器之間放置Au10Sn90焊料片，然后通過熱沉封裝夾具進行封裝；(3)通過在封裝熱沉與環狀通水熱沉之間放置一層SAC305焊料片進行環狀通水熱沉封裝；(4)封裝好的環狀通水熱沉疊加固定，組成半導體激光器疊陣結構。本發明采用集成式封裝環形半導體激光器疊陣的操作，有效提升封裝效率、峰值功率、產品可靠性以及可維護性，解決了泵源功率低以及光束分布不均勻的問題。

技術領域

本發明涉及一種環形半導體激光器疊陣結構的封裝方法，屬于半導體激光器疊陣技術領域。

背景技術

半導體激光器疊陣可應用于Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Tm:YAG等常見固體激光器的泵浦領域，Nd:YAG、Nd:YVO4等晶體在808nm達到吸收峰值，Yb:YAG晶體在940nm達到吸收峰值，Tm:YAG晶體在783nm達到吸收峰值；YAG晶體、YVO4晶體作為增益介質，產生1030nm-1064nm的激光，廣泛應用于醫療、材料加工、軍事等領域，通常晶體的尺寸較小，吸收帶寬較窄，約為3nm，對泵源的波長要求、體積要求及可靠性要求較高，若泵源分布不均勻，會導致泵浦效率降低。半導體激光器疊陣作為常用的固體激光器的泵浦，目前商業化推廣的泵浦用半導體激光器主要為厘米bar封裝的疊陣激光器，該結構的激光器具有體積小、效率高、可靠性高等優點，已經廣泛地應用到固體激光器的泵浦領域。

環形半導體激光器疊陣結構如圖3-6所示，包括激光器、封裝熱沉和環狀通水熱沉，激光器均布封裝在封裝熱沉上，封裝熱沉環繞封裝于環狀通水熱沉內部，封裝熱沉上設置有連接激光器的疊陣電極，封裝熱沉疊加組裝成環形半導體激光器疊陣結構，其中，激光器包括巴條、鎢銅熱沉、底座熱沉、電極片、陶瓷絕緣片、電極絕緣片和連接電極，底座熱沉上端設置陶瓷絕緣片，陶瓷絕緣片兩側分別設置電極片，電極片之間的陶瓷絕緣片上設置鎢銅熱沉，鎢銅熱沉之間設置有巴條，電極片下側與底座熱沉之間設置有電極絕緣片，電極片之間通過連接電極進行連接。

現有環形半導體激光器疊陣結構中，已經實現環形疊陣的封裝，疊陣的功率量級方面在千瓦級封裝量級，在焊料選擇上含有部分In焊料或者低溫焊料，未完全實現高溫焊料封裝，在封裝形式上基本都是一體化結構，封裝效率、峰值功率、產品可靠性以及可維護性較低

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種環形半導體激光器疊陣結構的封裝方法，采用集成式模塊化封裝環形半導體激光器疊陣，有效提升封裝效率、峰值功率、產品可靠性以及可維護性，解決了泵源功率低以及光束分布不均勻的問題。

術語解釋：

晶體：常見的用于固體激光器的Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Tm:YAG晶體，通常為圓柱狀，每種晶體對應一個或多個吸收峰值；

泵浦源：通常與晶體配合使用，獲得理想的輸出狀態，本發明中指的是半導體激光器，波長處于晶體的吸收波段內；

巴條：用于封裝半導體激光器泵源的激光芯片。

本發明的技術方案如下：

一種環形半導體激光器疊陣結構的封裝方法，步驟如下：

(1)激光器封裝，將巴條按照正負極順序依次擺放，巴條與巴條之間放置鎢銅熱沉，鎢銅熱沉與巴條之間放置Au80Sn20焊料片，通過高溫焊接形成巴條陣列，在巴條陣列與陶瓷絕緣片之間、陶瓷絕緣片與底座熱沉之間、電極片與電極絕緣片、電極絕緣片與底座熱沉之間均放置SnAg焊料片，巴條底部通過ALN絕緣材料進行絕緣，然后通過激光器封裝夾具進行固定，將激光器封裝夾具放入回流爐燒結，封裝成激光器；