專利名稱：一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，是一種大功率半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
我國(guó)在大功率二極管激光器封裝技術(shù)的研究主要集中在激光器的工藝、可靠性和散熱方面，而對(duì)激光器封裝中熱沉結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究比較少，現(xiàn)有的大功率半導(dǎo)體激光器熱沉加工性，裝配性及適應(yīng)性較差。隨著二極管激光器輸出功率的不斷增大，器件的熱管理問(wèn)題日益加劇，嚴(yán)重影響到器件的壽命和可靠性，因此針對(duì)該方面的研究很有必要，尤其對(duì)研制大功率高可靠性二極管激光器而言。隨著大功率激光二極管在工業(yè)加工、軍事等領(lǐng)域的強(qiáng)勁需求，要求器件在高平均功率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，熱功率密度也隨之增加，同時(shí)也增大了器件失效和退化率。對(duì)引起器件內(nèi)部的熱阻變大、散熱不均勻及引發(fā)器件不可靠性等誘變因素的研究變的非常重要。大功率二極管激光器芯片封裝技術(shù)直接制約著激光器件的總體性能，如何有效降低芯片工作溫度，減少芯片工作時(shí)積累的廢熱，提高激光器輸出功率、壽命及可靠性等，如何在封裝階段消除可能導(dǎo)致器件退化、失效的因素，成為提高大功率二極管激光器可靠性的一個(gè)突破口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，是一種新型低成本的大功率半導(dǎo)體激光器，這種熱沉封裝的大功率半導(dǎo)體激光器不僅溫度穩(wěn)定性高，熱應(yīng)力匹配，而且加工簡(jiǎn)單，成本易控制，可靠性及壽命也優(yōu)于傳統(tǒng)熱沉。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，包括主熱沉(1)、正極引線O)、負(fù)極引線(3)、半導(dǎo)體激光器芯片G)、次熱沉(5)、螺孔(6)、陶瓷絕緣片(7)和金絲焊線⑶；其條狀主熱沉⑴兩端各設(shè)有一個(gè)固定螺孔(6)，兩固定螺孔(6)之間有一次熱沉(5)，次熱沉( 下表面固接于主熱沉(1)上表面，次熱沉(5)上表面有至少兩個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片0)，至少兩個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片(4)相互串聯(lián)焊接在次熱沉( 上表面；正極引線⑵與負(fù)極引線(3)位于條狀主熱沉⑴兩端，均通過(guò)陶瓷絕緣片(7) 與主熱沉(1)焊在一起；正極引線(2)經(jīng)金絲焊線(8)與半導(dǎo)體激光器芯片(4)上表面電連接，負(fù)極引線(3)經(jīng)金絲焊線(8)與次熱沉(5)之間電連接。一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，包括主熱沉(1)、正極引線O)、負(fù)極引線(3)、半導(dǎo)體激光器芯片G)、次熱沉(5)、螺孔(6)、陶瓷絕緣片(7)和金絲焊線⑶；其條狀主熱沉⑴兩端各設(shè)有一個(gè)固定螺孔(6)，兩固定螺孔(6)之間有至少兩個(gè)次熱沉(5)，至少兩個(gè)次熱沉 (5) 一字排列，次熱沉( 下表面固接于主熱沉(1)上表面；每一次熱沉( 上表面焊接有一半導(dǎo)體激光器芯片G)，半導(dǎo)體激光器芯片(4)相互之間串聯(lián)設(shè)置；正極引線⑵與負(fù)極引線(3)位于條狀主熱沉⑴兩端，均通過(guò)陶瓷絕緣片(7)與主熱沉(1)焊在一起；正極引線(2)經(jīng)金絲焊線(8)與半導(dǎo)體激光器芯片(4)上表面電連接，負(fù)極引線(3)經(jīng)金絲焊線(8)與次熱沉(5)之間電連接。所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其所述主熱沉(1)、次熱沉(5)，厚度在0.1 Imm之間；主熱沉(1)采用無(wú)氧銅材料制作，次熱沉( 采用氮化鋁、氧化鋁或氧化鈹制作；次熱沉( 上下表面有鍍金層(9)。所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其所述螺孔(6)直徑在1 5mm之間。所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其所述半導(dǎo)體激光器芯片(4)為多個(gè)單芯片串聯(lián)連接。所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其所述主熱沉(1)和次熱沉( 光潔度在0. 05 0. 5 之間。所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其所述半導(dǎo)體激光器芯片(4)焊接在次熱沉( 上表面，是半導(dǎo)體激光器芯片⑷倒裝焊接在次熱沉(5)的鍍金層(9)上，是鍍金層(9)和芯片 P面電極接觸；次熱沉( 上表面至少有兩個(gè)鍍金層(9)區(qū)，鍍金層(9)區(qū)相互間分離、且電絕緣；工作時(shí)，電流由正極引線(2)—第一鍍金層(9)區(qū)一第一芯片P面一第一芯片N面
—第二個(gè)鍍金層(9)區(qū)一第二芯片P面一第二芯片N面……一最后的芯片P面一負(fù)極引線 ⑶。所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其所述半導(dǎo)體激光器芯片(4)焊接在次熱沉( 上表面，是半導(dǎo)體激光器芯片⑷倒裝焊接在次熱沉(5)的鍍金層(9)上，是鍍金層(9)和芯片 P面電極接觸；工作時(shí)，電流由正極引線⑵一第一個(gè)次熱沉(5)的鍍金層(9)—第一芯片 P面一第一芯片N面一第二個(gè)次熱沉(5)的鍍金層(9)—第二芯片P面一第二芯片N面一第三個(gè)次熱沉(5)的鍍金層(9)……一最后的芯片P面一負(fù)極引線(3)。本發(fā)明一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)是1、激光器熱沉適合多芯片串聯(lián)封裝，實(shí)用性強(qiáng)。2、次熱沉采用陶瓷材料，熱應(yīng)力與砷化鎵襯底匹配，適合大功率芯片封裝。3、次熱沉與芯片一一對(duì)應(yīng)焊接，即使其中一個(gè)二極管芯片失效也不影響其他芯片工作，更換失效芯片較為簡(jiǎn)單，可有效降低維修成本。4、半導(dǎo)體激光器為溫度敏感器件，而本熱沉相比傳統(tǒng)C-MOUNT結(jié)構(gòu)封裝的熱沉， 其散熱面積大，散熱路徑短，整體熱阻小，有利于熱功率器件的散熱與溫度的穩(wěn)定。5、芯片之間為串聯(lián)連接，工作電流小，產(chǎn)生的熱量較低，對(duì)電源的要求也寬。6、本熱沉結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，加工及定位較為容易，適合于高精度安裝及光束準(zhǔn)直。


圖1為本發(fā)明一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器多芯片封裝A型號(hào)(多個(gè)次熱沉)俯視圖；圖2為圖1中A型號(hào)的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器多芯片封裝B型號(hào)(一個(gè)次熱沉)俯視圖；圖4為圖3中B型號(hào)的側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明多芯片封裝B型號(hào)的次熱沉鍍金區(qū)域示意圖；圖6為本發(fā)明中主熱沉的剖視圖。圖7為本發(fā)明635nm串聯(lián)半導(dǎo)體激光器PI曲線4
圖8為本發(fā)明808nm串聯(lián)半導(dǎo)體激光器PI曲線圖；圖9為本發(fā)明一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1為主熱沉，2為正極引線，3為負(fù)極引線，4為半導(dǎo)體激光器芯片，5為次熱沉。6 為螺孔，7為陶瓷絕緣片，8為金絲焊線，9為鍍金層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其中，主熱沉1是一帶有兩個(gè)固定螺孔的銅塊或其他高導(dǎo)熱率材料，其上表面光潔度在0. 1到0.4之間；固定螺孔之間焊有一個(gè)或者多個(gè)次熱沉5，半導(dǎo)體激光器芯片4用金錫焊料或者銦焊料焊接在次熱沉5上，正極引線2與次熱沉5之間用金絲焊線8連接，負(fù)極引線3與半導(dǎo)體激光器芯片4上表面連接，負(fù)極引線3與正極引線2均通過(guò)陶瓷絕緣片7與主熱沉1焊在一起。本發(fā)明的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器適合多個(gè)單芯片串聯(lián)封裝，其中，圖1和圖2為次熱沉分離的A型號(hào)封裝示意圖，次熱沉和芯片的數(shù)量不限于3個(gè)，也可以是2個(gè)或者多個(gè)。圖3 和圖4是次熱沉為一個(gè)整體的B型號(hào)示意圖，芯片均焊在一個(gè)陶瓷片上，同樣的，這里芯片數(shù)量不限于3個(gè)，也可以是2個(gè)或者多個(gè)。這里正極引線2和負(fù)極引線3與主熱沉1之間由陶瓷絕緣片7隔離開來(lái)，可以保持主熱沉電絕緣，防止器件漏電。對(duì)于A類型號(hào)的封裝，次熱沉上下表面鍍金，但是相互并不接觸，因而次熱沉之間相互電絕緣。正極引線接到第一個(gè)芯片對(duì)應(yīng)的次熱沉上，次熱沉上表面鍍金，由于芯片倒裝焊接，鍍金層和芯片P面電極接觸，因此電流可以通過(guò)芯片P面流向N面，電流通過(guò)金絲導(dǎo)入到第二個(gè)次熱沉上表面，在經(jīng)過(guò)第二個(gè)芯片P面、N面，到第三個(gè)次熱沉鍍金層。依次類推，電流通過(guò)最后一個(gè)芯片P面流入負(fù)極引線。B類型號(hào)的封裝與A類的類似，只不過(guò)這里的次熱沉由多個(gè)變成一個(gè)整體。次熱沉上表面鍍金區(qū)并不連在一起，因而可以保證各個(gè)區(qū)域相互電絕緣。電流由正極引線一第一鍍金區(qū)一第一芯片P面一第一芯片N面一第二個(gè)鍍金區(qū)一第二芯片P面一第二芯片N 面……一最后的芯片P面一負(fù)極引線。本發(fā)明的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器適合多個(gè)芯片串聯(lián)封裝，實(shí)用性強(qiáng)。次熱沉采用陶瓷材料，熱應(yīng)力與砷化鎵襯底匹配，適合大腔長(zhǎng)芯片封裝。次熱沉與芯片一一對(duì)應(yīng)焊接，即使其中一個(gè)二極管芯片失效也不影響其他芯片工作，更換失效芯片較為簡(jiǎn)單，可有效降低維修成本。半導(dǎo)體激光器為溫度敏感器件，而本發(fā)明的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器熱沉相比傳統(tǒng) C-MOUNT結(jié)構(gòu)封裝的熱沉，其散熱面積大，散熱路徑短，整體熱阻小，有利于熱功率器件的散熱與溫度的穩(wěn)定。本發(fā)明的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，加工及定位較為容易，適合于高精度安裝及光束準(zhǔn)直。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，共制作了 635nm和808nm兩個(gè)波長(zhǎng)的串聯(lián)三芯片激光器。單個(gè)635nm芯片額定功率0. 5W，在工作電流1. 2A時(shí)，可測(cè)得三芯片模塊的出光功率1. 5W，如圖7，中心波長(zhǎng)637. 3nm。單個(gè)808nm芯片額定功率6W，在工作電流6A 時(shí)，三芯片模塊的出光功率18. 3W，如圖9所示，中心波長(zhǎng)810. 2nm。圖9為串聯(lián)半導(dǎo)體激光器立體結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，包括主熱沉(1)、正極引線O)、負(fù)極引線(3)、半導(dǎo)體激光器芯片G)、次熱沉(5)、螺孔(6)、陶瓷絕緣片(7)和金絲焊線(8)；其特征在于，條狀主熱沉(1)兩端各設(shè)有一個(gè)固定螺孔(6)，兩固定螺孔(6)之間有一次熱沉(5)，次熱沉(5)下表面固接于主熱沉(1)上表面，次熱沉(5)上表面有至少兩個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片，至少兩個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片(4)相互串聯(lián)焊接在次熱沉( 上表面；正極引線(2)與負(fù)極引線(3)位于條狀主熱沉(1)兩端，均通過(guò)陶瓷絕緣片(7)與主熱沉⑴焊在一起；正極引線⑵經(jīng)金絲焊線⑶與半導(dǎo)體激光器芯片⑷上表面電連接， 負(fù)極引線⑶經(jīng)金絲焊線⑶與次熱沉(5)之間電連接。
2.一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，包括主熱沉(1)、正極引線O)、負(fù)極引線(3)、半導(dǎo)體激光器芯片G)、次熱沉(5)、螺孔㈩)、陶瓷絕緣片(7)和金絲焊線(8)；其特征在于，條狀主熱沉(1)兩端各設(shè)有一個(gè)固定螺孔(6)，兩固定螺孔(6)之間有至少兩個(gè)次熱沉(5)，至少兩個(gè)次熱沉( 一字排列，次熱沉( 下表面固接于主熱沉(1)上表面；每一次熱沉( 上表面焊接有一半導(dǎo)體激光器芯片G)，半導(dǎo)體激光器芯片(4)相互之間串聯(lián)設(shè)置；正極引線O)與負(fù)極引線(3)位于條狀主熱沉(1)兩端，均通過(guò)陶瓷絕緣片(7)與主熱沉⑴焊在一起；正極引線⑵經(jīng)金絲焊線⑶與半導(dǎo)體激光器芯片⑷上表面電連接， 負(fù)極引線⑶經(jīng)金絲焊線⑶與次熱沉(5)之間電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述主熱沉(1)、次熱沉(5)，厚度在0. 1 Imm之間；主熱沉(1)采用無(wú)氧銅材料制作，次熱沉( 采用氮化鋁、 氧化鋁或氧化鈹制作；次熱沉( 上下表面有鍍金層(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述螺孔(6)直徑在 1 5mm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器芯片 (4)為多個(gè)單芯片串聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述主熱沉(1)和次熱沉(5)光潔度在0. 05 0. 5之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器芯片 (4)焊接在次熱沉( 上表面，是半導(dǎo)體激光器芯片(4)倒裝焊接在次熱沉(5)的鍍金層 (9)上，是鍍金層(9)和芯片P面電極接觸；次熱沉(5)上表面至少有兩個(gè)鍍金層(9)區(qū)， 鍍金層(9)區(qū)相互間分離、且電絕緣；工作時(shí)，電流由正極引線(2)—第一鍍金層(9)區(qū)一第一芯片P面一第一芯片N面一第二個(gè)鍍金層(9)區(qū)一第二芯片P面一第二芯片N面…… —最后的芯片P面一負(fù)極引線(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器芯片(4)焊接在次熱沉( 上表面，是半導(dǎo)體激光器芯片(4)倒裝焊接在次熱沉(5)的鍍金層(9)上，是鍍金層(9)和芯片P面電極接觸；工作時(shí)，電流由正極引線O)—第一個(gè)次熱沉(5)的鍍金層(9)—第一芯片P面一第一芯片N面一第二個(gè)次熱沉(5)的鍍金層(9)— 第二芯片P面一第二芯片N面一第三個(gè)次熱沉(5)的鍍金層(9)……一最后的芯片P面一負(fù)極引線(3)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串聯(lián)半導(dǎo)體激光器，涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)，包括一帶有兩個(gè)固定螺孔的主熱沉，兩個(gè)或者多個(gè)次熱沉位于主熱沉上表面，半導(dǎo)體激光器芯片直接焊在次熱沉上，主熱沉上有正負(fù)極引線，正極引線與次熱沉相連，負(fù)極引線與芯片上表面相連。本發(fā)明激光器具有高熱載荷，結(jié)構(gòu)緊湊，散熱性能良好，熱應(yīng)力與芯片匹配，適合大功率多芯片半導(dǎo)體激光器封裝。主要應(yīng)用于多管芯串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器，具有工作電流比并聯(lián)型激光器小，且各管芯的工作電流相等的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/40GK102447221SQ20101050417
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者王曉薇 申請(qǐng)人:海特光電有限責(zé)任公司