專利名稱：高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光器件，其可在光通信、光加工、光顯示等系統(tǒng)中作為光源使用。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器因其波長(zhǎng)的擴(kuò)展、高功率激光陣列的出現(xiàn)以及可兼容的激光導(dǎo)光和激光能量參數(shù)微機(jī)控制的出現(xiàn)而迅速發(fā)展。半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、成本低、波長(zhǎng)可選擇，其應(yīng)用范圍遍及的領(lǐng)域越來越寬廣?，F(xiàn)有高熱負(fù)載半導(dǎo)體激光器通常主要由管殼、設(shè)置在管殼內(nèi)的制冷器、熱沉以及固定在熱沉上的半導(dǎo)體激光芯片組件組成。其中，半導(dǎo)體激光芯片組件一般采用C-mount封裝方式，如圖5所示。其包括導(dǎo)熱基板10、固定在導(dǎo)熱基板10上的激光芯片20、開設(shè)在導(dǎo)熱基板10上的螺孔30以及連接激光芯片20與電源的引線40。該激光芯片組件通過螺釘固定到金屬熱沉(圖中未顯示)上，并通過引線40與電源連接實(shí)現(xiàn)通光。這種C-mount封裝方式，由于結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)熱基板10有效面積小，同時(shí)與熱沉接觸的面積有限，導(dǎo)致光功率偏小，一般只能在8W以下。而且，由于半導(dǎo)體激光芯片組件僅能通過一顆螺釘固定在熱沉上，穩(wěn)定性差，在使用過程中，激光芯片組件的位置容易發(fā)生變化，這在微米量級(jí)的光纖耦合系統(tǒng)中很容易導(dǎo)致光耦合效率下降，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器的可靠性較低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而輸出功率較高且功耗較小、可靠性較高的半導(dǎo)體激光器。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其包括殼體，所述的殼體側(cè)壁上固定安裝有多個(gè)管腳；TEC制冷器，其固定在所述管殼內(nèi)；熱沉，其固定在所述的TEC制冷器上；半導(dǎo)體激光器芯片組件，其粘貼在所述的熱沉上，用于產(chǎn)生激光光源；電路板，其連接在所述的半導(dǎo)體激光器芯片組件與管腳之間，用于實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換；所述的半導(dǎo)體激光芯片組件為基于COS封裝的芯片組件，其包括散熱基板和粘貼在散熱基板上的激光芯片，所述的散熱基板粘貼在所述的熱沉上；所述的電路板為表面金屬涂覆陶瓷電路板，且所述的電路板與所述的半導(dǎo)體激光器芯片組件之間通過連接銅片相電連接。進(jìn)一步地，所述的熱沉呈“L”型，所述的半導(dǎo)體激光芯片組件粘貼在所述熱沉豎直方向的內(nèi)側(cè)面上，所述的電路板固定在所述熱沉的水平方向的內(nèi)表面上。[0014]在所述的熱沉上且位于所述的半導(dǎo)體激光芯片組件兩側(cè)粘貼有引線端子，所述的連接銅片兩端分別與所述的電路板和引線端子相接觸連接，從而進(jìn)一步保證了連接的可靠性，激光芯片組件的位置不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。所述的電路板上安裝有用于監(jiān)控殼體內(nèi)部溫度的熱敏電阻。所述的電路板上還安裝有用于監(jiān)控所述的半導(dǎo)體激光芯片組件輸出光功率的光電探測(cè)器。優(yōu)選地，所述的光電探測(cè)器為具有監(jiān)測(cè)功能的光電二極管MPD。所述的殼體包括殼座和殼蓋,且所述的殼蓋 上開設(shè)有鍍?cè)鐾改さ耐腹獯翱冢礊榇翱谳敵?。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)由于半導(dǎo)體激光芯片組件基于COS封裝，其基板面積較大，且與熱沉完全接觸，使得散熱效果較好，整個(gè)半導(dǎo)體激光器能承受較大功率激光的輸出，可實(shí)現(xiàn)大功率激光器的制造。同時(shí)，半導(dǎo)體激光芯片采用粘貼的方式與熱沉固定在一起，不會(huì)變形或位移，能克服機(jī)械及溫度等變化帶來的對(duì)產(chǎn)品的影響，保證了產(chǎn)品的可靠性。而且通過采用銅片將芯片組件與金屬化陶瓷電路板相連，進(jìn)一步保證了導(dǎo)線連接的穩(wěn)定性。

附圖I為本實(shí)用新型高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器整體視圖；附圖2為基于COS封裝的半導(dǎo)體芯片組件；附圖3為附圖I所示半導(dǎo)體激光器爆炸圖；附圖4為附圖I中半導(dǎo)體激光器移除殼蓋后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5為基于C-mount封裝的半導(dǎo)體芯片組件；其中1、殼體；11、管腳12、殼座13、殼蓋；131、透光窗口 ；2、TEC制冷器；3、熱沉；4、半導(dǎo)體激光器芯片組件；41、散熱基板；42、激光芯片；43、引線端子；5、電路板；6、連接銅片；7、熱敏電阻；8、光電探測(cè)器；
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖I、圖3及圖4所示的半導(dǎo)體激光器，其包括殼體I、設(shè)置在殼體I內(nèi)的TEC制冷器2、固定位于TEC制冷器2上的熱沉3、粘貼在熱沉3上的半導(dǎo)體激光芯片組件4、用于實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電路板5，下面將對(duì)每個(gè)部分具體結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行說明殼體I主要由殼座12和與殼座12上邊緣相密合設(shè)置的殼蓋13組成。本實(shí)施例中，殼體I整體呈長(zhǎng)方體形，殼座12的底部延伸有連接翼121，連接翼121上開設(shè)有連接孔122，半導(dǎo)體激光器通過該連接孔122與待安裝設(shè)備(圖中未顯示)相連接。殼座12的一側(cè)部安裝有多個(gè)管腳11，所述的管腳11通過引線與電路板5相應(yīng)端口連接。殼蓋13上開設(shè)有透光窗口 131,且透光窗口 131上鍍有對(duì)輸出激光波長(zhǎng)增透的光學(xué)膜。該透光窗口 131的位置與半導(dǎo)體激光芯片組件4上的激光芯片42發(fā)光面相對(duì)應(yīng)。TEC制冷器2設(shè)置在殼座12的最下方，其下表面與底座12的上表面焊接或膠合在一起。熱沉3固定在TEC制冷器2的上方，其下表面形狀與TEC制冷器2上表面相對(duì)應(yīng)，熱沉3也是焊接固定在TEC制冷器2。本實(shí)施例中，熱沉3呈“L”型，其豎向內(nèi)側(cè)面粘貼所述的半導(dǎo)體激光器芯片組件4,橫向上表面固定所述的電路板5。本實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光器芯片組件4為采用COS封裝方式的芯片組件，如圖2所示。所謂的COS即為Chip on Submount，其主要由散熱基板41、激光芯片42組成，散熱基板41的面積遠(yuǎn)大于激光芯片42，其通常由AlN材料制成。激光芯片42貼合在其上，并鍵合上金線形成正負(fù)電源引入端。半導(dǎo)體激光芯片組件4通過導(dǎo)熱銀膠或焊錫加工與熱沉3的豎向內(nèi)側(cè)面相固定連接，由于散熱基板41具有較大的散熱面積，與熱沉3連接能迅速將激光芯片上產(chǎn)生的熱量釋放出去，故可有效保護(hù)芯片的使用壽命，同時(shí)可提高激光輸出功率。本實(shí)施例中，電路板5采用金屬化陶瓷材料制成，即電路直接成型在金屬化陶瓷材料上，為了確保電路的可靠連接，在熱沉3上且位于散熱基板41兩側(cè)分別設(shè)置有引線端子43，電路板5上相應(yīng)輸出端口與該引線端子43之間固定設(shè)置有表面鍍金的連接銅片6。本實(shí)施例中，在金屬化陶瓷電路板5上還分別設(shè)置有熱敏電阻7和光電探測(cè)器8，所述的熱敏電阻7用于監(jiān)測(cè)殼體I內(nèi)部溫度，以及時(shí)反饋殼體I內(nèi)溫度信息，有利于外部進(jìn)行調(diào)整。光電探測(cè)器8用于監(jiān)測(cè)激光芯片輸出光功率，本實(shí)施例中，光電探測(cè)器8選用帶有 監(jiān)控功能的光電二極管MPD (Monitor Photo-Diode)。上述提供的高熱負(fù)載大功率激光器，系窗口輸出，激光器發(fā)光方向垂直朝上，自帶TEC制冷，內(nèi)部有熱敏電阻監(jiān)控溫度，以及MPD探測(cè)器監(jiān)控輸出光功率。其具有以下優(yōu)點(diǎn)I.半導(dǎo)體激光芯片組件是基于COS芯片組件的產(chǎn)品，COS基板散熱面積大，能承受更大功率的激光輸出，能做到12W或更大的光功率輸出。相同功率情況下TEC的熱消耗也有較大下降，經(jīng)驗(yàn)證，輸出的功率水平比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高20-50%，相同功率條件下，TEC熱負(fù)載功率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)大約下降20-30%。2.采用粘接牢固的導(dǎo)熱銀膠或焊錫與熱沉粘貼在一起，不會(huì)變形或位移，能克服機(jī)械及溫度等的變化帶來的對(duì)產(chǎn)品的影響，保證了產(chǎn)品的可靠性。3.電路板采用金屬化陶瓷電路板，通過鍍金的銅片將芯片與管腳連接在一起，克服了導(dǎo)線連接的穩(wěn)定性不好的問題，同時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局更加合理，工藝更為規(guī)范。上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其包括 殼體(I)，所述的殼體(I)側(cè)壁上固定安裝有多個(gè)管腳(11); TEC制冷器(2)，其燒焊在所述管殼(I)內(nèi)； 熱沉(3)，其固定在所述的TEC制冷器(2)上； 半導(dǎo)體激光器芯片組件(4)，其設(shè)置在所述的熱沉(3)上，用于產(chǎn)生激光光源； 電路板(5)，其連接在所述的半導(dǎo)體激光器芯片組件(4)與管腳(12)之間，用于實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換； 其特征在于 所述的半導(dǎo)體激光芯片組件(4)為基于COS封裝的芯片組件，其包括散熱基板(41)和粘貼在散熱基板(41)上的激光芯片(42)，所述的散熱基板(41)粘貼在所述的熱沉(3)上；所述的電路板(5)為表面金屬涂覆陶瓷電路板，且所述的電路板(5)與所述的半導(dǎo)體激光器芯片組件(4)之間通過連接銅片(6)相電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的熱沉(3)呈“L”型，所述的半導(dǎo)體激光芯片組件(4)粘貼在所述熱沉(3)豎直方向的內(nèi)側(cè)面上，所述的電路板(5)固定在所述熱沉(3)的水平方向的內(nèi)表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于在所述的熱沉(3)上且位于所述的半導(dǎo)體激光芯片組件(4)兩側(cè)粘貼有引線端子(43)，所述的連接銅片(6)兩端分別與所述的電路板(5)和引線端子(43)相接觸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的電路板(5)上安裝有用于監(jiān)控殼體(I)內(nèi)部溫度的熱敏電阻(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的電路板(5)上還安裝有用于監(jiān)控所述的半導(dǎo)體激光芯片組件(4)輸出光功率的光電探測(cè)器⑶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的光電探測(cè)器(8)為具有監(jiān)測(cè)功能的光電二極管MPD。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的殼體(I)包括殼座(12)和殼蓋(13),且所述的殼蓋(13)上開設(shè)有透光窗口(131),且透光窗口(131)上鍍有對(duì)輸出激光波長(zhǎng)增透的光學(xué)膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述的半導(dǎo)體激光芯片組件(4)通過導(dǎo)熱銀膠或焊錫與所述的熱沉(3)相粘貼。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高熱負(fù)載大功率半導(dǎo)體激光器，其包括殼體、TEC制冷器、熱沉、半導(dǎo)體激光器芯片組件、電路板，所述的半導(dǎo)體激光芯片組件為基于COS封裝的芯片組件，其包括散熱基板和粘貼在散熱基板上的激光芯片，散熱基板粘貼在熱沉上；所述的電路板為表面金屬涂覆陶瓷電路板，且電路板與半導(dǎo)體激光器芯片組件之間通過連接銅片相電連接。本實(shí)用新型半導(dǎo)體激光器散熱效果較好，可實(shí)現(xiàn)大功率激光器的制造。同時(shí)，半導(dǎo)體激光芯片采用粘貼的方式與熱沉固定在一起，不會(huì)變形或位移，能克服機(jī)械及溫度等變化帶來的對(duì)產(chǎn)品的影響，保證了產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號(hào)H01S5/024GK202759153SQ20122004493
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者韓堯, 田國(guó)光, 李軍, 凌勇, 孫松濤, 李琮, 馬永坤, 徐連強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘇州華必大激光有限公司