專利名稱：密封裝單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對密封裝多片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列及制備方法的改進。
背景技術(shù)：
高功率半導(dǎo)體激光器陣列以其廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場而成為各國競相追逐的熱點，目前高功率半導(dǎo)體激光器陣列所面臨的主要問題是其低的性能價格比，即激光器的性能低(功率、效率、可靠性和穩(wěn)定性、一致性等)，而激光器的制作成本(即售價)卻很高，這在很大程度上限制了其實際應(yīng)用。激光器的性能除跟外延材料有關(guān)以外，還跟激光器的熱耗散有關(guān)，由于轉(zhuǎn)換效率等因素，發(fā)光器件的集成導(dǎo)致熱富集，而高功率半導(dǎo)體激光器陣列器件性能的穩(wěn)定性和可靠性與結(jié)溫有直接的關(guān)系，因此要獲得高穩(wěn)定性、高可靠性、高功率的半導(dǎo)體激光器陣列就必須設(shè)計制作高熱導(dǎo)率的熱沉。
本發(fā)明的目的在于解決無源熱沉因其熱容量的限制，而僅適用于小功率激光器；有源大通道、小通道熱沉其熱阻也相對較高，適用于中等功率激光器；而通過擴散焊接的多層結(jié)構(gòu)微通道熱沉雖然熱阻低，適用于大功率激光器陣列，但它的制備工藝復(fù)雜，制作成本高，不利于高功率激光器陣列的廣泛應(yīng)用等問題。將提供一種低熱阻的密封裝高效單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列制造技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備方法步驟是a、將熱導(dǎo)體表面拋光、清洗干凈并制備出通透的微通道和固定孔；b、將步驟a再一次拋光表面并清洗干凈，然后在熱導(dǎo)體本體上扣焊激光二極管陣列條區(qū)的正反兩面及相應(yīng)的側(cè)面分別鍍上多層導(dǎo)電金屬薄膜并金屬化，再對其正面或反面鍍上焊料；c、選取絕緣材料并拋光正反兩面，清洗干凈后分別制備通冷卻液孔和固定孔，使通冷卻液孔的面積略大于微通道所占的面積，選取絕緣材料的厚度與激光二極管陣列條的厚度一致；d、選取絕緣彈性塑料并清洗干凈并制備透孔其大小與微通道一致，絕緣彈性塑料的大小與通冷卻液孔一致，絕緣彈性塑料略厚于絕緣材料；e、選取固體材料并清洗干凈并在其上制備出不透的槽、固定孔、冷卻液進、出孔，槽與冷卻液進、出孔連通，槽的底部面積與微通道所占面積一致；f、先將激光二極管陣列條倒扣焊在扣焊激光二極管陣列條區(qū)上，再將絕緣彈性塑料放入通冷卻液孔內(nèi)，然后將圖1、2、3的相應(yīng)位置固定在一起，形成一個激光二極管陣列單元；g、也可以利用雙面燒結(jié)技術(shù)，將激光二極管陣列條的n面和p面分別燒焊在兩片熱導(dǎo)體的兩個扣焊激光二極管陣列條區(qū)的位置處；同時將絕緣彈性塑料放入通冷卻液孔中，并將它們固定在兩片熱導(dǎo)體之間的相應(yīng)位置，形成三明治式結(jié)構(gòu)的激光二極管陣列單元；h、將多個f或g這樣結(jié)構(gòu)的單元同向排齊并在其兩端分別加上冷卻液導(dǎo)引板，用固定桿通過固定孔擰緊固定，實現(xiàn)很好的水密封和電接觸，最后焊上正電極和負電極，形成完整的密封裝高效單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列，如圖5所示。
本發(fā)明設(shè)計了一種全新的密封裝高效單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列。與多層結(jié)構(gòu)微通道熱沉冷卻激光二極管陣列相比，單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列制備工藝簡單實用，制作成本低，導(dǎo)熱效果好，光輸出功率密度大，可實現(xiàn)二極管激光器陣列的高密度封裝，提高其性能價格比。
它充分利用了微通道熱沉的設(shè)計原理，將微通道直接設(shè)計在安裝二極管激光器陣列條的同一片熱導(dǎo)體上，由于設(shè)計的微通道離二極管激光器陣列條所安裝位置的距離很近，利用熱導(dǎo)體的高熱導(dǎo)性，二極管激光器陣列條產(chǎn)生的熱量很快進入微通道的葉片里，冷卻液由冷卻液進、出孔進入微通道，使得冷卻液與微通道的葉片充分接觸，熱量通過受迫熱傳導(dǎo)的方式被流經(jīng)微通道的冷卻液帶走，從而使微通道熱沉工作在亞熱容量飽和狀態(tài)，提高激光器的穩(wěn)定性和可靠性。此外利用單片式微通道熱沉不但省去了多層微通道熱沉復(fù)雜的制備工藝和高額的制作成本，而且減小了激光器陣列條之間的間距，提高了激光器的輸出光功率密度。本發(fā)明為高功率半導(dǎo)體激光器陣列提供性能穩(wěn)定可靠、易于散熱、低熱阻的密封裝單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列的制。


圖1是本發(fā)明單片微通道熱沉的一種實施例平面示意2是本發(fā)明絕緣材料的一種實施例示意3是本發(fā)明絕緣彈性塑料的一種實施例示意4是本發(fā)明冷卻液導(dǎo)引板的一種實施例示意5是本發(fā)明一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例詳細描述本發(fā)明本發(fā)明包括扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)、通透的微通道(2)和固定孔(3)、熱導(dǎo)體(4)、絕緣體(5)、通冷卻液孔(6)、絕緣彈性塑料(7)、透孔(8)、槽(9)、固體材料(10)，冷卻液進、出孔(11)、激光二極管陣列條(12)、正電極(13)、固定桿(14)、負電極(15)。
1)、制備熱導(dǎo)體(4)熱導(dǎo)體(4)可選擇無氧銅，將1mm厚的片狀無氧銅切割成18mm×18mm的矩形片，再在任意兩個角分別切去3.5mm×1mm，形成前端突出的部分扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)用于安裝激光二極管陣列條，拋光清洗干凈后，利用化學(xué)腐蝕的方法腐蝕出通透的微通道2和固定固定孔(3)，微通道2的周期為1mm，寬0.5mm，長4mm，離扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)外邊緣的距離為3mm，離微通道2兩側(cè)邊緣的距離均為4mm，微通道2的邊緣離固定孔3的中心距離為5mm，固定孔3的直徑為3mm，其中心離扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)外邊緣的距離為12mm、離兩側(cè)邊緣的距離分別為9mm。腐蝕好后再拋光表面并清洗干凈，再在扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)的正反兩個面及一側(cè)面由內(nèi)向外分別鍍上50nm鈦、50nm鎳、100nm金，然后再在正面或反面鍍上1-2μm的銦，熱導(dǎo)體(4)加工好后清洗干凈，如圖1所示。
2)制備絕緣體(5)絕緣體(5)可選擇炭化硅并選擇體積為17×18×0.1mm3，拋光表面并清洗干凈后加工成如圖2所示的形狀通冷卻液孔(6)可選擇通透的6×14mm2的矩形框，通冷卻液孔(6)上邊條幅寬可選擇1mm，兩側(cè)邊寬分別可選擇2mm和2mm，通冷卻液孔(6)的下邊緣與固定孔(3)的中心距離可選擇4mm；固定孔(3)的中心離兩側(cè)邊緣可選擇9mm，絕緣體(5)加工好后清洗干凈，如圖2所示。
3)制備絕緣彈性材料(7)絕緣彈性材料(7)可選擇硅樹脂橡膠，其體積可選擇6×14×0.11mm3，在絕緣彈性材料(7)的中心制備透孔(8)，透孔(8)可選擇4×10mm2矩形框，絕緣彈性材料(7)加工好后清洗干凈，如圖3所示。
4)制備固體材料(10)固體材料(10)可選擇無氧銅，其體積可選擇17×18×6mm3，加工成如圖4所示的形狀槽(9)可選擇矩形槽，體積可選擇4×10×4mm3，槽(9)上邊腔體的寬度可選擇2mm，槽(9)兩側(cè)的腔體寬可選擇4mm。固定孔(3)的中心離槽(9)的下邊緣可選擇5mm。冷卻液進、出孔(11)的直徑可選擇3mm，其中心離固體材料(10)的上下表面的距離可分別選擇3mm，離就近一側(cè)面的距離可選擇5.5mm，冷卻液進、出孔(11)長度可選擇12mm，固體材料(10)加工好后清洗干凈，如圖4所示。
5)先將激光二極管陣列條(12)倒扣焊在扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)上，再將絕緣彈性塑料(7)放入通冷卻液孔(6)內(nèi)，然后將圖1、2、3的相應(yīng)位置固定在一起，形成一個激光二極管陣列單元；6)也可以利用雙面燒結(jié)技術(shù)，將激光二極管陣列條(12)的n面和p面分別燒焊在兩片熱導(dǎo)體(4)的兩個扣焊激光二極管陣列條區(qū)(1)的位置處；同時將絕緣彈性塑料(7)放入通冷卻液孔(6)中，并將它們固定在兩片熱導(dǎo)體(4)之間的相應(yīng)位置，形成三明治式結(jié)構(gòu)的激光二極管陣列單元；7)將多個5)或6)這樣結(jié)構(gòu)的單元同向排齊并在其兩端分別加上冷卻液導(dǎo)引板(10)，用固定桿(14)通過固定孔(3)擰緊固定，實現(xiàn)很好的水密封和電接觸，最后焊上正電極(13)和負電極(15)，形成完整的密封裝高效單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列，如圖5所示。
上述實施例僅為本發(fā)明的一種實施例，其它實施例可根據(jù)實際需要選擇。
權(quán)利要求
1.密封裝單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列的制備，其特征在于制備步驟是a、將熱導(dǎo)體表面拋光并清洗干凈并制備出通透的微通道和固定孔；b、將步驟a再一次拋光表面并清洗干凈，然后在熱導(dǎo)體本體上扣焊激光二極管陣列條區(qū)的正反兩面及相應(yīng)的側(cè)面分別鍍上多層導(dǎo)電金屬薄膜并金屬化，再對其正面或反面鍍上焊料；c、選取絕緣材料并拋光正反兩面，清洗干凈后分別制備通冷卻液孔和固定孔，使通冷卻液孔的面積略大于微通道所占的面積，選取絕緣材料的厚度與激光二極管陣列條的厚度一致；d、選取絕緣彈性塑料并清洗干凈并制備透孔其大小與微通道一致，絕緣彈性塑料的大小與通冷卻液孔一致，絕緣彈性塑料略厚于絕緣材料；e、選取固體材料并清洗干凈并在其上制備出不透的槽、固定孔、冷卻液進、出孔，槽與冷卻液進、出孔連通，槽的底部面積與微通道所占面積一致；f、先將激光二極管陣列條倒扣焊在扣焊激光二極管陣列條區(qū)上，再將絕緣彈性塑料放入通冷卻液孔內(nèi)，然后將圖1、2、3的相應(yīng)位置固定在一起，形成一個激光二極管陣列單元；g、也可以利用雙面燒結(jié)技術(shù)，將激光二極管陣列條的n面和p面分別燒焊在兩片熱導(dǎo)體的兩個扣焊激光二極管陣列條區(qū)的位置處；同時將絕緣彈性塑料放入通冷卻液孔中，并將它們固定在兩片熱導(dǎo)體之間的相應(yīng)位置，形成三明治式結(jié)構(gòu)的激光二極管陣列單元；h、將多個f或g這樣結(jié)構(gòu)的單元同向排齊并在其兩端分別加上冷卻液導(dǎo)引板，用固定桿通過固定孔擰緊固定，實現(xiàn)很好的水密封和電接觸，最后焊上正電極和負電極，制成完整的密封裝高效單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)中對密封裝多片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列制備方法的改進。微通道制備在扣焊二極管激光器陣列條的同一片熱導(dǎo)體上,由于微通道離二極管激光器陣列條所扣焊位置的距離很近,二極管激光器陣列條產(chǎn)生的熱量很快進入微通道里,冷卻液進入微通道后與微通道充分接觸,熱量通過受迫熱傳導(dǎo)被流經(jīng)微通道的冷卻液帶走,從而使微通道熱沉工作在亞熱容量飽和狀態(tài)。本發(fā)明制備工藝簡單實用,制作成本低,導(dǎo)熱效果好,光輸出功率密度大,可實現(xiàn)二極管激光器陣列的高密度封裝,提高其性能價格比。為高功率半導(dǎo)體激光器陣列提供性能穩(wěn)定可靠、易于散熱、低熱阻的密封裝單片式微通道熱沉冷卻激光二極管陣列的制備。
文檔編號H01S5/00GK1367557SQ0210913
公開日2002年9月4日 申請日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月1日
發(fā)明者廖新勝, 劉云, 王立軍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所