專利名稱：一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體激光器件封裝技術領域。
背景技術：
大功率，超大功率固體激光系統(tǒng)為國家技術發(fā)展戰(zhàn)略方向之一，近年來國家不 斷加大投入力度，十二五期間，國家科學技術部明確提出要制作出3-5千瓦級的大功率 固體激光器。這類激光器需要高質量和穩(wěn)定性能的半導體激光泵浦模塊，目前這類模塊 大都依賴進口。市場上側面泵浦用大功率半導體激光器打都采用1厘米巴條封裝，這種封裝所 造成的光束發(fā)散角較大，若要提高晶體泵浦效率，必須將泵浦模塊發(fā)光面移至距離晶體 棒很緊的地方，或者由光導引至晶體棒表面。如果將光束發(fā)散角降低至10度以下，在相 同的光功率密度條件下所允許的發(fā)光表面到晶體表面的間距可以明顯拉大。因此如果有 需要，可以在泵浦腔體中增加泵浦模塊的數(shù)量，提高泵浦源整體能量。從電連接方式來 看，由于1厘米巴條由多個激光單體并聯(lián)而成，所以工作電流較高。以市場上常見的產(chǎn) 品為例，其典型工作電流為25安培。用同樣發(fā)光體設計，采用單管器件串聯(lián)方式可將工 作電流將至僅幾個安培。多管串聯(lián)半導體激光芯片封裝是近年來出現(xiàn)的新型半導體激光 器封裝技術，毋庸置疑，這種技術是實現(xiàn)大幅度降低激光器工作電流的有效方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種基于半導體激光器件單體的多管串聯(lián)連接方式的半導 體激光器封裝設計理念。不同于巴條中激光束快軸垂直于水平方向，所封裝的激光器所 發(fā)出的光束慢軸與水平方向相垂直，這樣使得激光器所發(fā)出光束的發(fā)散角由傳統(tǒng)的40度 降低到大約小于10度。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體激光器件單體 組成的激光器陣列、表面金屬化的陶瓷散熱片和熱沉組成，激光器陣列中的半導體激光 器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片表面的金屬化結構實現(xiàn)串聯(lián)連接和 傳熱接觸，陶瓷散熱片的底部焊接在熱沉上表面，激光器件工作室所產(chǎn)生的熱量通過激 光器陣列、陶瓷散熱片和熱沉散發(fā)到外接熱交換系統(tǒng)。所述陣列由多個半導體激光器件 單體組成，所述半導體激光器件單體焊接在一陶瓷散熱片上。所述半導體激光器件單體，由激光芯片和帶有正極、負極的基片焊接在一起， 正負極之間用一電絕緣體分開，焊接后的芯片負極用金屬導線與基片的負極相連接構成
一完整激光二極管回路。所述的陶瓷散熱片的上表面部分金屬化，基片的正負極分別焊接在每一組焊盤上面，焊接后的激光器陣列通過陶瓷散熱片上的金屬化區(qū)域實現(xiàn)相互串聯(lián)。串聯(lián)后的激 光器陣列的正負極與陶瓷散熱片上的電極焊盤形成自然電連接，構成每個單管激光器的串聯(lián)回路。陶瓷散熱片的下表面完全金屬化，該金屬化表面為陶瓷散熱片與熱沉焊接所用。所述熱沉是上述激光器陣列和陶瓷散熱片的散熱載體。該載體為一表面鍍金的 立方體，其上表面與陶瓷散熱片下表面焊接在一起，激光器在工作時所產(chǎn)生的熱量通過 此熱沉交換到外部熱交換系統(tǒng)中，以保證激光器工作狀態(tài)下不至被過高溫度燒損。本發(fā)明公開的一種用于固體激光器泵浦用半導體激光器激光模塊的封裝結構。 這種結構基于所封裝后的泵浦模塊所輸出的光束的慢軸與被其所泵浦的晶體軸線平行， 使光束陣列的發(fā)散角從快軸限制轉為慢軸限制，即發(fā)散角從808nm器件的典型的40度降 低到小于10度。該結構的另一特征為，相對于現(xiàn)在市場上的巴條封裝產(chǎn)品，本設計的模 塊將由多個單管激光器串聯(lián)而成，因此工作電流將大大降低，對泵浦系統(tǒng)的供電和線路 電流承受能力要求大大降低，方便客戶使用。


下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明實施例所述的一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構的整體結 構圖；圖2是本發(fā)明實施例所述的一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構的爆炸 圖；圖3是本發(fā)明實施例所述半導體激光器件單體結構圖；圖4是本發(fā)明實施例所述表面金屬化的陶瓷散熱片結構圖；圖5是熱沉結構圖。
具體實施例方式如圖1-5所示，一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導 體激光器件單體組成的激光器陣列1、表面金屬化的陶瓷散熱片2和熱沉3組成，激光器 陣列1中的半導體激光器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片2表面的金屬 化結構實現(xiàn)串聯(lián)連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片2的底部焊接在熱沉上表面，激光器件工 作室所產(chǎn)生的熱量通過激光器陣列1、陶瓷散熱片2和熱沉3散發(fā)到外接熱交換系統(tǒng)。所述半導體激光器件單體，由激光芯片1.1和帶有正極1.2、負極1.3的基片焊接 在一起，正負極之間用一電絕緣體1.4分開，焊接后的芯片負極用金屬導線1.5與基片的 負極1.3相連接構成一完整激光二極管回路。所述激光器陣列1由多個半導體激光器件單體組成，所述半導體激光器件單體 按照直線型等距排列后焊接在一陶瓷散熱片2上。所述的陶瓷散熱片2的上表面部分金屬化，基片的正負極分別焊接在每一組焊 盤2.1、2.2上面，焊接后的激光器陣列1通過陶瓷散熱片2上的金屬化區(qū)域實現(xiàn)相互串 聯(lián)。串聯(lián)后的激光器陣列1的正負極與陶瓷散熱片2上的電極焊盤2.4、2.3形成自然電 連接，構成每個單管激光器的串聯(lián)回路。陶瓷散熱片的下表面完全金屬化，該金屬化表 面為陶瓷散熱片2與熱沉3焊接所用。所述熱沉3是上述激光器陣列1和陶瓷散熱片2的散熱載體。該載體為一表面鍍金的立方體，其上表面3.1與陶瓷散熱片下表面焊接在一起，激光器在工作時所產(chǎn)生的 熱量通過此熱沉交換到外部熱交換系統(tǒng)中，以保證激光器工作狀態(tài)下不至被過高溫度燒損。
權利要求
1.一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體激光器件單體組 成的激光器陣列⑴、表面金屬化的陶瓷散熱片⑵和熱沉⑶組成，激光器陣列⑴中 的半導體激光器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片(2)表面的金屬化結 構實現(xiàn)串聯(lián)連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片(2)的底部焊接在熱沉上表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于，其 中所包含的半導體激光器件單體，所述半導體激光器件單體，由激光芯片(1.1)和帶有正 極(1.2)、負極(1.3)的基片焊接在一起，正負極之間用一電絕緣體(1.4)分開，焊接后的 芯片負極用金屬導線(1.5)與基片的負極(1.3)相連接構成一完整激光二極管回路。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于，所 述激光器陣列(1)由多個半導體激光器件單體組成，所述半導體激光器件單體按照直線 型等距排列后焊接在一陶瓷散熱片(2)上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于， 所述的陶瓷散熱片(2)的上表面部分金屬化，基片的正負極分別焊接在每一組焊盤(2.1、 2.2)上面，焊接后的激光器陣列(1)通過陶瓷散熱片(2)上的金屬化區(qū)域實現(xiàn)相互串聯(lián)； 串聯(lián)后的激光器陣列(1)的正負極與陶瓷散熱片(2)上的電極焊盤(2.4、2.3)形成自然電 連接，構成每個單管激光器的串聯(lián)回路；陶瓷散熱片(2)的下表面完全金屬化，該金屬 化表面為陶瓷散熱片(2)與熱沉(3)焊接所用。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于，所 述熱沉(3)是上述激光器陣列(1)和陶瓷散熱片(2)的散熱載體，該載體為一表面鍍金的 立方體，其上表面(3.1)與陶瓷散熱片(2)下表面焊接在一起。
全文摘要
一種小發(fā)散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體激光單體組成的激光器陣列、表面金屬化的陶瓷散熱片和熱沉組成，激光器陣列中的半導體激光器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片表面的金屬化結構實現(xiàn)串聯(lián)連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片的底部焊接在熱沉上表面。本發(fā)明基于所封裝后的泵浦模塊所輸出的光束的慢軸與被其所泵浦的晶體軸線平行，使光束陣列的發(fā)散角從快軸限制轉為慢軸限制，即發(fā)散角從808nm器件的典型的40度降低到小于10度。相對于現(xiàn)在市場上的巴條封裝產(chǎn)品，本設計的模塊將由多個單管激光器串聯(lián)而成，因此工作電流將大大降低，對泵浦系統(tǒng)的供電和線路電流承受能力要求大大降低，方便客戶使用。
文檔編號H01S5/024GK102025111SQ20101055087
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者張軍, 李大明, 潘華東 申請人:無錫亮源激光技術有限公司