一種多管串聯(lián)半導體激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種多管串聯(lián)半導體激光器，包括主熱沉、正極引線、負極引線、至少兩個激光器單元、螺孔和金絲焊線，主熱沉兩端分別設有一個螺孔，至少兩個激光器單元依次排列于兩個螺孔之間，激光器單元相互之間串聯(lián)設置；激光器單元包括：次熱沉、第一芯片和第二芯片。本實用新型的多管串聯(lián)半導體激光器中的每個激光器單元都有次熱沉，與主熱沉相配合，散熱面積大，散熱效果佳；本實用新型的多管串聯(lián)半導體激光器適合多芯片封裝，適用于大功率芯片封裝；本實用新型的多管串聯(lián)半導體激光器中的每個激光器單元含有兩個芯片，使用、維修方便。
【專利說明】一種多管串聯(lián)半導體激光器【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體激光器【技術領域】，具體涉及一種多管串聯(lián)半導體激光器?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著激光技術的發(fā)展，半導體激光器應用領域覆蓋了整個光電子學領域，成為當今光電子學科學的核心技術。半導體激光器以半導體材料為工作物質，通過激勵產生激光，激光工作物質一般包括砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)等,激勵方式一般有電注入式、光泵浦和高能電子束激勵。半導體激光器因其波長的擴展、高功率激光陣列的出現(xiàn)以及可兼容的光纖導光和激光能量參數(shù)微機控制的出現(xiàn)而迅速發(fā)展。半導體激光器的體積小、重量輕、成本低、波長可選擇，其應用遍布臨床、加工制造、軍事，其中尤以大功率半導體激光器方面取得的進展最為突出。
[0003]我國在大功率二極管激光器封裝技術的研究主要集中在激光器的工藝、可靠性和散熱方面，而對激光器封裝中熱沉結構的相關研究比較少，現(xiàn)有的大功率半導體激光器熱沉加工性，裝配性及適應性較差。隨著二極管激光器輸出功率的不斷增大，器件的熱管理問題日益加劇，嚴重影響到器件的壽命和可靠性，因此針對該方面的研究很有必要，尤其對研制大功率高可靠性二極管激光器而言。
[0004]隨著大功率激光二極管在工業(yè)加工、軍事等領域的強勁需求，要求器件在高平均功率狀態(tài)下運轉，熱功率密度也隨之增加，同時也增大了器件失效和退化率。對引起器件內部的熱阻變大、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突破口。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種多管串聯(lián)半導體激光器，解決現(xiàn)有技術中半導體激光器散熱不佳、不能滿足大功率激光器應用的技術問題。
[0006]本實用新型的技術方案包括:一種多管串聯(lián)半導體激光器，包括主熱沉、正極引線、負極引線、至少兩個激光器單元、螺孔和金絲焊線，其中，主熱沉兩端分別設有一個螺孔，至少兩個激光器單元依次排列于兩個螺孔之間，激光器單元相互之間串聯(lián)設置；
[0007]所述激光器單元包括:次熱沉、第一芯片和第二芯片，所述次熱沉下表面固接于所述主熱沉上表面，所述第一芯片和第二芯片焊接于所述次熱沉上表面，第一芯片和第二芯片串聯(lián)設置；
[0008]正極引線和負極引線分別位于所述主熱沉兩端，通過電路板焊接于所述主熱沉，正極引線經金絲焊線與第一個激光器單元的次熱沉電連接，負極引線經金絲焊線與最后一個激光器單元的次熱沉電連接，相鄰的激光器單元通過次熱沉之間經金絲焊線電連接進行串聯(lián)。[0009]優(yōu)選地，所述次熱沉的上表面具有三個相互分離、相互電絕緣的鍍金區(qū)，三個鍍金區(qū)分別鍍有金屬層，為第一鍍金層、第二鍍金層和第三鍍金層；所述第一芯片焊接于第二鍍金層上，所述第一芯片P面電極與第二鍍金層接觸；所述第二芯片焊接于第三鍍金層上，所述第二芯片P面電極與第三鍍金層接觸。
[0010]優(yōu)選地，所述主熱沉的材料為銅，所述次熱沉的材料為氮化鋁、鋁碳化硅或碳化硅。
[0011]優(yōu)選地，所述次熱沉的厚度為0.1-lmm。
[0012]優(yōu)選地，所述激光器單元的數(shù)量大于3。
[0013]優(yōu)選地，所述次熱沉的上表面具有三個相互分離、相互電絕緣的鍍金區(qū)，三個鍍金區(qū)分別鍍有金屬層，為第一鍍金層、第二鍍金層和第三鍍金層；所述第一芯片焊接于第二鍍金層上，所述第一芯片P面電極與第二鍍金層接觸；所述第二芯片焊接于第三鍍金層上，所述第二芯片P面電極與第三鍍金層接觸；工作時，電流由正極引線一第一個激光器單元次熱沉的第一鍍金層一第一個激光器單元第一芯片的P面一第一個激光器單元第一芯片的N面一第一個激光器單元次熱沉的第二鍍金層一第一個激光器單元第二芯片的P面一第一個激光器單元第二芯片的N面一第一個激光器單元次熱沉的第三鍍金層一第二個激光器單元次熱沉的第一鍍金層一第二個激光器單元第一芯片的P面一第二個激光器單元第一芯片的N面一第二個激光器單元次熱沉的第二鍍金層一第二個激光器單元第二芯片的P面—第二個激光器單元第二芯片的N面一第二個激光器單元次熱沉的第三鍍金層……一最后一個激光器單元次熱沉的第三鍍金層一負極引線。
[0014]優(yōu)選地，所述第一芯片和第二芯片通過AuSn或純銦構成的焊接材料分別焊接于
第二鍍金層和第三鍍金層。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果包括:本實用新型的多管串聯(lián)半導體激光器中的每個激光器單元都有次熱沉，與主熱沉相配合，散熱面積大，散熱效果佳；本實用新型的多管串聯(lián)半導體激光器適合多芯片封裝，適用于大功率芯片封裝；本實用新型的多管串聯(lián)半導體激光器中的每個激光器單元含有兩個芯片，使用、維修方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例1的多管串聯(lián)激光器的結構示意圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例1的激光器單元的結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例1的激光器單元中次熱沉的側視圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0020]本實用新型提供一 種多管串聯(lián)半導體激光器，包括:主熱沉、正極引線、負極引線、至少兩個激光器單元、螺孔和金絲焊線，其中，主熱沉兩端分別設有一個螺孔，至少兩個激光器單元依次排列于兩個螺孔之間，激光器單元相互之間串聯(lián)設置；
[0021]所述激光器單元包括:次熱沉、第一芯片和第二芯片，所述次熱沉下表面固接于所述主熱沉上表面，所述第一芯片和第二芯片焊接于所述次熱沉上表面，第一芯片和第二芯片串聯(lián)設置；[0022]正極引線和負極引線分別位于所述主熱沉兩端，通過電路板焊接于所述主熱沉，正極引線經金絲焊線與第一個激光器單元的次熱沉電連接，負極引線經金絲焊線與最后一個激光器單元的次熱沉電連接，相鄰的激光器單元通過次熱沉之間經金絲焊線電連接進行串聯(lián)。
[0023]具體地，上述多管串聯(lián)半導體激光器中的每個激光器單元都有次熱沉，與主熱沉相配合，散熱面積大，散熱效果佳；上述多管串聯(lián)半導體激光器適合多芯片封裝，適用于大功率芯片封裝；上述多管串聯(lián)半導體激光器中的每個激光器單元含有兩個芯片，使用、維修方便。
[0024]實施例1:
[0025]本實用新型實施例1提供了一種多管串聯(lián)半導體激光器，如圖1至圖3所示，該激光器包括主熱沉6、正極引線41、負極引線42、激光器單元1、激光器單元2、激光器單元3、螺孔51、螺孔52和金絲焊線7，其中，螺孔51和螺孔52分別設于主熱沉6兩端，激光器單元1，激光器單元2，激光器單元3依次排列于螺孔51和螺孔52之間。
[0026]激光器單元1、2、3的結構相同，在此以激光器單元I為例進行介紹，激光器單元I包括:次熱沉11、第一芯片12和第二芯片13,次熱沉11下表面固接于主熱沉6上表面,第一芯片12和第二芯片13焊接于次熱沉11上表面，第一芯片12和第二芯片13串聯(lián)設置；正極引線41和負極引線42分別位于主熱沉6兩端，通過電路板8焊接于主熱沉6，正極引線41經金絲焊線7與激光器單元I的次熱沉11電連接，負極引線42經金絲焊線7與激光器單元3的次熱沉電連接，次熱沉11的上表面具有三個相互分離、相互電絕緣的鍍金區(qū)，三個鍍金區(qū)分別鍍有金屬層，為第一鍍金層11a、第二鍍金層Ilb和第三鍍金層Ilc ;第一芯片
12焊接于第二鍍金層Ilb上，第一芯片12的P面電極與第二鍍金層Ilb接觸；第二芯片13焊接于第三鍍金層Ilc上，第二芯片13的P面電極與第三鍍金層Ilc接觸。第一芯片12和第二芯片13通過AuSn或純銦構成的焊接材料9分別焊接于第二鍍金層Ilb和第三鍍金層 11c。
[0027]主熱沉6的材料為銅，次熱沉11的材料為氮化鋁、鋁碳化硅或碳化硅，次熱沉11的厚度為0.1-1_，次熱沉11的材料為具有高導熱率(170~200W/mK)和可調的熱膨脹系數(shù)(6.5~9.5X10-6/K),因此，一方面AlSiC的熱膨脹系數(shù)與半導體芯片和陶瓷基片實現(xiàn)良好的匹配，能夠防止疲勞失效的產生，甚至可以將功率芯片直接安裝到AlSiC基板上；另一方面AlSiC的熱導率是可伐合金的十倍，芯片產生的熱量可以及時散發(fā)，增強半導體激光器的可靠性和穩(wěn)定性。
[0028]本實施例的激光器在工作時，電流的流向如下:正極引線41 —激光器單元I次熱沉11的第一鍍金層Ila —激光器單兀I第一芯片12的P面一激光器單兀I第一芯片12的N面一激光器單元I次熱沉11的第二鍍金層Ilb —激光器單元I第二芯片13的P面一激光器單元I第二芯片13的N面一激光器單元I次熱沉11的第三鍍金層Ilc —激光器單元2次熱沉的第一鍍金層 一激光器單元2第一芯片的P面一激光器單元第一芯片的N面一激光器單元2次熱沉的第二鍍金層一激光器單元2第二芯片的P面一激光器單元2第二芯片的N面一激光器單元2次熱沉的第三鍍金層……一激光器單元3次熱沉的第三鍍金層一負極引線42。
[0029]以上所述本實用新型的【具體實施方式】，并不構成對本實用新型保護范圍的限定。任何根據本實用新型的技術構思所做出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種多管串聯(lián)半導體激光器，包括主熱沉、正極引線、負極引線、至少兩個激光器單元、螺孔和金絲焊線，其特征在于，主熱沉兩端分別設有一個螺孔，至少兩個激光器單元依次排列于兩個螺孔之間，激光器單元相互之間串聯(lián)設置； 所述激光器單元包括:次熱沉、第一芯片和第二芯片，所述次熱沉下表面固接于所述主熱沉上表面，所述第一芯片和第二芯片焊接于所述次熱沉上表面，第一芯片和第二芯片串聯(lián)設置； 正極引線和負極引線分別位于所述主熱沉兩端，通過電路板焊接于所述主熱沉，正極引線經金絲焊線與第一個激光器單元的次熱沉電連接，負極引線經金絲焊線與最后一個激光器單元的次熱沉電連接，相鄰的激光器單元通過次熱沉之間經金絲焊線電連接進行串聯(lián)。
2.根據權利要求1所述的多管串聯(lián)半導體激光器，其特征在于，所述次熱沉的上表面具有三個相互分離、相互電絕緣的鍍金區(qū)，三個鍍金區(qū)分別鍍有金屬層，為第一鍍金層、第二鍍金層和第三鍍金層；所述第一芯片焊接于第二鍍金層上，所述第一芯片P面電極與第二鍍金層接觸；所述第二芯片焊接于第三鍍金層上，所述第二芯片P面電極與第三鍍金層接觸。
3.根據權利要求1所述的多管串聯(lián)半導體激光器，其特征在于，所述主熱沉的材料為銅，所述次熱沉的材料為氮化鋁、鋁碳化硅或碳化硅。
4.根據權利要求1所述的多管串聯(lián)半導體激光器，其特征在于，所述次熱沉的厚度為0.1 -1mnin
5.根據權利要求2所述的多管串聯(lián)半導體激光器，其特征在于，所述激光器單元的數(shù)量大于3。
6.根據權利要求5所述的多管串聯(lián)半導體激光器，其特征在于，所述次熱沉的上表面具有三個相互分離、相互電絕緣的鍍金區(qū)，三個鍍金區(qū)分別鍍有金屬層，為第一鍍金層、第二鍍金層和第三鍍金層；所述第一芯片焊接于第二鍍金層上，所述第一芯片P面電極與第二鍍金層接觸；所述第二芯片焊接于第三鍍金層上，所述第二芯片P面電極與第三鍍金層接觸；工作時，電流由正極引線一第一個激光器單元次熱沉的第一鍍金層一第一個激光器單元第一芯片的P面一第一個激光器單元第一芯片的N面一第一個激光器單元次熱沉的第二鍍金層一第一個激光器單元第二芯片的P面一第一個激光器單元第二芯片的N面一第一個激光器單元次熱沉的第三鍍金層一第二個激光器單元次熱沉的第一鍍金層一第二個激光器單元第一芯片的P面一第二個激光器單元第一芯片的N面一第二個激光器單元次熱沉的第二鍍金層一第二個激光器單元第二芯片的P面一第二個激光器單元第二芯片的N面一第二個激光器單元次熱沉的第三鍍金層……一最后一個激光器單元次熱沉的第三鍍金層—負極引線。
7.根據權利要求2所述的多管串聯(lián)半導體激光器，其特征在于，所述第一芯片和第二芯片通過AuSn或純銦構成的焊接材料分別焊接于第二鍍金層和第三鍍金層。
【文檔編號】H01S5/024GK203734133SQ201420012626
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權日:2014年1月9日
【發(fā)明者】楊林 申請人:武漢洛芙科技股份有限公司