本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器，具體為機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣的封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的高功率半導(dǎo)體激光器疊陣的封裝結(jié)構(gòu)（如圖1所示）為多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片和多個(gè)散熱導(dǎo)電襯底鍵合為一個(gè)巴條組后，整體鍵合在絕緣襯底上，然后再將該模組鍵合在熱沉上；或者激光芯片鍵合到導(dǎo)電襯底形成一個(gè)發(fā)光單元，多個(gè)發(fā)光單元再依次鍵合到絕緣襯底及熱沉上。上述封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器疊陣結(jié)構(gòu)中，激光芯片、導(dǎo)電襯底、絕緣襯底與熱沉之間均采用相互鍵合的工藝，一個(gè)芯片燒壞，整個(gè)疊陣均會失效；并且該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器后期維護(hù)復(fù)雜，在長期使用中單個(gè)芯片的故障難以單獨(dú)維修和更換，進(jìn)而影響整個(gè)半導(dǎo)體激光器的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣，包括激光芯片模塊，安裝部件以及基礎(chǔ)熱沉；所述激光芯片模塊包括多組激光芯片以及相對應(yīng)的導(dǎo)電襯底，激光芯片模塊的兩端分別作為正極和負(fù)極；所述激光芯片模塊通過絕緣結(jié)構(gòu)安裝于基礎(chǔ)熱沉上；所述安裝部件為分別設(shè)置在激光芯片模塊兩端的2個(gè)安裝塊，以及設(shè)置于安裝塊與激光芯片模塊之間的連接部件，連接部件作用于安裝塊和激光芯片模塊之間的壓力使得激光芯片模塊內(nèi)部以及與安裝塊之間相互壓緊連接。

所述連接部件為楔形結(jié)構(gòu)，或者圓柱體，或者彈片，彈片優(yōu)選記憶合金或者雙金屬片。

所述安裝部件中至少有一個(gè)安裝塊朝向激光芯片模塊的方向?yàn)樾泵?，連接部件與前述安裝塊的斜面匹配，使得連接部件在受到向下的壓力時(shí)，激光芯片模塊內(nèi)部以及與安裝塊之間相互壓緊連接。

所述安裝塊上開有與楔形結(jié)構(gòu)匹配的v型槽，楔形結(jié)構(gòu)楔入槽中使得v型結(jié)構(gòu)發(fā)生形變并向激光芯片模塊施加壓力使其壓緊連接。

所述安裝部件中安裝塊和連接部件之間，和/或安裝塊與激光芯片模塊之間通過膠粘接。

所述激光芯片模塊具體可以為多組芯片單元依次連接構(gòu)成（芯片單元包括導(dǎo)電襯底和與導(dǎo)電襯底鍵合的激光芯片），因此上述激光芯片模塊內(nèi)部相互壓緊的力具體表現(xiàn)為相鄰芯片單元之間的壓緊連接；激光芯片模塊還可以為多組導(dǎo)電襯底與激光芯片之間的非鍵合連接，導(dǎo)電襯底和激光芯片之間依靠本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的機(jī)械壓力進(jìn)行緊密連接。

所述的芯片單元中鍵合有激光芯片的導(dǎo)電襯底之間設(shè)置有絕緣緩沖塊，使得激光芯片僅與其鍵合的導(dǎo)電襯底接觸。所述激光芯片的負(fù)極通過電連接片與相鄰的導(dǎo)電襯底實(shí)現(xiàn)電連接。所述的絕緣緩沖塊具體為氮化鋁陶瓷，或者氧化鈹陶瓷。

所述的安裝部件的安裝塊直接安裝固定于基礎(chǔ)熱沉上，進(jìn)一步的，基礎(chǔ)熱沉與安裝部件中的安裝塊為一體結(jié)構(gòu)；或者安裝塊通過絕緣結(jié)構(gòu)安裝于基礎(chǔ)熱沉上。

所述激光芯片模塊的位于正極端和負(fù)極端的導(dǎo)電襯底底部設(shè)置有金屬層，該金屬層延伸至基礎(chǔ)熱沉的未利用區(qū)域，作為引出正電極和引出負(fù)電極，且金屬層與基礎(chǔ)熱沉直接設(shè)置有絕緣結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）激光芯片模塊中的各芯片單元可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立測試、篩選、老化，提高了產(chǎn)品組裝后的合格率；相鄰芯片單元通過機(jī)械方式連接，在使用中以及后期維護(hù)中可以對單個(gè)芯片單元進(jìn)行拆裝替換，可組裝成任意長度的半導(dǎo)體激光器，具有更高的靈活性。

2）本發(fā)明采用機(jī)械壓力實(shí)現(xiàn)芯片單元之間的連接，不需要進(jìn)行鍵合，在使用以及后期維護(hù)中可以對單個(gè)芯片單元進(jìn)行無損拆裝替換。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的封裝形式。

圖2-圖4為分別采用楔形結(jié)構(gòu)、彈片、圓柱體三種不同連接部件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為采用楔形結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。

圖6為采用楔形結(jié)構(gòu)的實(shí)施例二。

圖7為圖6實(shí)施例的可選替代方案。

圖8為圖7的俯視示意圖。

圖9為本發(fā)明電連接方案的可選替代方案。

圖10本發(fā)明的一種芯片單元結(jié)構(gòu)。

圖11為采用了圖10芯片單元的半導(dǎo)體激光器疊陣實(shí)施例。

圖12-1為常溫下的雙金屬片結(jié)構(gòu)，圖12-2為高溫下的雙金屬片結(jié)構(gòu)。

附圖標(biāo)號說明：1-激光芯片，2-導(dǎo)電襯底，3-基礎(chǔ)熱沉，4-絕緣結(jié)構(gòu)，5-斜面安裝塊，6-安裝塊，7-連接部件，8-絕緣緩沖塊，9-電連接片，10-金屬層，11-雙金屬片的主動(dòng)層，12-雙金屬片的被動(dòng)層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖2-圖4為分別采用楔形結(jié)構(gòu)、彈片、圓柱體三種不同連接部件的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣，包括激光芯片模塊，安裝部件以及基礎(chǔ)熱沉3。所述激光芯片模塊包括多組激光芯片1和相對應(yīng)的導(dǎo)電襯底2，所述激光芯片模塊具體可以為多組芯片單元依次連接構(gòu)成，1組芯片單元具體為導(dǎo)電襯底2和與導(dǎo)電襯底鍵合的激光芯片1，激光芯片模塊還可以為多組導(dǎo)電襯底2與激光芯片1之間的非鍵合連接（比如通過壓力連接）。此外，芯片單元之間可以增加導(dǎo)電襯底2，或者1個(gè)激光芯片對應(yīng)多個(gè)導(dǎo)電襯底2。所述導(dǎo)電襯底2材料為與激光芯片1熱膨脹系數(shù)匹配的導(dǎo)電材料，具體可選用銅鎢。激光芯片模塊的兩端分別作為正極和負(fù)極，可以理解為位于激光芯片模塊兩端的2個(gè)導(dǎo)電襯底分別作為激光芯片模塊的正極和負(fù)極，所述激光芯片模塊通過絕緣結(jié)構(gòu)4安裝于基礎(chǔ)熱沉上，使得激光芯片1與基礎(chǔ)熱沉3絕緣。

所述安裝部件為分別設(shè)置在激光芯片模塊兩端的2個(gè)安裝塊6，以及設(shè)置于安裝塊6與激光芯片模塊之間的連接部件7，連接部件7作用于安裝塊和激光芯片模塊之間的壓力使得激光芯片模塊內(nèi)部以及與安裝塊之間相互壓緊連接。

如圖2所示，連接部件7為楔形結(jié)構(gòu)，將楔形結(jié)構(gòu)按照圖2中箭頭方向插入安裝塊6與激光芯片模塊（具體為激光芯片模塊兩端的導(dǎo)電襯底）之間，使得激光芯片模塊內(nèi)部以及與安裝塊之間受到壓力而相互壓緊連接。其中，楔形結(jié)構(gòu)7優(yōu)選硬度較高的金屬，安裝塊6優(yōu)選相對楔形結(jié)構(gòu)7硬度低的金屬材料，使得楔形結(jié)構(gòu)7楔入安裝塊與激光芯片模塊之間的縫隙時(shí)，安裝塊6產(chǎn)生形變并對激光芯片模塊施加壓力。例如:安裝塊6可以為銅，而楔形結(jié)構(gòu)7為硬度較高的鋼。

如圖3所示，連接部件7為彈片，將彈片安裝入安裝塊6與激光芯片模塊（具體為激光芯片模塊兩端的導(dǎo)電襯底2）之間，使得激光芯片模塊內(nèi)部以及與安裝塊之間受到彈片的壓力（具體表現(xiàn)為彈片的彈力）而相互壓緊連接。所述彈片的可選結(jié)構(gòu)有多種，比如u型彈片、弓形彈片、曲線形彈片等。

進(jìn)一步的，彈片可以選用記憶合金（shapememoryalloy），常溫狀態(tài)下彈片呈彎曲狀態(tài)對激光芯片模塊施加壓力使其壓緊連接，加熱后彈片恢復(fù)形變后呈平緩結(jié)構(gòu)，便于拆裝；此外，彈片也可也以為雙金屬片，具體為由主動(dòng)層和被動(dòng)層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，主動(dòng)層的熱膨脹系數(shù)高于被動(dòng)層，常溫時(shí)雙金屬片如圖12-1所示結(jié)構(gòu)，為彎曲結(jié)構(gòu)，可以對激光芯片模塊施加壓力使其壓緊連接，加熱后如圖12-2所示高溫狀態(tài)下的雙金屬片，由于主動(dòng)層的受熱形變高于被動(dòng)層，使其結(jié)構(gòu)趨向于平緩結(jié)構(gòu)，便于拆裝。

如圖4所示，連接部件7為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體連接部件在承受圖示箭頭中向下的力時(shí)，將壓力傳遞給激光芯片模塊，并使得激光芯片模塊內(nèi)部以及與安裝塊之間相互壓緊連接。

進(jìn)一步的，以下提供幾種安裝部件結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，使得激光芯片模塊受力均勻，連接穩(wěn)固。

如圖5的實(shí)施例所示，所述安裝塊6上開有與楔形結(jié)構(gòu)7匹配的v型槽，楔形結(jié)構(gòu)7楔入槽中使得v型結(jié)構(gòu)發(fā)生形變并向激光芯片模塊施加壓力使其壓緊連接。楔形結(jié)構(gòu)7優(yōu)選硬度較高的金屬（比如鋼），安裝塊6優(yōu)選相對楔形結(jié)構(gòu)7硬度低的金屬材料（比如銅）。

所述安裝部件中至少有一個(gè)安裝塊朝向激光芯片模塊的方向?yàn)樾泵妫ㄒ韵路Q斜面安裝塊5），另一塊安裝塊貼緊激光芯片模塊的一端作為激光芯片模塊的固定端。如圖6的實(shí)施例所示，楔形結(jié)構(gòu)連接部件7設(shè)置于斜面安裝塊5與激光芯片模塊之間，連接部件7與斜面安裝塊5的斜面匹配，使得連接部件7在受到向下的壓力時(shí)（圖6中箭頭所標(biāo)示的方向?yàn)閴毫Ψ较颍?，激光芯片模塊與2個(gè)安裝塊相互壓緊，以及激光芯片模塊內(nèi)的芯片單元之間緊密連接。

此時(shí)，與斜面安裝塊連接的連接部件7有多種可選的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選楔形結(jié)構(gòu)和圓柱體結(jié)構(gòu)（如圖4）。

進(jìn)一步的，如圖7所示，安裝部件中的安裝塊也可以為2個(gè)斜面安裝塊5，分別設(shè)置在激光芯片模塊兩端，并由2個(gè)對應(yīng)的連接部件7同時(shí)施加向下的壓力，使得激光芯片模塊內(nèi)的芯片單元之間緊密連接。

為了使本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器疊陣具有更好的可靠性，所述安裝部件中安裝塊和連接部件之間，和/或安裝塊與激光芯片模塊之間通過膠粘接。圖6中，楔形結(jié)構(gòu)7與斜面安裝塊5可以通過uv膠粘接，并且楔形結(jié)構(gòu)7須采用可透過uv光的材料，具體為透明玻璃或者透明塑料，比如k9玻璃等。在需要的情況下，直面安裝塊與激光芯片模塊之間也可以使用uv膠粘接。在需要拆卸半導(dǎo)體激光器疊陣的情況，僅需對疊陣做相應(yīng)的溫度處理（低于-60℃或者高于150℃），可分解uv膠，實(shí)現(xiàn)激光芯片模塊的無損拆裝。

所述的安裝部件的安裝塊可以直接安裝固定于基礎(chǔ)熱沉上，進(jìn)一步的，安裝塊可與基礎(chǔ)熱沉為一體結(jié)構(gòu)（如圖7所示），此時(shí)，激光芯片模塊與基礎(chǔ)熱沉、安裝塊之間通過絕緣結(jié)構(gòu)4絕緣；或者安裝塊通過絕緣結(jié)構(gòu)安裝于基礎(chǔ)熱沉上。

圖8為圖7方案的俯視示意圖，所述激光芯片模塊的位于正極端和負(fù)極端的導(dǎo)電襯底2底部設(shè)置有金屬層10，該金屬層10延伸至基礎(chǔ)熱沉的未利用區(qū)域，作為引出正電極和引出負(fù)電極，且金屬層10與基礎(chǔ)熱沉3之間設(shè)置有絕緣結(jié)構(gòu)4。

所述金屬層10鋪設(shè)的方法較多，可根據(jù)基礎(chǔ)熱沉的尺寸進(jìn)行利用，因此圖8并不是唯一的電極引出方式，如圖9所示，引出正電極和引出負(fù)電極也可以設(shè)置在安裝塊的外側(cè)（激光芯片模塊的兩端）。

圖10和圖11對應(yīng)本發(fā)明的一種芯片單元結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的疊陣，對本發(fā)明機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣做了進(jìn)一步優(yōu)化。激光芯片模塊中芯片單元還包括絕緣緩沖塊8，設(shè)置于鍵合有激光芯片的導(dǎo)電襯底2之間，使得激光芯片1僅與其鍵合的導(dǎo)電襯底2接觸，激光芯片的負(fù)極通過電連接片9與相鄰的導(dǎo)電襯底實(shí)現(xiàn)電連接。芯片單元的導(dǎo)電襯底背面（未鍵合激光芯片的面）附有金屬層，用于與相鄰芯片單元的電連接片相連。

所述絕緣緩沖塊優(yōu)選陶瓷或者塑料或者銅金剛石，具體可以為氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷等。

如圖11所示，通過安裝部件將激光芯片模塊的芯片單元壓緊后，相鄰芯片單元中的激光芯片未直接與相鄰芯片單元接觸，而是通過絕緣緩沖塊8緊密連接，緩解了激光芯片所承受的壓力，避免了激光芯片在封裝過程中導(dǎo)致的失效等問題，提高了產(chǎn)品的可靠性。