多芯片半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】一種多芯片半導(dǎo)體激光器，所述多芯片半導(dǎo)體激光器由主熱沉、多個(gè)過渡熱沉和多個(gè)芯片組成；芯片設(shè)置于過渡熱沉上，每個(gè)過渡熱沉上設(shè)置1個(gè)或多個(gè)芯片；由一個(gè)過渡熱沉和對(duì)應(yīng)的芯片組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)發(fā)光單元；所述主熱沉上的安裝面為一平面，主熱沉上還設(shè)置有一圓弧面，圓弧面與安裝面垂直；多個(gè)發(fā)光單元固定在安裝面上，且多個(gè)發(fā)光單元排列成圓弧形，多個(gè)發(fā)光單元所排列成的圓弧形與圓弧面同圓心。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：不需要透鏡就能對(duì)裝置的發(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)展，使裝置的體積和自重都得到降低，并且組裝工藝簡單，成本更低。
【專利說明】多芯片半導(dǎo)體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光照明裝置，尤其涉及一種多芯片半導(dǎo)體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然半導(dǎo)體激光照明早已投入實(shí)際應(yīng)用，但隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，工程界對(duì)半導(dǎo)體激光照明的要求也越來越高，這種高要求主要體現(xiàn)在:需要激光器在保證照明效果的同時(shí)還要具備較大的發(fā)散角，現(xiàn)有技術(shù)中，用于擴(kuò)展激光器發(fā)散角的主要手段是光學(xué)透鏡(或光學(xué)透鏡組)方式，其基本原理是通過光學(xué)透鏡改變芯片發(fā)出的光的光路，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展發(fā)散角的目的；所采用的光學(xué)透鏡一般又有常規(guī)尺寸透鏡和微透鏡兩種；
現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是:對(duì)于采用常規(guī)尺寸透鏡的方案而言，由于透鏡數(shù)量眾多，導(dǎo)致裝置的整體體積較大，而且重量和成本也隨之上升；對(duì)于采用微透鏡的方案而言，雖然對(duì)裝置的整體體積和重量影響不大，但微透鏡組的造價(jià)高昂，導(dǎo)致裝置的制作成本將大幅上漲；除了前述的各種缺陷外，采用光學(xué)透鏡方式還存在一個(gè)較為重要的缺陷，即抗震動(dòng)、沖擊能力很差，尤其是在野外使用或裝設(shè)在車輛上時(shí)，裝置的工作穩(wěn)定性較差，容易因震動(dòng)而損壞。
[0003]另外，除了前述的問題外，激光器的散熱問題也是影響激光器性能的重要因素，對(duì)于采用光學(xué)透鏡方式擴(kuò)展發(fā)散角的裝置而言，為了使激光器中的芯片的光路與光學(xué)透鏡系統(tǒng)配合以及兼顧裝置體積，只能將芯片以高密度的陣列方式設(shè)置在裝置內(nèi)，采用一般的被動(dòng)散熱裝置根本不能保證裝置長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，只能采用水冷等主動(dòng)冷卻系統(tǒng)，而主動(dòng)冷卻系統(tǒng)的空間占用較大，必然導(dǎo)致裝置體積增大(為了避免主動(dòng)冷卻系統(tǒng)的體積過于龐大，一般還要對(duì)單個(gè)芯片的功率進(jìn)行限制)，并且由于主動(dòng)冷卻系統(tǒng)部件眾多，間接地也使得裝置的抗震性能出現(xiàn)下降。
[0004]總體來看，采用光學(xué)透鏡方式來擴(kuò)展激光器的發(fā)散角，存在體積大、重量大、成本高、抗震動(dòng)能力弱、組裝工藝復(fù)雜等一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種多芯片半導(dǎo)體激光器，其結(jié)構(gòu)為:所述多芯片半導(dǎo)體激光器由主熱沉、多個(gè)過渡熱沉和多個(gè)芯片組成；芯片設(shè)置于過渡熱沉上，每個(gè)過渡熱沉上設(shè)置I個(gè)或多個(gè)芯片(其中，僅在每個(gè)過渡熱沉上設(shè)置一個(gè)芯片時(shí)，裝置的散熱效果最佳，每個(gè)過渡熱沉上設(shè)置多個(gè)芯片時(shí)，裝置的功率較大，但散熱性能會(huì)隨著芯片數(shù)量增加而下降，具體應(yīng)用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)要求具體選擇)；由一個(gè)過渡熱沉和對(duì)應(yīng)的芯片組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)發(fā)光單元；所述主熱沉上的安裝面為一平面，主熱沉上還設(shè)置有一圓弧面，圓弧面與安裝面垂直；多個(gè)發(fā)光單元固定在安裝面上，且多個(gè)發(fā)光單元排列成圓弧形，多個(gè)發(fā)光單元所排列成的圓弧形與圓弧面同圓心。
[0006]本發(fā)明的原理是:讓芯片以圓弧形方式排列，多個(gè)芯片在發(fā)出光的同時(shí)，自然可以獲得較大的發(fā)散角，避免了現(xiàn)有技術(shù)中因采用光學(xué)透鏡來擴(kuò)展發(fā)散角而帶來的一系列問題，具體來說，本發(fā)明是這樣發(fā)揮效果的:首先，主熱沉、多個(gè)過渡熱沉通過固定連接方式形成裝置的主體支承結(jié)構(gòu)，再加上沒有光學(xué)透鏡，裝置的抗震動(dòng)、沖擊能力得到了大幅提升，主熱沉和過渡熱沉既起散熱作用又起到了支承作用，大大提高了結(jié)構(gòu)的整合度；其次，由于芯片設(shè)置得較為分散，采用熱沉類被動(dòng)冷卻系統(tǒng)就能滿足裝置的散熱需求，單以芯片支承結(jié)構(gòu)比較，本發(fā)明由于芯片設(shè)置得較為分散(但這并不意味著裝置的功率會(huì)出現(xiàn)下降，正是因?yàn)檫@種較為分散的設(shè)置方式，使得裝置對(duì)散熱性能的要求相對(duì)較低，反而可以將芯片換用為功率更大的芯片，并且光學(xué)透鏡方式存在裝置內(nèi)光強(qiáng)衰減問題，而本發(fā)明則不存在裝置內(nèi)光強(qiáng)衰減)，體積和重量可能比現(xiàn)有的高密度陣列方式排列的芯片支承結(jié)構(gòu)為大，但從整個(gè)裝置的角度考慮，由于本發(fā)明中舍去了透鏡組和主動(dòng)冷卻系統(tǒng)，在降低裝置的制作成本和組裝工藝難度的基礎(chǔ)上，反而能夠獲得重量和體積都相對(duì)較小的激光器。
[0007]前述方案中，多個(gè)芯片都位于同一平面內(nèi)，僅能對(duì)發(fā)散角在一個(gè)方向上進(jìn)行擴(kuò)展，為了進(jìn)一步提高裝置的照射區(qū)域，本發(fā)明還可作如下優(yōu)選方案的應(yīng)用:由一個(gè)主熱沉和多個(gè)設(shè)置有芯片的過渡熱沉所組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器；兩個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器連接在一起形成雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器。采用前述改進(jìn)方案后，裝置的發(fā)散角在兩個(gè)方向上得到了擴(kuò)展，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還可將多個(gè)雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器進(jìn)行堆疊。
[0008]優(yōu)選地，所述芯片采用高功率的LD芯片。
[0009]與前文所述的單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器中的支承原理相同地，雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器中，兩個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器之間通過各自的主熱沉固定連接，兩個(gè)主熱沉上的安裝面呈一定夾角，兩個(gè)主熱沉作為雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器的內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述過渡熱沉采用氮化鋁或氧化銻材料制作；所述主熱沉采用高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬制作。
[0011]優(yōu)選地,多個(gè)發(fā)光單兀上的芯片發(fā)出的光的中心線焦于一點(diǎn)
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:不需要透鏡就能對(duì)裝置的發(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)展，使裝置的體積和自重都得到降低，并且組裝工藝簡單，成本更低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1、單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2、雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]一種多芯片半導(dǎo)體激光器，其結(jié)構(gòu)為:所述多芯片半導(dǎo)體激光器由主熱沉1、多個(gè)過渡熱沉2和多個(gè)芯片3組成；芯片3設(shè)置于過渡熱沉2上，每個(gè)過渡熱沉2上設(shè)置I個(gè)或多個(gè)芯片3 ；由一個(gè)過渡熱沉2和對(duì)應(yīng)的芯片3組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)發(fā)光單元；所述主熱沉I上的安裝面1-1為一平面，主熱沉I上還設(shè)置有一圓弧面1-2，圓弧面與安裝面1-1垂直；多個(gè)發(fā)光單元固定在安裝面1-1上，且多個(gè)發(fā)光單元排列成圓弧形，多個(gè)發(fā)光單元所排列成的圓弧形與圓弧面1-2同圓心。
[0014]進(jìn)一步地，由一個(gè)主熱沉I和多個(gè)設(shè)置有芯片3的過渡熱沉2所組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器；兩個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器連接在一起形成雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器。
[0015]進(jìn)一步地，所述芯片3采用高功率的LD芯片。
[0016]進(jìn)一步地，雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器中，兩個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器之間通過各自的主熱沉I固定連接，兩個(gè)主熱沉I上的安裝面1-1呈一定夾角，兩個(gè)主熱沉I作為雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器的內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)。
[0017]進(jìn)一步地，所述過渡熱沉2采用氮化鋁或氧化銻材料制作；所述主熱沉I采用高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬制作。芯片3與過渡熱沉2之間焊接固定，過渡熱沉2和主熱沉I之間可通過螺栓固定，主熱沉I和主熱沉I之間可通過焊接固定或直接將兩個(gè)主熱沉I制作為一體件。
[0018]進(jìn)一步地，多個(gè)發(fā)光單元上的芯片3發(fā)出的光的中心線焦于一點(diǎn)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明方案所制作出的樣機(jī)，體積為傳統(tǒng)技術(shù)的1/12375、重量約為傳統(tǒng)技術(shù)的1/10?1/11，成本約為傳統(tǒng)技術(shù)的1/6?1/7，抗震動(dòng)沖擊能力約為傳統(tǒng)技術(shù)的10倍。
【權(quán)利要求】
1.一種多芯片半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述多芯片半導(dǎo)體激光器由主熱沉(I)、多個(gè)過渡熱沉(2)和多個(gè)芯片(3)組成；芯片(3)設(shè)置于過渡熱沉(2)上，每個(gè)過渡熱沉(2)上設(shè)置I個(gè)或多個(gè)芯片(3);由一個(gè)過渡熱沉(2)和對(duì)應(yīng)的芯片(3)組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)發(fā)光單元；所述主熱沉(I)上的安裝面(1-1)為一平面，主熱沉(I)上還設(shè)置有一圓弧面(1-2)，圓弧面與安裝面(1-1)垂直；多個(gè)發(fā)光單元固定在安裝面(1-1)上，且多個(gè)發(fā)光單元排列成圓弧形，多個(gè)發(fā)光單元所排列成的圓弧形與圓弧面(1-2)同圓心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片半導(dǎo)體激光器，其特征在于:由一個(gè)主熱沉(I)和多個(gè)設(shè)置有芯片(3)的過渡熱沉(2)所組成的結(jié)構(gòu)體即形成一個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器；兩個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器連接在一起形成雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述芯片(3)采用高功率的LD芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多芯片半導(dǎo)體激光器，其特征在于:雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器中，兩個(gè)單向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器之間通過各自的主熱沉(I)固定連接，兩個(gè)主熱沉(I)上的安裝面(1-1)呈一定夾角度，兩個(gè)主熱沉(I)作為雙向發(fā)散角擴(kuò)展的激光器的內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述過渡熱沉(2)采用氮化鋁或氧化銻材料制作；所述主熱沉(I)采用高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多芯片半導(dǎo)體激光器，其特征在于:多個(gè)發(fā)光單元上的芯片(3)發(fā)出的光的中心線焦于一點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK103633560SQ201310628465
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】劉剛明, 郭洪, 歐翔, 孫迎波, 鐘正英 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所