一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構的製作方法

2023-06-10 08:28:16

專利名稱：一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體雷射器件封裝技術領域。
背景技術：
大功率，超大功率固體雷射系統為國家技術發展戰略方向之一，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製作出3-5千瓦級的大功率固體 雷射器。這類雷射器需要高質量和穩定性能的半導體雷射泵浦模塊，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雷射器打都採用1釐米巴條封裝，這種封裝所造 成的光束髮散角較大，若要提高晶體泵浦效率，必須將泵浦模塊發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。如果將光束髮散角降低至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量，提高泵浦源整體能量。從電連接方式來看，由於1釐 米巴條由多個雷射單體並聯而成，所以工作電流較高。以市場上常見的產品為例，其典型工 作電流為25安培。用同樣發光體設計，採用單管器件串聯方式可將工作電流將至僅幾個安 培。多管串聯半導體雷射晶片封裝是近年來出現的新型半導體雷射器封裝技術，毋庸置疑， 這種技術是實現大幅度降低雷射器工作電流的有效方法。

實用新型內容本實用新型的目的是提出一種基於半導體雷射器件單體的多管串聯連接方式的 半導體雷射器封裝設計理念。不同於巴條中雷射束快軸垂直於水平方向，所封裝的雷射器 所發出的光束慢軸與水平方向相垂直，這樣使得雷射器所發出光束的發散角由傳統的40 度降低到大約小於10度。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體雷射器件單體組 成的雷射器陣列、表面金屬化的陶瓷散熱片和熱沉組成，雷射器陣列中的半導體雷射器件 單體都焊接在陶瓷散熱片上，並通過陶瓷散熱片表面的金屬化結構實現串聯連接和傳熱接 觸，陶瓷散熱片的底部焊接在熱沉上表面，雷射器件工作室所產生的熱量通過雷射器陣列、 陶瓷散熱片和熱沉散發到外接熱交換系統。所述陣列由多個半導體雷射器件單體組成，所 述半導體雷射器件單體焊接在一陶瓷散熱片上。所述半導體雷射器件單體，由雷射晶片和帶有正極、負極的基片焊接在一起，正負 極之間用一電絕緣體分開，焊接後的晶片負極用金屬導線與基片的負極相連接構成一完整 雷射二極體迴路。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，焊接後的雷射器陣列通過陶瓷散熱片上的金屬化區域實現相互串聯。串聯後的雷射器 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，構成每個單管雷射器的串聯迴路。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。所述熱沉是上述雷射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，雷射器在工作時所產生的熱量通過此熱 沉交換到外部熱交換系統中，以保證雷射器工作狀態下不至被過高溫度燒損。本實用新型公開的一種用於固體雷射器泵浦用半導體雷射器雷射模塊的封裝結 構。這種結構基於所封裝後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，使光束陣列的發散角從快軸限制轉為慢軸限制，即發散角從808nm器件的典型的40度 降低到小於10度。該結構的另一特徵為，相對於現在市場上的巴條封裝產品，本設計的模 塊將由多個單管雷射器串聯而成，因此工作電流將大大降低，對泵浦系統的供電和線路電 流承受能力要求大大降低，方便客戶使用。

下面根據附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。圖1是本實用新型實施例所述的一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構的整 體結構圖；圖2是本實用新型實施例所述的一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構的爆 炸圖；圖3是本實用新型實施例所述半導體雷射器件單體結構圖；圖4是本實用新型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。
具體實施方式
如圖1-5所示，一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體 雷射器件單體組成的雷射器陣列1、表面金屬化的陶瓷散熱片2和熱沉3組成，雷射器陣列 1中的半導體雷射器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，並通過陶瓷散熱片2表面的金屬化結 構實現串聯連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片2的底部焊接在熱沉上表面，雷射器件工作室所 產生的熱量通過雷射器陣列1、陶瓷散熱片2和熱沉3散發到外接熱交換系統。所述半導體雷射器件單體，由雷射晶片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，焊接後的晶片負極用金屬導線1.5與基片的負 極1. 3相連接構成一完整雷射二極體迴路。所述雷射器陣列1由多個半導體雷射器件單體組成，所述半導體雷射器件單體按 照直線型等距排列後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，焊接後的雷射器陣列1通過陶瓷散熱片2上的金屬化區域實現相互串聯。串 聯後的雷射器陣列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 成每個單管雷射器的串聯迴路。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是上述雷射器陣列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，雷射器在工作時所產生的熱量通過此熱沉交換到外部熱交換系統中，以保證雷射器工作狀態下不至被過高溫度燒損。
權利要求1.一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體雷射器件單體組成 的雷射器陣列(1)、表面金屬化的陶瓷散熱片(2)和熱沉(3)組成，雷射器陣列(1)中的半 導體雷射器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，並通過陶瓷散熱片(2)表面的金屬化結構實現 串聯連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片( 的底部焊接在熱沉上表面。
2.根據權利要求1所述的一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，其特徵在於，其 中所包含的半導體雷射器件單體，所述半導體雷射器件單體，由雷射晶片(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，焊接後的芯 片負極用金屬導線(1.5)與基片的負極(1.3)相連接構成一完整雷射二極體迴路。
3.根據權利要求1所述的一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，其特徵在於，所 述雷射器陣列(1)由多個半導體雷射器件單體組成，所述半導體雷射器件單體按照直線型 等距排列後焊接在一陶瓷散熱片( 上。
4.根據權利要求1所述的一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，其特徵在於， 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，焊接後的雷射器陣列(1)通過陶瓷散熱片( 上的金屬化區域實現相互串聯； 串聯後的雷射器陣列(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，構成每個單管雷射器的串聯迴路；陶瓷散熱片O)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.根據權利要求1所述的一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，其特徵在於，所 述熱沉C3)是上述雷射器陣列(1)和陶瓷散熱片O)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。
專利摘要一種小發散角固體雷射泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體雷射單體組成的雷射器陣列、表面金屬化的陶瓷散熱片和熱沉組成，雷射器陣列中的半導體雷射器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，並通過陶瓷散熱片表面的金屬化結構實現串聯連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片的底部焊接在熱沉上表面。本實用新型基於所封裝後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，使光束陣列的發散角從快軸限制轉為慢軸限制，即發散角從808nm器件的典型的40度降低到小於10度。相對於現在市場上的巴條封裝產品，本設計的模塊將由多個單管雷射器串聯而成，因此工作電流將大大降低，對泵浦系統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H01S5/04GK201877674SQ201020615028
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者張軍, 李大明, 潘華東 申請人:無錫亮源雷射技術有限公司