一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，解決了傳統(tǒng)C-mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器熱沉帶電導(dǎo)致的安全問題，該技術(shù)方案通過在激光芯片和熱沉之間增加絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了熱沉不帶電工作，且絕緣材料選用和激光芯片熱膨脹系數(shù)匹配的材料，提高了半導(dǎo)體激光器器件的可靠性。
【專利說明】一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種半導(dǎo)體激光器，尤其是一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器又稱二極管激光器(DL)。高功率半導(dǎo)體激光器不但具有體積小、重量輕、電光轉(zhuǎn)化效率高、可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點，而且由于其采用電驅(qū)動，便于在各個平臺上使用，因此高功率半導(dǎo)體激光器展示出了更為廣闊的應(yīng)用，如在激光通信、醫(yī)療和美容、科學(xué)研究、和激光娛樂顯示等方面。很多應(yīng)用中要求半導(dǎo)體激光器具有長壽命、高穩(wěn)定性、高可靠性的特點。
[0003]目前半導(dǎo)體激光器所面臨的主要問題仍然是激光器的輸出光功率和轉(zhuǎn)換效率偏低，性能穩(wěn)定性差及成本高，這些不足制約了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用空間。激光器的性能除了與芯片有關(guān)外，與半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)有關(guān)。
[0004]傳統(tǒng)C-mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器如圖1所示，其將激光芯片直接焊接在熱沉上，使得熱沉帶電，使用中存在帶電的安全問題，在后期使用中還需進行絕緣處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器的熱沉帶電的問題，尤其是解決C-mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器熱沉帶電的問題。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的:
[0007]—種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，包括熱沉、激光芯片、正極連接片、負極連接片、絕緣板A、絕緣板B、絕緣墊層，其特殊之處在于:絕緣板A、絕緣板B和絕緣墊層分別設(shè)置在熱沉的一個側(cè)面上，絕緣板A、絕緣板B分別設(shè)置在熱沉側(cè)面的兩端位置，絕緣墊層設(shè)置在絕緣板A和絕緣板B相對應(yīng)的中間位置；絕緣板A、絕緣板B和絕緣墊層三者本體為絕緣材料；所述的正極連接片設(shè)置在絕緣板A上，所述的負極連接片設(shè)置在絕緣板B上；所述的絕緣墊層表面鍍有導(dǎo)電金屬層；所述的絕緣墊層中與熱沉接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)和電極連接區(qū)，所述的電極連接區(qū)與芯片設(shè)置區(qū)之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，激光芯片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)，芯片設(shè)置區(qū)通過金屬導(dǎo)線與正極連接片進行連接，電極連接區(qū)的一端通過金屬導(dǎo)線與激光芯片負極進行連接，另一端通過金屬導(dǎo)線與負極連接片進行連接。
[0008]激光芯片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)，可以是通過焊料金屬鍵合在芯片設(shè)置區(qū)。
[0009]所述的正極連接片設(shè)置在絕緣板A上，正極連接片可以通過焊料層鍵合在絕緣板A上，所述的負極連接片設(shè)置在絕緣板B上，負極連接片可以通過焊料層鍵合在絕緣板B上，O
[0010]傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，另一種技術(shù)方案，包括熱沉、激光芯片、正極連接片、負極連接片、絕緣墊層，其特殊之處在于:絕緣墊層設(shè)置在熱沉的一個側(cè)面上，表面鍍有導(dǎo)電金屬層，所述的絕緣墊層中與熱沉接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)和電極連接區(qū)，所述的電極連接區(qū)與芯片設(shè)置區(qū)之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，所述激光芯片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)的一端，所述的正極連接片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)的另一端，所述的負極連接片設(shè)置在電極連接區(qū)的一端，電極連接區(qū)的另一端通過金屬導(dǎo)線與激光芯片的負極進行連接。
[0011]所述的絕緣板A的材料為陶瓷材料，可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；絕緣板B的材料為陶瓷材料可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；所述的絕緣墊層的材料為陶瓷材料可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；所述的導(dǎo)電金屬層為金層；所述的金屬導(dǎo)線為金線。
[0012]所述的熱沉的材料為高導(dǎo)熱率的材料，可以是金屬，可以為銅、銅鎢或者銅-金剛石復(fù)合材料。
[0013]所述的激光芯片為單發(fā)光單元芯片或者多發(fā)光單元芯片，可以選用半巴條芯片(minbar)。
[0014]本實用新型的優(yōu)點:
[0015](I)本實用新型的高功率半導(dǎo)體激光器熱沉(熱沉)完全絕緣，在后續(xù)使用中不用考慮絕緣的處理。
[0016](2)本實用新型的高功率半導(dǎo)體激光器體積小，成本低。
[0017](3)因在熱沉與激光芯片以及熱沉與電極連接片之間設(shè)置了絕緣材料，而且絕緣材料選用陶瓷，陶瓷與芯片的熱膨脹系數(shù)匹配，所以在封裝時，可以選用硬焊料進行焊接或者金屬鍵合，使得整個器件的可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為傳統(tǒng)方案C-mount型封裝半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)。
[0019]圖2為本實用新型第一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本實用新型第二個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖4為本實用新型第三個實施例。
[0022]符號說明:I為熱沉；2為激光芯片；3為正極連接片；4為負極連接片；5為絕緣板A ；6為絕緣板B ;7為絕緣墊層；8為芯片設(shè)置區(qū)；9為電極連接區(qū)；10為金屬導(dǎo)線。

【具體實施方式】
[0023]如圖2所示為本實用新型傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器第一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖，包括熱沉1、激光芯片2、正極連接片3、負極連接片4、絕緣板A5、絕緣板B6、絕緣墊層7，緣板A5、絕緣板B6和絕緣墊層7分別設(shè)置在熱沉I的一個側(cè)面上，絕緣板A5、絕緣板B6分別設(shè)置在熱沉I側(cè)面的兩端位置，絕緣墊層7設(shè)置在絕緣板A5和絕緣板B6相對應(yīng)的中間位置；絕緣板A5、絕緣板B6和絕緣墊層7三者本體為絕緣材料；所述的正極連接片3設(shè)置在絕緣板A5上，所述的負極連接片4設(shè)置在絕緣板B6上；所述的絕緣墊層7表面鍍有導(dǎo)電金屬層，所述絕緣墊層7中與熱沉I接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)8和電極連接區(qū)9，所述的電極連接區(qū)9與芯片設(shè)置區(qū)8之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，激光芯片2設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)8上，芯片設(shè)置區(qū)8通過金屬導(dǎo)線與正極連接片3進行連接，電極連接區(qū)9的一端通過金屬導(dǎo)線10與激光芯片2負極進行連接，另一端通過金屬導(dǎo)線10與負極連接片4進行連接。
[0024]激光芯片2設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)8，可以是通過焊料金屬鍵合在芯片設(shè)置區(qū)8上。
[0025]所述的正極連接片3設(shè)置在絕緣板A5上，正極連接片3可以通過焊料金屬鍵合在絕緣板A5上，所述的負極連接片4設(shè)置在絕緣板B 6上，負極連接片4可以通過焊料金屬鍵合在絕緣板B6上。
[0026]所述的絕緣板A5的材料為陶瓷材料，可以選用氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；絕緣板B6的材料為陶瓷材料可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；所述的絕緣墊層7的材料為陶瓷材料可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；所述的金屬導(dǎo)線10為金線。
[0027]所述的激光芯片2為單發(fā)光單元芯片或者多發(fā)光單元芯片，可以選用半巴條芯片(minbar)。
[0028]如圖3所示傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，另一種技術(shù)方案，包括熱沉1、激光芯片2、正極連接片3、負極連接片4、絕緣墊層7，絕緣墊層7設(shè)置在熱沉I的一個側(cè)面上，表面鍍有導(dǎo)電金屬層，所述的絕緣墊層7中與熱沉I接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)8和電極連接區(qū)9，所述的電極連接區(qū)9與芯片設(shè)置區(qū)8之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，所述激光芯片2設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)8的一端，所述的正極連接片3設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)8的另一端，所述的負極連接片4設(shè)置在電極連接區(qū)9的一端，電極連接區(qū)9的另一端通過金屬導(dǎo)線10與激光芯片2的負極進行連接。
[0029]所述的絕緣板A的材料為陶瓷材料，可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；絕緣板B的材料為陶瓷材料可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；所述的絕緣墊層的材料為陶瓷材料可以是氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；所述的導(dǎo)電金屬層為金層；所述的金屬導(dǎo)線為金線。
[0030]如圖4所示為本實用新型傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器與圖2結(jié)構(gòu)相似，包括熱沉1、激光芯片2、正極連接片3、負極連接片4、絕緣板A5、絕緣板B6、絕緣墊層7，緣板A5、絕緣板B6和絕緣墊層7分別設(shè)置在熱沉I的一個側(cè)面上，絕緣板A5、絕緣板B6分別設(shè)置在熱沉I側(cè)面的兩端位置，絕緣墊層7設(shè)置在絕緣板A5和絕緣板B6相對應(yīng)的中間位置；絕緣板A5、絕緣板B6和絕緣墊層7三者本體為絕緣材料，選用氮化鋁陶瓷；所述的正極連接片3設(shè)置在絕緣板A5上，所述的負極連接片4設(shè)置在絕緣板B6上；所述的絕緣墊層7表面鍍有導(dǎo)電金屬層，所述絕緣墊層7中與熱沉I接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)8和電極連接區(qū)9，所述的電極連接區(qū)9與芯片設(shè)置區(qū)8之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，激光芯片2設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)8上，芯片設(shè)置區(qū)8通過金屬導(dǎo)線與正極連接片3進行連接，電極連接區(qū)9的一端通過金屬導(dǎo)線10與激光芯片2負極進行連接，另一端通過金屬導(dǎo)線10與負極連接片4進行連接。
[0031]激光芯片2設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)8，可以是通過焊料金屬鍵合在芯片設(shè)置區(qū)8上。
[0032]所述的正極連接片3設(shè)置在絕緣板A5上，正極連接片3可以通過焊料金屬鍵合在絕緣板A5上，所述的負極連接片4設(shè)置在絕緣板B 6上，負極連接片4可以通過焊料金屬鍵合在絕緣板B6上。
[0033]金屬導(dǎo)線10選用金線。
[0034] 所述的激光芯片2為單發(fā)光單元芯片。
【權(quán)利要求】
1.一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，包括熱沉、激光芯片、正極連接片、負極連接片、絕緣板A、絕緣板B、絕緣墊層，其特征在于:絕緣板A、絕緣板B和絕緣墊層分別設(shè)置在熱沉的一個側(cè)面上，絕緣板A、絕緣板B分別設(shè)置在熱沉側(cè)面的兩端位置，所述的絕緣墊層設(shè)置在絕緣板A和絕緣板B相對應(yīng)的中間位置；絕緣板A、絕緣板B和絕緣墊層三者本體為絕緣材料；所述的正極連接片設(shè)置在絕緣板A上，所述的負極連接片設(shè)置在絕緣板B上；所述的絕緣墊層表面鍍有導(dǎo)電金屬層；所述的絕緣墊層中與熱沉接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)和電極連接區(qū)，所述的電極連接區(qū)與芯片設(shè)置區(qū)之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，激光芯片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)，芯片設(shè)置區(qū)通過金屬導(dǎo)線與正極連接片進行連接，電極連接區(qū)的一端通過金屬導(dǎo)線與激光芯片負極進行連接，另一端通過金屬導(dǎo)線與負極連接片進行連接。
2.一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，包括熱沉、激光芯片、正極連接片、負極連接片、絕緣墊層，其特征在于:絕緣墊層設(shè)置在熱沉的一個側(cè)面上，表面鍍有導(dǎo)電金屬層，所述的絕緣墊層中與熱沉接觸面的相對表面上設(shè)置芯片設(shè)置區(qū)和電極連接區(qū)，所述的電極連接區(qū)與芯片設(shè)置區(qū)之間絕緣未設(shè)置導(dǎo)電金屬層，所述激光芯片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)的一端，所述的正極連接片設(shè)置在芯片設(shè)置區(qū)的另一端，所述的負極連接片設(shè)置在電極連接區(qū)的一端，電極連接區(qū)的另一端通過金屬導(dǎo)線與激光芯片的負極進行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的絕緣板A的材料為氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；絕緣板B的材料為氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石；絕緣墊層的材料為氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:絕緣墊層的材料為氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁或者金剛石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的導(dǎo)電金屬層為金層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的金屬導(dǎo)線為金線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的熱沉的材料為銅、銅鶴或者銅-金剛石復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的激光芯片為單發(fā)光單元激光芯片或多發(fā)光單元激光芯片。
【文檔編號】H01S5/024GK204243452SQ201420754417
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】劉興勝, 李小寧, 劉亞龍, 王警衛(wèi), 張路 申請人:西安炬光科技有限公司