一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提出了一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，包括絕緣襯底，激光芯片和導(dǎo)電襯底，以及導(dǎo)電連接片，其絕緣襯底上設(shè)置有用于安裝芯片單元的安裝槽；芯片單元的導(dǎo)電襯底通過(guò)焊料鍵合于絕緣襯底上與其對(duì)應(yīng)的安裝槽內(nèi);導(dǎo)電連接片設(shè)置于相鄰的芯片單元之間，用于相鄰芯片單元的電連接，且導(dǎo)電連接片與相鄰安裝槽內(nèi)的導(dǎo)電襯底無(wú)直接接觸，解決了傳統(tǒng)傳導(dǎo)制冷半導(dǎo)體激光器疊陣后期維護(hù)復(fù)雜的難題，提高了器件的可靠性，便于后期維護(hù)，節(jié)省了成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，具體為可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)可以分為兩種:
[0003]1)專(zhuān)利US7660335B2和US7944955B2所公開(kāi)的結(jié)構(gòu):多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片和多個(gè)散熱導(dǎo)電襯底同時(shí)焊接后，整體焊接在絕緣導(dǎo)熱片上，然后再將該模組焊接在散熱器上；
[0004]2)圖1和圖2所涉及的結(jié)構(gòu):激光芯片\芯片鍵合到CTE匹配的襯底形成一個(gè)發(fā)光單元，多個(gè)發(fā)光單元并列組合，封裝到絕緣塊上。[〇〇〇5]上述封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器成品均為芯片和導(dǎo)電襯底相互鍵合為一體的結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器后期維護(hù)復(fù)雜，在長(zhǎng)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?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決現(xiàn)有傳導(dǎo)冷卻半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)后期維護(hù)復(fù)雜的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]—種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，包括絕緣襯底，激光芯片和導(dǎo)電襯底，以及導(dǎo)電連接片。所述激光芯片鍵合于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電襯底上，形成一個(gè)芯片單元;所述的絕緣襯底上設(shè)置有用于安裝芯片單元的安裝槽;芯片單元的導(dǎo)電襯底通過(guò)焊料鍵合于絕緣襯底上與其對(duì)應(yīng)的安裝槽內(nèi)；所述導(dǎo)電連接片設(shè)置于相鄰的芯片單元之間，用于相鄰芯片單元的電連接，導(dǎo)電連接片一端鍵合于芯片單元的激光芯片上，另一端鍵合于上述芯片單元相鄰的安裝槽內(nèi)的焊料中，使得導(dǎo)電連接片與相鄰安裝槽內(nèi)的導(dǎo)電襯底無(wú)直接接觸，僅與焊料接觸。[〇〇〇9]上述激光芯片的正極與導(dǎo)電襯底鍵合，負(fù)極與導(dǎo)電連接片鍵合。
[0010]所述的絕緣襯底上的安裝槽與芯片單元一一對(duì)應(yīng)，且安裝槽間隔均勻，使多個(gè)芯片單元之間有均勻的間隔。[〇〇11]在栗浦應(yīng)用中，上述半導(dǎo)體激光器可進(jìn)一步優(yōu)化為:所述絕緣襯底呈弧形或者環(huán)形，使得激光芯片發(fā)出的激光有共同的匯聚點(diǎn)。
[0012]上述芯片單元之間的電連接方式為串聯(lián)連接。
[0013]上述可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器的制備方法包括以下步驟:
[0014]1)將芯片正極鍵合于導(dǎo)電襯底上，形成一個(gè)芯片單元；
[0015]2)將多個(gè)上述芯片單元的導(dǎo)電襯底通過(guò)焊料安裝于絕緣襯底上均勻間隔排列的安裝槽內(nèi)；
[0016]3)將多個(gè)導(dǎo)電連接片安裝于相鄰的芯片單元之間，實(shí)現(xiàn)電連接，具體的安裝方式為:導(dǎo)電連接片一端鍵合于芯片負(fù)極，另一端鍵合于相鄰的安裝槽內(nèi)的焊料中。
[0017]所述絕緣襯底為高導(dǎo)熱性的陶瓷，比如氮化鋁陶瓷，氧化鋁陶瓷，氧化鈹陶瓷、或金剛石材料。
[0018]所述導(dǎo)電襯底為與激光芯片CTE匹配的高導(dǎo)熱性的導(dǎo)電材料，比如銅，銅鎢，以及銅金剛石。[〇〇19]所述芯片為單發(fā)光點(diǎn)激光芯片，或者多發(fā)光點(diǎn)激光芯片。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的散熱性，本實(shí)用新型可以在上述絕緣襯底下方設(shè)置液體制冷型的散熱器。[0021 ]本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn):[〇〇22]本實(shí)用新型的可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，相鄰芯片相互獨(dú)立，單個(gè)芯片可單獨(dú)拆裝，提高了器件的可靠性，便于后期維護(hù)，節(jié)省了成本?！靖綀D說(shuō)明】[〇〇23]圖1、圖2均為現(xiàn)有的封裝形式。
[0024]圖3為本發(fā)明的可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器。
[0025]圖4為絕緣襯底結(jié)構(gòu)。
[0026]圖5為絕緣襯底為弧形的實(shí)施例。[〇〇27]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:卜絕緣襯底，2-導(dǎo)電襯底，3-激光芯片，4-焊料，5-導(dǎo)電連接片，6-絕緣襯底的安裝槽，7-負(fù)極電極，8-正極電極，9-激光晶體?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]如圖3所示，本實(shí)用新型的可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，包括絕緣襯底 1，激光芯片3和導(dǎo)電襯底2,以及導(dǎo)電連接片5。所述的絕緣襯底1上設(shè)置有與芯片個(gè)數(shù)一一對(duì)應(yīng)的安裝槽6,相鄰安裝槽6間隔均勻。所述芯片3正極鍵合于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電襯底2上，形成一個(gè)芯片單元，芯片單元的導(dǎo)電襯底2通過(guò)焊料4鍵合于絕緣襯底1上與其對(duì)應(yīng)的安裝槽6內(nèi)， 使多個(gè)芯片單元之間有均勻的間隔;所述導(dǎo)電連接片5用于相鄰芯片單元的電連接，導(dǎo)電連接片一端貼合于芯片3負(fù)極上，另一端鍵合于相鄰的安裝槽6內(nèi)的焊料4中。這種結(jié)構(gòu)可以使相鄰的芯片單元無(wú)直接鍵合連接，拆裝替換芯片時(shí)可單獨(dú)拆裝，避免了對(duì)相鄰芯片的損傷。 [0029 ]上述半導(dǎo)體激光器的制備方法包括以下步驟:
[0030]1)將芯片3正極鍵合于導(dǎo)電襯底2上，形成一個(gè)芯片單元；
[0031]2)將多個(gè)上述芯片單元的導(dǎo)電襯底2底部通過(guò)焊料鍵合于絕緣襯底上均勻間隔排列的安裝槽6內(nèi)，安裝槽6內(nèi)預(yù)置焊料；[〇〇32]3)將多個(gè)導(dǎo)電連接片5安裝于相鄰的巴條單元之間，實(shí)現(xiàn)電連接，具體的安裝方式為:導(dǎo)電連接片一端鍵合于芯片負(fù)極，另一端鍵合于相鄰的安裝槽內(nèi)的焊料中。
[0033]為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的散熱性，本發(fā)明可以在上述絕緣襯底下方設(shè)置液體制冷型的散熱器。
[0034]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體激光器可以用于固體激光器的栗浦模塊，參考圖5,絕緣襯底呈弧形，使得激光芯片發(fā)出的激光(圖5中的虛線(xiàn)箭頭為激光傳輸方向)有共同的匯聚點(diǎn)(即激光晶體9放置的位置)。此外，還包括與激光芯片負(fù)極連接的負(fù)極電極7,與導(dǎo)電襯底連接的正極電極8,上述多個(gè)芯片單元為串聯(lián)連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:包括激光芯片、導(dǎo)電襯 底、絕緣襯底和導(dǎo)電連接片；所述激光芯片鍵合于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電襯底上，形成一個(gè)芯片單元；所述的絕緣襯底上設(shè)置有用于安裝芯片單元的安裝槽，芯片單元的導(dǎo)電襯底通過(guò)焊料 鍵合于絕緣襯底上與其對(duì)應(yīng)的安裝槽內(nèi)；所述導(dǎo)電連接片設(shè)置于相鄰的芯片單元之間，用于相鄰芯片單元的電連接，導(dǎo)電連接 片一端鍵合于芯片單元的激光芯片上，另一端鍵合于上述芯片單元相鄰的安裝槽內(nèi)的焊料 中，使得導(dǎo)電連接片與相鄰安裝槽內(nèi)的導(dǎo)電襯底無(wú)直接接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所 述的絕緣襯底上的安裝槽與芯片單元一一對(duì)應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所 述的絕緣襯底上的安裝槽間隔均勻，使多個(gè)芯片單元之間有均勻的間隔。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征 在于:所述絕緣襯底呈弧形或者環(huán)形，使得激光芯片發(fā)出的激光有共同的匯聚點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所 述的相鄰芯片單元的電連接方式為串聯(lián)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所 述激光芯片為單發(fā)光點(diǎn)激光芯片，或者多發(fā)光點(diǎn)激光芯片，或者微型巴條。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所 述導(dǎo)電襯底為銅，或者銅鎢，或者銅金剛石。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所 述絕緣襯底下方設(shè)置液體制冷型的散熱器。9.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種可替換芯片的傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器，其特征在 于:所述絕緣襯底為氮化鋁陶瓷，或者氧化鋁陶瓷，或者氧化鈹陶瓷、或者金剛石。
【文檔編號(hào)】H01S5/40GK205622043SQ201620356481
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】王警衛(wèi), 侯棟, 高立軍, 楊艷, 劉興勝
【申請(qǐng)人】西安炬光科技股份有限公司