[发明专利]一种固态激光器阵列的封装结构及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态激光器阵列的封装结构及其封装方法，属于固体激光器的技术领域。

背景技术

目前，激光二极管列阵广泛用于工业、医疗、军事等领域，其中最主要的应用是作为固体激光器的泵浦源。而大功率的激光二极管列阵侧面泵浦固体激光器又可以广泛应用于激光打标、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光医疗和激光显示等方面。因半导体激光器具有体积小、功率大、性能稳定等优点，激光器在得到广泛应用的同时，对激光器的性能要求也越来越高。激光器的性能除跟外延材料有关以外，还跟激光器的散热、封装有关，由于对激光器功率要求不一，在封装时若采用现有的封装结构，易加大对封装精度的要求，因此目前急需设计新的封装结构，以满足对不同功率激光器的需求。

现有技术方案中用于固态激光器阵列的封装结构主要为以下形式，如图1所示为现有技术中的一种封装结构，采用简单的矩形热沉结构，为三级串联或单级、多级结构。使用该封装形式激光器的功率可调节范围小，仅适用于单一的功率要求的激光器，并且在分别进行封装三级、单级、多级串联激光器时，所采用的制冷底座、后续的封装外壳等一系列的封装原材料都必须进行替换，增加了封装成本，增加了操作难度。

中国专利文件CN201171142Y《激光二极管列阵的封装结构》提供了一种新型激光二极管列阵的封装结构，该结构同样包括电隔离层、半导体芯片、正极热沉和负极，但该方法利用电隔离层正面的金属化层被划分为正极区和负极区，使得多级激光二极管列阵进行串联时，使多级半导体芯片的正极同时分布在一侧，而负极分布于另一侧，从而使得所有的发光区位于同一条直线上，易于对多级输出光进行统一的光变换，简化了操作程度。该专利仅对列阵封装中的半导体芯片发光点进行了改进，而未对如何满足不同功率要求的激光器提出改进，在进行不同功率激光器封装时，操作难度较大，对后续封装要求较高增加了封装成本。

中国专利文件CN2896617Y《一种大功率半导体激光器》提供了一种大功率半导体激光器，包括热沉和激光器阵列条，该封装结构中所述热沉为多面体，在所述多面体内沿其一个方向设有贯通整个多面体的通道；所述激光器阵列条固定在该方向平行的一个面上，在与该面相邻的至少一个面上固定有导电层，导电层与激光器阵列条电性连接。该封装结构在矩形体的热沉中设置有流通面积较大的通道，使得通道不容易被堵塞，而且可以采用软水，也就是工业用水来冷却热沉，降低了激光器的运行成本。该封装结构仅提供了一种大功率激光器的封装结构，并且冷却热沉采用工业用水降低了运行成本，但是无法满足不同功率激光器的需求，仅适用于巴条结构一致器件的封装。

综上所述，在现有巴条激光器阵列的封装结构中，还停留在仅关注如何降低现有激光器的运行成本的基础上、如何对多级输出光进行统一的光变换等方面，因此来说现有技术的激光器阵列仅适用于输出固定功率激光的要求，还不能满足对不同功率激光器的阵列进行封装的要求。例如，若利用现有技术实现输出不同功率激光时，需要采用多级串联形式，并且对巴条激光器后续封装的要求较高：后续的封装热沉、封装外壳等系列的封装原材料都必须进行替换，不但增加了封装成本，而且提高了操作难度。

发明内容

针对以上的技术不足，本发明提供一种固态激光器阵列的封装结构，该封装结构使得固态激光器阵列单元进行多级串联，输出不同功率的激光，以满足对激光器各种不同功率的需求。

本发明还提供一种上述封装结构的封装方法。

本发明的技术方案如下：

一种固态激光器阵列的封装结构，包括水冷通道、绝缘导热层、半导体激光器巴条、正极热沉和负极热沉；在水冷通道上设置有多个等间距排列的绝缘导热层，在每个绝缘导热层的上表面设置有图案金属层，在每个绝缘导热层的下表面设置有金属层。绝缘导热层上的图案金属层起到固定正极热沉、负极热沉和传递热量的作用；在其下表面设置有金属层具有固定和传递热量的作用。

所述每个图案金属层包括正极金属区域、绝缘区域和负极金属区域，所述正极金属区域和负极金属区域被绝缘区域隔开；相邻的2个绝缘导热层上的图案金属层呈反向设置，例如：一个绝缘导热层上的图案金属层的正极金属区域朝上、负极金属区域朝下；与之相邻的绝缘导热层上的图案金属层的正极金属区域朝下、负极金属区域朝上。

在每个绝缘导热层上，在其正极金属区域上设置有正极热沉，在其负极金属区域上设置有负极热沉，所述的正极热沉和负极热沉均为“凸”字形，所述半导体激光器巴条设置在正极热沉凸出部分端面与负极热沉凸出部分端面之间。