[发明专利]一种机械连接传导冷却型半导体激光器叠阵封装结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器封装领域，涉及一种传导冷却型半导体激光器叠阵封装结构。

背景技术

目前，现有的半导体激光器封装普遍是将激光器芯片焊接在热沉上，对于电极连接块也同样采用焊料将其焊接在热沉上，这种方法封装的半导体激光器，若激光器芯片损坏或者电极连接块损坏，则整个半导体激光器器件将不能再使用，同时对于电极连接块或者激光器芯片不可更换。此外零部件较多，制备工艺难度大，成品率低下，也导致产品的可靠性和长期寿命相对较低。

对于传导冷却型大功率半导体激光器阵列和液体制冷水平阵列大功率半导体激光器阵列(一种大功率半导体激光器，中国实用新型专利，公开号CN101071933，公开日期2007年11月14日)，由于水平阵列结构是由多个巴条焊接在一起的，一旦一个巴条烧毁、短路或者不能正常工作就直接影响到整个激光器的输出功率和输出光束，因此不能够替换。同时，阵列中未损坏的巴条也会随之浪费掉，因此，制造成本非常高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种机械连接式的传导冷却半导体激光器叠阵封装结构，以提高产品的可靠性和工作寿命。

本发明的解决方案如下：

一种机械连接传导冷却型半导体激光器叠阵封装结构，包括基础热沉、正极连接块、负极连接块和主要由多个芯片模块构成的激光器叠阵，正极连接块、激光器叠阵和负极连接块经绝缘结构安装于基础热沉上，其中激光器叠阵处的绝缘结构还具有导热和应力缓释性能；所述芯片模块包括衬底和与衬底焊接的激光芯片，芯片模块的两侧分别设置为正极和负极；其特殊之处在于：

在绝缘结构上，激光器叠阵居中，正极连接块和负极连接块分列激光器叠阵的两侧；正极连接块和负极连接块分别通过紧固螺钉斜向下穿过所述绝缘结构与基础热沉连接固定；正极连接块和负极连接块相向的内侧面均为斜面，两个斜面整体呈向下合拢状，整个激光器叠阵的两端外侧面也为斜面，分别与所述两个斜面相适配，以满足在紧固螺钉斜向下的旋紧作用下所有芯片模块整体上被正极连接块和负极连接块同时向中间和向下紧压，最终实现机械连接式的传导冷却型半导体激光器叠阵封装结构。

基于以上基本解决方案，本发明还作了如下优化设计：

上述基础热沉整体为凸型结构，正极连接块、负极连接块经相应的绝缘片分别安装于凸型结构两翼的台阶上，所有芯片模块通过具有导热和应力缓释性能的绝缘结构安装于所述凸型结构中部的凸台上。

在这种凸型结构平台上，前述“绝缘结构”相当于分为三个区域，其中：对应于正极连接块、负极连接块的区域即为绝缘片，该绝缘片可以不具备导热、应力缓释性能；对应于激光器叠阵的区域，所谓的“具有导热和应力缓释性能的绝缘结构”实际可以是兼具导热和绝缘性能的应力缓释层，也可以是多层组合，只要能够整体上对外体现导热、绝缘以及应力缓释的作用。

当然，基础热沉除了上述凸型结构外，也可以有其他的形状。比如，基础热沉具有一整块的安装平面，上述绝缘结构也可以是一体件或者水平拼接的组件，只要对应于激光器叠阵的部位具有导热和应力缓释性能即可。

上述每个芯片模块的衬底底部均焊接有微热沉，所有芯片模块整体通过具有导热性能的应力缓释层安装于所述凸型结构中部的凸台上，微热沉和应力缓释层中至少有一个为绝缘材料。

在产业上，我们可以制备这样的焊接有激光芯片和微热沉的衬底，作为一个整体的芯片模块；这里，我们也可以将微热沉视为所述绝缘结构的一个组件，即绝缘结构分为三个区域，对应于激光器叠阵的这一区域包括具有导热性能的应力缓释层和与各个芯片模块一一对应的多个微热沉，微热沉和应力缓释层任一具有绝缘性能即可保证基础热沉不导电。

上述绝缘片采用金刚石或陶瓷。

上述应力缓释层采用铟薄膜或导热硅脂，所述微热沉采用陶瓷材料、金刚石、铜或者铜金刚石复合材料。

上述激光器叠阵中相邻芯片模块之间设置有导电的应力缓释膜。

上述导电的应力缓释膜优选铟薄膜或石墨膜。

考虑到元部件的加工方便和组装结构的简明特点，对于激光器叠阵与其两端电极连接块的接触结构，可以优化设计如下：作为激光器叠阵两个端部的部件，其中一个部件是属于芯片模块的衬底，另一个部件是(不带有激光芯片的)单独的衬底。

由于需要在这两个衬底上形成斜面，这两个衬底一般稍厚一些。考虑到所需激光芯片的数量、加工工艺等其他条件，作为激光器叠阵两个端部的部件也可以采用其他属性的部件，例如两端均为单独的衬底，或者是其他称谓的具有导电导热性能的部件。