[实用新型]一种传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器，尤其适用于高功率半导体激光器泵浦固体激光器或直接照明应用。

背景技术

半导体激光器具有体积小巧、重量轻、电光转换效率高、可靠性高和寿命长等优点，可广泛应用于泵浦固体和光纤激光器，这些激光器可应用于激光信息传输、材料加工、医疗和美容、科学研究、激光印刷、军事国防和激光娱乐显示等方面；也可经过光学整形后直接应用于材料表面处理、激光夜视照明系统、激光脱毛等领域。越来越多的应用要求半导体激光器具有更高的功率密度，更长的寿命、更高的稳定性和可靠性，以及更长的储存时间的特点。如何保证高功率半导体激光器在长时间的使用过程中持续保持高效的工作能力，这给半导体激光器本身和封装技术带来了巨大的挑战。

为满足上述要求，目前的商业化传导冷却型高功率半导体激光器产品已经开始采用金锡焊料封装技术，可以有效避免由于软焊料铟封装导致的电迁移、电热迁移以及热疲劳所引起的失效，也可满足长存储时间以及在苛刻条件下稳定工作的要求。因此，这些激光器产品有望在外太空探索、航空航天、自由空间通信、脉冲式激光材料加工、高温泵浦固体/光纤激光器等领域得到广泛的应用。

图5为目前传统的传导冷却型半导体激光器叠阵，是将多个半导体激光芯片和多个衬底铜钨同时焊接即一次焊接后整体焊接在绝缘导热片上，然后再将该模组焊接在散热器上；引出电极设置在激光芯片层叠方向的两侧，即正负引出电极连线平行于激光芯片层叠方向。该结构存在以下不足：

(1)体积偏大。由于正负引出电极的中心连线垂直于激光芯片纵向，即正负引出电极中心连线平行于激光芯片层叠方向，使得该模块的体积偏大，在产业上难以实现小型化；

(2)系统集成性差；由于该设计结构在激光芯片层叠方向的宽度偏大，导致体积偏大，不利于空间有限的系统集成，限制了其在激光器半导体侧泵固体激光器的应用。

如图6为传统的传导冷却型半导体激光器叠阵正负极引出电极与激光芯片层叠方向的关系示意图；传统传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器引出电极设置在激光芯片层叠方向的两侧，正负引出电极的中心连线平行于激光芯片层叠方向，即如图6所示10为引出正电极和引出负电极连线，10与激光器芯片层叠方向9相垂直。

实用新型内容

本实用新型提出一种新的传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器，解决了现有封装结构体积偏大、系统集成性差的问题。

本实用新型的解决方案如下：

一种传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器，包括激光芯片组，正极连接块、负极连接块和热沉，所述激光器芯片组采用了多个激光芯片形成叠阵模块，其中各个激光芯片均带有衬底；叠阵模块芯片堆叠方向的两个端面分别作为激光器芯片组的正极端和负极端，其特殊之处在于：

激光芯片组的安装位置对应于热沉的中部，与热沉之间设置有导热绝缘层；

所述正极连接块、负极连接块均为L形结构，两者呈中心对称设置，并通过导热绝缘层与热沉焊接；

L形结构中，长部与短部扭转相接形成不同方向的焊接面；

正极连接块和负极连接块L形结构的长部分别与所述叠阵模块的两个端面相贴并焊接；

正极连接块和负极连接块L形结构的短部为孔板形式作为引出电极(这里所说的“孔板”，其“孔”是强调贯通，可以是传统的圆孔，也可以是外缘处有缺口的孔)，安装位置对应于热沉的两翼，分别通过电极绝缘层与热沉焊接。

激光芯片组可以与导热绝缘层接触，这样散热会更好些；散热要求不高时，也可以不接触。从工艺上来说，接触会使得工艺复杂，难度大；不接触的工艺简单。

基于上述解决方案，本实用新型还进一步作如下优化限定和改进：

上述热沉为凸台形，底导热绝缘层焊接于中间的凸台部，两处电极绝缘层分别焊接于两翼的台阶部。

L形结构的长部与叠阵模块端面相贴的面与叠阵模块的出光方向相平行，与L形结构的短部的孔板平面相垂直。

通过正极连接块和负极连接块的L形结构的长部对激光芯片组的贴紧焊接固定，最好使激光芯片组悬空，即激光芯片组与导热绝缘层之间留有空隙，以消除误差带来的不利影响，便于实际加工。

导热绝缘层与电极绝缘层为一体件。

导热绝缘层采用陶瓷或金刚石。

热沉采用铜或铜钨或者铜金刚石复合材料。

电极绝缘层采用陶瓷或金刚石。