[发明专利]一种半导体激光器阵列封装结构

说明书

技术领域

本申请属于激光技术领域，具体地说，涉及一种半导体激光器阵列封装结构。

背景技术

半导体激光器具有电光转化效率高、波段范围广、寿命长、体积小、重量轻等优点，在军事、航空、生物医疗、空间激光通信等领域具有广泛应用。随着实际工程应用需求的发展，对半导体激光器输出功率水平要求越来越高，目前实现高功率的半导体激光器通常采用两种方式：一是采用光学透镜器件将多个半导体激光器芯片发生的光进行准直聚焦耦合到光纤输出，受限于激光芯片数量增多对光斑大小的影响，采用该方式可以实现百瓦级的激光输出，但对于更高功率的激光输出就变得尤为困难；另一种方法是对半导体激光阵列结构的芯片进行光束整形聚焦，半导体激光阵列芯片通常有19-25个发光单元构成，单个阵列芯片可实现50-75W的激光输出，半导体激光阵列的垂直叠阵的应用使输出功率达几百上千瓦。半导体激光器阵列结构的研究促进了半导体激光器的应用。

在半导体激光器阵列中电光转化效率一般小于50%，在应用中将有50%的电功率将转化成热的形式耗散，该部分热量的存在将导致激光输出功率的降低、输出光谱的展宽。同时激光阵列芯片和热沉材料的热膨胀系数的不匹配性将导致激光阵列芯片发生形变，使输出光发生弯曲形成smile效应，热应力过大将导致阵列芯片与热沉间的焊接层的开裂，甚至阵列芯片的断裂等问题，严重影响半导体激光器的可靠性及寿命。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种半导体激光器阵列封装结构，通过在激光器芯片上下分别焊接焊片、过渡热沉及散热热沉，保证半导体激光器阵列的高效散热的同时降低阵列芯片的热形变。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种半导体激光器阵列封装结构，其包括激光器阵列芯片；分别焊接于激光器阵列芯片两侧的焊片；焊接于两侧焊片的过渡热沉；支撑一侧过渡热沉的第一散热热沉；以及覆盖另一侧过渡热沉的第二散热热沉；其中，第一散热热沉与第二散热热沉远离激光器阵列芯片的一端通过绝缘层相互连接。

根据本发明的一实施方式，其中上述激光器阵列芯片两侧蒸镀有Ti-Pt-Au金属层，Ti-Pt-Au金属层包括Ti粘附层，Pt阻挡层及Au浸润层。

根据本发明的一实施方式，其中上述焊片由3μm厚的预成型AuSn合金焊片制成。

根据本发明的一实施方式，其中上述过渡热沉由热膨胀系数匹配的CuW制成，热膨胀系数为6.5×10^-6mm/℃。

根据本发明的一实施方式，其中上述过渡热沉与第一散热热沉及第二散热热沉之间采用焊接熔点温度低于AuSn焊片温度的焊料焊接。

根据本发明的一实施方式，其中上述第一散热热沉与第二散热热沉之间设置的绝缘层为AIN电绝缘层。

根据本发明的一实施方式，其中上述激光器阵列芯片正极面向第一散热热沉，负极面向第二散热热沉。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

1）本发明提供的半导体激光器阵列封装结构，采用三明治结构将激光器阵列芯片焊接在过渡热沉、散热热沉之间，采用上下两层过渡热沉对半导体激光器芯片的热膨胀性进行匹配，降低了激光阵列芯片工作时的热应力，同时防止激光阵列芯片在热应力作用下产生发光面的弯曲变形。

2）上下两块散热热沉对激光阵列芯片上下面进行散热，提高激光器热容量的同时提高散热能力，有效降低工作时激光器阵列芯片上的结温。

3）方便实用，效率较高。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施方式的半导体激光器阵列封装结构立体图；

图2是本发明一实施方式的半导体激光器阵列封装结构侧视图。

附图标记

激光阵列芯片10，焊片20，过渡热沉30，第一散热热沉41，第二散热热沉42，绝缘层50。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。