[发明专利]一种热沉绝缘型半导体激光器封装结构及叠阵

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器封装领域，尤其涉及一种热沉绝缘型半导体激光器封装结构及叠阵。

背景技术

目前，高功率半导体激光器的封装结构主要可以分为：液体制冷型和传导冷却型。传导冷却型由于散热原理的限制，在功率的实现上受到了制约，很难实现大功率器件；液体制冷型的封装结构是目前实现高功率半导体激光器的主要封装形式。

液体制冷型的封装结构目前主要包括：微通道液体制冷、宏通道液体制冷。对于微通道液体制冷方式来说，巴条直接键合到微通道热沉（液体制冷器）上。这种封装方式中，热沉不仅需要作为散热介质，还需要作为激光芯片的电极（一般为正极）使用。

微通道液体制冷的封装方式有如下缺点：

第一，微通道容易由于水通道狭窄而造成堵塞；

第二，微通道热沉本身带电，所以必须采用去离子水进行冷却，对离子浓度有很高的要求；

第三，带电的微通道热沉在使用过程中很容易造成电化学腐蚀，破坏微通道结构，造成堵塞，导致产品失效；

第四，微通道热沉的整体强度与刚度缺乏，容易在组装和制造过程中发生折弯、变形，影响封装质量。

另外，巴条可以先键合在热膨胀系数相匹配的导电衬底上，再与微通道热沉进行封装，但是却增加了散热路径，降低了散热能力。

对于宏通道液体制冷方式来说，其优点是通道较大，不易产生通道堵塞，液体的流速相对较低，可以减少通道的侵蚀。同时，这也造成了宏通道封装器件的散热能力差、通道内温度不均匀的问题，并且其热沉也是带电的；这种封装一般适合在功率较低的应用场合。

因此，热沉带电直接或间接地限制了半导体激光器的散热能力和封装质量。目前，现有技术中已存在绝缘型的半导体激光器封装结构，即热沉绝缘，但由于其叠阵组装时电极连接结构复杂，增加了工艺难度，功率密度也不高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种新型的热沉绝缘型半导体激光器封装结构及叠阵，能够将半导体激光器的封装结构进行模块化设计，简化了工艺，易于叠阵组装，并且可以成倍扩展功率密度。

本发明实施例的主要技术方案如下：

本发明实施例提供一种热沉绝缘型半导体激光器封装结构，包括至少一个半导体激光器单元，每个半导体激光器单元包括：第一半导体激光器模块、第二半导体激光器模块、连接电极、制冷器；其中，第一半导体激光器模块和第二半导体激光器模块均包括：激光芯片、导电层，所述激光芯片键合于所述导电层上，所述导电层设置于所述制冷器的表面，与所述制冷器彼此绝缘；第一半导体激光器模块的电极位置与第二半导体激光器模块的电极位置相反，通过连接电极实现第一半导体激光器模块和第二半导体激光器模块之间的电连接。

上述方案中，所述导电层设置于所述制冷器的表面，包括：所述第一半导体激光器模块和第二半导体激光器模块分别设置于不同的制冷器上；其中，所述第一半导体激光器模块的导电层，设置于与第一半导体激光器模块对应的制冷器的上表面；所述第二半导体激光器模块的导电层，设置于与第二半导体激光器模块对应的制冷器的上表面。

上述方案中，所述导电层设置于所述制冷器的表面，包括：所述第一半导体激光器模块和第二半导体激光器模块设置于同一制冷器上；其中，所述第一半导体激光器模块设置于所述制冷器的上表面，所述第二半导体激光器模块设置于所述制冷器的下表面。

上述方案中，所述导电层包括键合区、正电极区、负电极区；其中，所述键合区，用于键合激光芯片；所述正电极区用于作为半导体激光器模块的正电极，所述负电极区用于作为半导体激光器模块的负电极。

上述方案中，通过金线实现激光芯片正极与导电层的正电极区的电连接，以及激光芯片负极与导电层的负电极区的电连接。

上述方案中，所述第一半导体激光器模块的电极位置与第二半导体激光器模块的电极位置相反，为：所述第一半导体激光器模块正电极区的位置，对应于第二半导体激光器模块负电极区的位置；所述第一半导体激光器模块负电极区的位置，对应于第二半导体激光器模块正电极区的位置。

上述方案中，所述制冷器为片状方形液体制冷器；其中，所述正电极区和负电极区分别位于：所述片状方形液体制冷器的两条长边处；所述键合区位于：所述片状方形液体制冷器的两条长边之间的一侧的短边处。