[实用新型]一种低应力封装的高可靠性半导体激光器

说明书

一种低应力封装的高可靠性半导体激光器，包括：主热沉、绝缘片、负极片、负极压块以及巴条单元。次热沉为膨胀系数与巴条匹配的钨铜材料或钼材料制成，其相互热膨胀系数匹配，因此可以降低巴条的封装应力，可避免因热膨胀系数失配导致封装应力过大，从而产生较严重的近场非线性效应甚至使激光器失效。巴条的上下两端均焊接有次热沉，与巴条直接键合金线相比，通过次热沉与负极片键合金线可以在降低封装应力的同时可提高巴条的N面的散热能力。减小了封装应力，有效避免了封装过程中巴条的破损，降低了操作难度，提高了封装合格率。同时，巴条采用金锡硬焊料进行焊接，避免了铟焊料产生的电迁移和电热迁移，大大提高了激光器的可靠性。

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种低应力封装的高可靠性半导体激光器。

背景技术

近年来高功率半导体激光器凭借其体积小、质量轻、光电转换效率高、性能稳定和寿命长等优点，被广泛应用于工业、通讯、军事、医疗和材料表面处理等领域。随着半导体材料外延生长技术、量子阱结构优化技术、低欧姆接触技术、低热阻等技术的飞速发展，具有高功率、高效率、高亮度的半导体激光器得到了飞速发展，但同时随着应用领域的发展，对半导体激光器的性能提出了更高的要求。高功率光纤耦合产品和光学整形产品要求半导体激光器具有极低的芯片弯曲度，即很小的“smile”效应、高可靠性和长寿命等特点，要保证高功率半导体激光器的长期稳定工作，这给半导体激光器芯片本身和封装技术带来了极大的挑战。

除与芯片本身结构设计有关外，半导体激光器的可靠性与封装结构有密切关系。由于单芯片连续输出功率有限，为获得几十瓦甚至上百瓦的高功率，大部分采用巴条封装形式实现。为提高激光器的导热性能，通常采用热导率较高的无氧铜材料进行封装，无氧铜虽然热导率比较高，导热快，但其热膨胀系数是半导体激光器芯片的2-3倍，在封装后会在巴条上产生较大的应力，导致“smile”较大，不便于后续的光学准直，同时其可靠性也会降低。为减少无氧铜封装的应力，必须采用能够释放应力的软焊料铟焊料进行焊接，但铟焊料在高电流条件下会产生电迁移和电热迁移，形成空洞，影响激光器的散热和长期可靠性。因此，为提高激光器的长期可靠性，必须采用有效的技术手段降低封装应力。

中国专利文献CN203747263U公开了一种低应力结构的高功率半导体激光器，包括依次层叠了四层结构，第一层是作为正极连接块的热沉，第二层是芯片和绝缘片，第三层是起导电作用的电极连接层，第四层是负极连接块，电极连接层中，与半导体激光器芯片焊接的部位为平面齿状结构，可降低电极连接层和芯片之间的应力。但是，由于电极连接层为铜材料，其与巴条的焊接必须采用软焊料来释放应力，可靠性差，而且，由于工作过程中巴条P面和N面接触材料不同或材料厚度不同，也会产生较大的应力。

中国专利文献CN106329308A公开了一种低smile的半导体激光器封装结构，通过在热沉的上下面各加一层对称的应力缓释层，应力缓释层的热膨胀系数与巴条匹配，材料为钨铜或石墨铜或石墨铝或石墨烯或铜金刚石或陶瓷覆铜结构，使得热沉上下对应的应变收缩量一致，可降低封装应力。但是由于巴条N面为自由面，其受到的应力与P面是不对称的，因此整个巴条上受到的应力是不均匀的，其可靠性较差，而且，应力缓释层导热率较低，会限制激光器的连续功率输出。

为提高高功率半导体激光器的长期可靠性，在降低封装应力的同时，巴条的直接焊接必须避免铟焊料的使用，而金锡硬焊料具有较高的熔点、良好的导热、导电特性、抗腐蚀性、无热疲劳及可实现无助焊剂焊接等优点，被成功地用在高功率半导体激光器的高可靠性及无助焊剂焊接中，而且其熔点较高，比较适合巴条的一次焊接。但金锡硬焊料属于硬焊料，不容易释放封装应力，为减少封装应力，在采用金锡硬焊料进行巴条封装时，必须采用热膨胀系数与巴条匹配的材料。

发明内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种有效降低封装应力、提高半导体激光器可靠性的低应力封装的高可靠性半导体激光器。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：