[实用新型]一种复合热沉、半导体激光器及其叠阵

说明书

本实用新型提出了一种复合热沉、以及应用了该复合热沉的半导体激光器及其叠阵，所述复合热沉具体为结合为整体的用于放置半导体芯片的绝缘组件和用于机械安装的机械组件，所述绝缘组件的热膨胀系数与半导体芯片匹配；绝缘组件内设置有制冷通道，机械组件内设置有与绝缘组件的制冷通道连通的进液通道和出液通道，使得制冷液体自机械组件的进液通道流入，经绝缘组件的制冷通道对半导体芯片制冷，由机械组件的出液通道流出。本实用新型提出的复合热沉不但降低了硬焊料焊接对激光芯片物理结构损伤的可能性，而且具有较好的散热能力。

技术领域

本实用新型属于半导体器件封装领域，具体为一种复合热沉，和应用了该热沉的半导体激光器及其叠阵。

背景技术

如中国专利ZL201120567657.8所公开的传导冷却型半导体激光器叠阵结构，该结构的巴条间距小，输出功率和能量密度高，具有很大的应用优势，但激光芯片厚度较薄，在厚度方向上机械性能比较脆弱。目前这种结构具体为多个激光芯片和多个导电衬底以及绝缘衬底组成巴条组，再整体焊接到热沉上，目前存在以下问题：（1）常用的热沉材料热膨胀系数与芯片差值太大，使用硬焊料回流焊接时产品内部形成的应力较大，造成激光芯片物理结构的损伤和产品失效，可靠性降低；（2）在长脉宽（ms级）下工作时，常用热沉换热界面距离热源较远，散热能力不足。

目前解决上述问题的主要方式：（1）热沉材料采用与激光芯片热膨胀系数更匹配的结构，但存在散热能力不足的情况，而改善散热能力的主要方式为采用微通道结构的散热器，但微通道尺寸很小，在使用过程中对水质要求很高，水阻较大对水泵性能要求较高;（2）巴条组与热沉之间使用软焊料焊接，但软焊料在hard pulse模式（ms级脉宽）下工作时容易产生热疲劳，产品可靠性不足。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种复合热沉、半导体激光器及其叠阵，降低了激光芯片物理结构损伤的可能性，提高产品可靠性。具体的技术方案为：

一种复合热沉，其特征在于：包括结合为整体的用于放置半导体芯片的绝缘组件和用于机械组装的机械组件，所述绝缘组件的热膨胀系数与半导体芯片匹配；

所述绝缘组件内设置有制冷通道，机械组件内设置有与绝缘组件的制冷通道连通的进液通道和出液通道，使得制冷液体自机械组件的进液通道流入，经绝缘组件的制冷通道对半导体芯片制冷，由机械组件的出液通道流出。

所述绝缘组件具体包括依次设置的下金属层、下绝缘层、散热层、上绝缘层、上金属层；前述上金属层用于放置半导体芯片，下金属层用于接触连接机械组件，所述散热层为设置有制冷通道的金属层。

所述下绝缘层和上绝缘层具体为陶瓷层，所述散热层为铜层。

绝缘组件与机械组件的接触面上设置有低温焊料。

所述绝缘组件和机械组件分别设置有相互匹配的螺纹孔，使得绝缘组件和机械组件之间通过螺钉固定。

所述进液通道、出液通道和绝缘组件的制冷通道之间设置有带有密封圈的径向密封管。

所述绝缘组件和机械组件外部设置有与其外部匹配的弹性卡扣，用于将绝缘组件和机械组件固定为整体。

一种半导体激光器，包括导电衬底与激光芯片依次间隔排列的巴条组以及上述复合热沉，所述巴条组安装于所述复合热沉的绝缘组件上，且激光出光方向垂直于绝缘组件的安装面。所述复合热沉的绝缘组件中的制冷通道的走向平行于巴条组中激光芯片和导电衬底的堆叠方向。

一种半导体激光器叠阵，以上述半导体激光器为单元，多个半导体激光器沿巴条组排列方向依次排列，使得复合热沉依次紧密连接，且复合热沉机械组件的进液通道、出液通道与相邻的复合热沉的出液通道、进液通道相连通。

本实用新型的有益效果：