带有热电制冷器的量子级联激光器的封装制造技术

本发明专利技术公开了一种带有热电制冷器的量子级联激光器的封装，包括：设置在封装管壳外部的散热装置，用于吸收热电制冷器热端通过管壳的底层传导出来的全部热量；HHL管壳组件，用于减小内部空间热量的积累对探测器管芯的影响，内部包含：封装好的所述热电制冷器、光传输窗口和探测器管芯组件；激光器管芯组件，包括激光器管芯、L型过渡热沉和热敏电阻，用于将探测器芯片的热量传递给所述热电制冷器的冷端。本发明专利技术采用的是高热导率过渡热沉和热沉组合的双热沉结构，可有效的增强激光器管芯的散热能力，减小因散热问题造成内部工作环境的恶化；同时采用热电制冷器可实现工作温度的控制，具有温度可控和可靠性的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件的封装，具体涉及一种带有热电制冷器(TEC)的量子级联激光器的HHL的封装。
技术介绍
与气体激光器和其他固体激光器相比，半导体激光器具有结构简单、体积小，功耗低，成本低，可调制工作等优点，成为许多领域如固体激光器的泵浦，激光打印，扫描，显示，数据存取，遥感，光通信等的重要光源。由于目前半导体激光器的输出功率偏小，一般的封装就可以满足用户的需要。但对于功率较高的半导体激光器，面临的最大问题就是大电流注入下激光器温度太高，激光器将加速老化，严重影响了半导体激光器的可靠性和工作寿命。因此，有效的将激光器中的热量传导出去将是半导体激光器封装的技术难点。 由于传统TO封装内部体积的限制，即使内部含有热电制冷器对温度进行控制，也不免因工作过程中热量的不断累积和温度控制器的反控制，使内部工作环境不断升温最终导致激光器管芯损坏。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种适合于大功率的半导体激光器封装，不仅能够有效的增强半导体激光器的散热能力，而且还能够实现激光器内部温度的精确控制。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种带有热电制冷器的量子级联激光器的封装，包括设置在封装管壳外部的散热装置，用于吸收热电制冷器热端通过管壳的底层传导出来的全部热量；HHL管壳组件，用于减小内部空间热量的积累对探测器管芯的影响，其内部包含封装好的所述热电制冷器、光传输窗口和探测器管芯组件；所述的热电制冷器，用于控制探测器管芯的温度，通过改变注入电流的大小来改变吸热量；所述的光传输窗口，采用镀有高增透膜的硒化锌透镜来滤去可见光和其它杂光，通过钎焊材料连接到封装侧壁的元部件上；所述的激光器管芯组件，包括激光器管芯、L型过渡热沉和热敏电阻，用于将探测器芯片的热量传递给所述热电制冷器的冷端。 优选地，所述的HHL管壳组件包括底板，采用钨铜材料加工而成，两面镀金，内部和热电制冷器的热端相接，外部紧贴着散热片；侧壁，采用可伐合金或Alloy52，镀有30_40微英寸厚度的金；电极，采用可伐合金或4J42材料制成，镀有100微米厚度的金来增加导电性。进一步地，所述底板的平整度应高于lmm/m。优选地，所述的散热装置采用外接风扇的强制对流式或水冷型散热方法。优选地，所述的L型过渡热沉的材料至少选自热传导较高的钨铜、Al2O3陶瓷、石墨烯、碳纳米管中的任意一种。优选地，所述的热电制冷器采用单级热电制冷器。优选地，所述的热电制冷器分别与所述L型过渡热沉和所述管壳的底板焊接，所述焊接是采用银浆150° C(30分钟固化)或者BiSn焊料130° C在真空下烧结而成。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图Ia是本专利技术风冷型带有热电制冷器的量子级联激光器的封装结构图； 图Ib是本专利技术水冷型带有热电制冷器的量子级联激光器的封装结构图；图2是本专利技术的带有热电制冷器的量子级联激光器封装管壳(俯视图)；图3是本专利技术的带有热电制冷器的量子级联激光器管芯组件示意图；图4是本专利技术的激光器管芯组件背部示意图；图5是采用的热电制冷器示意图。图中的附图标记为I、散热装置；2、HHL管壳组件；2a、底板；2b、侧壁；2c、电极；3、热电制冷器；3a、半导体制冷器的正电极；3b、半导体制冷器的负电极；4、光传输窗口 ；5、激光器管芯组件；6、半导体激光器芯片；6a、激光器的正电极；6b、激光器的负电极；7、热沉；8、L型过渡热沉；9、热敏电阻；9a、热敏电阻的正电极；％、热敏电阻的负电极；具体实施例方式图Ia和图Ib显示了是本专利技术的带有热电制冷器的量子级联激光器的封装结构示意图(图Ia为风冷型，图Ib为水冷型)，采用如下结构设置在封装管壳外部的散热装置I如风冷的散热片或水冷的微通道管，用于吸收热电制冷器热端通过管壳的底层传导出来的全部热量，一般采用外接风扇的强制对流式和水冷型散热方法。但是由于热电制冷器的制冷量是随着温差的增加而减小的，所以在设计时一定要尽量减小散热器的温度增加量。为了满足所需的热性能，平整度应高于lmm/m，所以有必要进行额外的抛光、飞刀切割、或者打磨，以求满足这种平整度的要求。HHL管壳组件2，内部包含封装好的热电制冷器3、光传输窗口 4、激光器管芯组件5。利用其内部较大的散热空间，较高的导热率的钨铜底板，来减小内部空间热量的积累对探测器管芯的影响；热电制冷器3，用于控制探测器管芯的温度，通过改变注入电流的大小来改变吸热量;光传输窗口 4，采用镀有高增透膜的硒化锌透镜来滤去可见光和其它杂光，通过钎焊材料连接到封装侧壁的元部件上。激光器管芯组件5，包括激光器管芯、L型过渡热沉和热敏电阻。利用钨铜材料的良好热传导性能将探测器芯片的热量传递给热电制冷器3的冷端。图2显示了本专利技术的带有热电制冷器的量子级联激光器封装管壳(俯视图)，如图2所示，封装管壳包括底板2a，采用导热系数较高且热膨胀系和热电制冷器底部陶瓷材料相当的钨铜材料作为底板，双面镀金，内部和热电制冷器的热端相接，外部紧贴着散热片。为了满足所需的热性能，平整度应高于lmm/m(0. 001in/in)；侧壁2b，一般采用可伐合金或Alloy52材料制成，镀有约 30_40微英寸厚度的金，一方面周来防止氧化，另一方面可以增加美观；电极2c，一般采用可伐合金或4J42材料制成，镀有约100微米厚度的金来增加导电性。图3显示了本专利技术的带有热电制冷器的量子级联激光器管芯组件示意图，如图3所示，激光器管芯组件5包括激光器芯片6、热沉7、L型过渡热沉8和热敏电阻9组成。一般采用金锡焊料或者银浆将GaN基、InP基半导体激光器芯片6焊接在表面镀金的AlN-Cu-AlN热沉7上，用金线将半导体激光器的正电极与接线柱相连，为了注入电流的分流，常在芯片上引多根引线。采用银浆将引好线的热沉至少一面与L型过渡热沉8焊接，且所述的热敏电阻9和热沉7都固定在L型过渡热沉8的端面上，L型过渡热沉8的底面和HHL管壳底板2a分别和热电制冷器的冷端和热端焊接在一起，然后将激光器的正电极6a和负电极6b、热敏电阻的正电极9a和负电极9b以及半导体制冷器的正电极4a和负电极4b分别与管壳的电极相连，在氮气的保护气体中被封装在带有光传输窗口的标准的HHL管壳中。图4显示了本专利技术的量子级联激光器管芯组件背部示意图，如图4所示，热敏电阻9是安置在过L型过渡热沉8的侧面上，与承载探测器芯片的热沉8焊接在一起，因而能精确的检测探测器芯片上的温度。负温度系数的热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，可以通过外部的温度补偿电路，探测器上的温度可以被精确控制在合适的点温度上。 图5显示了本专利技术中的热电制冷器示意图，如图5所示，热电制冷器3为单级串联结构的Peltier制冷器，制冷器的冷端面上使用银浆焊接量子级联激光器管芯组件，3a为半导体制冷器的正电极，3b为半导体制冷器的负电极，制冷器的热端面直接焊接在管壳地板上，采用导热率较高的银浆焊接。本专利技术优点在于提供一种适合于大功率的半导体激光器封装，不仅能够有效的增强半导体激光器的散热能力，而且还能够实现激光器内部温度的精确控制。权利要求1.一种带有热电制冷器的量子级联激光器的封装，其特征在于，包括 设置在封装管壳外部的散热装置，用于吸收热所述电制冷器热端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有热电制冷器的量子级联激光器的封装，其特征在于，包括：设置在封装管壳外部的散热装置，用于吸收热所述电制冷器热端通过管壳的底层传导出来的全部热量；HHL管壳组件，用于减小内部空间热量的积累对探测器管芯的影响，其内部包含：封装好的所述热电制冷器、光传输窗口和探测器管芯组件；所述的热电制冷器，用于控制探测器管芯的温度，通过改变注入电流的大小来改变吸热量；所述的光传输窗口，采用镀有高增透膜的硒化锌透镜来滤去可见光和其它杂光，通过钎焊材料连接到封装侧壁的元部件上；所述的激光器管芯组件，包括激光器管芯、L型过渡热沉和热敏电阻，用于将探测器芯片的热量传递给所述热电制冷器的冷端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘惠春，马陆海，
申请(专利权)人：无锡沃浦光电传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：