一种半导体激光器封装结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半导体激光器封装结构，包括激光器芯片(1)和冷却器(2)，所述激光器芯片(1)封装在所述冷却器(2)的第一外表面；其中，所述冷却器(2)内封装有相变材料(6)，在半导体激光器处于异常工作状态时，所述相变材料(6)用于将所述激光器芯片(1)的温度冷却至预设安全温度以下。本实用新型专利技术通过在冷却器内封装有相变材料，利用相变材料的相变潜热吸收额外系统故障时产生的大量热量，起到保护半导体激光器芯片的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器封装结构
本技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种半导体激光器封装结构。
技术介绍
半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长等优点，使得它目前在工业、医疗、通讯、信息显示等领域中都有非常广泛的应用。随着半导体激光器功率的增大，冷却设计对保证半导体激光器正常工作起着非常重要的作用，因而应用了各种先进冷却器技术，其中最典型的是纯铜材质微通道冷却器，所述冷却器在外部冷却系统辅助下工作，在大功率半导体激光器芯片正常工作时利用冷却剂对其进行冷却，保证其正常工作温度。然而，半导体激光器是昂贵且易损的半导体器件，由于其热界面焊接材料熔点低，光学准直微透镜一般采用胶粘接，在外部冷却系统或者电源系统出现问题时，半导体激光器芯片、焊接材料、粘接胶都很容易被烧毁，其安全问题不能忽视。当前大功率半导体激光器的冷却多采用无氧铜叠片微通道冷却器，大功率半导体激光器和一般电子器件相比较更容易被烧毁的原因有三点：一、半导体激光器产生的热量以及热流密度远大于一般电子器件；二、将半导体激光器和无氧铜叠片微通道冷却器进行封装，封装密度非常高，很小体积内发热量巨大；三、无氧铜叠片微通道冷却器结构十分紧凑，体积重量都比较小，因而热容也比较小，在遭遇额外大热量时，温度响应也是最剧烈的，温度升高特别急剧。在遇到非正常工作状况时，譬如，冷却剂循环系统出现故障，或者，电流突增导致额外大量热量产生时，系统在检测到故障后会立刻停止为所述半导体激光器供电，但是一般也需要一定的反馈时间，在很短时间内所述芯片温度和冷却器温度会急剧异常升高，此时，大量的热量不能及时被带走，导致整个半导体激光器温度升高，甚至烧毁，而目前还没有相应技术措施来提供这种保护。
技术实现思路
本技术实施例提供一种半导体激光器封装结构，利用相变材料的相变潜热吸收额外系统故障时产生的大量热量，起到保护半导体激光器芯片的目的。本技术实施例提出一种半导体激光器封装结构，包括激光器芯片和冷却器，所述激光器芯片封装在所述冷却器的第一外表面；其中，所述冷却器内封装有相变材料，在半导体激光器处于异常工作状态时，所述相变材料用于将所述激光器芯片的温度冷却至预设安全温度以下。可选的，所述冷却器内还设置有微通道结构。可选的，所述相变材料的熔化温度高于所述激光器芯片的正常工作温度，且低于所述预设安全温度。可选的，所述相变材料封装在所述微通道结构通路之间，且与所述微通道结构相互隔离。可选的，所述相变材料为如下材料之一：结晶水合盐、石蜡、脂肪酸、低熔点金属和低熔点合金。可选的，所述冷却器还包括导热肋，所述相变材料封装在所述冷却器内所述导热肋形成的腔体中。可选的，所述冷却器内封装的相变材料的体积根据所述激光器芯片的功率确定。可选的，所述冷却器上开设有封装口，所述相变材料在熔化状态下通过所述封装口充入所述冷却器内。本技术实施例通过在冷却器内封装有相变材料，利用相变材料的相变潜热吸收额外系统故障时产生的大量热量，起到保护半导体激光器芯片的目的，取得了积极的技术效果。上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本技术实施例封装结构的一种可选的实施方式；图2为本技术实施例封装结构的另一种可选的实施方式；图3为本技术实施例封装结构的另一种可选的实施方式；图4为本技术实施例封装结构的另一种可选的实施方式；图5为本技术实施例封装结构的另一种可选的实施方式；图6为本技术实施例导热肋结构的一种可选的实施方式；图7为本技术实施例导热肋结构的另一种可选的实施方式。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。实施例一本技术第一实施例提供一种半导体激光器封装结构，如图1所示，包括激光器芯片1和冷却器2，所述激光器芯片1封装在所述冷却器2的第一外表面；其中，所述冷却器2包括冷却剂入口3、冷却剂出口4、微通道管路5，所述冷却器2内封装有相变材料6，在半导体激光器处于异常工作状态时，所述相变材料6用于将所述激光器芯片1的温度冷却至预设安全温度以下。相变材料(PhaseChangeMaterial，PCM)通常是一些常压下在某些温度区段可进行相变的材料。由于固液相变潜热存储具有储热密度高，相变过程近似等温过程且体积变化不大，以及结构相对简单等优点，因此PCM多指固液相变材料。当PCM吸收热量后，其状态变为液态，当环境温度降低后，经过向环境的散热，又可以恢复为固态。利用相变材料的相变潜热吸收一定时段内运行的电子器件产生的热量，可以使得电子器件在一定的时间内保持相对平稳的温度，从而达到保护电子器件的目的。本实施例中，冷却器2在外部冷却系统辅助下工作，在半导体激光器芯片1正常工作时利用冷却剂对其进行冷却，保证其正常工作温度。相变材料6封装在冷却器2内部，当异常工作状况下，即外部冷却系统或者电源系统出现故障时，系统在检测到故障后会立刻停止为半导体激光器供电，但由于存在一定的反馈时间，半导体激光器的功率会变大，由于封装紧凑，因而半导体激光器自身热容小，在很短时间内所述激光器芯片1温度和冷却器2温度会急剧异常升高，本实施例中相变材料6通过冷却器2传热吸收激光器芯片1产生的热量，通过发生相变维持一段时间内温度不剧烈上升，从而保障半导体激光器芯片1在断电前的安全温度，也即本实施例通过在冷却器2内封装相变材料6，利用相变材料的相变潜热吸收额外系统故障时产生的大量热量，起到保护半导体激光器芯片的目的。可选的，所述冷却器2内还设置有微通道结构。具体地说，本实施例中冷却器2其中设置有多条微通道结构，例如可以采用无氧铜叠片微通道冷却器。可选的，所述相变材料6的熔化温度高于所述激光器芯片1的正常工作温度，且低于所述预设安全温度。具体地说，选取相变材料6的主要依据为保证激光器芯片1正常运行状态下相变材料6不参与芯片的冷却，在故障后能迅速对芯片进行冷却，本实施例中，相变材料6的熔化点(熔化温度)高于工作时的正常工作温度，低于半导体激光器芯片的安全工作温度以及焊接材料的安全工作温度。可选的，所述相变材料6为如下材料之一：结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器封装结构，其特征在于，包括激光器芯片(1)和冷却器(2)，所述激光器芯片(1)封装在所述冷却器(2)的第一外表面；/n其中，所述冷却器(2)内封装有相变材料(6)，在半导体激光器处于异常工作状态时，所述相变材料(6)用于将所述激光器芯片(1)的温度冷却至预设安全温度以下。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器封装结构，其特征在于，包括激光器芯片(1)和冷却器(2)，所述激光器芯片(1)封装在所述冷却器(2)的第一外表面；
其中，所述冷却器(2)内封装有相变材料(6)，在半导体激光器处于异常工作状态时，所述相变材料(6)用于将所述激光器芯片(1)的温度冷却至预设安全温度以下。


2.如权利要求1所述的半导体激光器封装结构，其特征在于，所述冷却器(2)内还设置有微通道结构。


3.如权利要求1所述的半导体激光器封装结构，其特征在于，所述相变材料(6)的熔化温度高于所述激光器芯片(1)的正常工作温度，且低于所述预设安全温度。


4.如权利要求2所述的半导体激光器封装结构，其特征在于，所述相变材料(6)封装在所述微通道结构通路之间，且与所述微通道结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，刘洋，赵鸿，王文涛，吕坤鹏，陈三斌，王钢，唐晓军，刘磊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11