微通道热沉及其制作方法、半导体激光器技术

本申请涉及一种微通道热沉，包括多块具有流道结构的散热板材按预设顺序层叠后焊接而成的叠层结构；所述散热板材包括一块或多块第一散热板材，所述第一散热板材的材质包括热膨胀系数低于铜的热膨胀系数的金属或陶瓷；按层叠顺序，以所述叠层结构的中界面为界，所述第一散热板材在所述中界面的两侧均分分布。相比于传统的全部由金属铜材质组成的微通道热沉，上述的微通道热沉的热膨胀系数有所降低，与激光芯片的热膨胀系数的匹配度大大提高，进行封装时，可有效缓解焊接封装导致的应力应变集中问题，大大提高封装结构中激光芯片的散热效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
微通道热沉及其制作方法、半导体激光器


[0001]本申请涉及芯片散热
，特别是涉及一种微通道热沉及其制作方法、半导体激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、波长可调范围广和可靠性好等优点，广泛应用于材料加工、激光导航、医疗美容等领域。通常情况下，半导体激光器的电光转换效率为50％左右，其余的能量会转换为热量散发。为增加芯片的输出功率，半导体激光器的芯片通常采用巴条阵列或叠阵的方式，若巴条散热效果不佳将会严重影响阵列或叠阵的光束质量和输出功率，降低半导体激光器的寿命和可靠性。随着大功率半导体激光器的迅速发展，芯片的散热问题也日益突出。
[0003]目前激光芯片散热方式主要包括对流散热、半导体制冷、液冷散热等，其中微通道热沉是一种高效的液冷散热器。微通道热沉一般由五层板材经过蚀刻等工艺加工出流道，然后再将其焊接组合而成，为了获得较好的散热效果，板材材质一般为纯铜。
[0004]激光芯片与微通道热沉封装时，由于激光芯片与微通道热沉的热膨胀系数不匹配，容易导致激光芯片发生应力应变，产生“Smile效应”，Smile效应的存在会影响激光芯片的散热效果，从而会降低激光芯片的输出功率、转换效率和可靠性。
[0005]传统的解决激光芯片与微通道热沉封装时由于热膨胀系数不匹配导致激光芯片发生形变的方法主要是采用In基软焊料进行封装，依靠焊料可缓解激光芯片与微通道热沉应力应变集中问题，但是封装时焊接界面的金属间化合物生长速度快，导致材料脆性大，封装结构的长期可靠性降低。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要提供一种能够缓解激光芯片与微通道热沉封装时热膨胀系数不匹配和应力集中问题，有利于提高芯片散热效果的微通道热沉及其制作方法、半导体激光器。
[0007]本申请一实施例提供一种微通道热沉，包括多块具有流道结构的散热板材按预设顺序层叠后焊接而成的叠层结构；
[0008]所述散热板材包括一块或多块第一散热板材，所述第一散热板材的材质包括热膨胀系数低于铜的热膨胀系数的金属或陶瓷；
[0009]按层叠顺序，以所述叠层结构的中界面为界，所述第一散热板材在所述中界面的两侧均分分布。
[0010]在其中一个实施例中，所述散热板材还包括第二散热板材，所述第二散热板材的材质为铜。
[0011]在其中一个实施例中，所述叠层结构中至少有一块所述第一散热板材为多层复合板材，按层叠顺序，以所述叠层结构的中界面为界，所述多层复合板材在所述中界面的两侧均分分布；
[0012]可选地，所述多层复合板材包括第一复合板材层以及第二复合板材层，所述第一复合板材层的材质为铜，所述第二复合板材层的材质为热膨胀系数低于铜的金属或陶瓷；
[0013]进一步可选地，所述多层复合板材的板材层数为不低于三的奇数，按层叠顺序，在所述多层复合板材中，至少其中的首尾两个板材层为所述第一复合板材层。
[0014]在其中一个实施例中，所述多层复合板材的板材层数为不低于三的奇数，且在所述多层复合板材中，按层叠顺序，编号为奇数的板材层为所述第一复合板材层。
[0015]在其中一个实施例中，在所述多层复合板材中，所述第一复合板材层的单层厚度与所述第二复合板材层的单层厚度之比为1:(1～6)。
[0016]在其中一个实施例中，所述散热板材的数量为不低于三的奇数，且按层叠顺序，在所述叠层结构中，至少其中首尾两块所述散热板材为所述第一散热板材。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一散热板材有两块。
[0018]在其中一个实施例中，所述第一散热板材的热膨胀系数为5ppm/K～10ppm/K。
[0019]在其中一个实施例中，所述热膨胀系数低于铜的金属包括Mo、MoCu合金、W以及WCu合金中的一种或多种；
[0020]所述热膨胀系数低于铜的陶瓷包括Si3N4、Al2O3、AlN以及SiC中的一种或多种。
[0021]本申请一实施例还提供了一种微通道热沉的制作方法，包括如下步骤：
[0022]提供或制作多块具有流道结构的散热板材，其中，所述散热板材包括一块或多块第一散热板材，所述第一散热板材的材质包括热膨胀系数低于铜的热膨胀系数的金属或陶瓷；
[0023]将多块所述散热板材按预设顺序层叠形成待焊接的叠层结构，层叠后，按层叠顺序，以所述待焊接的叠层结构的中界面为界，所述第一散热板材在所述中界面的两侧均分分布；
[0024]对所述待焊接的叠层结构进行焊接，成型。
[0025]本申请一实施例还提供了一种半导体激光器，包括激光芯片以及微通道热沉，所述微通道热沉为如上述任一实施例中所述的微通道热沉或为如上述以实施例中所述的微通道热沉的制作方法制作得到的微通道热沉。
[0026]上述微通道热沉由多个具有流道结构的散热板材组成，散热板材包括热膨胀系数低于铜的第一散热板材，且按层叠顺序，以微通道热沉的层叠结构的中界面为界，第一散热板材在中界面的两侧均分分布。相比于传统的全部由金属铜材质组成的微通道热沉，上述的微通道热沉的热膨胀系数有所降低，与激光芯片的热膨胀系数的匹配度大大提高，进行封装时，可有效缓解焊接封装导致的应力应变集中问题，大大提高半导体激光器中激光芯片的散热效果。采用上述微通道热沉与激光芯片封装时，可采用常规的Sn基焊料进行封装，避免了传统采用In基软焊料进行封装导致的材料脆性大、封装结构的长期可靠性低的技术局限。
[0027]进一步地，采用上述微通道热沉与激光芯片利用Sn基焊料进行封装时，由于上述的微通道热沉具有较低的热膨胀系数，与激光芯片的热膨胀系数更为匹配，与传统的采用AuSn硬焊料封装的方式不同，无需在微通道热沉和激光芯片之间添加过渡热沉即可完成封装，减少了热阻有利于进一步提高激光芯片的散热效果，且进一步降低了封装难度和工艺成本，提高了封装结构的集成度。
附图说明
[0028]图1为传统引入过渡热沉对激光芯片与微通道热沉进行封装的结构示意图。
[0029]图2为一实施方式中的激光芯片与微通道热沉的封装结构的结构示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]10：微通道热沉；20：激光芯片；30：过渡热沉；40：微通道热沉；410：第一散热板材；420：第二散热板材；50：激光芯片。
具体实施方式
[0032]为了便于理解本申请，下面结合实施例和附图对本申请进行更全面的描述。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]本申请中，以开放式描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微通道热沉，其特征在于，包括多块具有流道结构的散热板材按预设顺序层叠后焊接而成的叠层结构；所述散热板材包括一块或多块第一散热板材，所述第一散热板材的材质包括热膨胀系数低于铜的热膨胀系数的金属或陶瓷；按层叠顺序，以所述叠层结构的中界面为界，所述第一散热板材在所述中界面的两侧均分分布。2.根据权利要求1所述的微通道热沉，其特征在于，所述散热板材还包括第二散热板材，所述第二散热板材的材质为铜。3.根据权利要求2所述的微通道热沉，其特征在于，所述叠层结构中至少有一块所述第一散热板材为多层复合板材，按层叠顺序，以所述叠层结构的中界面为界，所述多层复合板材在所述中界面的两侧均分分布；可选地，所述多层复合板材包括第一复合板材层以及第二复合板材层，所述第一复合板材层的材质为铜，所述第二复合板材层的材质为热膨胀系数低于铜的金属或陶瓷；进一步可选地，所述多层复合板材的板材层数为不低于三的奇数，按层叠顺序，在所述多层复合板材中，至少其中的首尾两个板材层为所述第一复合板材层。4.根据权利要求3所述的微通道热沉，其特征在于，所述多层复合板材的板材层数为不低于三的奇数，且在所述多层复合板材中，按层叠顺序，编号为奇数的板材层为所述第一复合板材层。5.根据权利要求3所述的微通道热沉，其特征在于，在所述多层复合板材中，所述第一复合板材层的单层厚度与所述第二复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王郑，
申请(专利权)人：佛山华智新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：