一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术提供一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，包括从上到下依次设置的负极水道、第一绝缘片、负极块、半导体激光模块、正极块、第二绝缘片和正极底座；半导体激光模块包括垂直设置的至少两个半导体激光单元结构；半导体激光单元结构包括从上到下依次设置的负极连接层、绝缘层、单体热沉，设置在负极连接层上表面的芯片和连接芯片与负极连接层的金线，单体热沉包括芯片封装区、水冷散热区、结构固定区和设置在水道外侧的密封凹槽。本实用新型专利技术通过合理的设计，芯片N面采用金丝键合的方式进行连接，摒弃了传统的铟焊料方案。创新性的在水冷散热区设置有固定凹槽避免叠阵产品长时间使用过程由于O型密封圈的错位而漏水。水。水。

【技术实现步骤摘要】
一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器


[0001]本技术涉及激光器
，具体涉及一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有电光转换效率高、寿命长的特点，广泛应用于医疗美容，材料加工等多个方面，由于半导体激光器应用过程中会存在45％
‑
55％的电能转换为废热，因此对于半导体激光器的散热结构需严格合理设计。
[0003]目前市面上半导体激光器的散热结构主要包括整体宏通道和微通道热沉结构两种，对于高功率半导体激光器而言，整体宏通道存在散热效率差，各发光单元之间串扰明显，结构灵活性较差等缺陷。微通道热沉具有优异的散热效率，但是由于其结构复杂、制造成本高等特点导致该结构市场使用率较低。
[0004]目前行业内存在部分公司开发出单体宏通道热沉叠阵的高功率产品，但是这些产品在制备过程中存在以下缺陷：芯片N面(负极)大多都采用铟焊料焊接铜箔带的导电方式，该方案存在产品使用过程中铟焊料的电热迁移。此外单体热沉之间的密封性较差，O型圈使用过程中错位导致产品漏水等问题。
[0005]因此需要一种防止热串扰并提高灵活性的激光器。

技术实现思路

[0006]本技术是为了解决整体宏通道产品的热串扰和灵活性差的问题，提供一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，本技术通过合理的设计，芯片N面采用金丝键合的方式进行连接，摒弃了传统的铟焊料方案。创新性的在水冷散热区设置有固定凹槽避免叠阵产品长时间使用过程由于O型密封圈的错位而漏水。
[0007]本技术提供一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，包括从上到下依次设置的负极水道、第一绝缘片、负极块、半导体激光模块、正极块、第二绝缘片和正极底座；
[0008]半导体激光模块包括垂直设置的至少两个半导体激光单元结构；
[0009]半导体激光单元结构包括从上到下依次设置的负极连接层、绝缘层、单体热沉，设置在负极连接层上表面的芯片和连接芯片与负极连接层的金线，半导体激光单元结构垂直叠放；
[0010]单体热沉包括从前到后依次设置的芯片封装区、水冷散热区、结构固定区，设置在水冷散热区的水道，设置在水道外侧的密封凹槽和设置在结构固定区上的第一销孔、第二销孔，芯片封装区为平面，第一销孔和第二销孔为通孔，垂直叠放的半导体激光单元结构通过第一销孔固定。
[0011]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，芯片封装区设置在芯片的下方，水道包括设置在中心的圆孔、以圆孔为中心均匀分布在
圆孔外侧的圆孔水道和设置在圆孔水道外侧的密封面，圆孔和圆孔水道均为通孔，密封面的高度与芯片封装区的高度相同，密封凹槽设置在密封面的外侧。
[0012]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，圆孔水道的数量为8个，圆孔水道的直径小于圆孔的直径。
[0013]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，半导体激光单元结构还包括与负极连接层底面连接的次热沉，次热沉位于芯片的下方，负极连接层包括上层结构和下层结构，上层结构的长度小于下层结构的长度；
[0014]次热沉的材料为钨铜或氮化铝。
[0015]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，第一销孔的数量为两个、分别设置在第二销孔的两侧。
[0016]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，还包括设置在半导体激光模块后部的T型绝缘块，T型绝缘块包括第一结构、与第一结构中部连接向后延伸的第二结构和设置在第一结构上的T型绝缘块销孔，第一结构为高度大于宽度的长方体，第二结构为长方体，第二结构设置在负极块和正极块之间，第一结构和第二结构为一体式结构。
[0017]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，还包括O型圈，O型圈设置在密封凹槽中。
[0018]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，O型圈还设置在负极水道与第一绝缘片之间、第一绝缘片与负极块之间、负极块与半导体激光模块之间、半导体激光模块与正极块之间、正极块与第二绝缘片之间、第二绝缘片与正极底座之间。
[0019]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，负极块和正极块设置放置O型圈的凹槽。
[0020]本技术所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，作为优选方式，负极水道、第一绝缘片、负极块、半导体激光模块、正极块、第二绝缘片和正极底座均设置水道和销孔。
[0021]本技术方案，首先采用单体热沉设计思路，每个单体热沉包含芯片封装区、水冷散热区和结构固定区。水冷散热区贴近芯片封装区为激光器芯片提供良好的散热通路，水冷散热区设计了特殊的结构以提高热沉的散热效率，水冷散热区为O型圈设计有专门的凹槽，以便于更好的限制O型圈。
[0022]水冷散热区分为两种结构第一部分为凹槽结构，凹槽深度为0.1
‑
10mm，凹槽宽度为0.1
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5mm，凹槽用于放置O型圈，该结构可以有效限制产品使用过程中O型圈的不确定性移动。第二部分结构为冷却介质通过区域，该区域尺寸为0.1
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10mm，内部设置有2
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20个小圆通孔，小圆通孔直径为0.1
‑
10mm。
[0023]结构固定区域设置有三个通孔，左右两侧通孔用于多个热沉叠阵组装使用，中间圆孔是便于多根热沉组装过程中使用定位销钉，三个通孔直径为1
‑
5mm。
[0024]芯片焊接区域为热沉最前端，距离水冷散热区中心位置为8
‑
20mm，为了降低芯片焊接过程的应力，芯片焊接区域设置有次热沉，次热沉材料为钨铜或氮化铝材料，次热沉尺寸为长10
‑
15mm，宽1.5
‑
5mm，厚0.1
‑
10mm。
[0025]热沉整体使用紫铜，金刚石，金刚石
‑
铜等热导率超过180W/m*K的材料，热沉的宽度为10
‑
50mm。热沉厚度为1
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10mm，热沉长度为10
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50mm，热沉整体采用绝缘片隔绝芯片的正负极，绝缘片的厚度为0.1
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1mm，宽度为10
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50mm，长度为10
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50mm，负极连接片为两层结构，负极连接层整体厚度为0.1
‑
5mm，宽度为10
‑
50mm，长度为10
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50mm。芯片N面通过金线与负极连接层。金线线径为0.1
‑
1000微米，金线数量为50
‑
200pcs。
[0026]垂直分体式叠阵高功率半导体激光器自下往上结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，其特征在于：包括从上到下依次设置的负极水道(1)、第一绝缘片(2)、负极块(3)、半导体激光模块(4)、正极块(5)、第二绝缘片(6)和正极底座(7)；所述半导体激光模块(4)包括垂直设置的至少两个半导体激光单元结构(41)；所述半导体激光单元结构(41)包括从上到下依次设置的负极连接层(411)、绝缘层(412)、单体热沉(413)，设置在所述负极连接层(411)上表面的芯片(414)和连接所述芯片(414)与所述负极连接层(411)的金线(415)，所述半导体激光单元结构(41)垂直叠放；所述单体热沉(413)包括从前到后依次设置的芯片封装区(4131)、水冷散热区(4132)、结构固定区(4133)，设置在所述水冷散热区(4132)的水道(4134)，设置在所述水道(4134)外侧的密封凹槽(4135)和设置在所述结构固定区(4133)上的第一销孔(4136)、第二销孔(4137)，所述芯片封装区(4131)为平面，所述第一销孔(4136)和所述第二销孔(4137)为通孔，垂直叠放的所述半导体激光单元结构(41)通过所述第一销孔(4136)固定。2.根据权利要求1所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，其特征在于：所述芯片封装区(4131)设置在所述芯片(414)的下方，所述水道(4134)包括设置在中心的圆孔、以所述圆孔为中心均匀分布在所述圆孔外侧的圆孔水道和设置在所述圆孔水道外侧的密封面，所述圆孔和所述圆孔水道均为通孔，所述密封面的高度与所述芯片封装区(4131)的高度相同，所述密封凹槽(4135)设置在所述密封面的外侧。3.根据权利要求2所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，其特征在于：所述圆孔水道的数量为8个，所述圆孔水道的直径小于所述圆孔的直径。4.根据权利要求1所述的一种新型垂直分体式叠阵高功率半导体激光器，其特征在于：所述半导体激光单元结构(41)还包括与所述负极连接层(411)底面连接的次热沉(416)，所述次热沉(...

【专利技术属性】
技术研发人员：华俊，
申请(专利权)人：西安欧益光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：