一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法技术

本发明专利技术涉及一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法，属于半导体激光器叠阵技术领域。步骤为，(1)激光器内部各组件分别放置Au80Sn20焊料片和SnAg焊料片，然后通过激光器封装夹具进行激光器封装；(2)封装热沉与激光器之间放置Au10Sn90焊料片，然后通过热沉封装夹具进行封装；(3)通过在封装热沉与环状通水热沉之间放置一层SAC305焊料片进行环状通水热沉封装；(4)封装好的环状通水热沉叠加固定，组成半导体激光器叠阵结构。本发明专利技术采用集成式封装环形半导体激光器叠阵的操作，有效提升封装效率、峰值功率、产品可靠性以及可维护性，解决了泵源功率低以及光束分布不均匀的问题。决了泵源功率低以及光束分布不均匀的问题。决了泵源功率低以及光束分布不均匀的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法


[0001]本专利技术涉及一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法，属于半导体激光器叠阵


技术介绍

[0002]半导体激光器叠阵可应用于Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Tm:YAG等常见固体激光器的泵浦领域，Nd:YAG、Nd:YVO4等晶体在808nm达到吸收峰值，Yb:YAG晶体在940nm达到吸收峰值，Tm:YAG晶体在783nm达到吸收峰值；YAG晶体、YVO4晶体作为增益介质，产生1030nm
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1064nm的激光，广泛应用于医疗、材料加工、军事等领域，通常晶体的尺寸较小，吸收带宽较窄，约为3nm，对泵源的波长要求、体积要求及可靠性要求较高，若泵源分布不均匀，会导致泵浦效率降低。半导体激光器叠阵作为常用的固体激光器的泵浦，目前商业化推广的泵浦用半导体激光器主要为厘米bar封装的叠阵激光器，该结构的激光器具有体积小、效率高、可靠性高等优点，已经广泛地应用到固体激光器的泵浦领域。
[0003]环形半导体激光器叠阵结构如图3
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6所示，包括激光器、封装热沉和环状通水热沉，激光器均布封装在封装热沉上，封装热沉环绕封装于环状通水热沉内部，封装热沉上设置有连接激光器的叠阵电极，封装热沉叠加组装成环形半导体激光器叠阵结构，其中，激光器包括巴条、钨铜热沉、底座热沉、电极片、陶瓷绝缘片、电极绝缘片和连接电极，底座热沉上端设置陶瓷绝缘片，陶瓷绝缘片两侧分别设置电极片，电极片之间的陶瓷绝缘片上设置钨铜热沉，钨铜热沉之间设置有巴条，电极片下侧与底座热沉之间设置有电极绝缘片，电极片之间通过连接电极进行连接。
[0004]现有环形半导体激光器叠阵结构中，已经实现环形叠阵的封装，叠阵的功率量级方面在千瓦级封装量级，在焊料选择上含有部分In焊料或者低温焊料，未完全实现高温焊料封装，在封装形式上基本都是一体化结构，封装效率、峰值功率、产品可靠性以及可维护性较低

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法，采用集成式模块化封装环形半导体激光器叠阵，有效提升封装效率、峰值功率、产品可靠性以及可维护性，解决了泵源功率低以及光束分布不均匀的问题。
[0006]术语解释：
[0007]晶体：常见的用于固体激光器的Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Tm:YAG晶体，通常为圆柱状，每种晶体对应一个或多个吸收峰值；
[0008]泵浦源：通常与晶体配合使用，获得理想的输出状态，本专利技术中指的是半导体激光器，波长处于晶体的吸收波段内；
[0009]巴条：用于封装半导体激光器泵源的激光芯片。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法，步骤如下：
[0012](1)激光器封装，将巴条按照正负极顺序依次摆放，巴条与巴条之间放置钨铜热沉，钨铜热沉与巴条之间放置Au80Sn20焊料片，通过高温焊接形成巴条阵列，在巴条阵列与陶瓷绝缘片之间、陶瓷绝缘片与底座热沉之间、电极片与电极绝缘片、电极绝缘片与底座热沉之间均放置SnAg焊料片，巴条底部通过ALN绝缘材料进行绝缘，然后通过激光器封装夹具进行固定，将激光器封装夹具放入回流炉烧结，封装成激光器；
[0013](2)封装热沉封装，封装热沉上均布放置Au10Sn90焊料片，在Au10Sn90焊料片表面放置封装后的激光器，相邻激光器的电极片上放置连接电极，连接电极与电极片之间放置Au10Sn90焊料片，Au10Sn90焊料片尺寸与连接电极保持一致，通过热沉封装夹具固定连接电极、Au10Sn90焊料片、激光器和封装热沉的相对位置，通过回流炉烧结固定；
[0014](3)环状通水热沉封装，封装热沉与环状通水热沉之间放置一层SAC305焊料片，然后将封装热沉与环状通水热沉通过固定通孔用螺丝固定到一起，在相邻的封装热沉之间放置连接电极，连接电极底部放置SAC305焊料片，通过回流炉烧结固定，然后焊接叠阵电极；
[0015](4)将封装好的环状通水热沉叠加固定，相邻叠阵电极进行连接，组成半导体激光器叠阵结构。
[0016]优选的，步骤(1)中，Au80Sn20焊料片长度和宽度与巴条长度和宽度相同。
[0017]优选的，步骤(1)中，激光器封装夹具包括主体A和压块A，主体A为长方体，主体A内设置有放置槽A，放置槽A内放置有激光器，通过在主体A一侧旋转插入固定螺钉对激光器进行固定，激光器上侧设置有压块A，压块A下侧凹槽与激光器上侧凸起匹配，通过压块A固定激光器上侧的组件。
[0018]优选的，步骤(1)中，激光器封装的巴条数量为1
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5。
[0019]优选的，步骤(2)中，热沉封装夹具包括主体B和压块B，主体B为长方体，主体B内设置有放置槽B，放置槽B内放置有封装热沉，通过在主体B一侧旋转插入固定螺钉对连接电极进行固定，封装热沉上侧设置有压块B，压块B下侧凸起与封装热沉上侧的激光器凸起弧度相匹配，压块B通过固定螺钉设置于主体B两侧，通过压块B固定激光器与封装热沉的相对位置。
[0020]进一步优选的，放置槽B的宽度和长度与封装热沉横截面的长度和宽度相同，封装热沉底部设置有螺丝孔，封装热沉通过底部的螺丝孔与主体B进行固定。
[0021]优选的，步骤(3)中，叠阵电极为L型电极，方便叠加后进行连接。
[0022]优选的，步骤(4)中，环状通水热沉内侧设置有密封槽，保证后端应用过程中密封性。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]1、本专利技术采用集成式封装环形半导体激光器叠阵的操作，有效提升封装效率、峰值功率、产品可靠性以及可维护性，解决了泵源功率低以及光束分布不均匀的问题。
[0025]2、本专利技术通过设计相应的封装夹具完成对各个零部件的封装，再通过环状通水热沉集成组合封装实现高功率环形叠阵泵浦，完成高功率巴条高可靠性封装。
[0026]3、本专利技术采用熔点递减的高温焊料Au80Sn20、SnAg、Au10Sn90和SAC305，保证各封装步骤之间不会相互影响，避免后续封装步骤中的高温焊接影响之前的封装效果，使形成的二元/三元合金具有强度高，稳定性高等优点，避免了In焊料及其他低温焊料带来的迁移
失效的风险。
附图说明
[0027]图1为激光器封装夹具使用状态结构示意图；
[0028]图2为热沉封装夹具使用状态结构示意图；
[0029]图3为环状通水热沉封装后的结构示意图；
[0030]图4为环状通水热沉结构示意图；
[0031]图5为激光器结构示意图；
[0032]图6为封装热沉结构示意图；
[0033]其中，1、巴条，2、钨铜热沉，3、底座热沉，4、电极片，5、陶瓷绝缘片，6、电极绝缘片，7、封装热沉，8、连接电极，9、环状通水热沉，10、通水口，11、密封槽，12、固定孔，13、固定通孔，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环形半导体激光器叠阵结构的封装方法，其特征在于，步骤如下：(1)激光器封装，将巴条按照正负极顺序依次摆放，巴条与巴条之间放置钨铜热沉，钨铜热沉与巴条之间放置Au80Sn20焊料片，通过高温焊接形成巴条阵列，在巴条阵列与陶瓷绝缘片之间、陶瓷绝缘片与底座热沉之间、电极片与电极绝缘片、电极绝缘片与底座热沉之间均放置SnAg焊料片，巴条底部通过ALN绝缘材料进行绝缘，然后通过激光器封装夹具进行固定，将激光器封装夹具放入回流炉烧结，封装成激光器；(2)封装热沉封装，封装热沉上均布放置Au10Sn90焊料片，在Au10Sn90焊料片表面放置封装后的激光器，相邻激光器的电极片上放置连接电极，连接电极与电极片之间放置Au10Sn90焊料片，通过热沉封装夹具固定连接电极、Au10Sn90焊料片、激光器和封装热沉的相对位置，通过回流炉烧结固定；(3)环状通水热沉封装，封装热沉与环状通水热沉之间放置一层SAC305焊料片，然后将封装热沉与环状通水热沉固定到一起，在相邻的封装热沉之间放置连接电极，连接电极底部放置SAC305焊料片，通过回流炉烧结固定，然后焊接叠阵电极；(4)将封装好的环状通水热沉叠加固定，相邻叠阵电极进行连接，组成半导体激光器叠阵结构。2.如权利要求1所述的环形半导体激光器叠阵结构的封装方法，其特征在于，步骤(1)中，Au80Sn20焊料片长度和宽度与巴条长度和宽度相同。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：付传尚，刘琦，孙素娟，位晓凤，李韦清，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：