一种新型多波长激光器封装结构及其封装工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种新型多波长激光器封装结构及其封装工艺，属于激光技术领域，解决了现有技术中散热效率低、器件寿命短、加工效率低的问题，包括热沉底座，热沉底座内部设有散热齿和水通道，表面铺设定位绝缘片，绝缘片和热沉底座之间设有预制高温焊片或电镀有高温焊料或蒸镀有高温焊料，绝缘片表面经预制焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料连接有巴条模块。本发明专利技术在热沉底座内设置散热齿和水通道，利用去离子水将激光器产生的热量从钨铜条中带走，提高散热效率，将预制高温焊片或高温焊料代替传统铟材料，提高器件的寿命、产出率和光电性能，利用绝缘片将子模块与热沉底座整体连接，配合回流封装工艺，提升器件的加工效率。提升器件的加工效率。提升器件的加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种新型多波长激光器封装结构及其封装工艺


[0001]本专利技术属于激光
，具体地说，尤其涉及一种新型多波长激光器封装结构及其封装工艺。

技术介绍

[0002]随着半导体材料技术和激光器封装工艺技术的迅猛发展，半导体激光器因体积小、效率高、成本低等优点，被广泛应用于激光医疗、激光显示、工业加工、军事武器、固体激光器和光纤激光器泵浦等
，应用市场上对高功率、尤其是准连续输出时的峰值功率要求越来越高，多巴条组装的高功率垂直叠阵及面阵得以迅速发展。
[0003]目前，多巴条组装的高功率垂直叠阵主要是以微通道热沉封装的单巴条半导体激光器堆叠而成，所采用的焊料主要是高纯铟，高纯铟是一种软焊料，具有良好的延展性，可以在器件封装时和器件工作状态下很好地补偿热沉材料和巴条材料的热膨胀系数失配，且与半导体激光器巴条P面镀金层焊接面的润湿性也非常好。铟焊料的缺点是当在铟界面发生机械和热循环时，塑性变形速率很高，易产生蠕变，铟焊料在烧结焊接过程中易氧化，在其表面形成熔点高、润湿性差、具有抗焊性的氧化膜，使器件焊接性能降低，并且易产生铟须，易导致巴条的P、N结短路和巴条腔面污染，在器件工作时，铟焊料在高电流下易产生电迁移和电热迁移，使器件稳定性下降，易出现突然退化现象，铟焊料封装的器件寿命远小于金锡焊料封装的器件，因此，高温硬焊料半导体激光器巴条叠阵封装技术应运而生。
[0004]中国专利文件CN103457151B，公开了一种高温硬焊料准连续半导体激光器巴条叠阵封装方法，采用高温硬焊料将n个巴条、n+1个导电散热隔块和n+1个电绝缘散热片交替堆叠，一次回流焊接成激光器巴条叠阵单元，然后采用软焊料将激光器巴条叠阵单元与热沉再次回流焊接成型，但该方法仅能依靠传导散热，散热效率较低，废热易影响巴条激光器的波长，另外，该方法需要先将电绝缘散热片分割为n+1块后连接巴条，再与热沉底座定型，令激光器的制作复杂化，导致加工效率的下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种散热效率高、器件寿命长、加工效率高的新型多波长激光器封装结构及其封装工艺。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术新型多波长激光器封装结构及其封装工艺采用的技术方案为：
[0007]一种新型多波长激光器封装结构，包括热沉底座，所述热沉底座内部设有散热齿和水通道，表面开设有凹槽或凸起以铺设定位绝缘片，所述绝缘片和热沉底座之间设有预制高温焊片或电镀有高温焊料或蒸镀有高温焊料，所述绝缘片表面经预制焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料连接有巴条模块，所述巴条模块包括多组按单个钨铜条、单个芯片或两个钨铜条、单个芯片顺序堆叠的子模块，所述钨铜条侧部设置有预制高温焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料。
[0008]优选的，所述热沉底座采用导热率大于200W/m.k的材料制成，包括无氧铜、紫铜或铝。
[0009]优选的，所述绝缘片采用绝缘导热材料制成，包括氮化铝或金刚石。
[0010]优选的，所述绝缘片厚度为0.2～0.5mm，其表面按设定周期进行激光刻槽，槽宽为0.2～0.4mm。
[0011]优选的，所述绝缘片底面或表、底两面覆铜镀金。
[0012]一种新型多波长激光器封装工艺，包括以下步骤：
[0013]S1在专有治具表面堆叠N+1个钨铜条和芯片，从一端开始按单个钨铜条和单个芯片的顺序类推，或按两个钨铜条和单个芯片的顺序类推，在钨铜条一侧放置0.1～0.3mm厚度的预制高温焊片或电镀0.05～0.1mm厚度的高温焊料或蒸镀0.05～0.1mm厚度的高温焊料，回流封装成子模块；
[0014]S2将热沉底座放置于专有治具底部，随后在绝缘片底部放置预制高温焊片或电镀0.25～0.5um厚度的高温焊料或蒸镀0.25～0.5um厚度的高温焊料，回流封装绝缘片与热沉底座；
[0015]S3将封装好的绝缘片与热沉底座放置于专有治具表面，在绝缘片表面放置预制焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料，再将子模块放置于绝缘片的槽内，200℃下进行焊接，组装好的激光器放置于回流炉内，一次性焊接成型。
[0016]优选的，所述步骤S1、S2、S3中回流封装工艺，包括以下步骤：
[0017](1)抽真空氮气清洗回流炉内腔；
[0018](2)将回流炉预热至180℃，恒温保持3min，以保证治具温度一致；
[0019](3)抽真空，向回流炉内充入高纯氮气或带甲酸的氮气，再将回流炉加热至250℃，使带甲酸的气体充分还原，保护产品的氧化；
[0020](4)回流炉内温度保持在250℃，使炉内治具与产品温度均匀，由于高温焊料未达熔点，故继续抽真空，充入高纯氮气、氮氢混合气体或带甲酸的氮气，保持炉内气体的纯度后将回流炉温度升至310℃，恒温30s，使高温焊料达到熔点后持续5～10s，随后降温冷却，完成回流封装。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术在热沉底座内设置散热齿和水通道，利用去离子水将激光器产生的热量从钨铜条中带走，提高散热效率；将预制高温焊片或高温焊料代替传统铟材料，提高器件的寿命、产出率和光电性能；利用绝缘片将子模块与热沉底座整体连接，配合回流封装工艺，使多组治具在回流炉内批量加工，提升器件的加工效率。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术的分解图。
[0025]图中：1.热沉底座；2.绝缘片；3.钨铜条；4.芯片。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式，对专利技术进一步说明：
[0027]如图1—图2所示，一种新型多波长激光器封装结构，包括热沉底座1，所述热沉底座1采用导热率大于200W/m.k的材料制成，包括无氧铜、紫铜或铝，所述热沉底座1内部设有散热齿和水通道，表面开设有凹槽或凸起以铺设定位绝缘片2，所述绝缘片采用绝缘导热材料制成，包括氮化铝或金刚石，所述绝缘片厚度为0.2～0.5mm，其表面按设定周期进行激光刻槽，槽宽为0.2～0.4mm，所述绝缘片2和热沉底座1之间设有预制高温焊片或电镀有高温焊料或蒸镀有高温焊料，所述绝缘片2表面经预制焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料连接有巴条模块，所述巴条模块包括多组按单个钨铜条3、单个芯片4或两个钨铜条3、单个芯片4顺序堆叠的子模块，所述钨铜条3侧部设置有预制高温焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料。其中，所述绝缘片底面或表、底两面覆铜镀金，以保证绝缘片的绝缘导热性，若热沉底座采用铝件制成，其加工完成后需要进行高温去应力，降低产品的热膨胀系数。
[0028]一种新型多波长激光器封装工艺，包括以下步骤：
[0029]S1在专有治具表面堆叠N+1个钨铜条和芯片，从一端开始按单个钨铜条和单个芯片的顺序类推，或按两个钨铜条和单个芯片的顺序类推，在钨铜条一侧放置0.1～0.3mm厚度的预制高温焊片或电镀0.05～0.1mm厚度的高温焊料或蒸镀0.05～0.1mm厚度的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型多波长激光器封装结构，包括热沉底座，所述热沉底座内部设有散热齿和水通道，表面开设有凹槽或凸起以铺设定位绝缘片，其特征在于：所述绝缘片和热沉底座之间设有预制高温焊片或电镀有高温焊料或蒸镀有高温焊料，所述绝缘片表面经预制焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料连接有巴条模块，所述巴条模块包括多组按单个钨铜条、单个芯片或两个钨铜条、单个芯片顺序堆叠的子模块，所述钨铜条侧部设置有预制高温焊片或电镀高温焊料或蒸镀高温焊料。2.根据权利要求1所述新型多波长激光器封装结构，其特征在于：所述热沉底座采用导热率大于200W/m.k的材料制成，包括无氧铜、紫铜或铝。3.根据权利要求1所述新型多波长激光器封装结构，其特征在于：所述绝缘片采用绝缘导热材料制成，包括氮化铝或金刚石。4.根据权利要求1所述新型多波长激光器封装结构，其特征在于：所述绝缘片厚度为0.2～0.5mm，其表面按设定周期进行激光刻槽，槽宽为0.2～0.4mm。5.根据权利要求1所述新型多波长激光器封装结构，其特征在于：所述绝缘片底面或表、底两面覆铜镀金。6.一种新型多波长激光器封装工艺，其特征在于：包括以下步骤：S1在专有治具表面堆叠N+1个钨铜条和芯片，从一端开始按单个钨铜条和单个芯片的顺序类推，或按两个钨铜条和单个芯片的顺序类推，在钨铜条一侧放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：单肖楠，王德林，叶淑娟，秦博，
申请(专利权)人：扬州扬芯激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：