專利名稱：一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體激光器件封裝技術領域。
背景技術：
大功率，超大功率固體激光系統為國家技術發展戰略方向之一，近年來國家不斷 加大投入力度，十二五期間，國家科學技術部明確提出要制作出3-5千瓦級的大功率固體 激光器。這類激光器需要高質量和穩定性能的半導體激光泵浦模塊，目前這類模塊大都依 賴進口。市場上側面泵浦用大功率半導體激光器打都采用1厘米巴條封裝，這種封裝所造 成的光束發散角較大，若要提高晶體泵浦效率，必須將泵浦模塊發光面移至距離晶體棒很 緊的地方，或者由光導引至晶體棒表面。如果將光束發散角降低至10度以下，在相同的光 功率密度條件下所允許的發光表面到晶體表面的間距可以明顯拉大。因此如果有需要，可 以在泵浦腔體中增加泵浦模塊的數量，提高泵浦源整體能量。從電連接方式來看，由于1厘 米巴條由多個激光單體并聯而成，所以工作電流較高。以市場上常見的產品為例，其典型工 作電流為25安培。用同樣發光體設計，采用單管器件串聯方式可將工作電流將至僅幾個安 培。多管串聯半導體激光芯片封裝是近年來出現的新型半導體激光器封裝技術，毋庸置疑， 這種技術是實現大幅度降低激光器工作電流的有效方法。
實用新型內容本實用新型的目的是提出一種基于半導體激光器件單體的多管串聯連接方式的 半導體激光器封裝設計理念。不同于巴條中激光束快軸垂直于水平方向，所封裝的激光器 所發出的光束慢軸與水平方向相垂直，這樣使得激光器所發出光束的發散角由傳統的40 度降低到大約小于10度。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體激光器件單體組 成的激光器陣列、表面金屬化的陶瓷散熱片和熱沉組成，激光器陣列中的半導體激光器件 單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片表面的金屬化結構實現串聯連接和傳熱接 觸，陶瓷散熱片的底部焊接在熱沉上表面，激光器件工作室所產生的熱量通過激光器陣列、 陶瓷散熱片和熱沉散發到外接熱交換系統。所述陣列由多個半導體激光器件單體組成，所 述半導體激光器件單體焊接在一陶瓷散熱片上。所述半導體激光器件單體，由激光芯片和帶有正極、負極的基片焊接在一起，正負 極之間用一電絕緣體分開，焊接后的芯片負極用金屬導線與基片的負極相連接構成一完整 激光二極管回路。所述的陶瓷散熱片的上表面部分金屬化，基片的正負極分別焊接在每一組焊盤上 面，焊接后的激光器陣列通過陶瓷散熱片上的金屬化區域實現相互串聯。串聯后的激光器 陣列的正負極與陶瓷散熱片上的電極焊盤形成自然電連接，構成每個單管激光器的串聯回路。陶瓷散熱片的下表面完全金屬化，該金屬化表面為陶瓷散熱片與熱沉焊接所用。所述熱沉是上述激光器陣列和陶瓷散熱片的散熱載體。該載體為一表面鍍金的立 方體，其上表面與陶瓷散熱片下表面焊接在一起，激光器在工作時所產生的熱量通過此熱 沉交換到外部熱交換系統中，以保證激光器工作狀態下不至被過高溫度燒損。本實用新型公開的一種用于固體激光器泵浦用半導體激光器激光模塊的封裝結 構。這種結構基于所封裝后的泵浦模塊所輸出的光束的慢軸與被其所泵浦的晶體軸線平 行，使光束陣列的發散角從快軸限制轉為慢軸限制，即發散角從808nm器件的典型的40度 降低到小于10度。該結構的另一特征為，相對于現在市場上的巴條封裝產品，本設計的模 塊將由多個單管激光器串聯而成，因此工作電流將大大降低，對泵浦系統的供電和線路電 流承受能力要求大大降低，方便客戶使用。
下面根據附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。圖1是本實用新型實施例所述的一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構的整 體結構圖；圖2是本實用新型實施例所述的一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構的爆 炸圖；圖3是本實用新型實施例所述半導體激光器件單體結構圖；圖4是本實用新型實施例所述表面金屬化的陶瓷散熱片結構圖；圖5是熱沉結構圖。
具體實施方式
如圖1-5所示，一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體 激光器件單體組成的激光器陣列1、表面金屬化的陶瓷散熱片2和熱沉3組成，激光器陣列 1中的半導體激光器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片2表面的金屬化結 構實現串聯連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片2的底部焊接在熱沉上表面，激光器件工作室所 產生的熱量通過激光器陣列1、陶瓷散熱片2和熱沉3散發到外接熱交換系統。所述半導體激光器件單體，由激光芯片1. 1和帶有正極1. 2、負極1. 3的基片焊接 在一起，正負極之間用一電絕緣體1.4分開，焊接后的芯片負極用金屬導線1.5與基片的負 極1. 3相連接構成一完整激光二極管回路。所述激光器陣列1由多個半導體激光器件單體組成，所述半導體激光器件單體按 照直線型等距排列后焊接在一陶瓷散熱片2上。所述的陶瓷散熱片2的上表面部分金屬化，基片的正負極分別焊接在每一組焊盤 2.1,2.2上面，焊接后的激光器陣列1通過陶瓷散熱片2上的金屬化區域實現相互串聯。串 聯后的激光器陣列1的正負極與陶瓷散熱片2上的電極焊盤2. 4,2. 3形成自然電連接，構 成每個單管激光器的串聯回路。陶瓷散熱片的下表面完全金屬化，該金屬化表面為陶瓷散 熱片2與熱沉3焊接所用。所述熱沉3是上述激光器陣列1和陶瓷散熱片2的散熱載體。該載體為一表面鍍 金的立方體，其上表面3. 1與陶瓷散熱片下表面焊接在一起，激光器在工作時所產生的熱量通過此熱沉交換到外部熱交換系統中，以保證激光器工作狀態下不至被過高溫度燒損。
權利要求1.一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體激光器件單體組成 的激光器陣列(1)、表面金屬化的陶瓷散熱片(2)和熱沉(3)組成，激光器陣列(1)中的半 導體激光器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片(2)表面的金屬化結構實現 串聯連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片( 的底部焊接在熱沉上表面。
2.根據權利要求1所述的一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于，其 中所包含的半導體激光器件單體，所述半導體激光器件單體，由激光芯片(1.1)和帶有正 極(1. 2)、負極(1. 3)的基片焊接在一起，正負極之間用一電絕緣體(1. 4)分開，焊接后的芯 片負極用金屬導線(1.5)與基片的負極(1.3)相連接構成一完整激光二極管回路。
3.根據權利要求1所述的一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于，所 述激光器陣列(1)由多個半導體激光器件單體組成，所述半導體激光器件單體按照直線型 等距排列后焊接在一陶瓷散熱片( 上。
4.根據權利要求1所述的一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于， 所述的陶瓷散熱片(2)的上表面部分金屬化，基片的正負極分別焊接在每一組焊盤(2. 1、 2.2)上面，焊接后的激光器陣列(1)通過陶瓷散熱片( 上的金屬化區域實現相互串聯； 串聯后的激光器陣列(1)的正負極與陶瓷散熱片(2)上的電極焊盤(2.4、2. 3)形成自然電 連接，構成每個單管激光器的串聯回路；陶瓷散熱片O)的下表面完全金屬化，該金屬化表 面為陶瓷散熱片(2)與熱沉(3)焊接所用。
5.根據權利要求1所述的一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，其特征在于，所 述熱沉C3)是上述激光器陣列(1)和陶瓷散熱片O)的散熱載體，該載體為一表面鍍金的 立方體，其上表面(3. 1)與陶瓷散熱片( 下表面焊接在一起。
專利摘要一種小發散角固體激光泵浦模塊封裝結構，由多個獨立的半導體激光單體組成的激光器陣列、表面金屬化的陶瓷散熱片和熱沉組成，激光器陣列中的半導體激光器件單體都焊接在陶瓷散熱片上，并通過陶瓷散熱片表面的金屬化結構實現串聯連接和傳熱接觸，陶瓷散熱片的底部焊接在熱沉上表面。本實用新型基于所封裝后的泵浦模塊所輸出的光束的慢軸與被其所泵浦的晶體軸線平行，使光束陣列的發散角從快軸限制轉為慢軸限制，即發散角從808nm器件的典型的40度降低到小于10度。相對于現在市場上的巴條封裝產品，本設計的模塊將由多個單管激光器串聯而成，因此工作電流將大大降低，對泵浦系統的供電和線路電流承受能力要求大大降低，方便客戶使用。
文檔編號H01S5/04GK201877674SQ201020615028
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者張軍, 李大明, 潘華東 申請人:無錫亮源激光技術有限公司