一種半導體激光器疊陣結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光器封裝領域，具體涉及一種大通道半導體激光器疊陣結構。
【背景技術】
[0002]半導體激光器疊陣是由半導體激光器列陣芯片垂直疊放封裝而成的，半導體激光器列陣芯片由很多個半導體激光器發光單元組成，這些發光單元在一個沒有解理開的芯片上，形成列陣芯片(Bar條)。目前半導體激光器疊陣的封裝是非常核心的技術。封裝過程中列陣芯片的高精度定位和激光器工作中產生熱量的及時散出是兩個需要考慮的關鍵問題。因為在疊陣封裝的過程中，還沒有自動化的設備，整個過程全靠手工操作，所以成品率非常低。半導體激光器列陣芯片可以實現全自動封裝，全自動封裝保證了半導體激光器列陣芯片的高精度定位，從而保證成品率和可靠性。
[0003]半導體激光器疊陣散熱是目前半導體激光器疊陣封裝中的技術難題，因為半導體激光器疊陣的輸出功率可達數千瓦，而半導體激光器的轉換效率較低，所以在工作過程中就會產生很多的熱量，和輸出的激光功率相當，難以保證每一個半導體激光器列陣模塊的良好散熱，不能實現對整個疊陣的散熱，疊陣的正常工作受到很大影響。
【發明內容】
[0004]本發明利用大通道冷卻技術，提供一種大通道半導體激光器疊陣結構，可以使冷卻水流通過每一個半導體激光器列陣模塊，保證每一個半導體激光器列陣模塊的良好散熱，實現對整個疊陣的散熱，保證疊陣的正常工作。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
一種半導體激光器疊陣結構，包括至少一個半導體激光列陣模塊，所述半導體激光列陣模塊包括P電極和N電極，在P電極和N電極之間封裝有絕緣片和列陣芯片，所述半導體激光器疊陣結構還包括水槽模塊，水槽模塊內設置完全隔離的第一水槽和第二水槽，第一水槽和第二水槽的一端分別連接外部冷水源的進水口和出水口，與進水口相連的第一水槽上開有至少一個流入孔，與出水口相連的第二水槽上開有至少一個流出孔，流入孔和流出孔一一對應；所述半導體激光列陣模塊的P電極中心設置一個U型通道，U型通道的兩個通道口分別與槽體上設置的流入空和流出孔相連接。
[0006]所述U型通道的兩個通道口處均設置螺紋，U型通道的兩個通道口通過中空螺絲釘與一一對應的流入孔和流出孔相連。
[0007]所述第一水槽和第二水槽的一端分別通過銅管I和銅管II連接外部冷水源，所述外部冷水源為冷水機。
[0008]所述第一水槽和第二水槽由無氧銅或者陶瓷或者鋁或者不銹鋼加工而成。
[0009]在所述第一水槽和第二水槽的外部使用鋁板或銅板或不銹鋼板或陶瓷片密封形成水槽模塊。
[0010]所述半導體激光列陣模塊的數目與流入孔或者流出孔的數目相同。
[0011]所述半導體激光器陣列模塊的P電極厚度為2-8mm。
[0012]所述半導體激光列陣模塊的P電極和N電極采用無氧銅制成。
[0013]本發明的有益效果:
(1)將已封裝好的半導體激光器列陣模塊集成起來，實現半導體激光器的高密度封裝，實現大功率激光輸出；
(2)利用大通道實現了同時對每個半導體激光器列陣模塊的冷卻，使整個疊陣結構實現大功率激光輸出，保證激光器疊陣的長期高可靠性穩定工作；
(3)此結構易于加工，結構簡單；
(4)可以同時集成很多個半導體激光器列陣；
(5)結構靈活，可以對模塊任意組合，實現所需要的激光輸出。
【附圖說明】
[0014]圖1為陣列模塊的P電極內部U型通道正面視圖。
[0015]圖2為陣列模塊的P電極內部U型通道的側面視圖。
[0016]圖3為陣列模塊的結構示意圖。
[0017]圖4為水槽的正面視圖。
[0018]圖5為水槽的側面視圖。
[0019]圖6為中空螺絲釘的結構示意圖。
[0020]圖7為列陣模塊和水槽組裝后的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖1~7和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0022]本發明所提供的半導體激光器疊陣結構，包括半導體激光列陣模塊，這種半導體激光列陣模塊包括P電極和N電極，在P電極和N電極之間封裝有絕緣片和列陣芯片。半導體激光器陣列模塊的P面電極厚度一般為2-8_，它的P電極和N電極通常采用無氧銅制成。
[0023]本發明的半導體激光器疊陣結構還包括水槽模塊，水槽模塊內設置兩個完全隔離的第一水槽和第二水槽，第一水槽和第二水槽的一端分別連接有一個銅管，然后通過銅管連接外部冷水源(通常為冷水機)的進水口和出水口，與進水口相連的水槽槽體上開有流入孔，與出水口相連的水槽槽體上開有流出孔，流入孔和流出孔的位置一一對應；同時本發明在半導體激光列陣模塊的P電極中心開有一個U型通道，為了達到最好的散熱效果，U型通道的U型結構通常平行于列陣芯片設置，U型通道的兩個通道口分別與槽體上設置的流入空和流出孔相連接，冷水源的水通過進水口進入與冷水源相連的水槽，然后通過水槽上的開孔進入到半導體激光列陣的P電級的U型管的一個通道中，再通過U型管的另一個通道進入另一個水槽，通過水槽的出水口出去，在此過程中對列陣芯片進行散熱。
[0024]為了方便U型通道與水槽槽體上的開孔相連接，U型通道的兩個通道口處均攻絲形成螺紋，然后將U型通道的兩個通道口通過中空螺絲釘與一一對應的流入孔和流出孔相連，當然也可以使用其它的方式進行連接。
[0025]第一水槽和第二水槽由無氧銅或者陶瓷或者鋁或者不銹鋼加工而成，不以銹蝕，在第一水槽和第二水槽的外部使用鋁板或銅板或不銹鋼板或陶瓷片密封形成水槽模塊。
[0026]通常來說，需要封裝的半導體激光列陣模塊的數目比較多，而流入孔或者流出孔的數目應當與需要封裝的半導體激光列陣模塊的數目相同。
[0027]圖1~圖7是本發明的一種實施方式的附圖，如圖1和圖3所示，半導體激光器列陣模塊包括P電極81和N電極82，在P電極p和N電極η之間封裝有列陣芯片83、絕緣片84，列陣模塊封裝后，在半導體激光器列陣模塊的Ρ電極81的中心加工一個U型通道1，就構成了冷卻水流過的大通道，加工U型通道1的目的是使水流可以從U型通道1的一端流入，從U型通道1的另一端流出。這樣，水流流過時可以起到冷卻激光器列陣芯片的作用。在U型通道1的兩個端口均設有螺紋2，可以用中空螺絲釘將列陣模塊固定到水槽上。
[0028]如圖4和圖5所示，水槽7由兩個相同并且相互隔離的第一水槽3和第二水槽4構成，第一水槽3和第二水槽4上端分別固定銅管I 6和銅管II 5，銅管6接冷水機的進水管，銅管II 5接冷水機的出水管。
[0029]第一水槽3和第二水槽4上均設置開孔，開孔的數量根據要封裝的列陣模塊數量決定，這些開孔在第一水槽3和第二水槽4的相應位置上成對分布。
[0030]每一對開孔分別作為循環水的流入孔和流出孔，Ρ電極U型通道兩個螺絲孔用中空螺絲釘和水槽的每對流入孔和流出孔連接起來，連接的方法是把水槽上的一對圓孔和U型通道螺絲孔擰緊。
[0031]將多個這樣的列陣模塊8分別固定在水槽7上，疊加起來，構成半導體激光器疊陣結構。
[0032]在本發明中，水流從進水銅管6進入第一水槽3，經過第一水槽3上的流入孔從U型通道1的一端流入，再從U型通道1的另一端流出，進入第二水槽4中，再經過出水銅管II 5流出，完成一個循環。這樣，冷水從一個水槽進入U型通道，帶出激光器產生的熱量后，從另一水槽流出，然后進入冷水機循環，起到冷卻的作用，從而保證半導體激光器的正常工作。這些模塊疊加起來形成半導體激光器疊陣結構，實現大功率半導體激光輸出。
[0033]以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發明整體構思前提下，還可以做出若干改變和改進，這些也應該視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種半導體激光器疊陣結構，包括至少一個半導體激光列陣模塊(8)，所述半導體激光列陣模塊(8)包括P電極(81)和N電極(82)，在P電極(81)和N電極(82)之間封裝有絕緣片(84)和列陣芯片(83)，其特征在于:所述半導體激光器疊陣結構還包括水槽模塊(7)，水槽模塊(7)內設置完全隔離的第一水槽(3)和第二水槽(4)，第一水槽(3)和第二水槽(4)的一端分別連接外部冷水源的進水口和出水口，與進水口相連的第一水槽(3)上開有至少一個流入孔，與出水口相連的第二水槽(4)上開有至少一個流出孔，流入孔和流出孔一一對應；所述半導體激光列陣模塊的P電極(81)中心設置一個U型通道(1)，U型通道(1)的兩個通道口分別與槽體上設置的流入空和流出孔相連接。2.根據權利要求1所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:所述U型通道(1)的兩個通道口處均設置螺紋(2 )，U型通道(1)的兩個通道口通過中空螺絲釘與一一對應的流入孔和流出孔相連。3.根據權利要求1所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:所述第一水槽(3)和第二水槽(4)的一端分別通過銅管I (6)和銅管II (5)連接外部冷水源，所述外部冷水源為冷水機。4.根據權利要求1所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:所述第一水槽(3)和第二水槽(4)由無氧銅或者陶瓷或者鋁或者不銹鋼加工而成。5.根據權利要求4所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:在所述第一水槽(3)和第二水槽(4)的外部使用鋁板或銅板或不銹鋼板或陶瓷片密封形成水槽模塊(7)。6.根據權利要求1所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:所述半導體激光列陣模塊的數目與流入孔或者流出孔的數目相同。7.根據權利要求1所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:所述半導體激光器陣列模塊的P電極厚度為2-8mm。8.根據權利要求1所述的半導體激光器疊陣結構，其特征在于:所述半導體激光列陣模塊的P電極和N電極采用無氧銅制成。
【專利摘要】本發明提供一種半導體激光器疊陣結構，包括半導體激光列陣模塊和水槽模塊，水槽模塊內設置完全隔離的第一水槽和第二水槽，第一水槽和第二水槽的一端分別連接外部冷水源的進水口和出水口，與進水口相連的水槽槽體上開有流入孔，與出水口相連的水槽槽體上開有流出孔，流入孔和流出孔一一對應；半導體激光列陣模塊的P電極中心設置一個U型通道，U型通道的兩個通道口分別與槽體上設置的流入空和流出孔相連接。本發明將已封裝好的半導體激光器列陣模塊集成起來，實現半導體激光器的高密度封裝，實現大功率激光輸出；利用大通道實現同時對每個半導體激光器列陣模塊的冷卻，使整個疊陣結構實現大功率激光輸出，保證激光器疊陣的高可靠性穩定工作。
【IPC分類】H01S5/40, H01S5/024
【公開號】CN105322432
【申請號】CN201510342912
【發明人】程東明
【申請人】鄭州大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年6月19日