CN105322432A - 一种半导体激光器叠阵结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体激光器叠阵结构，包括半导体激光列阵模块和水槽模块，水槽模块内设置完全隔离的第一水槽和第二水槽，第一水槽和第二水槽的一端分别连接外部冷水源的进水口和出水口，与进水口相连的水槽槽体上开有流入孔，与出水口相连的水槽槽体上开有流出孔，流入孔和流出孔一一对应；半导体激光列阵模块的P电极中心设置一个U型通道，U型通道的两个通道口分别与槽体上设置的流入空和流出孔相连接。本发明将已封装好的半导体激光器列阵模块集成起来，实现半导体激光器的高密度封装，实现大功率激光输出；利用大通道实现同时对每个半导体激光器列阵模块的冷却，使整个叠阵结构实现大功率激光输出，保证激光器叠阵的高可靠性稳定工作。

Description

一种半导体激光器叠阵结构

技术领域

本发明涉及激光器封装领域，具体涉及一种大通道半导体激光器叠阵结构。

背景技术

半导体激光器叠阵是由半导体激光器列阵芯片垂直叠放封装而成的，半导体激光器列阵芯片由很多个半导体激光器发光单元组成，这些发光单元在一个没有解理开的芯片上，形成列阵芯片（Bar条）。目前半导体激光器叠阵的封装是非常核心的技术。封装过程中列阵芯片的高精度定位和激光器工作中产生热量的及时散出是两个需要考虑的关键问题。因为在叠阵封装的过程中，还没有自动化的设备，整个过程全靠手工操作，所以成品率非常低。半导体激光器列阵芯片可以实现全自动封装，全自动封装保证了半导体激光器列阵芯片的高精度定位，从而保证成品率和可靠性。

半导体激光器叠阵散热是目前半导体激光器叠阵封装中的技术难题，因为半导体激光器叠阵的输出功率可达数千瓦，而半导体激光器的转换效率较低，所以在工作过程中就会产生很多的热量，和输出的激光功率相当，难以保证每一个半导体激光器列阵模块的良好散热，不能实现对整个叠阵的散热，叠阵的正常工作受到很大影响。

发明内容

本发明利用大通道冷却技术，提供一种大通道半导体激光器叠阵结构，可以使冷却水流通过每一个半导体激光器列阵模块，保证每一个半导体激光器列阵模块的良好散热，实现对整个叠阵的散热，保证叠阵的正常工作。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种半导体激光器叠阵结构，包括至少一个半导体激光列阵模块，所述半导体激光列阵模块包括P电极和N电极，在P电极和N电极之间封装有绝缘片和列阵芯片，所述半导体激光器叠阵结构还包括水槽模块，水槽模块内设置完全隔离的第一水槽和第二水槽，第一水槽和第二水槽的一端分别连接外部冷水源的进水口和出水口，与进水口相连的第一水槽上开有至少一个流入孔，与出水口相连的第二水槽上开有至少一个流出孔，流入孔和流出孔一一对应；所述半导体激光列阵模块的P电极中心设置一个U型通道，U型通道的两个通道口分别与槽体上设置的流入空和流出孔相连接。

所述U型通道的两个通道口处均设置螺纹，U型通道的两个通道口通过中空螺丝钉与一一对应的流入孔和流出孔相连。

所述第一水槽和第二水槽的一端分别通过铜管Ⅰ和铜管Ⅱ连接外部冷水源，所述外部冷水源为冷水机。

所述第一水槽和第二水槽由无氧铜或者陶瓷或者铝或者不锈钢加工而成。

在所述第一水槽和第二水槽的外部使用铝板或铜板或不锈钢板或陶瓷片密封形成水槽模块。

所述半导体激光列阵模块的数目与流入孔或者流出孔的数目相同。

所述半导体激光器阵列模块的P电极厚度为2-8mm。

所述半导体激光列阵模块的P电极和N电极采用无氧铜制成。

本发明的有益效果：

（1）将已封装好的半导体激光器列阵模块集成起来，实现半导体激光器的高密度封装，实现大功率激光输出；

（2）利用大通道实现了同时对每个半导体激光器列阵模块的冷却，使整个叠阵结构实现大功率激光输出，保证激光器叠阵的长期高可靠性稳定工作；

（3）此结构易于加工，结构简单；

（4）可以同时集成很多个半导体激光器列阵；

（5）结构灵活，可以对模块任意组合，实现所需要的激光输出。

附图说明

图1为阵列模块的P电极内部U型通道正面视图。

图2为阵列模块的P电极内部U型通道的侧面视图。

图3为阵列模块的结构示意图。

图4为水槽的正面视图。

图5为水槽的侧面视图。

图6为中空螺丝钉的结构示意图。

图7为列阵模块和水槽组装后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1~7和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明所提供的半导体激光器叠阵结构，包括半导体激光列阵模块，这种半导体激光列阵模块包括P电极和N电极，在P电极和N电极之间封装有绝缘片和列阵芯片。半导体激光器阵列模块的P面电极厚度一般为2-8mm，它的P电极和N电极通常采用无氧铜制成。

本发明的半导体激光器叠阵结构还包括水槽模块，水槽模块内设置两个完全隔离的第一水槽和第二水槽，第一水槽和第二水槽的一端分别连接有一个铜管，然后通过铜管连接外部冷水源（通常为冷水机）的进水口和出水口，与进水口相连的水槽槽体上开有流入孔，与出水口相连的水槽槽体上开有流出孔，流入孔和流出孔的位置一一对应；同时本发明在半导体激光列阵模块的P电极中心开有一个U型通道，为了达到最好的散热效果，U型通道的U型结构通常平行于列阵芯片设置，U型通道的两个通道口分别与槽体上设置的流入空和流出孔相连接，冷水源的水通过进水口进入与冷水源相连的水槽，然后通过水槽上的开孔进入到半导体激光列阵的P电级的U型管的一个通道中，再通过U型管的另一个通道进入另一个水槽，通过水槽的出水口出去，在此过程中对列阵芯片进行散热。

为了方便U型通道与水槽槽体上的开孔相连接，U型通道的两个通道口处均攻丝形成螺纹，然后将U型通道的两个通道口通过中空螺丝钉与一一对应的流入孔和流出孔相连，当然也可以使用其它的方式进行连接。

第一水槽和第二水槽由无氧铜或者陶瓷或者铝或者不锈钢加工而成，不以锈蚀，在第一水槽和第二水槽的外部使用铝板或铜板或不锈钢板或陶瓷片密封形成水槽模块。

通常来说，需要封装的半导体激光列阵模块的数目比较多，而流入孔或者流出孔的数目应当与需要封装的半导体激光列阵模块的数目相同。

图1~图7是本发明的一种实施方式的附图，如图1和图3所示，半导体激光器列阵模块包括P电极81和N电极82，在P电极p和N电极n之间封装有列阵芯片83、绝缘片84，列阵模块封装后，在半导体激光器列阵模块的P电极81的中心加工一个U型通道1，就构成了冷却水流过的大通道，加工U型通道1的目的是使水流可以从U型通道1的一端流入，从U型通道1的另一端流出。这样，水流流过时可以起到冷却激光器列阵芯片的作用。在U型通道1的两个端口均设有螺纹2，可以用中空螺丝钉将列阵模块固定到水槽上。

如图4和图5所示，水槽7由两个相同并且相互隔离的第一水槽3和第二水槽4构成，第一水槽3和第二水槽4上端分别固定铜管Ⅰ6和铜管Ⅱ5，铜管6接冷水机的进水管，铜管Ⅱ5接冷水机的出水管。

第一水槽3和第二水槽4上均设置开孔，开孔的数量根据要封装的列阵模块数量决定，这些开孔在第一水槽3和第二水槽4的相应位置上成对分布。

每一对开孔分别作为循环水的流入孔和流出孔，P电极U型通道两个螺丝孔用中空螺丝钉和水槽的每对流入孔和流出孔连接起来，连接的方法是把水槽上的一对圆孔和U型通道螺丝孔拧紧。

将多个这样的列阵模块8分别固定在水槽7上，叠加起来，构成半导体激光器叠阵结构。

在本发明中，水流从进水铜管6进入第一水槽3，经过第一水槽3上的流入孔从U型通道1的一端流入，再从U型通道1的另一端流出，进入第二水槽4中，再经过出水铜管Ⅱ5流出，完成一个循环。这样，冷水从一个水槽进入U型通道，带出激光器产生的热量后，从另一水槽流出，然后进入冷水机循环，起到冷却的作用，从而保证半导体激光器的正常工作。这些模块叠加起来形成半导体激光器叠阵结构，实现大功率半导体激光输出。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以做出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半导体激光器叠阵结构，包括至少一个半导体激光列阵模块（8），所述半导体激光列阵模块（8）包括P电极（81）和N电极（82），在P电极（81）和N电极（82）之间封装有绝缘片（84)和列阵芯片（83)，其特征在于：所述半导体激光器叠阵结构还包括水槽模块（7），水槽模块（7）内设置完全隔离的第一水槽（3）和第二水槽（4），第一水槽（3）和第二水槽（4）的一端分别连接外部冷水源的进水口和出水口，与进水口相连的第一水槽（3）上开有至少一个流入孔，与出水口相连的第二水槽（4）上开有至少一个流出孔，流入孔和流出孔一一对应；所述半导体激光列阵模块的P电极（81）中心设置一个U型通道（1），U型通道（1）的两个通道口分别与槽体上设置的流入空和流出孔相连接。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：所述U型通道（1）的两个通道口处均设置螺纹（2），U型通道（1）的两个通道口通过中空螺丝钉与一一对应的流入孔和流出孔相连。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：所述第一水槽（3）和第二水槽（4）的一端分别通过铜管Ⅰ（6）和铜管Ⅱ（5）连接外部冷水源，所述外部冷水源为冷水机。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：所述第一水槽（3）和第二水槽（4）由无氧铜或者陶瓷或者铝或者不锈钢加工而成。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：在所述第一水槽（3）和第二水槽（4）的外部使用铝板或铜板或不锈钢板或陶瓷片密封形成水槽模块（7）。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：所述半导体激光列阵模块的数目与流入孔或者流出孔的数目相同。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：所述半导体激光器阵列模块的P电极厚度为2-8mm。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器叠阵结构，其特征在于：所述半导体激光列阵模块的P电极和N电极采用无氧铜制成。