CN106058636B - 一种传导冷却高功率半导体激光器 - Google Patents

一种传导冷却高功率半导体激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN106058636B
CN106058636B CN201610530533.XA CN201610530533A CN106058636B CN 106058636 B CN106058636 B CN 106058636B CN 201610530533 A CN201610530533 A CN 201610530533A CN 106058636 B CN106058636 B CN 106058636B
Authority
CN
China
Prior art keywords
boss
connecting block
laser chip
laser
block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610530533.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106058636A (zh
Inventor
朱其文
张普
吴的海
刘兴胜
熊玲玲
聂志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Original Assignee
XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS filed Critical XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority to CN201610530533.XA priority Critical patent/CN106058636B/zh
Publication of CN106058636A publication Critical patent/CN106058636A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106058636B publication Critical patent/CN106058636B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明提供了一种传导冷却高功率半导体激光器，包括激光芯片组、正极连接块、负极连接块和T型绝缘导热块。激光芯片组由多个激光芯片形成叠阵模块，其堆叠方向的两个外端面分别为激光芯片组的正、负极端；正、负极连接块相对的内侧面分别具有第一凸台和第二凸台；第一凸台和第二凸台均为L型，两者呈中心对称设置；第一凸台和第二凸台共同作为激光器的热沉；L型长部与绝缘导热块竖部的两个端面相贴并焊接；L型短部为孔板形式作为引出电极；正、负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块横部的两个端面相贴并焊接；正、负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组的正、负极端相贴并焊接。本发明结构简单、集成性好。

Description

一种传导冷却高功率半导体激光器
技术领域
本发明属于半导体激光器封装领域，涉及一种传导冷却高功率半导体激光器。
背景技术
近年来高功率半导体激光器(HPLD)凭借其体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定和寿命长等优点，已经成为半导体光电行业中最具有发展前途的产品，被广泛应用于工业、通讯、军事、医疗和直接的材料处理等领域。随着半导体激光器的广泛应用，其热问题一直是人们关注的焦点之一,热管理已成为制约半导体激光器性能的关键瓶颈。激光器的散热成为了限制半导体激光器输出功率提高的最大阻碍之一，是大功率半导体激光器封装技术必须要解决的问题。
传统传导冷却型半导体激光器如图5所示，它是将多个半导体激光芯片和多个衬底铜钨整体经一次焊接固定在绝缘导热块4上，然后再将该模组焊接在热沉9上，引出正电极7和引出负电极8的孔的轴向与激光芯片组的出光方向平行。该结构存在以下不足：
1.封装结构复杂、可靠性差
该结构零部件较多，结构复杂、制备工艺难度大，在制备过程中很难保证按照设计完成焊接，进而会降低产品的可靠性和寿命。
2.***集成性较差
由于该结构电极孔的轴向与激光芯片组的出光方向平行，导致长条阵列方向占用空间更大，不利于空间有限的***集成，限制其在泵浦固体激光器时应用领域的拓展。
发明内容
本发明提出一种传导冷却高功率半导体激光器，以解决现有封装结构的复杂性、可靠性差、***集成性差的问题。
本发明的技术方案是：
一种传导冷却高功率半导体激光器，它包括激光芯片组、正极连接块、负极连接块、绝缘导热块；所述激光芯片组由多个激光芯片形成叠阵模块；叠阵模块芯片堆叠方向的两个外端面分别作为激光芯片组的正极端和负极端，其特殊之处在于：
所述绝缘导热块为T型结构；
所述正极连接块具有第一凸台，所述负极连接块具有第二凸台；所述第一凸台和第二凸台均为L型，两者呈中心对称设置，分别位于正极连接块和负极连接块相对的内侧面；
所述第一凸台和第二凸台共同作为半导体激光器的热沉；
所述第一凸台和第二凸台的L型长部与绝缘导热块T型结构竖部的两个端面相贴并焊接；
所述第一凸台和第二凸台的L型短部为孔板形式作为引出电极；
所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块T型结构横部的两个端面相贴并焊接；
所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组的两个外端面相贴并焊接，将激光芯片组安装固定；所述激光芯片组的安装位置对应于所述热沉的中部，同时位于绝缘导热块T型结构横部的正上方。
当对散热要求不高时，采用激光芯片组与绝缘导热块不接触的形式，工艺简单；当对散热要求较高时，采用激光芯片组与绝缘导热块接触的形式，但工艺复杂、难度大。
基于上述技术方案，本发明还进一步作如下优化限定：
上述孔板的轴向方向与激光芯片组的出光方向垂直。
通过正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面对激光芯片组贴紧焊接固定，使激光芯片组悬空，即激光芯片组与绝缘导热块T型结构的横部之间留有空隙，以消除误差带来的不利影响，便于实际加工。
上述绝缘导热块T型结构为一体件或组合件。
利用多个上述传导冷却高功率半导体激光器，可以组装成水平阵列，多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，每个传导冷却高功率半导体激光器中正极连接块和负极连接块的引出电极的轴线与晶体棒轴线垂直。
本发明具有如下优点：
本发明充分利用了正极连接块和负极连接块的面积，在其上配合设计了呈中心对称设置的两个L型凸面来充当热沉，L型凸面之间设置有导热绝缘块，结构简单、紧凑，便于加工和安装固定，降低了封装结构的复杂性与体积，同时提高了散热性能。如图7与图8所示，从图7可知，在同样的36W连续输出功率情况下，本发明的温升为36.3518-25＝11.3518℃，从图8可知，传统封装结构的温升为37.8136-25＝12.8136℃，本发明比传统封装结构的温升减小(12.8136-11.3518)/12.8136＝11.4％。
本发明利用多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，组成长条形水平阵列，相对于传统封装结构组成的长条形水平阵列，其在长度方向所占的空间大大降低，因此在泵浦固体激光器的晶轴方向可以放置更多的半导体激光器，具有更好的***集成性。
说明书附图
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明结构拆解示意图；
图3为本发明激光芯片组结构示意图；
图4为利用本发明组装的水平阵列的示意图；
图5为传统传导冷却叠阵高功率半导体激光器的拆解示意图；
图6为利用传统传导冷却叠阵高功率半导体激光器组装的水平阵列的示意图；
图7为本发明连续输出36W功率下温度云图；
图8为传统传导冷却叠阵高功率半导体激光器连续输出36W功率下温度云图；
图中：1-正极连接块；2-激光芯片组；3-负极连接块；4-绝缘导热块；41-绝缘导热块T型结构横部；42-绝缘导热块T型结构竖部；5-第一凸台；6-第二凸台；7-引出正电极；8-引出负电极；9-热沉。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所提供的传导冷却高功率半导体激光器包括激光芯片组2、正极连接块1、负极连接块3和绝缘导热块4。
激光芯片组2由多个激光芯片形成叠阵模块，各个激光芯片之间使用铜钨材料以相同距离间隔，可组装成任意数量的巴条组结构，以满足不同功率的要求，如图3所示是本发明激光芯片组的结构示意图；叠阵模块(即激光芯片组2)堆叠方向的两个外端面分别作为激光芯片组2的正极端和负极端。
绝缘导热块4为T型结构，可为一体件也可为组合件。
正极连接块1具有第一凸台5，负极连接块3具有第二凸台6；第一凸台5和第二凸台6均为L型，两者呈中心对称设置，分别位于正极连接块1和负极连接块3相对的内侧面。第一凸台5和第二凸台6共同作为半导体激光器的热沉。
第一凸台5和第二凸台6的L型长部与绝缘导热块T型结构竖部42的两个端面相贴并焊接；
第一凸台5的第二凸台6的L型短部为孔板形式作为引出电极(正极连接块上的孔板为引入正电极，负极连接块上的孔板为引入负电极)且孔板的轴向方向与激光芯片组2的出光方向垂直。这里所说的“孔板”，其“孔”是强调贯通，可以是传统的圆孔，也可以是外缘处有缺口的孔。
正极连接块1和负极连接块3的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块T型结构横部41的两个端面相贴并焊接；
正极连接块1和负极连接块3的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组2的两个外端面相贴并焊接，对激光芯片组2固定安装。激光芯片组2的安装位置对应于所述热沉(由第一凸台5和第二凸台6共同组成)的中部，同时位于绝缘导热块T型结构横部41的正上方。
需要说明的是，对激光芯片组2固定安装时，可使激光芯片组2悬空，即激光芯片组2与绝缘导热块T型结构的横部41之间留有空隙，以消除误差带来的不利影响，便于实际加工。亦可使激光芯片组2与绝缘导热块T型结构的横部41接触，以满足更高的散热要求。
如图4所示，利用本发明多个传导冷却高功率半导体激光器组成长条形水平阵列，多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，每个传导冷却高功率半导体激光器中正极连接块1和负极连接块3的引出电极的轴线与晶体棒轴线垂直。相对于传统封装结构组成的长条形水平阵列(如图6所示)，利用本发明组成的水平阵列，其在长度方向所占的空间大大降低。

Claims (3)

1.一种传导冷却高功率半导体激光器，包括激光芯片组、正极连接块、负极连接块、绝缘导热块；所述激光芯片组由多个激光芯片形成叠阵模块；叠阵模块芯片堆叠方向的两个外端面分别作为激光芯片组的正极端和负极端，其特征在于：
所述绝缘导热块为T型结构；
所述正极连接块具有第一凸台，所述负极连接块具有第二凸台；所述第一凸台和第二凸台均为L型，两者呈中心对称设置，分别位于正极连接块和负极连接块相对的内侧面；
所述第一凸台和第二凸台共同作为半导体激光器的热沉；
所述第一凸台和第二凸台的L型长部与绝缘导热块T型结构竖部的两个端面相贴并焊接；
所述第一凸台和第二凸台的L型短部为孔板形式作为引出电极；
所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与绝缘导热块T型结构横部的两个端面相贴并焊接；
所述正极连接块和负极连接块的相对内侧面上的非凸起面与激光芯片组的两个外端面相贴并焊接，将激光芯片组安装固定；所述激光芯片组的安装位置对应于所述热沉的中部，同时位于绝缘导热块T型结构横部的正上方；
所述孔板的轴向方向与激光芯片组的出光方向垂直；
所述激光芯片组与绝缘导热块T型结构的横部之间留有空隙。
2.根据权利要求1所述的一种传导冷却高功率半导体激光器，其特征在于：绝缘导热块T型结构为一体件或组合件。
3.采用权利要求2所述的一种传导冷却高功率半导体激光器组装的水平阵列，其特征在于：多个传导冷却高功率半导体激光器沿晶体棒轴线方向依次排布，每个传导冷却高功率半导体激光器中正极连接块和负极连接块的引出电极的轴线与晶体棒轴线垂直。
CN201610530533.XA 2016-07-06 2016-07-06 一种传导冷却高功率半导体激光器 Active CN106058636B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610530533.XA CN106058636B (zh) 2016-07-06 2016-07-06 一种传导冷却高功率半导体激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610530533.XA CN106058636B (zh) 2016-07-06 2016-07-06 一种传导冷却高功率半导体激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106058636A CN106058636A (zh) 2016-10-26
CN106058636B true CN106058636B (zh) 2021-11-16

Family

ID=57185004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610530533.XA Active CN106058636B (zh) 2016-07-06 2016-07-06 一种传导冷却高功率半导体激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106058636B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019009172A1 (ja) * 2017-07-07 2019-01-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体レーザ装置
CN112817103A (zh) * 2021-01-25 2021-05-18 深圳市埃尔法光电科技有限公司 一种高密度多通道光纤通信***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064473A (zh) * 2010-12-10 2011-05-18 福州高意光学有限公司 一种宽带输出的可见光半导体激光器
CN103210490A (zh) * 2010-08-27 2013-07-17 夸克星有限责任公司 用于通用照明的固态光片或条
CN103311798A (zh) * 2012-03-16 2013-09-18 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种大功率线阵激光器的封装结构及封装方法
CN203242915U (zh) * 2013-03-29 2013-10-16 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种大功率激光巴条双面封装用烧结夹具
CN205901066U (zh) * 2016-07-06 2017-01-18 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种传导冷却高功率半导体激光器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103210490A (zh) * 2010-08-27 2013-07-17 夸克星有限责任公司 用于通用照明的固态光片或条
CN102064473A (zh) * 2010-12-10 2011-05-18 福州高意光学有限公司 一种宽带输出的可见光半导体激光器
CN103311798A (zh) * 2012-03-16 2013-09-18 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种大功率线阵激光器的封装结构及封装方法
CN203242915U (zh) * 2013-03-29 2013-10-16 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种大功率激光巴条双面封装用烧结夹具
CN205901066U (zh) * 2016-07-06 2017-01-18 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种传导冷却高功率半导体激光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN106058636A (zh) 2016-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9713293B2 (en) Electric power converter
CN102025111B (zh) 一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构
JP5611334B2 (ja) レーザ用冷却モジュール、製造方法および該モジュールで製造した半導体レーザ
CN102237636B (zh) 多管串联半导体激光模块及其制造方法
CN104242048A (zh) 一种传导冷却叠阵半导体激光器封装结构
CN104966704A (zh) 一种低热阻的压接式功率器件封装
CN106058636B (zh) 一种传导冷却高功率半导体激光器
CN103779782A (zh) 一种高平均功率二极管泵浦激光模块及其制备方法
CN101841127B (zh) 一种可替换芯片的水平阵列大功率半导体激光器
CN111370991A (zh) 一种绝缘型热沉的半导体激光器、叠阵阵列和水平阵列
CN104269736B (zh) 一种传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器
CN103311798B (zh) 一种大功率线阵激光器的封装结构及封装方法
CN204190159U (zh) 一种传导冷却型医疗用高功率半导体激光器***
CN201927886U (zh) 一种可替换芯片的水平阵列大功率半导体激光器
CN201877674U (zh) 一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构
CN108666869A (zh) 一种红光大功率激光模组及其组装方法
CN211480501U (zh) 一种绝缘型热沉的半导体激光器
CN204792757U (zh) 低热阻的压接式功率器件封装
CN102064465A (zh) 一种双向制冷式半导体激光器及其制备方法
CN205901066U (zh) 一种传导冷却高功率半导体激光器
CN203218695U (zh) 一种传导冷却的侧面泵浦全固态激光模块
CN204190161U (zh) 一种传导冷却叠层阵列高功率半导体激光器
JP2012174911A (ja) 熱電変換モジュール
CN102097744A (zh) 一种高功率半导体激光器的设计方法
CN209401978U (zh) 一种宏通道液冷高功率半导体激光器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant