CN111082306B - 一种半导体激光阵列及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光阵列，该激光阵列对陶瓷载体做出结构改进，将陶瓷条的边缘切割出两个对称的凹口，并采用分立式布置方式，既可以避免两个紧邻的陶瓷条上表面金属化连接导致激光芯片短路，还减小了封装应力，可以实现上百个激光芯片的一次性封装。同时，本发明还提供了一种半导体激光阵列的封装方法，该封装方法装配过程简便，降低了烧结工艺的要求，且封装成的半导体激光阵列可以获得最佳的散热效果和封装应力也大大降低。

Description

一种半导体激光阵列及其封装方法

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，更具体的说是涉及一种半导体激光阵列及其封装方法。

背景技术

目前，半导体激光阵列具有体积小、峰值功率高、可靠性高等特点，已广泛应用于民用激光医疗、工业激光加工、激光测距等领域，在激光干扰、激光压制、激光目标指示、激光武器等军事领域也有重要应用。现有的半导体激光阵列中的陶瓷片为整体结构，在将激光芯片、热沉、陶瓷片进行封装时，由于陶瓷结构设置的不合理，导致陶瓷片对激光芯片的封装应力过大，一般激光芯片设置数量不超过30个，无法实现多个芯片的封装，不能满足现有的应用领域对高功率密度芯片的使用需求。

因此，如何提供一种封装方式简便、封装芯片数量不受限制的半导体激光阵列的封装方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种半导体激光阵列及其封装方法，该激光阵列对陶瓷载体做出结构改进，并采用分立式布置方式，克服了现有的半导体激光阵列封装应力大，无法实现多个芯片封装需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种半导体激光阵列，包括：

激光芯片，所述激光芯片设有多个，多个所述激光芯片的正电极同向设置，且出光方向相同；

热沉，所述热沉设有多个，多个所述激光芯片与多个所述热沉均竖直布置且依次间隔排列，相邻的所述激光芯片与所述热沉焊接；

分立式陶瓷条，所述分立式陶瓷条设有多个，多个所述分立式陶瓷条对应设置于所述热沉的底部且其顶端与所述热沉的底面焊接；

电极连接片，所述电极连接片分别焊接于所述激光芯片与所述热沉组成的焊接件的两端；

热沉座，所述分立式陶瓷条的底端与所述热沉座焊接。

进一步地，所述分立式陶瓷条的顶面和底面上均涂覆有焊接用的金属层，所述分立式陶瓷条通过所述金属层分别与所述热沉和所述热沉座焊接。

进一步地，所述分立式陶瓷条的截面为类矩形结构，且矩形的顶部两端分别内陷形成凹口。

进一步地，所述凹口为直角口或弧形口。将陶瓷条的边缘做成倒角结构(即切割出对称的两个凹口)，能够避免两个紧邻的陶瓷条上表面金属化连接导致激光芯片短路。

进一步地，所述热沉表面涂覆有一层金锡焊料层，所述热沉通过所述金锡焊料层分别与所述激光芯片、所述分立式陶瓷条以及所述电极连接片焊接。

另一方面，本发明还提供了一种半导体激光阵列的封装方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在热沉表面涂覆一层金锡焊料；

步骤2：将热沉与激光芯片依次间隔排列，并通过工装夹具压紧；

步骤3：将电极连接片分别焊接于压制好的热沉与激光芯片的焊接件两端；

步骤4：对分立式陶瓷条进行焊接前的预处理；

步骤5：将分立式陶瓷条的顶面与热沉的底面焊接，并将分立式陶瓷条的底面与热沉座的顶部焊接。

进一步地，所述步骤4具体包括：

步骤401：对分立式陶瓷条的顶部两端进行切割，形成内陷的凹口；

步骤402：在分立式陶瓷条的顶面和底面上均涂覆一层焊接用的金属层。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种半导体激光阵列及其封装方法，该激光阵列对陶瓷载体做出结构改进，将陶瓷条的边缘切割出两个对称的凹口，并采用分立式布置方式，既可以避免两个紧邻的陶瓷条上表面金属化连接导致激光芯片短路，还减小了封装应力，可以实现上百个激光芯片的一次性封装。同时，该封装方法装配过程简便，降低了烧结工艺的要求，且封装成的半导体激光阵列可以获得最佳的散热效果和封装应力也大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种半导体激光阵列的整体结构示意图；

图2附图为本发明实施例中半导体激光阵列的局部放大示意图；

图3附图为本发明实施例中激光芯片、热沉与分立式陶瓷条的位置关系示意图；

图4附图为本发明实施例中一种结构的凹口；

图5附图为本发明实施例中另一种结构的凹口；

图6附图为本发明提供的一种半导体激光阵列的封装方法流程示意图；

图7附图为本发明实施例中分立式陶瓷条进行焊接前的预处理流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，参见附图1-3，本发明实施例公开了一种半导体激光阵列，包括：

激光芯片1，激光芯片1设有多个，多个激光芯片1的正电极同向设置，且出光方向相同；

热沉2，热沉2设有多个，多个激光芯片1与多个热沉2均竖直布置且依次间隔排列，相邻的激光芯片1与热沉2焊接；

分立式陶瓷条3，分立式陶瓷条3设有多个，多个分立式陶瓷条3对应设置于热沉2的底部且其顶端与热沉2的底面焊接；

电极连接片4，电极连接片4分别焊接于激光芯片1与热沉2组成的焊接件的两端；

热沉座5，分立式陶瓷条3的底端与热沉座5焊接。

在本实施例中，将热沉2、激光芯片1依次间隔排列，遵从所有激光芯片1的正电极朝同一个方向，不能出现正负极反向排列，出光方向朝向同一个方向，这样多个激光芯片1就实现了电学上的串联。图1中所示的为18个激光芯片的激光阵列。

同时，参见附图2，在本实施例中电极连接片4包括两个，一个正极片41和一个负极片42，正极片41与负极片42分别为激光器的正极和负极，且两个电极连接片4均与热沉2焊接。

在一个具体的实施例中，分立式陶瓷条3的顶面和底面上均涂覆有焊接用的金属层，分立式陶瓷条3通过金属层分别与热沉2和热沉座5焊接。

在一个具体的实施例中，分立式陶瓷条3的截面为类矩形结构，且矩形的顶部两端分别内陷形成凹口31。

在一个具体的实施例中，凹口31可以为直角口，如图4所示，也可以是弧形口，如图5所示。

本实施例中的热沉座5可以设计为通水结构，也可以是不通水结构，具体根据实际需要合理设定。

在本实施例中，对散热和支撑的陶瓷条采用分立的结构，将陶瓷条的边缘做成倒角结构(即切割出对称的两个凹口)，能够避免两个紧邻的陶瓷条上表面金属化连接导致激光芯片短路，易于装配，降低烧结的工艺要求，同时减小封装应力，获得最佳的散热和减小应力的效果。

在一个具体的实施例中，热沉2的表面涂覆有一层金锡焊料层，热沉2通过金锡焊料层分别与激光芯片1、分立式陶瓷条3以及电极连接片4焊接。

在本实施例中，热沉2采用的可以是钨铜、钼铜等材料制成。

综上所述，上述实施例公开的半导体激光阵列，与现有技术相比，具有如下优点：

该激光阵列对陶瓷载体做出结构改进，将陶瓷条的边缘切割出两个对称的凹口，并采用分立式布置方式，既可以避免两个紧邻的陶瓷条上表面金属化连接导致激光芯片短路，还减小了封装应力，可以实现几十个甚至一百个以上激光芯片的串联一次性封装，能够减小芯片封装应力，提高工作可靠性。

另一方面，参见附图6，本发明实施例还公开了一种半导体激光阵列的封装方法，该方法包括以下步骤：

S1：在热沉表面涂覆一层金锡焊料；

S2：将热沉与激光芯片依次间隔排列，并通过工装夹具压紧；

S3：将电极连接片分别焊接于压制好的热沉与激光芯片的焊接件两端；

S4：对分立式陶瓷条进行焊接前的预处理；

S5：将分立式陶瓷条的顶面与热沉的底面焊接，并将分立式陶瓷条的底面与热沉座的顶部焊接。

在本实施例中，热沉和激光芯片的底部必须采用绝缘且导热性好的材料，通常选用陶瓷材料。封装过程中将激光芯片、热沉、陶瓷和电极连接片一次性封装。

在一个具体的实施例中，参见附图7，步骤S4具体包括：

S401：对分立式陶瓷条的顶部两端进行切割，形成内陷的凹口；

S402：在分立式陶瓷条的顶面和底面上均涂覆一层焊接用的金属层。

具体地，陶瓷条边缘的加工方式可以采用激光切割、砂轮划片等方式实现，成本低廉。

在本实施例中，把规定数量的热沉、芯片、陶瓷条按照图3中所示的方式焊接，在通过低温焊料焊接在热沉座上，就可以实现分立式陶瓷封装的半导体激光阵列。分立式陶瓷封装结构，可以实现一个芯片至上百个芯片的一次性封装，不需要拆解为多个分立器件，能够实现半导体激光阵列的高功率密度封装。

综上所述，本发明实施例公开的半导体激光阵列的封装方法，与现有技术相比，具有如下优点：

该封装方法装配过程简便，降低了烧结工艺的要求，该方法封装成的半导体激光阵列，陶瓷条为分立结构，不受芯片数量的限制，可以是一个，可以是多个，也可以一百个以上，且没有封装应力损坏激光阵列，且封装成的半导体激光阵列可以获得最佳的散热效果。通过分立式陶瓷封装方式，可以实现高功率密度的激光芯片的一次性封装，与现有的整体陶瓷结构相比，分立陶瓷封装方式能够有效减小陶瓷结构对芯片的封装应力，且封装芯片的数量不受限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种半导体激光阵列，其特征在于，包括：激光芯片，所述激光芯片设有多个，多个所述激光芯片的正电极同向设置，且出光方向相同；

热沉，所述热沉设有多个，多个所述激光芯片与多个所述热沉均竖直布置且依次间隔排列，相邻的所述激光芯片与所述热沉焊接；

分立式陶瓷条，所述分立式陶瓷条设有多个，多个所述分立式陶瓷条对应设置于所述热沉的底部且其顶端与所述热沉的底面焊接；

电极连接片，所述电极连接片分别焊接于所述激光芯片与所述热沉组成的焊接件的两端；

热沉座，所述分立式陶瓷条的底端与所述热沉座焊接；所述热沉座一体成型，呈矩形；所述电极连接片及所述焊接件构成的整体部分嵌入在所述热沉座的凹槽内，且所述电极连接片的外侧面低于所述热沉座的外侧面；

所述分立式陶瓷条的截面为类矩形结构，且矩形的顶部两端分别内陷形成凹口；

所述热沉表面涂覆有一层金锡焊料层，所述热沉通过所述金锡焊料层分别与所述激光芯片、所述分立式陶瓷条以及所述电极连接片焊接；

所述分立式陶瓷条的顶面和底面上均涂覆有焊接用的金属层，所述分立式陶瓷条通过所述金属层分别与所述热沉和所述热沉座焊接；

所述凹口为直角口或弧形口。

2.一种半导体激光阵列的封装方法，其特征在于，包括：

步骤1：在热沉表面涂覆一层金锡焊料；

步骤2：将热沉与激光芯片依次间隔排列，并通过工装夹具压紧；

步骤3：将电极连接片分别焊接于压制好的热沉与激光芯片的焊接件两端；

步骤4：对分立式陶瓷条进行焊接前的预处理；

步骤5：将分立式陶瓷条的顶面与热沉的底面焊接，并将分立式陶瓷条的底面与热沉座的顶部焊接；

所述步骤4具体包括：

步骤401：对分立式陶瓷条的顶部两端进行切割，形成内陷的凹口；

步骤402：在分立式陶瓷条的顶面和底面上均涂覆一层焊接用的金属层。

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