一種機械安裝的半導體激光器疊陣制造技術

本發明專利技術提出了一種機械連接的半導體激光器疊陣，包括多個設置有安裝螺孔的芯片單元，芯片單元之間通過螺栓緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元包括激光芯片以及與其鍵合的導電襯底，安裝螺孔設置在導電襯底上，導電襯底與螺栓絕緣。本發明專利技術中相鄰芯片單元模塊通過螺孔和螺栓方式連接，在使用中以及后期維護中可以對單個芯片單元進行拆裝替換，并可組裝成任意長度的半導體激光器，具有更高的靈活性。

A mechanically mounted semiconductor laser stack

The present invention provides a mechanical connection of the semiconductor laser arrays, including a plurality of unit provided with a chip mounting the chip unit through the bolt is tightly fixed between electrically connected chip unit; the chip unit comprises a substrate laser chip and its electric conductive bonding, the mounting screw hole is disposed on the conductive substrate. The conductive substrate and the insulating bolt. The present invention in the adjacent chip unit module through screw and bolt connection, in the use and maintenance of single chip unit can be disassembled and replaced, can be assembled into a semiconductor laser of arbitrary length, with higher flexibility.

【技術實現步驟摘要】
一種機械安裝的半導體激光器疊陣
本專利技術涉及一種半導體激光器，具體為機械安裝的半導體激光器疊陣的封裝結構。
技術介紹
現有的高功率半導體激光器疊陣的封裝結構（如圖1所示）為多個半導體激光器芯片和多個散熱導電襯底鍵合為一個巴條組后，整體鍵合在絕緣襯底上，然后再將該模組鍵合在熱沉上；或者激光芯片鍵合到導電襯底形成一個單元模塊，多個單元模塊再依次鍵合到絕緣襯底及熱沉上。上述封裝結構的半導體激光器疊陣結構中，激光芯片、導電襯底、絕緣襯底與熱沉之間均采用相互鍵合的工藝，需要多次高溫回流完成器件間的鍵合，生產加工精度要求高、合格率低；此外，最終的疊陣在使用中當一個芯片出現損壞時，由于損壞的芯片難以替換，會導致整個疊陣失效；該結構的半導體激光器后期維護復雜，在長期使用中單個芯片的故障難以單獨維修和更換，進而影響整個半導體激光器的可靠性和維護成本。中國專利CN201410538287.5（一種機械連接傳導冷卻型半導體激光器疊陣的封裝結構）中公開了一種采用機械安裝方式實現半導體激光器的疊陣的封裝方法，該結構中的安裝單元為芯片以及與其焊接的襯底，該結構機械安裝方式是通過兩端的電極塊中的緊固螺釘施加壓力，在實際操作中，這種施加壓力的方法較難控制，有可能造成對芯片的損傷，導致器件可靠性降低。
技術實現思路
為了解決現有技術的不足，本專利技術提出一種機械安裝的半導體激光器疊陣。本專利技術的技術方案如下：一種機械連接的半導體激光器疊陣，包括多個設置有安裝螺孔的芯片單元，芯片單元之間通過螺栓緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元包括激光芯片以及與其鍵合的導電襯底，安裝螺孔設置在導電襯底上，導電襯底與螺栓絕緣。所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設置于導電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結構，電連接片用于實現激光芯片和相鄰的芯片單元的電連接，上述安裝螺孔貫通于導電襯底、絕緣緩沖結構以及電連接片。所述絕緣緩沖結構設置于激光芯片的單側，或者分為兩部分設置于激光芯片的兩側。本專利技術的機械連接的半導體激光器疊陣還包括基礎熱沉以及分別設置于前述芯片單元組兩端的正極安裝塊和負極安裝塊，正極安裝塊和負極安裝塊上設置有與芯片單元匹配且貫通的安裝螺孔，使得螺栓安裝于貫通正極安裝塊、芯片單元組和負極安裝塊的安裝螺孔內，實現緊密固定和電連接；所述正極安裝塊和負極安裝塊還設置有用于與基礎熱沉連接的安裝螺孔，使得前述緊密固定的正極安裝塊、芯片單元組、負極安裝塊整體安裝于基礎熱沉上；所述芯片單元的導電襯底與基礎熱沉之間設置有絕緣層。所述的導電襯底為銅鎢、或者銅、或者石墨金屬復合材料。所述絕緣結構為氮化鋁陶瓷。本專利技術另一種技術方案為：一種機械安裝的半導體激光器疊陣，包括依次排列的多組芯片單元，所述芯片單元為激光芯片和與其鍵合的導電襯底，其特征在于：還包括機械安裝部件，機械安裝部件包括兩個U型卡箍，且U型卡箍設置有安裝螺孔，使得2個U型卡箍通過螺栓緊固后，多組芯片單元在其U型區內在緊固壓力下緊密連接。所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設置于導電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結構，電連接片用于連接激光芯片和相鄰的芯片單元。U型卡箍與芯片單元之間設置有絕緣層，用于兩者的電絕緣。所述的芯片單元之間填充有彈性導電導熱層。本專利技術具有以下優點：1）各芯片單元可以實現獨立測試、篩選、老化，提高了產品組裝后的合格率；相鄰芯片單元模塊通過機械方式(螺孔和螺栓方式)連接，在使用中以及后期維護中可以對單個芯片單元進行拆裝替換，并可組裝成任意長度的半導體激光器，具有更高的靈活性。2)本專利技術中機械壓力均未直接施壓于激光芯片，而是通過絕緣緩沖結構緩沖了激光芯片所承受的壓力，有效避免了激光芯片因外部壓力導致的損傷和失效，提高的了器件的可靠性。附圖說明圖1為現有的封裝形式。圖2為本專利技術的機械安裝的半導體激光器疊陣的結構示意圖。圖3為本專利技術的實施例一的示意圖。圖4a-圖4b為本專利技術中另一種芯片單元的結構示意圖圖5為基于圖4b芯片單元的半導體激光器疊陣的結構示意圖。圖6a-圖6b本專利技術的實施例二的示意圖。附圖標號說明：1-激光芯片，2-導電襯底，3-基礎熱沉，4-絕緣層，5-芯片單元，6-絕緣緩沖結構，7-電連接片，8-螺栓，9-安裝螺孔,10-U型卡箍，11-彈性墊片。具體實施方式以下結合具體實施例對本專利技術進行說明。圖2為本專利技術的機械安裝的半導體激光器疊陣的結構示意圖，包括多個設置有安裝螺孔的芯片單元5，芯片單元5之間通過螺栓8緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元5為激光芯片1以及與其鍵合的導電襯底2，安裝螺孔9設置在導電襯底2上，并且導電襯底2與螺栓8相互絕緣，防止芯片單元之間短路。為了改善相鄰芯片單元之間的接觸，以實現更好的導熱性能和減小激光芯片所承受的壓力，可以在芯片單元的激光芯片與相鄰的芯片單元之間增加彈性導電導熱層，例如碳納米管薄膜。圖3為本專利技術的實施例一，為了優化激光芯片1所承受的機械壓力，在圖2結構中優化了芯片單元5的結構，所述的芯片單元5還包括與激光芯片1鍵合的電連接片7以及設置于導電襯底2和電連接片7之間的絕緣緩沖結構6，電連接片7用于實現激光芯片1和相鄰的芯片單元的電連接，上述安裝螺孔9貫通于導電襯底2、絕緣緩沖結構6以及電連接片7。如圖3所示，所述絕緣緩沖結構6設置于激光芯片的單側，或者如圖4a所示，絕緣緩沖結構6分為兩部分設置于激光芯片的兩側，絕緣緩沖結構的這兩種設置方法均使得芯片單元在一個方向上的尺寸盡量與激光芯片的尺寸接近，以實現疊陣尺寸的最小化。圖4b為基于圖4a實現的一種芯片單元的結構，電連接片7上設置有與導電襯底、2個絕緣緩沖結構6匹配的安裝螺孔9。圖5為基于圖4b芯片單元所實現的疊陣結構，螺栓8沿圖中箭頭方向安裝與芯片單元的安裝螺孔內，實現多組芯片單元之間的相互緊固。在實際應用中，本專利技術的機械安裝的半導體激光器疊陣還可以包括基礎熱沉以及分別設置于前述芯片單元組兩端（具體為沿著芯片單元的堆疊方向設置）的正極安裝塊和負極安裝塊，正極安裝塊和負極安裝塊上設置有與芯片單元匹配且貫通的安裝螺孔，使得通過螺栓實現了正極安裝塊、負極安裝塊和芯片單元組的緊密固定和電連接；所述正極安裝塊和負極安裝塊還設置有用于與基礎熱沉連接的安裝螺孔B，使得前述緊密固定的正極安裝塊、芯片單元組、負極安裝塊整體安裝于基礎熱沉上。所述芯片單元的導電襯底與基礎熱沉之間設置有絕緣層4，使得熱沉不帶電工作。圖6a-圖6b為本專利技術的機械安裝的半導體激光器疊陣的實施例二，該結構同樣是基于安裝螺孔進行機械安裝；上述機械安裝的半導體激光器疊陣包括依次排列的多組芯片單元，所述芯片單元為激光芯片和與其鍵合的導電襯底，此外還包括機械安裝部件，所述機械安裝部件包括兩個U型卡箍10，且U型卡箍設置有安裝螺孔，使得2個U型卡箍通過螺栓緊固后，多組芯片單元在其U型區內在緊固壓力下緊密連接。為了增加相鄰芯片單元之間的導熱性能，以及減小外部機械壓力對激光芯片所造成的影響，所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設置于導電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結構6，電連接片用于連接激光芯片和相鄰的芯片單元。此外，在激光芯片和相鄰的芯片單元的之間填充有彈性導電導熱層，也可以實現增加導熱性能以及減小壓力對本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機械安裝的半導體激光器疊陣，其特征在于：包括多個設置有安裝螺孔的芯片單元，芯片單元之間通過螺栓緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元包括激光芯片以及與其鍵合的導電襯底，安裝螺孔設置在導電襯底上，導電襯底與螺栓絕緣。

【技術特征摘要】
1.一種機械安裝的半導體激光器疊陣，其特征在于：包括多個設置有安裝螺孔的芯片單元，芯片單元之間通過螺栓緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元包括激光芯片以及與其鍵合的導電襯底，安裝螺孔設置在導電襯底上，導電襯底與螺栓絕緣。2.根據權利要求1所述的機械安裝的半導體激光器疊陣，其特征在于：所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設置于導電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結構，電連接片用于實現激光芯片和相鄰的芯片單元的電連接，上述安裝螺孔貫通于導電襯底、絕緣緩沖結構以及電連接片。3.根據權利要求2所述的機械安裝的半導體激光器疊陣，其特征在于：所述絕緣緩沖結構設置于激光芯片的單側，或者分為兩部分設置于激光芯片的兩側。4.根據權利要求1-3之一所述的機械安裝的半導體激光器疊陣，其特征在于：還包括基礎熱沉以及分別設置于前述芯片單元組兩端的正極安裝塊和負極安裝塊，正極安裝塊和負極安裝塊上設置有與芯片單元匹配且貫通的安裝螺孔，使得螺栓安裝于貫通正極安裝塊、芯片單元組和負極安裝塊的安裝螺孔內，實現緊密固定和電連接；所述正極安裝塊和負極安裝塊還設置有用于與基礎熱沉連接的安裝螺孔，使得前述緊密固定的正極安裝塊、芯片...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王警衛，侯棟，樊英民，劉興勝，
申請(專利權)人：西安炬光科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西,61