專利名稱：一種高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光器制造領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體激光器，尤其是一種高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器又稱二極管激光器(DL)。隨著半導(dǎo)體激光器輸出功率、電光轉(zhuǎn)換效率、可靠性和性能穩(wěn)定性的不斷提高、半導(dǎo)體激光器在激光通信、光存儲(chǔ)、光陀螺、激光打印、測(cè)距以及雷達(dá)等方面的應(yīng)用更加廣泛，市場(chǎng)需求巨大，發(fā)展前景更加廣闊。隨著半導(dǎo)體激光器的輸出功率、電光轉(zhuǎn)換效率、可靠性和性能穩(wěn)定性不斷提高，大功率半導(dǎo)體激光器在工業(yè)，醫(yī)療和軍事中的應(yīng)用更加廣泛，市場(chǎng)需求巨大，發(fā)展前景廣闊。 激光器的性能除了與芯片有關(guān)外，還與激光器的散熱和封裝有關(guān)。為了提高激光器的可靠性和穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)高效的散熱結(jié)構(gòu)是必須的。此外，還要求封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造簡(jiǎn)單成本低、散熱效率高。目前，盡管半導(dǎo)體激光器技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是隨著各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展， 對(duì)半導(dǎo)體激光器的性能要求更加苛刻。很多應(yīng)用中要求半導(dǎo)體激光器具有長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性、高可靠性和長(zhǎng)儲(chǔ)存時(shí)間的特點(diǎn)。如何確保半導(dǎo)體激光器在長(zhǎng)時(shí)間的使用中仍然保持高效的工作，這給半導(dǎo)體激光器本身和封裝技術(shù)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。目前，大部分商業(yè)化的單發(fā)射腔大功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品的封裝類型是C-moimt 和CT-moimt。但是這兩種結(jié)構(gòu)存在功率低、成本高、散熱能力差和熱沉帶電等缺點(diǎn)，尤其無(wú)法同時(shí)保證芯片的絕緣性和高效散熱。如中國(guó)專利一種大功率半導(dǎo)體激光器及其制備方法，專利號(hào)為 ZL200910020854. 5，該專利公開(kāi)了一種單管大功率半導(dǎo)體激光器，采用F-mount封裝結(jié)構(gòu)， 此結(jié)構(gòu)中陶瓷板上鍍有較厚貴金屬，導(dǎo)致價(jià)格昂貴。同時(shí)，金屬層厚度較小，受金屬層厚度限制，導(dǎo)致發(fā)熱功率較大的巴條芯片不適宜封裝在該結(jié)構(gòu)上，基本上只適用于小功率芯片， 一般不大于20w。目前多個(gè)巴條連接的封裝，巴條之間需通過(guò)打金線或者電極連接片等復(fù)雜形式進(jìn)行電連接。如圖1為現(xiàn)有技術(shù)中多個(gè)巴條連接的封裝形式示意圖，芯片1和芯片2為串聯(lián)， 封裝結(jié)構(gòu)中沒(méi)有設(shè)計(jì)電路，需通過(guò)電極連接片3實(shí)現(xiàn)芯片之間的電連接，芯片1的負(fù)極塊通過(guò)電極連接片3與芯片2的正極塊連接。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，該種封裝結(jié)構(gòu)的線路板是在高導(dǎo)熱率的絕緣板的上下表面覆有高導(dǎo)電材料后，預(yù)制設(shè)計(jì)形成所需電路，巴條芯片貼在線路板上可直接實(shí)現(xiàn)電連接，無(wú)需在通過(guò)打金線或者連接片等復(fù)雜形式進(jìn)行電連接，減小了半導(dǎo)體激光器的體積，同時(shí)，其電連接方便且性能更可靠，成本更低。[0009]本實(shí)用新型的明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的本實(shí)用新型的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片和散熱器，其特征在于，還包括線路板；所述的線路板為絕緣高導(dǎo)熱表面可高導(dǎo)電的線路板，所述線路板設(shè)置在散熱器上，所述芯片設(shè)置在線路板上；所述線路板是在高導(dǎo)熱率的絕緣板的上下表面覆有高導(dǎo)電率材料后，預(yù)制設(shè)計(jì)形成電路。以上在絕緣板上下表面所覆的高導(dǎo)電率材料的厚度大于ΙΟμπι。本實(shí)用新型具有以下有益效果(1)電連接可靠，體積小，本實(shí)用新型中絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的線路板集成了電連接設(shè)計(jì)，芯片貼在線路板上就可實(shí)現(xiàn)電連接，無(wú)須進(jìn)行打金線或者電極連接片的形式進(jìn)行電連接，使得電連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了電虛接問(wèn)題的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體激光器的電連接更可靠， 體積較小。(2)可使用硬焊料，本實(shí)用新型中線路板由于使用了與bar CTE匹配的基材，減少了熱應(yīng)力造成的問(wèn)題。(3)工藝簡(jiǎn)單，成本低，本實(shí)用新型中由于電連接集成，使工藝步驟減少，降低了工藝風(fēng)險(xiǎn)以及成本。

[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中多個(gè)巴條連接的封裝形式示意圖；[0017]圖2為本實(shí)用新型中的絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板結(jié)構(gòu)示意圖[0018]圖3本實(shí)用新型中兩個(gè)巴條連接的封裝形式示意圖；[0019]圖4本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；[0020]圖5為本實(shí)用新型的各部件拆解示意圖；[0021]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例--結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例--拆解示意圖；[0023]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例二二結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例二二拆解示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、散熱器以及線路板。 其中線路板為絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的線路板，該線路板設(shè)置在散熱器上，芯片設(shè)置在線路板上。本實(shí)用新型采用的線路板是在高導(dǎo)熱率的絕緣板的上下表面覆有高導(dǎo)電率材料后，預(yù)制設(shè)計(jì)形成電路。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述圖2為本實(shí)用新型中絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板，在高導(dǎo)熱率的絕緣材料上覆有高導(dǎo)電率材料，根據(jù)需要制備好電路ABCD，ABCD均可導(dǎo)電，空隙之處絕緣。圖中8、9為芯片放置位置，C為正極，E為負(fù)極，放置在8位置上的芯片的負(fù)極通過(guò)D與放置在B位置上的芯片正極連接。圖3為本實(shí)用新型兩個(gè)巴條連接的封裝形式示意圖，在圖3中，線路板中直接設(shè)計(jì)了芯片的串聯(lián)連接，芯片11和芯片12貼在線路板上，C為正極，E為負(fù)極，芯片12的正極與C連接，芯片12的負(fù)極通過(guò)D與芯片11的正極連接，芯片11的負(fù)極與E連接，實(shí)現(xiàn)芯片11 和芯片12的串聯(lián)。參見(jiàn)圖4和圖5，本實(shí)用新型的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片15、 絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14、散熱器13。其中絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14置于散熱器13 上，芯片15置于絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14上。本實(shí)用新型中，要求形成絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14的高導(dǎo)熱率的絕緣板為導(dǎo)熱率大于120W/m. k的材料，如陶瓷材料。因此，該處的絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14可以在氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、金剛石或金剛石銅復(fù)合材料板的上下表面覆厚度為IOum(或者大于IOum)的高導(dǎo)電率的材料后，預(yù)制設(shè)計(jì)形成所需電路；也可以直接選用已經(jīng)預(yù)制好電路的絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路版。芯片15可以是單管芯片(即單發(fā)光單元芯片)、巴條芯片或者微型巴條(即多發(fā)光單元芯片)，芯片15也可以由多個(gè)單管芯片連接組成或者多個(gè)巴條芯片連接組成，亦或者芯片15也可以由多個(gè)微型巴條連接組成。散熱器13可以采用高導(dǎo)熱率材料制成的散熱塊，也可以使用水冷、風(fēng)冷、熱點(diǎn)制冷的散熱器或者結(jié)合以上兩種或兩種以上散熱方式的散熱器。以上所述的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行(1)準(zhǔn)備高導(dǎo)熱率的絕緣板，將高導(dǎo)熱率的絕緣板上下表面均覆有IOum以上的高導(dǎo)電材料；(2)在覆有高導(dǎo)電率材料的高導(dǎo)熱率絕緣板上，預(yù)制形成所需電路制成絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板；(3)將芯片安裝在線路板上；(4)將線路板安裝在散熱器上。如果選用預(yù)制好的絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14，則以上的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行(1)選用預(yù)制好電路的絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板；(2)將芯片安裝在線路板上；(3)將線路板安裝在散熱器上。本實(shí)用新型的工作原理如下通電后，通過(guò)絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14到芯片15，芯片15受激發(fā)光，芯片15所產(chǎn)生的熱量傳遞到絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板14上，最后傳到散熱器13上散掉。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例一參見(jiàn)圖6和圖7，本實(shí)施例的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板20，芯片16和芯片17和散熱器21，其中絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板20置于散熱器21上，所述的芯片16和芯片17置于絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板20上。其中絕緣導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板20是在陶瓷或者金剛石板的上下表面覆IOum以上的鋁，根據(jù)所需電路去掉多余鋁，制成圖6和圖7中的串聯(lián)電路ABCDE。芯片選用兩個(gè)巴條芯片16、17，安裝在絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板20的芯片安裝位置18、19上。散熱器21可以采用高導(dǎo)熱率材料制成的散熱塊，如銅、銅鎢或者金剛石；其最高輸出光功率可達(dá)到80W。[0047]實(shí)施例二如圖8和圖9所示，本實(shí)施例的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片24、 25、26、27，絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板23和散熱器22。其輸出功率可達(dá)上百瓦。其中絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板23采用的是在氧化鈹、氮化鋁、碳化硅、金剛石或者銅金剛石板的上下表面覆IOum以上的高導(dǎo)電材料，如銅或者金或者銀等金屬，根據(jù)所需電路去掉多余金屬，制成圖8和圖9中的并聯(lián)電路FGMN。芯片M的負(fù)極與N連接，芯片25 的負(fù)極與N連接，芯片沈的負(fù)極與G連接，芯片27的負(fù)極與F連接。芯片24、25、26、27選用微型巴條芯片或者巴條芯片。散熱器22采用高導(dǎo)熱率材料制成的散熱塊，也可以使用水冷、風(fēng)冷、熱點(diǎn)制冷的散熱器或者結(jié)合以上兩種或兩種以上散熱方式的散熱器。綜上，本實(shí)用新型的高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)熱和絕緣的優(yōu)點(diǎn)， 芯片貼在線路板上可直接實(shí)現(xiàn)電連接，無(wú)需在通過(guò)打金線或者連接片等復(fù)雜形式進(jìn)行電連接，減小了半導(dǎo)體激光器的體積，同時(shí)，其電連接方便且性能更可靠，成本更低。
權(quán)利要求1.一種高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片和散熱器，其特征在于，還包括線路板；所述線路板為絕緣高導(dǎo)熱表面可高導(dǎo)電的線路板，所述線路板設(shè)置在散熱器上，所述芯片設(shè)置在線路板上；所述線路板是在高導(dǎo)熱率的絕緣板的上下表面覆有高導(dǎo)電率材料后，預(yù)制設(shè)計(jì)形成電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路板，其特征在于，在絕緣板上下表面所覆的高導(dǎo)電率材料的厚度大于10 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高功率半導(dǎo)體激光器線路封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板和散熱器；所述絕緣高導(dǎo)熱高導(dǎo)電線路板在高導(dǎo)熱率的絕緣板的上下表面覆有高導(dǎo)電材料后，預(yù)制設(shè)計(jì)形成所需電路，芯片貼在線路板上可直接實(shí)現(xiàn)電連接，無(wú)需在通過(guò)打金線或者連接片等復(fù)雜形式進(jìn)行電連接，減小了半導(dǎo)體激光器的體積，同時(shí)，其電連接方便且性能更可靠，且輸出光功率高，可采用硬焊料焊接，工藝簡(jiǎn)單，成本低。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于高功率半導(dǎo)體激光器，功率可達(dá)上百瓦。
文檔編號(hào)H01S5/022GK202076674SQ201120159469
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者劉興勝, 宗恒軍, 王衛(wèi)鋒, 王警衛(wèi) 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司