一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)。包括底座、若干金屬散熱塊、若干激光二極管、若干金線；其特征在于：底座和若干金屬散熱塊都帶有預(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；若干金屬散熱塊通過(guò)若干金線與底座串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。本實(shí)用新型中金屬散熱塊和底座的易于加工，加工精度高，平整度好，單芯片多模塊的組裝可以起到優(yōu)良的散熱效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種制冷效果好、易封裝、功率大的陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體激光器封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器由于具有體積小、重量輕、效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通訊等眾多領(lǐng)域。由于自身量子阱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的限制，半導(dǎo)體激光器的輸出光束質(zhì)量與(?激光器、固體抓激光器等傳統(tǒng)激光器相比較差，阻礙了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。近幾年，隨著半導(dǎo)體材料外延生長(zhǎng)技術(shù)、半導(dǎo)體激光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)、高穩(wěn)定性封裝技術(shù)、高效散熱技術(shù)的發(fā)展，特別是在直接半導(dǎo)體激光工業(yè)加工應(yīng)用以及大功率光纖激光器泵浦源的需求推動(dòng)了具有大功率，高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器飛速發(fā)展。
[0003]在我國(guó)，使用單管半導(dǎo)體激光器件直接耦合進(jìn)入光纖獲得激光輸出的技術(shù)已經(jīng)成熟，目前國(guó)內(nèi)幾家公司使用單管的出纖功率和國(guó)外水平基本相當(dāng)。隨著半導(dǎo)體激光器應(yīng)用范圍的增加，同時(shí)為了滿足多樣化的需求，使半導(dǎo)體激光器的功率成倍提升，多管半導(dǎo)體激光器件的工藝研究有了很大的發(fā)展。
[0004]目前，多管半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)主要分為兩種:單芯片疊加的合束技術(shù)和多芯片巴條的合束技術(shù)，單芯片疊加是使用封裝一個(gè)激光二極管芯片的芯片載體
011 811)3111011111:)，通過(guò)諸如空間合束、波長(zhǎng)合束、偏振合束等技術(shù)完成多個(gè)(1)3的合束實(shí)現(xiàn)大功率的輸出，這種結(jié)構(gòu)對(duì)￠:03的散熱性較好，但裝配工藝要求很高，其固定的位置和角度都對(duì)耦合效率有較大影響，比如單芯片疊加常見(jiàn)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，這種方法要在底板上加工高度差較小的臺(tái)階，且每個(gè)臺(tái)階的加工精度要求極高，加工難度大且加工成本高。另一種比較好的封裝結(jié)構(gòu)是多芯片的巴條結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體芯片巴條整體焊接到散熱的底板上，使用一個(gè)008就可完成多個(gè)單芯片疊加的(1)3功能，降低了封裝結(jié)構(gòu)和合束的難度，但其弊端是對(duì)半導(dǎo)體巴條的貼片工藝要求極高，幾微米的偏差就能造成耦合效率的降低，且巴條的散熱量是單芯片的好幾倍，需要配備精細(xì)的制冷工裝和設(shè)備才能保證(1)3的正常工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，而提供一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型將單個(gè)激光二極管焊接到散熱金屬塊上，再將多個(gè)金屬塊單元焊接到更大的散熱底板上，激光二極管通過(guò)金絲的串聯(lián)連接加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括底座、若干金屬散熱塊、若干激光二極管、若干金線；其特征在于:
[0008]底座和若干金屬散熱塊都帶有預(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；若干金屬散熱塊通過(guò)若干金線與底座串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。
[0009]所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成，金屬形式的散熱塊易于加工，成本較低且能保證嚴(yán)格的平整度。
[0010]所述的底座是由熱導(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成，每個(gè)金屬塊焊接于底座上，通過(guò)多級(jí)散熱保證激光二極管元件的熱擴(kuò)散均衡。
[0011]所有的元件都用焊料固定，可靠性較高，將底座焊接于尺寸更大的散熱底板上，并固定在水冷或氣冷的制冷裝置上，可以達(dá)到良好的散熱效果。
[0012]一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:
[0013]1)首先進(jìn)行激光二極管和散熱金屬塊的共晶焊接，焊料的共晶溫度最高，貼片精度要求最高；
[0014]2)然后進(jìn)行金屬散熱塊和鍍金陶瓷底座的共晶焊接，焊料的共晶溫度高但較步驟一的共晶溫度低，貼片精度要求高但較步驟一的低；
[0015]3)最后焊接完畢的各散熱金屬塊通過(guò)金線與底座串聯(lián)連接，完成激光二極管的加電要求。
[0016]所述的一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法:激光二極管和散熱金屬塊之間的焊接、金屬散熱塊和鍍金陶瓷底座之間的焊接使用不同共晶溫度的預(yù)成型焊料，能實(shí)現(xiàn)多級(jí)的焊接的要求，且焊接和對(duì)準(zhǔn)工藝的難度依次降低，保證封裝的可靠性和一致性。
[0017]所述的一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法:能裝配多個(gè)已貼好激光二極管的金屬散熱塊，以實(shí)現(xiàn)不同功率要求的激光輸出。
[0018]本實(shí)用新型對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn):
[0019]本實(shí)用新型提出一種新型封裝結(jié)構(gòu)，將單個(gè)激光二極管焊接到一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊形成一個(gè)單元，再將多個(gè)金屬散熱塊焊接到更大的散熱底座上，實(shí)現(xiàn)不同功率要求的任意配置。
[0020]本實(shí)用新型提出了一種新型的焊接方法，先焊接激光二極管和一塊金屬散熱塊，再焊接金屬散熱塊和散熱的底座，兩次焊接的焊料的共晶溫度不同，焊接工藝可嚴(yán)格控制，焊接牢固可靠。
[0021]本實(shí)用新型解決單芯片疊加裝配和耦合難度大的問(wèn)題，解決多芯片巴條貼片工藝難度大和散熱量大的問(wèn)題。
[0022]本實(shí)用新型中使用的金屬散熱塊和散熱的底座，易加工，平整度較高，和傳統(tǒng)方法相比，具有易加工、低成本和散熱性能好的優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型包括底座4、四塊金屬散熱塊(2.1，2.2，2.3，2.4)、四個(gè)激光二極管(1.1,1.2,1.3,1.4)、若干金線(3.1,3.2,3.3,3.4)；所述的底座4是由熱導(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成，所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成，鍍金陶瓷底座4和四塊金屬散熱塊(2.1,2.2,2.3,2.4)都帶有預(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；四塊金屬散熱塊通過(guò)若干金線(3.1,3.2,3.3,3.4)與底座4串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。
[0026]金屬形式的散熱塊易于加工，成本較低且能保證嚴(yán)格的平整度。每個(gè)金屬塊焊接于底座上，通過(guò)多級(jí)散熱保證激光二極管元件的熱擴(kuò)散均衡。所有的元件都用焊料固定，可靠性較高，將底座焊接于尺寸更大的散熱底板上，并固定在制冷裝置上，可以達(dá)到良好的散熱效果。
[0027]—種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:
[0028]1)首先進(jìn)行激光二極管和散熱金屬塊的共晶焊接，焊料的共晶溫度最高，貼片精度要求最高；
[0029]2)然后進(jìn)行金屬散熱塊和鍍金陶瓷底座的共晶焊接，焊料的共晶溫度高但較步驟一的共晶溫度低，貼片精度要求高但較步驟一的低；
[0030]3)最后焊接完畢的各散熱金屬塊通過(guò)金線的串聯(lián)連接，完成激光二極管的加電要求。
[0031]激光二極管和散熱金屬塊之間的焊接、金屬散熱塊和鍍金陶瓷底座之間的焊接使用不同共晶溫度的預(yù)成型焊料，能實(shí)現(xiàn)多級(jí)的焊接的要求，且焊接和對(duì)準(zhǔn)工藝的難度依次降低，保證封裝的可靠性和一致性。
[0032]能裝配多個(gè)已貼好激光二極管的金屬塊單元，以實(shí)現(xiàn)不同功率要求的激光輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括底座、若干金屬散熱塊、若干激光二極管、若干金線；其特征在于: 底座和若干金屬散熱塊都帶有預(yù)成型焊料，每個(gè)激光二極管通過(guò)共晶焊沿著金屬散熱塊焊料前端平齊的方向焊接于一塊金屬散熱塊上，每個(gè)金屬散熱塊再通過(guò)共晶焊沿著底座焊料前端平齊的方向分別焊接于底座上；若干金屬散熱塊通過(guò)若干金線與底座串聯(lián)連接，加電實(shí)現(xiàn)激光的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的金屬散熱塊是用熱導(dǎo)率高的材料制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型陣列式芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的底座是由熱導(dǎo)率高的鍍金陶瓷材料制作而成。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK204167680SQ201420450078
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】宋克江, 盧昆忠, 費(fèi)華 申請(qǐng)人:武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司