本申請屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)化效率高、波段范圍廣、壽命長、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、航空、生物醫(yī)療、空間激光通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。隨著實(shí)際工程應(yīng)用需求的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出功率水平要求越來越高，目前實(shí)現(xiàn)高功率的半導(dǎo)體激光器通常采用兩種方式：一是采用光學(xué)透鏡器件將多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片發(fā)生的光進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦耦合到光纖輸出，受限于激光芯片數(shù)量增多對(duì)光斑大小的影響，采用該方式可以實(shí)現(xiàn)百瓦級(jí)的激光輸出，但對(duì)于更高功率的激光輸出就變得尤為困難；另一種方法是對(duì)半導(dǎo)體激光陣列結(jié)構(gòu)的芯片進(jìn)行光束整形聚焦，半導(dǎo)體激光陣列芯片通常有19-25個(gè)發(fā)光單元構(gòu)成，單個(gè)陣列芯片可實(shí)現(xiàn)50-75w的激光輸出，半導(dǎo)體激光陣列的垂直疊陣的應(yīng)用使輸出功率達(dá)幾百上千瓦。半導(dǎo)體激光器陣列結(jié)構(gòu)的研究促進(jìn)了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用。

在半導(dǎo)體激光器陣列中電光轉(zhuǎn)化效率一般小于50%，在應(yīng)用中將有50%的電功率將轉(zhuǎn)化成熱的形式耗散，該部分熱量的存在將導(dǎo)致激光輸出功率的降低、輸出光譜的展寬。同時(shí)激光陣列芯片和熱沉材料的熱膨脹系數(shù)的不匹配性將導(dǎo)致激光陣列芯片發(fā)生形變，使輸出光發(fā)生彎曲形成smile效應(yīng)，熱應(yīng)力過大將導(dǎo)致陣列芯片與熱沉間的焊接層的開裂，甚至陣列芯片的斷裂等問題，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體激光器的可靠性及壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，通過在激光器芯片上下分別焊接焊片、過渡熱沉及散熱熱沉，保證半導(dǎo)體激光器陣列的高效散熱的同時(shí)降低陣列芯片的熱形變。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，其包括激光器陣列芯片；分別焊接于激光器陣列芯片兩側(cè)的焊片；焊接于兩側(cè)焊片的過渡熱沉；支撐一側(cè)過渡熱沉的第一散熱熱沉；以及覆蓋另一側(cè)過渡熱沉的第二散熱熱沉；其中，第一散熱熱沉與第二散熱熱沉遠(yuǎn)離激光器陣列芯片的一端通過絕緣層相互連接。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述激光器陣列芯片兩側(cè)蒸鍍有ti-pt-au金屬層，ti-pt-au金屬層包括ti粘附層，pt阻擋層及au浸潤層。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述焊片由3μm厚的預(yù)成型ausn合金焊片制成。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述過渡熱沉由熱膨脹系數(shù)匹配的cuw制成，熱膨脹系數(shù)為6.5×10^-6mm/℃。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述過渡熱沉與第一散熱熱沉及第二散熱熱沉之間采用焊接熔點(diǎn)溫度低于ausn焊片溫度的焊料焊接。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述第一散熱熱沉與第二散熱熱沉之間設(shè)置的絕緣層為ain電絕緣層。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中上述激光器陣列芯片正極面向第一散熱熱沉，負(fù)極面向第二散熱熱沉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請可以獲得包括以下技術(shù)效果：

1）本發(fā)明提供的半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)，采用三明治結(jié)構(gòu)將激光器陣列芯片焊接在過渡熱沉、散熱熱沉之間，采用上下兩層過渡熱沉對(duì)半導(dǎo)體激光器芯片的熱膨脹性進(jìn)行匹配，降低了激光陣列芯片工作時(shí)的熱應(yīng)力，同時(shí)防止激光陣列芯片在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生發(fā)光面的彎曲變形。

2）上下兩塊散熱熱沉對(duì)激光陣列芯片上下面進(jìn)行散熱，提高激光器熱容量的同時(shí)提高散熱能力，有效降低工作時(shí)激光器陣列芯片上的結(jié)溫。

3）方便實(shí)用，效率較高。

當(dāng)然，實(shí)施本申請的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對(duì)本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

附圖標(biāo)記

激光陣列芯片10，焊片20，過渡熱沉30，第一散熱熱沉41，第二散熱熱沉42，絕緣層50。

具體實(shí)施方式

以下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請的實(shí)施方式，藉此對(duì)本申請如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

請一并參考圖1與圖2，圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)立體圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。如圖所示，一種半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)包括激光器陣列芯片10；分別焊接于激光器陣列芯片10兩側(cè)的焊片20；焊接于兩側(cè)焊片20的過渡熱沉30；支撐一側(cè)過渡熱沉30的第一散熱熱沉41；以及覆蓋另一側(cè)過渡熱沉30的第二散熱熱沉42；其中，第一散熱熱沉41與第二散熱熱沉42遠(yuǎn)離激光器陣列芯片10的一端通過絕緣層50相互連接。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，焊片20藉以連接過渡熱沉30與激光器陣列芯片10，提高激光器陣列芯片10的焊接強(qiáng)度。第一散熱熱沉41與第二散熱熱沉42保證散熱，防止激光器陣列芯片10的形變，提高穩(wěn)定性。

激光器陣列芯片10上下兩面采用真空蒸鍍方式鍍上厚度為微米量級(jí)的ti-pt-au金屬層，ti-pt-au金屬層包括ti粘附層，pt阻擋層及au浸潤層。膜層中ti膜層作為粘附層，利于其他金屬膜層蒸鍍時(shí)的粘附，pt膜層作為阻擋層可以防止在芯片焊接時(shí)焊料融化時(shí)對(duì)芯片發(fā)光面的污染，au膜層作為浸潤層提高膜層的穩(wěn)定性。蒸鍍完的激光器陣列芯片10采用正極面朝下的方式焊接在過渡熱沉30，即激光器陣列芯片10正極面向第一散熱熱沉41，負(fù)極面向第二散熱熱沉42，實(shí)現(xiàn)工作需求，有利于激光器陣列芯片10產(chǎn)生的熱量的耗散，提高使用過程中的穩(wěn)定性。

在本發(fā)明一實(shí)施方式中，焊片20采用3μm厚的預(yù)成型ausn合金焊片，具有較高的熱導(dǎo)率和高強(qiáng)度，不易發(fā)生電遷移或熱遷移，且在溫度循環(huán)時(shí)不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂，可以提高激光陣列芯片10的焊接強(qiáng)度。

值得一提的是，本發(fā)明的過渡熱沉30由熱膨脹系數(shù)匹配的cuw制成，熱膨脹系數(shù)為6.5×10^-6mm/℃，激光器陣列芯片10為gaas材料熱膨脹系數(shù)為5.9×10^-6mm/℃。多次試驗(yàn)，保證過渡熱沉30及激光器陣列芯片10隨溫度變化產(chǎn)生的長度變化足夠穩(wěn)定，保證使用過程中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。同時(shí)，在激光器陣列芯片10上下兩面上各設(shè)置有cuw材料的過渡熱沉30，保證熱的作用下激光器陣列芯片10的形變一致，避免發(fā)光面的彎曲，降低smile效應(yīng)（大功率半導(dǎo)體激光器列陣在工作時(shí)，從激光器到熱沉溫度梯度很大，由于lda襯底材料與熱沉材料線性熱膨脹系數(shù)不匹配，從而導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生。熱應(yīng)力引起lda中各個(gè)發(fā)光單元在垂直于p-n結(jié)方向發(fā)生位移，再加上垂直于p-n結(jié)方向發(fā)光尺寸只有約1μm；所以較小的位移對(duì)發(fā)光產(chǎn)生較大影響，使列陣中各個(gè)發(fā)光單元不在一條直線上，從而導(dǎo)致lda整體發(fā)光彎曲，這種現(xiàn)象被稱為smile效應(yīng)或稱各發(fā)射腔的近場非線性效應(yīng)），提高激光器輸出功率的穩(wěn)定性。

此外，過渡熱沉30與第一散熱熱沉41及第二散熱熱沉42之間采用焊接熔點(diǎn)溫度低于ausn焊片溫度的焊料焊接。在焊接時(shí)不會(huì)影響激光陣列芯片10的焊接質(zhì)量，過渡熱沉30上下兩面設(shè)置的第一散熱熱沉41及第二散熱熱沉42有效增大激光器的熱容量，有利于激光器陣列芯片10的散熱。第一散熱熱沉41和第二散熱熱沉42分別作為激光器陣列芯片10的正、負(fù)供電電極，兩個(gè)散熱熱沉接觸部分，設(shè)置有電絕緣層50，選取aln材料作為電絕緣層50，其熱膨脹系數(shù)4.5×10^-6mm/℃，和激光器陣列芯片10相差不大，保證在熱的作用下熱形變的匹配性，提高整個(gè)激光器的熱穩(wěn)定性。

上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述申請構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。