一種便于光纖整形的高性能半導(dǎo)體激光器及其封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種便于光纖整形的高性能半導(dǎo)體激光器及其封裝方法，屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器由于體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、顯示、栗浦、工業(yè)加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，要求半導(dǎo)體激光器具有長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性、高可靠性的特點(diǎn)。近年來(lái)，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)和腔面鈍化技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的性能得到了很大的提升，可實(shí)現(xiàn)的光功率密度也越來(lái)越高，更高的光功率輸出也對(duì)半導(dǎo)體激光器的散熱提出了更高的要求，因此，對(duì)半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)和工藝也就提出了更高的要求。
[0003]由于半導(dǎo)體激光器本身的特點(diǎn)，形成了輸出光束快軸發(fā)散角遠(yuǎn)大于慢軸發(fā)散角的光斑模式，在應(yīng)用過(guò)程中需要將快軸進(jìn)行壓縮。整形柱鏡是快軸壓縮的重要方法，但由于整形柱鏡尺寸較大，限制了半導(dǎo)體激光器的使用空間，且整形柱鏡成本較高，對(duì)于市場(chǎng)上用量較大的中功率半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)效益不可觀。而采用整形光纖對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行快軸壓縮是目前最簡(jiǎn)便、最經(jīng)濟(jì)的方式。傳統(tǒng)C-Mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器如圖1所示，芯片直接焊接在銅熱沉上，芯片的負(fù)極通過(guò)一負(fù)電極片引出，然后將整形光纖固定在銅熱沉的兩端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)快軸的壓縮，但由于芯片與銅熱沉的熱膨脹系數(shù)不匹配，這種封裝形式只能采用軟焊料銦進(jìn)行焊接，而銦焊料由于存在易氧化、在高溫?zé)Y(jié)時(shí)易形成銦須造成激光器短路或遮擋發(fā)光區(qū)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了激光器的長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性。而且，這種封裝結(jié)構(gòu)，銅熱沉?xí)д?，使用中存在帶電的安全?wèn)題。
[0004]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN204243452U公開(kāi)了一種熱沉絕緣的傳導(dǎo)冷卻型高功率半導(dǎo)體激光器，通過(guò)在激光芯片和熱沉之間增加絕緣墊片設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了熱沉不帶電工作，解決了傳統(tǒng)C-mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器熱沉帶電導(dǎo)致的安全問(wèn)題。但由于該結(jié)構(gòu)只能將整形光纖固定在絕緣墊片上，而絕緣墊片的導(dǎo)熱率遠(yuǎn)小于銅熱沉，在激光器工作過(guò)程中，絕緣片的溫度較高，會(huì)造成固定整形光纖的紫外膠軟化，從而導(dǎo)致光斑偏移原來(lái)的位置。而且，由于絕緣片尺寸較小，整形過(guò)程中，紫外膠極易污染發(fā)光區(qū)，造成激光器失效，影響產(chǎn)品的成品率。
[0005]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN103532006A公開(kāi)了一種半導(dǎo)體激光器，包括熱沉、芯片及設(shè)置在熱沉上的負(fù)極帶，在熱沉上焊接絕緣導(dǎo)熱層，芯片焊接在絕緣導(dǎo)熱層上，在絕緣導(dǎo)熱層上焊接有焊片，焊片連接有與負(fù)極帶對(duì)應(yīng)的正極帶，通過(guò)使用雙極帶電極結(jié)構(gòu)引入供電源，解決了傳統(tǒng)C-mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器熱沉帶電的問(wèn)題。但由于該結(jié)構(gòu)中絕緣導(dǎo)熱層直接焊接到熱沉的上表面，管芯發(fā)光面距離熱沉上表面較遠(yuǎn)，必須用較多的紫外膠才能將整形光纖固定在熱沉上，這樣會(huì)導(dǎo)致整形光纖懸空太嚴(yán)重，不牢固，在后期工作中會(huì)出現(xiàn)移位、脫落的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器在封裝結(jié)構(gòu)及整形技術(shù)上存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種操作簡(jiǎn)便，便于光纖整形的高性能半導(dǎo)體激光器及其封裝方法。
[0007]本發(fā)明的便于光纖整形的高性能半導(dǎo)體激光器，采用以下技術(shù)方案:
[0008]該半導(dǎo)體激光器，包括銅熱沉、正電極片、負(fù)電極片、芯片、次熱沉和整形光纖，銅熱沉的上表面中間處設(shè)置有凹槽，該凹槽中焊接有次熱沉，次熱沉上設(shè)置有負(fù)極連接區(qū)和芯片焊接區(qū)，芯片焊接在芯片焊接區(qū)；銅熱沉上表面的兩側(cè)均焊接有絕緣片，兩個(gè)絕緣片上分別焊接有正電極片和負(fù)電極片；正電極片與次熱沉上的芯片焊接區(qū)之間、負(fù)電極片與次熱沉上的負(fù)極連接區(qū)之間以及芯片負(fù)極與負(fù)極連接區(qū)之間均用金線連接；整形光纖固定在銅熱沉的前側(cè)面上部的兩端，置于芯片的發(fā)光區(qū)前方，且與絕緣片寬度方向平行。
[0009]所述銅熱沉的表面鍍有金層。
[0010]所述正電極片和負(fù)電極片均為鍍金銅片。
[0011]所述絕緣片是在絕緣體的上下表面鍍金屬層而成。
[0012]所述次熱沉為一絕緣體，且該絕緣體下表面鍍有金屬層，上表面在負(fù)極連接區(qū)與芯片焊接區(qū)鍍有金屬層。
[0013]所述整形光纖上鍍有光學(xué)增透膜。
[0014]上述便于光纖整形的高性能半導(dǎo)體激光器的封裝方法，包括以下步驟:
[0015](I)在次熱沉的芯片焊接區(qū)中預(yù)制金錫焊料，將芯片焊接在金錫焊料上；
[0016](2)在銅熱沉的上表面的兩側(cè)及凹槽處預(yù)制低溫焊料(銦焊料、銦錫焊料、錫鉍焊料或銦銀焊料)；
[0017](3)在兩個(gè)絕緣片上分別焊接正電極片和負(fù)電極片，然后與次熱沉一起焊接在銅熱沉上的對(duì)應(yīng)位置；
[0018](4)采用金線將芯片負(fù)極與次熱沉上的負(fù)極連接區(qū)相連；
[0019](5)采用金線將次熱沉上的負(fù)極連接區(qū)與負(fù)電極片以及次熱沉上的芯片焊接區(qū)與正電極片相連；
[0020](6)在半導(dǎo)體激光器工作電流條件下，將整形光纖放置在芯片出光區(qū)，調(diào)整到所需的光斑位置；
[0021](7)將整形光纖固定到銅熱沉上。
[0022]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，通過(guò)在銅熱沉上表面中間處開(kāi)凹槽加次熱沉的形式，實(shí)現(xiàn)了芯片與銅熱沉絕緣，解決了銅熱沉帶電的問(wèn)題。而且，次熱沉上預(yù)制金錫焊料，可提高半導(dǎo)體激光器可靠性和使用壽命。同時(shí)，采用將整形光纖固定在銅熱沉兩端的整形方式，可避免紫外固化膠對(duì)半導(dǎo)體激光器腔面的污染及半導(dǎo)體激光器在工作過(guò)程中整形光纖移位的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的可靠性和成品率。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是傳統(tǒng)C-Mount型封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明便于光纖整形的高性能半導(dǎo)體激光器的示意圖。
[0025]圖3是本