專利名稱：一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體激光器件封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大功率，超大功率固體激光系統(tǒng)為國家技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略方向之一，近年來國家不斷 加大投入力度，十二五期間，國家科學技術(shù)部明確提出要制作出3-5千瓦級的大功率固體 激光器。這類激光器需要高質(zhì)量和穩(wěn)定性能的半導體激光泵浦模塊，目前這類模塊大都依 賴進口。市場上常見的固體激光器泵浦模塊多為工業(yè)水冷或去離子水冷。這兩種水冷方式 的優(yōu)點是可以有效的對器件進行散熱，從而使器件輸出較高的功率。對于某些特殊領(lǐng)域?qū)?整機系統(tǒng)的體積和重量非常敏感，如航空航天領(lǐng)域，車載系統(tǒng)和便攜系統(tǒng)等。在上述應用 中，用戶多追求高峰值功率，本發(fā)明的目的是提出一種風冷半導體激光封裝模式，適用于脈 沖式工作模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于一種激光單體所排列成的水平發(fā)光陣列的封裝設 計，填補國內(nèi)的空白。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，陣列的發(fā)光器件由多個發(fā)光單體 組成，所述發(fā)光單體用焊料片焊接在一個熱沉的表面上，每個發(fā)光單體之間由焊料片組和 電連接組件串聯(lián)連接，呈一字形排列，形成一線性發(fā)光區(qū)域。所述激光模塊用緊固件緊固到 用戶端固態(tài)表面，激光器件所產(chǎn)生的熱量由激光單體傳至熱沉散發(fā)到環(huán)境當中。所述發(fā)光單體由下述部件構(gòu)成正極、半導體激光bar條、負極和陶瓷片，所述半 導體激光bar條的上下兩個表面分別被焊接到負極的下表面和正極的上表面；所述正極的 一面加工有一溝矩形槽，所述負極的一面加工有一溝槽，這兩個溝槽為形成陣列式用焊料 片組和電連接組件串聯(lián)連接所用；所述陶瓷片為一具有一定厚度的矩形片，在所述陶瓷片 的一個表面的部分區(qū)域形成金屬化，另一表面完全金屬化；所述正極和負極的背面分別焊 接到所述陶瓷片的金屬化表面上。所述熱沉為一長形金屬立方體，所述熱沉的前表面焊接激光陣列，所述熱沉前表 面與上表面所夾邊加工成一凹槽，在凹槽內(nèi)存放焊接時多余焊料，所述熱沉的上表面和相 鄰兩側(cè)表面交界處加工成臺階狀，供焊接電路板時阻擋焊料流出所用。所述熱沉上表面加 工有一個用于模塊緊固的通孔，并在中間加工出一個用于放置溫度檢測器件的沉孔。所述電路板的下表面設有一焊盤，焊盤焊接到所述熱沉上表面；在所述焊盤周圍 的表面涂有阻焊劑以防止焊料流淌出焊盤。所述電路板加工有若干個用于緊固螺栓的通孔 和一個用于放置溫度監(jiān)測器件的通孔，在所述電路板的上表面安裝有電極引出片，所述電 極引出片用焊接或粘貼方式固定在所述電路板上。
焊接成的發(fā)光單體可以單獨進行測試，對各種參數(shù)如輸出功率，工作電流，工作條 件下的波長，熱阻等等進行逐一篩選。篩選后的激光單體根據(jù)其測試的參數(shù)進行匹配組合， 以保證焊接后的激光陣列性能的一致性，工作穩(wěn)定性和可靠性。經(jīng)過測試篩選后的激光單體排成陣列被焊接到熱沉的前表面上，同時用連接組件 焊接連接形成串聯(lián)形式，串聯(lián)后的發(fā)光陣列正負極連接到電路板上面的電極上面。


下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明實施例所述的一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列整體 結(jié)構(gòu)外觀圖；圖2是本發(fā)明實施例所述的一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列的爆 炸圖；圖3是本發(fā)明實施例所述的發(fā)光單體的外觀圖；圖4是本發(fā)明實施例所述的發(fā)光單體的爆炸圖；圖5是熱沉的結(jié)構(gòu)圖；圖6是電路板的下表面結(jié)構(gòu)圖；圖7是電路板的上表面結(jié)構(gòu)圖；圖8是電路板的立體結(jié)構(gòu)圖；圖9是激光陣列模塊實物的電流-電壓和電流-功率實測數(shù)據(jù)表；圖10是激光陣列模塊實物的波長-強度實測數(shù)據(jù)表。
具體實施例方式如圖1-8所示，一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，陣列的發(fā)光器件 由多個發(fā)光單體1組成，所述發(fā)光單體用焊料片4焊接在一個熱沉5的表面5. 1上，每個發(fā) 光單體1之間由焊料片組2和電連接組件3串聯(lián)連接，呈一字形排列，形成一線性發(fā)光區(qū) 域。所述激光模塊用緊固件7緊固到用戶端固態(tài)表面，激光器件所產(chǎn)生的熱量由激光單體 1傳至熱沉5散發(fā)到環(huán)境當中。所述發(fā)光單體1由下述部件構(gòu)成正極1. 1、半導體激光bar條1. 2、負極1. 3和 陶瓷片1. 4，所述半導體激光bar條1. 2的上下兩個表面分別被焊接到負極1. 3的下表面 和正極1. 1的上表面；所述正極1. 1的一面加工有一溝矩形槽1. 1. 1，所述負極1. 3的一面 加工有一溝槽1. 3. 1，這兩個溝槽為形成陣列式用焊料片組2和電連接組件3串聯(lián)連接所 用；所述陶瓷片1. 4為一具有一定厚度的矩形片，在所述陶瓷片1. 4的一個表面的部分區(qū)域 1. 4. 2,1. 4. 1形成金屬化，另一表面完全金屬化；所述正極1. 1和負極1. 3的背面分別焊接 到所述陶瓷片1. 4的金屬化表面1. 4. 2,1. 4. 1上。所述熱沉5為一長形金屬立方體，所述熱沉5的前表面5. 1焊接激光陣列，所述熱 沉前表面5. 1與上表面所夾邊加工成一凹槽5. 2，在凹槽5. 2內(nèi)存放焊接時多余焊料，所述 熱沉5的上表面和相鄰兩側(cè)表面交界處加工成臺階狀5. 3，供焊接電路板時阻擋焊料流出 所用。所述熱沉上表面加工有一個用于模塊緊固的通孔5. 4，并在中間加工出一個用于放置 溫度檢測器件的沉孔5. 5。
所述電路板6的下表面設有一焊盤6. 1，焊盤6. 1焊接到所述熱沉5上表面；在所 述焊盤6. 1周圍的表面6. 5涂有阻焊劑以防止焊料流淌出焊盤6. 1。所述電路板6加工有 若干個用于緊固螺栓的通孔6. 2和一個用于放置溫度監(jiān)測器件的通孔6. 3，在所述電路板6 的上表面安裝有電極引出片6. 6，所述電極引出片6. 6用焊接或粘貼方式固定在所述電路 板上。實施本發(fā)明不受上述技術(shù)方案的限制，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，本發(fā)明還 會有其他方式的變化和改進。這些變化和改進都落入本發(fā)明要求保護的范圍，本發(fā)明要求 保護范圍由所附的權(quán)利要求及其等效物界定。此模塊在300微秒3%占空比和25C環(huán)境溫度條件下，電流加至100安培，輸出峰 值功率超過400瓦，電光轉(zhuǎn)換效率55%，光譜寬度小于3nm，熱阻0. 06C/W，計算后的100安 培工作節(jié)點溫度為31C。根據(jù)上述原理設計出相應的激光陣列模塊實物和實測數(shù)據(jù)如圖 9-10所示。
權(quán)利要求
1.一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，陣列的發(fā)光器件由多個發(fā)光單體 (1)組成，其特征在于，所述發(fā)光單體用焊料片(4)焊接在一個熱沉( 的表面(5. 1)上，每 個發(fā)光單體(1)之間由焊料片組( 和電連接組件(3)串聯(lián)連接，呈一字形排列，所述激光 模塊用緊固件(7)緊固到用戶端固態(tài)表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，，其特征在 于，所述發(fā)光單體(1)由下述部件構(gòu)成正極(1. 1)、半導體激光bar條(1. 2)、負極(1. 3)和 陶瓷片(1. 4)，所述半導體激光bar條(1. 2)的上下兩個表面分別被焊接到負極(1. 3)的下 表面和正極(1. 1)的上表面；所述正極(1. 1)的一面加工有一溝矩形槽(1. 1. 1)，所述負極 (1.3)的一面加工有一溝槽(1.3. 1)；所述陶瓷片(1.4)為一具有一定厚度的矩形片，在所 述陶瓷片(1. 4)的一個表面的部分區(qū)域(1. 4. 2,1. 4. 1)形成金屬化，另一表面完全金屬化； 所述正極(1. 1)和負極(1. 3)的背面分別焊接到所述陶瓷片(1. 4)的金屬化表面(1. 4. 2、 1. 4. 1)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，其特征在 于，所述熱沉( 為一長形金屬立方體，所述熱沉(5)的前表面(5. 1)焊接激光陣列，所述 熱沉前表面(5. 1)與上表面所夾邊加工成一凹槽(5.幻，在凹槽(5. 2)內(nèi)存放焊接時多余焊 料，所述熱沉(5)的上表面和相鄰兩側(cè)表面交界處加工成臺階狀(5. 3)，所述熱沉上表面加 工有一個用于模塊緊固的通孔(5. 4)，并在中間加工出一個用于放置溫度檢測器件的沉孔 (5. 5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，其特征在 于，所述電路板(6)的下表面設有一焊盤(6. 1)，焊盤(6. 1)焊接到所述熱沉( 上表面； 在所述焊盤(6. 1)周圍的表面(6. 5)涂有阻焊劑，所述電路板(6)加工有若干個用于緊固 螺栓的通孔(6. 2)和一個用于放置溫度監(jiān)測器件的通孔(6.幻，在所述電路板(6)的上表面 安裝有電極引出片(6. 6)，所述電極引出片(6.6)用焊接或粘貼方式固定在所述電路板上。
全文摘要
一種風冷固體激光泵浦用半導體激光水平陣列，陣列的發(fā)光器件由多個發(fā)光單體組成，所述發(fā)光單體用焊料片焊接在一個熱沉的表面上，每個發(fā)光單體之間由焊料片組和電連接組件串聯(lián)連接，呈一字形排列，形成一線性發(fā)光區(qū)域。所述激光模塊用緊固件緊固到用戶端固態(tài)表面，激光器件所產(chǎn)生的熱量由激光單體傳至熱沉散發(fā)到環(huán)境當中。焊接成的發(fā)光單體可以單獨進行測試，對各種參數(shù)如輸出功率，工作電流，工作條件下的波長，熱阻等等進行逐一篩選。篩選后的激光單體根據(jù)其測試的參數(shù)進行匹配組合，以保證焊接后的激光陣列性能的一致性，工作穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H01S5/024GK102130426SQ20101055087
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者張軍, 李大明, 潘華東 申請人:無錫亮源激光技術(shù)有限公司