一种大功率激光模组及其封装方法技术

本发明专利技术涉及一种大功率激光模组，包括热沉，在所述热沉的表面、且在出光端一侧设置有多个串联的激光单管芯片单元，所述的多个串联的激光单管芯片单元在热沉的出光端一侧呈圆弧形排列或圆弧形内切多段线排列。本发明专利技术通过大功率激光单管串联，实现了大功率模组的可替换性操作，解决了巴条过于密集导致的热效应，通过设计弧面，取代了慢轴压缩透镜，从而减少了激光的功率损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于半导体激光器封装的
。
技术介绍
由于半导体激光器体积小、质量轻、光电转换效率高、使用寿命长、易于调节等优点，使得它在工业、医疗、通讯、信息显示和军事等领域的应用非常广泛。高功率半导体激光器的研发水平影响了国防科技、工业等发展水平，它的应用可以主要作用于导弹的制导与跟踪、武器模拟和炸弹引爆、夜视雷达监控等方面。大功率的巴条激光器的应用还可以作用在工业金属切割和雕刻、金属熔涂覆再加工。在医疗领域，激光美容越来越受到人们的青睐。 半导体激光器是以半导体材料制备成的受激发射激光的器件，其工作原理:通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。 激光器的性能除了与芯片有关外，还与激光器的散热和封装有关，为了提高激光器的可靠性和稳定性，降低生产成本，设计高效的散热结构是必须的。此外还要求封装结构设计和制造简单成本低，散热效率高。 目前，大功率半导体激光器的商业化产品存在着缺陷，如散热能力差，尤其以传导冷却的大功率巴条形式的封装，在高重频模式下工作会有较多的热量，这些热量仅靠传导冷却，传导路径较长，很容易导致芯片内的有源区废热集中，从而导致热变不均匀，激光器的波长伴随出现红移，光谱展宽，可靠性稳定性会下降。再如，可替换性差，对于传导冷却型的大功率半导体激光器，以一次成型和巴条封装的居多，然而一旦出现单发光点的烧毁等异常，整个激光器模组会出现整体失效的危险，而且不可替换。未损坏的芯片随之浪费，造成了高昂的成本损失。而且一次成型的激光器模组无法实现单芯片的老化，因此制作成本闻。 因此需要一种封装方法，利用该方法封装出的大功率激光模组，即可解决传导冷却大功率半导体激光器光的散热问题，又能达到失效芯片的可替换操作和单芯片测试老化的目的。 中国专利文献CN101834402A公开了《一种半导体激光器侧泵模块》，该对比专利中提及到了半导体激光侧泵模块，模块采用单巴条封装，其优势在于引入了一套光学系统，通过慢轴的扩束来满足泵浦源的要求，从而用单巴条代替了多巴条的侧泵模块，有效的降低生产成本。但是本对比专利中并未解决芯片的可替换性和热堆积问题。 中国专利文献CN2762400公开一种《拱形半导体激光器侧泵浦模块》，该对比专利采用侧泵浦同心拱形排布，其中半导体激光器线列阵采用拱型封装结构，列阵芯片沿棒状激光介质的轴线方向排列并且均匀地排布在拱形的圆周面上。其优势在于提高了泵浦效率和功率，能够获得大能量、高光束质量的激光输出。但该专利的拱形结构并不是指芯片的出光的慢轴方向的拱形结构，而是在快轴方向的一种分布结构，其慢轴方向采用的仍是平行于棒状激光介质巴条，其改变在于围绕棒状激光介质的方式，并未能解决芯片的热堆积问题和可替换性操作。 中国专利文献CN102074890A公开了《一种管芯串联激光器封装方法》，该对比专利中提及的大功率激光封装方法，采用了多个单管水平排布，避免了巴条单管之间的紧密排列带来的热效应问题，而且单管芯片通过焊接在过渡热沉的方法，解决了多发光点各自封装形成的发光方向的不一致，满足其用作激光显示技术的三基色的出光一致性。但是该对比专利中单管芯片采用一次成型封装，其封装仍具有不可更换的缺陷。 中国专利文献CN102931585A公开了《一种外腔合束半导体激光光纤耦合模块》，该专利是光纤耦合的
，多个单管半导体激光器发出的多路光束经过不同倾角入射到衍射光栅上，光斑在衍射光栅上发生重叠，通过衍射光栅的分光作用和外腔镜的反馈作用下，每只单管半导体激光器发出的光束在由激光器的后腔面和外腔镜构成的谐振腔内实现外腔反馈和波长锁定，并由衍射光栅将多路光束合成一束从而实现外腔合束，最后通过聚焦镜耦合进入多模光纤。该专利优势在于将通过多不同波长光束重叠于光栅一点从而实现了外腔的空间合束，实现了光纤耦合模块的细芯径、大功率、高光束质量激光输出。而本专利技术针对大功率半导体封装方法，提出单管串联取代密集排列的巴条从而有效解决了热堆积问题；通过单元独立测试老化和更换实现了芯片的可替换性操作，提高了产品可靠性；通过热沉设计弧面实现了非透镜的光斑的慢轴压缩，从而提高了工作效率，其中光斑汇聚不限于多芯片的光斑重叠，且弧形热沉不限于圆弧，可采用如梯形等结构。 综上所述，现有对比专利文献提及的封装的方法中，芯片的散热问题已得到足够重视，但芯片可替换性还需要优化，而且用于激光美容和工业金属修复领域的大功率激光器模组，往往通过光学透镜来实现光斑的汇聚作用。且一次成型的封装工艺相对要求较高，成本也高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种大功率激光模组。 本专利技术还提供一种上述大功率激光模组的封装方法。本专利技术利用该方法封装出来的大功率激光模组既能有效的解决芯片之间的热堆积问题，又能提供一种代替光学透镜而实现慢轴压缩效果的封装形式。该封装方法配合烧结夹具可实现大功率激光模组的规模化批量生产，且实现了单芯片的测试老化并实现了芯片的可替换性操作，从而大大提高了模组的可靠性和使用寿命，降低了生产成本。 本专利技术的技术方案如下: —种大功率激光模组，包括热沉，在所述热沉的表面、且在出光端一侧设置有多个串联的激光单管芯片单元，所述的多个串联的激光单管芯片单元在热沉的出光端一侧呈圆弧形排列或圆弧形内切多段线排列。其中圆弧形或圆弧形内切多段线根据所制备大功率激光器的型号和功率的需要提供不同圆弧半径，为了达到大功率巴条的目的，所述的多个串联的激光单管芯片单元所产生的光斑在远离热沉的目标平面可调节为重合，也可调节为不重合。 根据本专利技术优选的，在所述激光单管芯片单元的出光端设置有快轴压缩的柱形透镜，通过快轴压缩实现对所述激光单管芯片单元出光在快轴方向的光斑调整。 根据本专利技术优选的，所述激光单管芯片单元与热沉通过第一焊料固定连接；所述激光单管芯片单元包括金属化陶瓷基板、在所述金属化陶瓷基板上设置有绝缘槽和激光单管芯片，所述激光单管芯片与所述金属化陶瓷基板通过第二焊料固定连接，所述第一焊料的熔点低于第二焊料熔点。 根据本专利技术优选的，所述热沉的出光端面为圆弧形，所述圆弧形出光端面的形状和尺寸与所述呈圆弧形排列的多个串联的激光单管芯片单元相适应:所述多个串联的激光单管芯片单元沿所述圆弧形出光端面排列。 根据本专利技术优选的，所述热沉的出光端面为圆弧形内切多段线形，所述出光端面的形状和尺寸与所述呈圆弧形内切多段线排列的多个串联的激光单管芯片单元相适应:所述多个串联的激光单管芯片单元沿所述圆弧形内切多段线形出光端面排列。 根据本专利技术优选的，在所述热沉的表面、且在出光端一侧设置有安装激光单管芯片单元的单元定位槽，所述单元定位槽的尺寸与所述的激光单管芯片单元的尺寸相适应。其中所述的单元定位槽内表面要求较高的平整度，且利用第一焊料将所述激光单管芯片单元安装至所述的单元定位槽内。 根据本专利技术优选的，在所述热沉的表面还设置有PCB电路板，所述串联的激光单管芯片单元与所述PCB电路板电连接。 根据本专利技术优选的，位于热沉表面两端的激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率激光模组，其特征在于，该大功率激光模组包括热沉，在所述热沉的表面、且在出光端一侧设置有多个串联的激光单管芯片单元，所述的多个串联的激光单管芯片单元在热沉的出光端一侧呈圆弧形排列或圆弧形内切多段线排列。

【技术特征摘要】
1.一种大功率激光模组，其特征在于，该大功率激光模组包括热沉，在所述热沉的表面、且在出光端一侧设置有多个串联的激光单管芯片单元，所述的多个串联的激光单管芯片单元在热沉的出光端一侧呈圆弧形排列或圆弧形内切多段线排列。2.根据权利要求1所述一种大功率激光模组，其特征在于，在所述激光单管芯片单元的出光端设置有快轴压缩的柱形透镜，通过快轴压缩实现对所述激光单管芯片单元出光在快轴方向的光斑调整。3.根据权利要求1所述一种大功率激光模组，其特征在于，所述激光单管芯片单元与热沉通过第一焊料固定连接；所述激光单管芯片单元包括金属化陶瓷基板、在所述金属化陶瓷基板上设置有绝缘槽和激光单管芯片，所述激光单管芯片与所述金属化陶瓷基板通过第二焊料固定连接，所述第一焊料的熔点低于第二焊料熔点；在所述金属化陶瓷基板上的绝缘槽，其轴向与激光单管芯片的出光方向一致。4.根据权利要求1所述一种大功率激光模组，其特征在于，所述热沉的出光端面为圆弧形，所述圆弧形出光端面的形状和尺寸与所述呈圆弧形排列的多个串联的激光单管芯片单元相适应:所述多个串联的激光单管芯片单元沿所述圆弧形出光端面排列。5.根据权利要求1所述一种大功率激光模组，其特征在于，所述热沉的出光端面为圆弧形内切多段线形，所述出光端面的形状和尺寸与所述呈圆弧形内切多段线排列的多个串联的激光单管芯片单元相适应:所述多个串联的激光单管芯片单元沿所述圆弧形内切多段线形出光端面排列。6.根据权利要求1所述一种大功率激光模组，其特征在于，在所述热沉的表面、且在出光端一侧设置有安装激光单管芯片单元的单元定位槽，所述单元定位槽的尺寸与所述的激光单管芯片单元的尺寸相适应。7.根据权利要求1所述一种大功率激光模组，其特征在于，在所述热沉的表面还设置有PCB电路板，所述串联的激光单管芯片单元与所述PCB电路板电连接；位于热沉表面两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骋，孙素娟，李沛旭，汤庆敏，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37