【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光器封装件和用于制造激光器封装件的方法。
技术介绍
1、在制造激光器封装件时，半导体激光器目前通常安装在铜散热器上，以便将半导体激光器正常使用期间在半导体激光器中形成的能量运走。然而，同时必须确保：半导体激光器不会由于所形成的能量和所述半导体激光器的与该能量关联的发热而由于激光器封装件内的热机械应力而与铜散热器分离，或者用于热机械应力使激光器的电子光学特性劣化。由于在铜和用于半导体激光器的激光基底材料(例如gaas或gan)之间的热膨胀系数非常不同(cu为17ppm/k相对于gaas为6ppm/k或gan为3-6ppm/k)，并且在半导体激光器和散热器被发热的情况下因此存在如下风险：即在它们之间会出现热机械应力，因此目前在大多数情况下半导体激光器不直接安装在铜散热器上，而是安装在所谓的底座上。在此，底座能够由具有铜覆层的陶瓷载体(“cosa”＝底座组件上的芯片)构成，半导体激光器例如借助焊料层焊接在所述陶瓷载体上。底座的热膨胀系数能够通过铜与陶瓷厚度的比例进行一定程度的调节，因此由此能够比铜散热器更接近半导体激光器的热膨胀系数。底座的使用相应地在热膨胀系数和热机械应力风险方面为激光器封装件的改进。
2、尽管使用底座，但所涉及材料的仍不同的热膨胀系数会在半导体激光器处引起一定的热机械应力，所述热机械应力虽然不会使半导体激光器脱离，但会引起激光器的电子光学特性劣化。例如，半导体激光器处的剪切应力导致激光器的偏振纯度(per＝偏振消光比)降低。例如，这能够借助具有底座和铜散热器的典型激光器封装件的剪切应力的
3、与使用底座相比，进一步减小热机械应力的一种可能性是使用包括所谓的“纳米线”的接触结构，来代替焊料层，以将半导体激光器固定在底座上或直接固定在散热器上。具有纳米线的接触结构包括细的彼此间隔开的金属线(直径在μm范围内，并且长度约为10μm至20μm)，例如由铜或其他金属制成的金属线，所述金属线与焊料层相比更具柔性，并且能够更好地补偿热机械应力。然而，为了使接触结构或纳米线能够充分补偿热机械应力，必须将具有纳米线的接触结构的填充系数(以接触结构总体积计的金属体积份额)选择得足够小。具有纳米线的接触结构的低填充系数当然又导致半导体激光器中形成的能量的散热较低。因此，在使用具有纳米线的接触结构的情况下还必须解决目标冲突：即对应良好热联接需要高填充系数，而对于为了缓冲热机械应力的高柔性同时仍需要低填充系数。
4、因此，需要提出一种激光器封装件以及一种用于制造激光器封装件的方法，其克服上述问题中的至少一个。
技术实现思路
1、通过权利要求1中提到的激光器封装件和通过权利要求15中提到的用于制造激光器封装件的方法考虑这种需求。其他的实施方式是从属权利要求的主题。
2、本专利技术的核心是在半导体激光器或激光器设备和散热器或底座之间使用包括纳米线的接触结构来进行电耦合和热耦合，其中，接触结构具有填充系数不同的区域。特别地，激光器设备的敏感区域中的接触结构，即例如直接在激光器设备的激光器棱面下方具有较高的填充系数，以实现更好的散热，而激光器设备的较不敏感区域中的接触结构具有较低的填充系数，以更好地缓冲热机械应力。由此，能够将纳米线结构的可能的优点组合，即将在低填充系数下的高柔性和高填充系数下的高导热性组合。
3、通常，制造包括具有均匀结构化(纳米线的密度)的纳米线的接触结构(纳米布线)。由此会得到用于缓冲热机械应力的过低的柔性或者得到过低的导热性。相反，本专利技术提出结构化的纳米线(即，接触结构的空间或局部变化的填充系数)，使得能够将纳米线的可能的优点组合，即将高柔性和高导热性组合。
4、在填充系数足够高的情况下，包括纳米线的接触结构能够具有高导热率。例如，对于由例如铜(cu)制成的接触结构，相对于焊料材料、即例如金锡合金(ausn)(λcu＝380w/mk相对于约λausn＝50w/mk)，尽管焊料材料的层厚度较高，但不会存在在接触结构的散热方面的缺点。如果期望高柔性，则纳米线的厚度必须小，以便确保高的运动自由度。然而，因此，填充系数进而导热率下降。如果例如基于通常厚度为d＝15μm的纳米线接触结构，即d＝15μm长、填充系数为50％的铜纳米线，则该层以单位面积a＝1mm2计的热阻rth为：rth＝d/(50％*a*λcu)＝15μm/(0.5*1mm2*380w/mk)＝0.079k/w*m2。与之相对，通常厚度为d＝4μm且又以单位面积a＝1mm2计的ausn焊料层的热阻rth＝4μm/(1*1mm2*50w/mk)＝0.08k/wm2，即具有基本相同或类似的热阻。关于接触结构热阻的计算，能够相应地在给定接触结构厚度或纳米线长度的情况下通过增加填充系数来减少所述热阻。因此，对于良好的热联接需要高填充系数。然而，低填充系数可确保用于缓冲热机械应力的高柔性。因此，在对热特别敏感的区域中、即在激光器设备的棱面区域中，本专利技术提出具有高填充系数的纳米线布线，并且在其他区域中，本专利技术提出具有低填充系数的纳米线。
5、根据至少一个实施方式，一种激光器封装件包括：激光器设备，所述激光器设备构成用于：通过激光器设备的前侧面上的至少一个激光器棱面发射激光辐射；导电散热器；和激光器设备与导电散热器之间的接触层，所述接触层包括由导电材料形成的纳米线结构。接触层具有至少一个第一区域、尤其体积区域，和至少一个第二区域，尤其体积区域，其中，至少一个第一区域具有与至少一个第二区域相比材料密度更高的导电材料，并且其中，至少一个第一区域与至少一个激光器棱面相邻地布置。
6、在此，可将术语“较高的材料密度”理解为：至少一个第一区域相对于其体积具有比至少一个第二区域相对于其体积更多的导电材料。
7、根据至少一个实施方式，至少一个第一区域具有与至少一个第二区域相比密度更高的纳米线。特别地，第一区域相对于其体积具有比至少一个第二区域相对于其体积更多的纳米线。至少一个第一区域的导电材料的较高的材料密度能够相应地通过较高密度的纳米线得到。一方面，通过至少一个第一区域具有在产生纳米线的时间点已经比在至少一个第二区域中彼此间更紧密布置的纳米线的方式，能够得到更高密度的纳米线。然而还可行的是：至少一个第一区域和至少一个第二区域在产生纳米线的时间点具有基本上间隔开相同远的纳米线，因此第一区域和第二区域中的纳米线的密度基本上相同，并且仅通过将导电接触层布置在激光器设备和导电散热器之间，第一区域中的纳米线才被压实，特别是挤压在一起。由于纳米线压缩引起的纳米线这种局部较高的密度例如会通过由第一区域在激光器设备的下侧上的区域中的导电材料构成的台阶或局部提高部得出，或者通过由第一区域在导电散热器的上侧上或在布置在接触层和导电散热器之间的底座的上侧上的区域中的导电材料构成的台阶或局部提高部得出。除此之外，布置在台阶上的或第一区域中的纳米线能够在产生纳米线的时间点同样比例如至少一个第二区域的纳米线彼此更紧密地布置。
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【技术保护点】
1.一种激光器封装件(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)具有与所述至少一个第二区域(11b)相比密度更高的纳米线。
3.根据权利要求1或2所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)至少部分地由所述导电材料的基本上连续的实心材料层形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，其中，所述导电散热器(12)或所述激光器设备(18)或布置在所述散热器(12)与所述接触层(17)之间的底座(14)在相对于所述第一区域(11a)的区域中具有由导电材料制成的台阶(27)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)沿着所述激光器设备(18)的整个前侧面(20)延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光器封装件，其中，朝所述至少一个前侧面(20)的观察方向上看，所述至少一个第一区域(11a)布置在所述至少一个激光器棱面(19)的下方并且尤其布置在两个第二区域(11b)之间。
7.根据权利要求1至6中
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，其中，所述激光器设备(18)在所述激光器设备的所述前侧面(20)上具有与至少一个第一激光器棱面相邻的第二激光器棱面(19)。
9.根据权利要求8所述的激光器封装件，其中，所述接触层(17)具有与所述第二激光器棱面(19)相邻布置的另外的第一区域(11a)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，还包括布置在所述散热器(12)与所述接触层(17)之间的底座(14)，其中，所述底座(14)包括陶瓷基部载体(15)，在所述陶瓷基部载体的上侧和下侧处分别构成导电覆层(16a，16b)。
11.根据权利要求10所述的激光器封装件，其中，所述底座(14)借助焊料层(13)固定在所述散热器(12)上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，还包括载体基板(22)，所述载体基板具有在所述载体基板(22)的上侧上的至少一个电接触面，其中，所述散热器(12)布置在所述至少一个电接触面上。
13.根据权利要求12所述的激光器封装件，还包括壳体盖(23)，所述壳体盖布置在所述载体基板(22)的上侧上并且所述壳体盖与所述载体基板(22)一起构成空腔(24)，使得导电的所述散热器(12)和所述激光器设备(18)布置在所述空腔(24)内。
14.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，还包括布置在所述接触层(17)中的吸气材料、特别是包括氧的吸气材料。
15.一种用于制造激光器封装件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
16.根据权利要求15所述的方法，其中，提供所述接触层(17)的步骤包括提供用于产生所述纳米线结构的结构化的过滤膜。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述结构化的过滤膜具有至少一个第一区域和至少一个第二区域，并且所述至少一个第一区域具有与所述至少一个第二区域相比密度更高的空腔和/或通孔。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，提供所述接触层(17)的步骤包括在所述至少一个第一区域(11a)中构成所述导电材料的基本上连续的实心材料层。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，提供所述接触层(17)的步骤包括至少部分地填充在所述至少一个第一区域(11a)中的所述纳米线结构的纳米线之间的间隙。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，还包括在所述散热器(12)与所述接触层(17)之间提供底座(14)，其中，所述底座(14)包括陶瓷基部载体(15)，在所述陶瓷基部载体的上侧和下侧处分别构成导电覆层(16a，16b)。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的方法，还包括提供载体基板(22)，所述载体基板具有在所述载体基板(22)的上侧上的至少一个电接触面，其中，所述散热器(12)随后布置在所述至少一个电接触面上。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括提供在所述载体基板(22)的上侧上的壳体盖(23)，所述壳体盖与所述载体基板(22)一起构成空腔(24)，使得导电的所述散热器(12)和所述激光器设备(18)布置在所述空腔(24)中。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种激光器封装件(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)具有与所述至少一个第二区域(11b)相比密度更高的纳米线。
3.根据权利要求1或2所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)至少部分地由所述导电材料的基本上连续的实心材料层形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，其中，所述导电散热器(12)或所述激光器设备(18)或布置在所述散热器(12)与所述接触层(17)之间的底座(14)在相对于所述第一区域(11a)的区域中具有由导电材料制成的台阶(27)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)沿着所述激光器设备(18)的整个前侧面(20)延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光器封装件，其中，朝所述至少一个前侧面(20)的观察方向上看，所述至少一个第一区域(11a)布置在所述至少一个激光器棱面(19)的下方并且尤其布置在两个第二区域(11b)之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光器封装件，其中，所述至少一个第一区域(11a)从所述激光器设备(18)的所述前侧面(20)延伸至与所述前侧面相对置的后侧面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，其中，所述激光器设备(18)在所述激光器设备的所述前侧面(20)上具有与至少一个第一激光器棱面相邻的第二激光器棱面(19)。
9.根据权利要求8所述的激光器封装件，其中，所述接触层(17)具有与所述第二激光器棱面(19)相邻布置的另外的第一区域(11a)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，还包括布置在所述散热器(12)与所述接触层(17)之间的底座(14)，其中，所述底座(14)包括陶瓷基部载体(15)，在所述陶瓷基部载体的上侧和下侧处分别构成导电覆层(16a，16b)。
11.根据权利要求10所述的激光器封装件，其中，所述底座(14)借助焊料层(13)固定在所述散热器(12)上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的激光器封装件，还包括载体基板(22)，所述载体基板具有在所述载...
【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔玛·鲍尔，托马斯·基普斯，扬·马费尔德，约尔格·埃里克·佐尔格，
申请(专利权)人：艾迈斯欧司朗国际有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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