本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器，具體為機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣的封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的高功率半導(dǎo)體激光器疊陣的封裝結(jié)構(gòu)（如圖1所示）為多個(gè)半導(dǎo)體激光器芯片和多個(gè)散熱導(dǎo)電襯底鍵合為一個(gè)巴條組后，整體鍵合在絕緣襯底上，然后再將該模組鍵合在熱沉上；或者激光芯片鍵合到導(dǎo)電襯底形成一個(gè)單元模塊，多個(gè)單元模塊再依次鍵合到絕緣襯底及熱沉上。上述封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器疊陣結(jié)構(gòu)中，激光芯片、導(dǎo)電襯底、絕緣襯底與熱沉之間均采用相互鍵合的工藝，需要多次高溫回流完成器件間的鍵合，生產(chǎn)加工精度要求高、合格率低； 此外，最終的疊陣在使用中當(dāng)一個(gè)芯片出現(xiàn)損壞時(shí)，由于損壞的芯片難以替換，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)疊陣失效；該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器后期維護(hù)復(fù)雜，在長(zhǎng)期使用中單個(gè)芯片的故障難以單獨(dú)維修和更換，進(jìn)而影響整個(gè)半導(dǎo)體激光器的可靠性和維護(hù)成本。

中國(guó)專利CN201410538287.5（一種機(jī)械連接傳導(dǎo)冷卻型半導(dǎo)體激光器疊陣的封裝結(jié)構(gòu)）中公開了一種采用機(jī)械安裝方式實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的疊陣的封裝方法，該結(jié)構(gòu)中的安裝單元為芯片以及與其焊接的襯底，該結(jié)構(gòu)機(jī)械安裝方式是通過(guò)兩端的電極塊中的緊固螺釘施加壓力，在實(shí)際操作中，這種施加壓力的方法較難控制，有可能造成對(duì)芯片的損傷，導(dǎo)致器件可靠性降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣， 包括多個(gè)設(shè)置有安裝螺孔的芯片單元，芯片單元之間通過(guò)螺栓緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元包括激光芯片以及與其鍵合的導(dǎo)電襯底，安裝螺孔設(shè)置在導(dǎo)電襯底上，導(dǎo)電襯底與螺栓絕緣。

所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設(shè)置于導(dǎo)電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結(jié)構(gòu)，電連接片用于實(shí)現(xiàn)激光芯片和相鄰的芯片單元的電連接，上述安裝螺孔貫通于導(dǎo)電襯底、絕緣緩沖結(jié)構(gòu)以及電連接片。

所述絕緣緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置于激光芯片的單側(cè)，或者分為兩部分設(shè)置于激光芯片的兩側(cè)。

本實(shí)用新型的機(jī)械連接的半導(dǎo)體激光器疊陣還包括基礎(chǔ)熱沉以及分別設(shè)置于前述芯片單元組兩端的正極安裝塊和負(fù)極安裝塊，正極安裝塊和負(fù)極安裝塊上設(shè)置有與芯片單元匹配且貫通的安裝螺孔，使得螺栓安裝于貫通正極安裝塊、芯片單元組和負(fù)極安裝塊的安裝螺孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)緊密固定和電連接；所述正極安裝塊和負(fù)極安裝塊還設(shè)置有用于與基礎(chǔ)熱沉連接的安裝螺孔，使得前述緊密固定的正極安裝塊、芯片單元組、負(fù)極安裝塊整體安裝于基礎(chǔ)熱沉上；所述芯片單元的導(dǎo)電襯底與基礎(chǔ)熱沉之間設(shè)置有絕緣層。

所述的導(dǎo)電襯底為銅鎢、或者銅、或者石墨金屬?gòu)?fù)合材料。

所述絕緣結(jié)構(gòu)為氮化鋁陶瓷。

本實(shí)用新型另一種技術(shù)方案為：

一種機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣，包括依次排列的多組芯片單元，所述芯片單元為激光芯片和與其鍵合的導(dǎo)電襯底，其特征在于：還包括機(jī)械安裝部件，機(jī)械安裝部件包括兩個(gè)U型卡箍，且U型卡箍設(shè)置有安裝螺孔，使得2個(gè)U型卡箍通過(guò)螺栓緊固后，多組芯片單元在其U型區(qū)內(nèi)在緊固壓力下緊密連接。

所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設(shè)置于導(dǎo)電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結(jié)構(gòu)，電連接片用于連接激光芯片和相鄰的芯片單元。U型卡箍與芯片單元之間設(shè)置有絕緣層，用于兩者的電絕緣。

所述的芯片單元之間填充有彈性導(dǎo)電導(dǎo)熱層。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）各芯片單元可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立測(cè)試、篩選、老化，提高了產(chǎn)品組裝后的合格率；相鄰芯片單元模塊通過(guò)機(jī)械方式(螺孔和螺栓方式)連接，在使用中以及后期維護(hù)中可以對(duì)單個(gè)芯片單元進(jìn)行拆裝替換，并可組裝成任意長(zhǎng)度的半導(dǎo)體激光器，具有更高的靈活性。

2) 本實(shí)用新型中機(jī)械壓力均未直接施壓于激光芯片，而是通過(guò)絕緣緩沖結(jié)構(gòu)緩沖了激光芯片所承受的壓力，有效避免了激光芯片因外部壓力導(dǎo)致的損傷和失效，提高的了器件的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的封裝形式。

圖2為本實(shí)用新型的機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例一的示意圖。

圖4a-圖4b為本實(shí)用新型中另一種芯片單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為基于圖4b芯片單元的半導(dǎo)體激光器疊陣的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6a-圖6b本實(shí)用新型的實(shí)施例二的示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-激光芯片，2-導(dǎo)電襯底，3-基礎(chǔ)熱沉，4-絕緣層，5- 芯片單元，6-絕緣緩沖結(jié)構(gòu)，7-電連接片，8-螺栓，9-安裝螺孔,10-U型卡箍，11-彈性墊片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。

圖2為本實(shí)用新型的機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣的結(jié)構(gòu)示意圖，包括多個(gè)設(shè)置有安裝螺孔的芯片單元5，芯片單元5之間通過(guò)螺栓8緊密固定形成電連通的芯片單元組；所述芯片單元5為激光芯片1以及與其鍵合的導(dǎo)電襯底2，安裝螺孔9設(shè)置在導(dǎo)電襯底2上，并且導(dǎo)電襯底2與螺栓8相互絕緣，防止芯片單元之間短路。為了改善相鄰芯片單元之間的接觸，以實(shí)現(xiàn)更好的導(dǎo)熱性能和減小激光芯片所承受的壓力，可以在芯片單元的激光芯片與相鄰的芯片單元之間增加彈性導(dǎo)電導(dǎo)熱層，例如碳納米管薄膜。

圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例一，為了優(yōu)化激光芯片1所承受的機(jī)械壓力，在圖2結(jié)構(gòu)中優(yōu)化了芯片單元5的結(jié)構(gòu)，所述的芯片單元5還包括與激光芯片1鍵合的電連接片7以及設(shè)置于導(dǎo)電襯底2和電連接片7之間的絕緣緩沖結(jié)構(gòu)6，電連接片7用于實(shí)現(xiàn)激光芯片1和相鄰的芯片單元的電連接，上述安裝螺孔9貫通于導(dǎo)電襯底2、絕緣緩沖結(jié)構(gòu)6以及電連接片7。

如圖3所示，所述絕緣緩沖結(jié)構(gòu)6設(shè)置于激光芯片的單側(cè)，或者如圖4a所示，絕緣緩沖結(jié)構(gòu)6分為兩部分設(shè)置于激光芯片的兩側(cè)，絕緣緩沖結(jié)構(gòu)的這兩種設(shè)置方法均使得芯片單元在一個(gè)方向上的尺寸盡量與激光芯片的尺寸接近，以實(shí)現(xiàn)疊陣尺寸的最小化。圖4b為基于圖4a實(shí)現(xiàn)的一種芯片單元的結(jié)構(gòu)，電連接片7上設(shè)置有與導(dǎo)電襯底、2個(gè)絕緣緩沖結(jié)構(gòu)6匹配的安裝螺孔9。

圖5為基于圖4b芯片單元所實(shí)現(xiàn)的疊陣結(jié)構(gòu)，螺栓8沿圖中箭頭方向安裝與芯片單元的安裝螺孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多組芯片單元之間的相互緊固。

在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型的機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣還可以包括基礎(chǔ)熱沉以及分別設(shè)置于前述芯片單元組兩端（具體為沿著芯片單元的堆疊方向設(shè)置）的正極安裝塊和負(fù)極安裝塊，正極安裝塊和負(fù)極安裝塊上設(shè)置有與芯片單元匹配且貫通的安裝螺孔，使得通過(guò)螺栓實(shí)現(xiàn)了正極安裝塊、負(fù)極安裝塊和芯片單元組的緊密固定和電連接；所述正極安裝塊和負(fù)極安裝塊還設(shè)置有用于與基礎(chǔ)熱沉連接的安裝螺孔B，使得前述緊密固定的正極安裝塊、芯片單元組、負(fù)極安裝塊整體安裝于基礎(chǔ)熱沉上。所述芯片單元的導(dǎo)電襯底與基礎(chǔ)熱沉之間設(shè)置有絕緣層4，使得熱沉不帶電工作。

圖6a-圖6b為本實(shí)用新型的機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣的實(shí)施例二，該結(jié)構(gòu)同樣是基于安裝螺孔進(jìn)行機(jī)械安裝；上述機(jī)械安裝的半導(dǎo)體激光器疊陣包括依次排列的多組芯片單元，所述芯片單元為激光芯片和與其鍵合的導(dǎo)電襯底，此外還包括機(jī)械安裝部件，所述機(jī)械安裝部件包括兩個(gè)U型卡箍10，且U型卡箍設(shè)置有安裝螺孔，使得2個(gè)U型卡箍通過(guò)螺栓緊固后，多組芯片單元在其U型區(qū)內(nèi)在緊固壓力下緊密連接。

為了增加相鄰芯片單元之間的導(dǎo)熱性能，以及減小外部機(jī)械壓力對(duì)激光芯片所造成的影響，所述的芯片單元還包括與激光芯片鍵合的電連接片以及設(shè)置于導(dǎo)電襯底和電連接片之間的絕緣緩沖結(jié)構(gòu)6，電連接片用于連接激光芯片和相鄰的芯片單元。

此外，在激光芯片和相鄰的芯片單元的之間填充有彈性導(dǎo)電導(dǎo)熱層，也可以實(shí)現(xiàn)增加導(dǎo)熱性能以及減小壓力對(duì)激光芯片影響的效果。所述彈性導(dǎo)電導(dǎo)熱層優(yōu)選碳納米管薄膜，或者導(dǎo)熱硅膠，或者導(dǎo)熱硅脂。

上述U型卡箍為金屬材料（比如銅）或者非金屬材料（比如塑料），均需要確保U型卡箍與芯片單元之間的絕緣以防止芯片單元之間短路，若為金屬材料，則需要在U型卡箍與芯片單元接觸的位置設(shè)置絕緣層，且兩個(gè)U型卡箍之間設(shè)置有彈性墊片11。

上述實(shí)施例中的導(dǎo)電襯底為高導(dǎo)熱率的導(dǎo)電材料，比如銅等金屬，優(yōu)選熱膨脹系數(shù)與激光芯片匹配的材料，比如銅鎢合金、石墨金屬?gòu)?fù)合材料、銅鎢銅層狀結(jié)構(gòu)等。

上述絕緣緩沖結(jié)構(gòu)為高導(dǎo)熱絕緣材料，比如氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷等。