[发明专利]一种大功率半导体激光器过渡热沉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率半导体激光器封装用过渡热沉及其制备方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

随着激光的问世，激光技术在各个技术领域得到了广泛的应用，由于半导体激光器具有体积小、功率大、性能稳定等优点，在工业、医学、军事等各领域都得到了广泛的应用。随着激光器封装技术的不断成熟，所需激光器功率不断增大，激光器封装难度也越来越高。针对激光器大功率的需求，一般有两种解决方法，将半导体芯片并联或串联。并联的方法是将金属热沉作为基底上面焊接半导体芯片以达到半导体芯片并联目的。但是并联方法封装的激光器有大电流小电压的特点，不利于激光器的后续使用。串联的方法是在金属热沉上先焊接一层过渡热沉，起到导热绝缘的目的，然后将多个半导体芯片焊接在过渡热沉上，通过电连接将多个半导体芯片串联起来，实现激光器使用时的小电流大电压。目前，大功率激光器普遍采用氮化铝陶瓷基板作为大功率激光器的过渡热沉以达到金属热沉与激光器管芯间的导热绝缘效果。但是氮化铝陶瓷基板的热导率偏低，其理论值为319W/m·K，而SiC晶体的热导率可达407W/m·K，因此大功率激光器封装技术可使用SiC晶体作为导热绝缘基板。为使SiC晶体与激光器管芯和热沉达到较好的焊接模式，需对SiC晶体进行进一步的加工。

中国专利文件CN1470348A《一种钨铜梯度热沉材料及其制备方法》提出了一种使用钨铜梯度材料制备热沉的方法。该方法的主要技术方案是采用钨铜梯度热沉材料，采用多坯料挤压法一次成形，将各层中的不同成分的钨铜料球磨，并与粘接剂经充分混炼均匀后进行挤压得到钨铜梯度材料毛坯，将得到的梯度毛坯进行热脱脂，脱脂后的坯体在氢气气氛下烧结。该热沉仅作为激光器的导热焊接材料并没有绝缘的作用，不能作为过渡热沉使用。

CN202009158U(CN201120122357.9)公开了一种便于装配柱面透镜的半导体激光器热沉，包括热沉和过渡热沉，所述热沉的上表面横向中间位置开设有槽道，槽道内设有过渡热沉。过渡热沉设置在所述热沉槽道的前侧，过渡热沉的前表面与热沉前表面齐平。过渡热沉上表面设有铟焊料。该专利文件提供的过渡热沉仅起到管芯与热沉之间过渡的作用，目的是使管芯定位更精确，实现光束整形，并且热沉可重复利用。但该专利文件未公开过渡热沉所用材料。

中国专利文件CN102074890A《一种管芯串联激光器封装方法》提出了使用SiC作为过渡热沉的方法，该发明为了解决在过渡热沉的顶面和底面上直接蒸镀钛金层不能保证过渡热沉侧面的绝缘性，易造成上下面的金属连接的问题，提出采用新的方法在整体SiC晶体上直接进行金属化处理，然后通过光刻腐蚀或离子刻蚀的方法制作所需要的绝缘槽，最后通过将SiC晶体分割得到所需的过渡热沉，保证了上下面的绝缘性。后期处理中采用物理方法直接将过渡热沉和巴条切割使之绝缘，而不是通过单独光刻腐蚀或离子刻蚀的方法制作绝缘槽。但是，该方法使用物理破坏的方式使巴条绝缘，易对巴条造成损伤，并且SiC的硬度非常大，接近金刚石，物理方法直接切割难度非常大，易造成激光器损伤并必须根据巴条条件确定切割大小具有很大的局限性。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种导热性能优良的大功率激光器过渡热及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种半导体激光器过渡热沉，包括基板、金属过渡层和焊料附着层；其中，所述的基板为SiC晶片，该SiC晶片上表面和下表面分别依次蒸镀有钛或铬金属过渡层、金焊料附着层，金焊料附着层的上、下表面分别为A面、B面，A面上制作有绝缘槽。

所述SiC晶片的厚度为300-500μm。所述SiC晶片的直径为2-3英寸。

所述的钛或铬的金属过渡层的厚度为40-60μm。根据激光器本身所需上下厚度及金属热沉厚度来确定，该层使用金属钛或铬过渡，应用金属钛或铬的附着特性以达到SiC晶体表面的初步金属化，为附着其他金属做准备。本发明优选钛作为金属过渡层。

所述的金焊料附着层厚度为100-500μm。以便达到良好的焊料附着目的，实现激光器焊接的理想状态。

所述的绝缘槽宽度为0.5-1mm，绝缘槽间隔为3-5mm，可根据所放激光器管芯大小设定。绝缘槽深度由SiC晶片A面的金属过渡层和金焊料层的厚度决定，应露出SiC晶片以达到绝缘槽所起的绝缘作用。

一种基于SiC晶体的大功率激光器过渡热沉的制备方法，包括步骤如下：