[发明专利]一种大功率半导体激光器封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率半导体激光器的封装结构，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

经过多年的发展，半导体激光器以其体积小、重量轻、电压低、功率大等特点被广泛应用在光纤通信、光电集成、光盘存储、泵浦光源、大气环境检测、痕量有毒气体分析及分子光谱学等与人类生活息息相关的诸多领域，其中的部分应用对于半导体激光器的输出功率不断提出了更高的要求。通常情况下，增大半导体激光器的脊宽和增大工作电流是提高输出功率的最直接的方式，但是与此同时也会导致半导体激光器有源区在工作时温度的升高。半导体激光器在工作时的温度对其阈值电流密度、斜率效率和光谱稳定性等有显著影响，发光区过热会导致发光区腔面损伤甚至是器件退化，最终造成器件失效，因此需要有效地进行散热。通常提高半导体激光器散热的有效手段主要包括使用器件倒焊、使用高热导率的材料作为器件绝缘层、使用掩埋异质结结构、使用高热导率的热沉材料等。现有技术中主要使用铜或氮化铝等材料作为热沉材料，使用铜作为热沉材料成本较低，适合大规模使用，但是其热导率与某些高热导材料相比仍然有所差距，而氮化铝是一种新型高热导材料，线膨胀系数与半导体材料匹配，但它容易被水溶液浸蚀，且氮化铝单晶的制备工艺复杂，成本极高。此外，在实验室测试平台的条件下，一般还可以使用循环冷却水甚至液氮等辅助方法帮助激光器散热，而这种散热装置往往体积巨大、结构复杂，难以实现模块化和小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小、结构简单、使用简便、散热效率高的大功率半导体激光器封装结构。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种大功率半导体激光器封装结构，它包括上盖、外壳、支撑架、半导体激光器、半导体激光器下电极、上金刚石热沉、温差电制冷装置、下金刚石热沉、多孔铝散热片单元、散热风扇，外壳为封闭的铝壳体，外壳的上部安装上盖，外壳的下部安装支撑架，半导体激光器、上金刚石热沉、温差电制冷装置、下金刚石热沉位于外壳内，上金刚石热沉和下金刚石热沉分别与温差电制冷装置的上表面和下表面相连接，半导体激光器和半导体激光器下电极分别连接在上金刚石热沉的上表面，下金刚石热沉的下表面连接在外壳下底面的内侧，外壳下底面的外侧贴有多孔铝散热片单元，散热风扇固定在多孔铝散热片单元下方，外壳侧面开有与半导体激光器激光发射孔相对的窗口，窗口安装有通光镜片。

上述大功率半导体激光器封装结构，所述半导体激光器和半导体激光器下电极通过热键和的方式焊接连接，上金刚石热沉、温差电制冷装置、下金刚石热沉之间通过导热胶粘贴，下金刚石热沉通过散热胶粘贴到外壳下底面的内侧。

上述大功率半导体激光器封装结构，所述外壳上有复合电源接口，半导体激光器、半导体激光器下电极、温差电制冷装置的供电线分别与复合电源接口相连接，在外壳的下底面上有风扇电源接口，散热风扇的电源线通过风扇电源接口连接至复合电源接口。

本发明的有益效果是：

本发明在外壳内采用上金刚石热沉、下金刚石热沉和温差电制冷装置对半导体激光器和半导体激光器下电极进行内部散热，同时在外壳外部采用多孔铝散热片单元和散热风扇进行外部散热，双重散热结构大大提高了散热效率。本发明具有体积小、结构简单、使用简便、散热效率高的优点，避免了铜热沉的散热效果不能令人满意、以及采用氮化铝作为热沉的制备工艺复杂，成本极高的缺点，也克服了使用循环冷却水甚至液氮等散热装置体积巨大、结构复杂、难以实现模块化和小型化的问题，是现有技术的升级换代产品，有广泛的推广使用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图。

图中标记如下：上盖1、外壳2、通光镜片3、上盖螺丝孔4、支撑架 5、半导体激光器6、半导体激光器下电极7、上金刚石热沉8、温差电制冷装置9、下金刚石热沉10、多孔铝散热片单元11、散热风扇12、复合电源接口13、风扇电源接口14。

具体实施方式

本发明包括上盖1、外壳2、支撑架5、半导体激光器6、半导体激光器下电极7、上金刚石热沉8、温差电制冷装置9、下金刚石热沉10、多孔铝散热片单元11、散热风扇12。

图中显示，外壳2为封闭的铝壳体，外壳2的上部通过上盖螺丝孔4安装上盖1，外壳2的下部安装支撑架5，半导体激光器6、上金刚石热沉8、温差电制冷装置9、下金刚石热沉10安装在外壳2内，多孔铝散热片单元11和散热风扇12安装在外壳2外。外壳2的封闭需要在纯干燥氮气环境下完成，以杜绝水蒸气的进入。