[发明专利]一种基于绝缘热沉的液体制冷半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体制冷半导体激光器。

背景技术

目前半导体激光器封装结构主要分为液体制冷型和传导冷却型两大类， 传导冷却型由于散热原理的限制，在功率的实现上也受到了限制，很难实现 大功率器件。液体制冷型的半导体激光器封装结构是目前实现大功率器件的 主要选择方式。

液体制冷型的半导体激光器封装结构主要包括微通道和宏通道两类：

1)微通道液体制冷型半导体激光器，由于微通道热沉散热非常好(内部 有微小的散热通道)，所以可以实现较高功率，但由于其热沉带电工作，存在 电化学腐蚀，导致长期使用存在通道堵塞的问题；该结构对制冷液体水质的 要求很高，一旦客户使用自来水或换水不及时，很快就会失效；

2)现有宏通道液体制冷型半导体激光器，虽然宏通道热沉具有较大的液 体通道，明显改善了微通道热沉堵塞的问题，但是由于自身散热效率限制， 在实现更高功率方面受到限制。虽然其内部通道大，可以降低水质要求。但 由于其热沉带电工作，如果水质太差(比如自来水)，产品还是会在使用中因 电化学反应产生的金属氧化堵塞物而失效；

上述两种结构激光器的热沉均在激光器工作时带电，使用中均存在制冷 液的电化学反应产生的金属氧化堵塞物而失效。

发明内容

本发明提供一种基于绝缘热沉的液体制冷半导体激光器，满足高功率、 环境适应性以及可靠性等要求。

本发明的技术方案如下：

一种基于绝缘热沉的液体制冷半导体激光器，包括激光芯片和液体制冷 器，该液体制冷器内部具有液体制冷回路；液体制冷器的上表面设置有第一 绝缘层，在第一绝缘层上设置有第一导电导热层；第一导电导热层分为互相 绝缘的两个区域，分别作为正极区和负极区，其中激光芯片的正极面直接键 合于所述正极区，激光芯片的负极面通过金线与所述负极区连接。

对于单个半导体激光器，这里的正极区和负极区可以直接连接电源；对 于多个半导体激光器构成的叠阵，可以采用以下改进的结构便于叠阵的电连 接：还在液体制冷器的下表面设置有第二绝缘层，在第二绝缘层上设置有第 二导电导热层，第二导电导热层通过导电连接件连接至所述第一导电导热层。

这里所说的“液体制冷器的上下表面”，上、下是相对的概念，而并非绝 对方位的限定。

在以上基本方案和改进方案的基础上，本发明还进一步作了以下重要优 化：

正极区和负极区是由第一导电导热层分割而成的两个保持间距的区域， 两者之间为空或者采用绝缘介质阻隔。

第一导电导热层和第一绝缘层为一体结构；进一步优选DBC结构或者 DPC结构，其中绝缘部分采用氮化铝陶瓷或者氧化铍陶瓷。

导电连接件可以有多种形式，本发明提供具体以下两类结构：

1、导电连接件采用U型连接片的结构形式，U型连接片由两个平行端直 部和连接这两个平行端直部的弯折端部构成；所述第二导电导热层作为U型 连接片的第二平行端直部与第二绝缘层表面贴合，该U型连接片的第一平行 端直部贴合于所述正极面上未与激光芯片键合的区域，并避免与负极面接触。

其中，所述U型连接片与激光芯片的相对位置优选设置为分别位于液体 制冷器的两端，设两者连线的方向为轴向，则U型连接片的弯折端部的设置 方位满足U型开口方向为轴向。

2、导电连接件是自第一导电导热层贯穿液体制冷器至第二导电导热层形 成的内部连通管道；该内部连通管道中设置有导电介质，或该内部连通管道 自身具有导电性。

选材方面，绝缘材料是从氮化铝陶瓷、氧化铍陶瓷和聚酰亚胺中任意选 取，第一导电导热层为铜箔。这里的“任意选取”，是指第一绝缘层和第二绝 缘层以及其他位置的绝缘介质可以分别选择不同的材质，也可以选择同一种 材质。

以前述液体制冷半导体激光器为单元，可简便地组装获得高功率液体制 冷半导体激光器叠阵，该叠阵由多个液体制冷半导体激光器沿激光芯片的慢 轴依次排列构成，或者由多个液体制冷半导体激光器沿激光芯片的快轴依次 叠加构成。

具体连接形式通常是叠阵最上方的半导体激光器的负极区引出接电源负 极，叠阵最下方的半导体激光器的正极区引出接电源正极，叠阵的半导体激 光器相互串联或并联。

本发明具有以下优点：