[发明专利]一种低热阻、应力受控的激光二极管组件

说明书

技术领域

本发明涉及激光二极管组件，更具体地说涉及一种组件，其解决了在性能和耐久性中应力引起的限制而提供低热阻的竞争问题。

背景技术

大功率半导体激光器二极管条含有大面积的发射器的一维阵列，或者含有10-20个窄条阵列。二极管条通常包含20到50个发射器，每个约100微米宽。典型的商业装置可包括激光谐振腔长度为1-5毫米，宽度约为10毫米。这种尺寸的设备能够没有困难地产生几十到几百瓦的输出功率。市售的功率水平高达250W连续输出功率。

辐射区域的设置都是电子并联的，因此需要大驱动电流(特别是50个或更多的发射器配置)可以达到几十安培(甚至几百安培)，有一个粗略的经验法则是，每安培电流提供一瓦的输出功率。二极管棒的重要设计参数是根据发射器的数目、宽度和间距来确定的。在光束质量和亮度方面，理想的方法是从少数密集的发射器中获得输出功率。

在高功率下运行会产生大量的热量。为了保持在一个合理寿命(比如2万小时或更多)内的半导体激光可接受的性能，二极管需要安装到散热器或在某些低热阻装置上。传统的散热器材料(如铜)表现出与半导体激光器本身的热膨胀系数(CTE)不同的热膨胀系数。CTE的不匹配导致在将二极管激光棒连接到散热器上的高温过程中，在散热器和二极管激光棒之间产生机械应力。在焊接过程所需的高温下，散热片膨胀到比半导体激光棒大得多的范围。当组合回到室温，散热器和二极管激光棒收缩，散热器将收缩超过二极管激光棒，在他们的连接处造成机械应力，这被认为是“冻结”到配置。当操作温度与室温相比稍高一些，只有轻微的应力释放。

应力的存在导致沿半导体激光棒横向延伸的曲率(有时也称为“微笑曲线”)。这种不需要的微笑伪影对聚焦二极管光束的能力有不利影响。

因此，仍然需要一个二极管激光棒组件，它能够容纳与应力相关的CTE匹配的变化，同时保持相对低的热阻值。

发明内容

本发明解决前作中遗留的需要，它涉及半导体激光器组件，特别是一个组件提供低热阻来调节应力导致的性能和寿命变化，解决了竞争问题。

按照本发明，前作的基座结构由一对平板替换，设置在二极管激光棒的上方和下方，从而形成“三明治”结构。底部的小平板布置在散热器(冷却器)和二极管激光棒之间。因此，底部的小平板可以相对较薄，形成低热阻结构。顶部和底部的小平板的结合提供了创造各种配置和设计的能力，以适应特定情况下的应力条件。

特别是，用于形成顶部和底部的小平板的材料，以及小平板的厚度可以被控制，以优化二极管激光棒组件的性能。事实上，小平板可以形成不同的材料和/或可能具有不同的厚度。这些多个变化允许将特定的应力情况剪裁到器件中。

这对小平板，与散热器的膨胀特性结合使用，为整个装配提供机械应力管理。通过使用这对分离的小平板(相对于常规的现有技术的单基板)、拓宽应力条件能容纳的范围。也就是说，顶部小平板的添加为控制二极管激光棒中的机械应力创造了额外的条件和可能性。同时，底部的小平板可以相对薄(相对于前作的底座的厚度)，从而降低装配热阻和提高热二极管激光棒到散热器的传热效率。

本发明的一个实施例为一个半导体激光器组件包括一条半导体激光二极管，包括发射区阵列设置在激光棒前面的侧向(激光棒包括底部主要表面和相对的顶部主要表面，前表面垂直于顶部和底部表面之间)，散热片，和一对用来创建激光二极管激光棒的“三明治”的小平板。特别是，小平板包括设置在散热片和半导体激光二极管棒的下小平板，和布置在顶部主要表面与半导体激光二极管棒上部主要表面之间的上小平板，下小平板和上小平板的尺寸和材料选择，创建了半导体激光二极管棒和散热器之间的低热阻路径，同时也管理组件内的应力条件。

本发明的其他实施例和各方面将在下面的讨论和参考附图中变得明晰。

附图说明

参见图纸，数字代表视图中的零件：

图1是传统前作中半导体激光器组件的等距视图；

图2是一个简化图说明附加二极管激光棒到基座的初始步骤；

图3是示出将图2中所示的组件附加到散热器上的步骤简化图；

图4包含一副图，描绘了在图2和图3所示的装配过程中产生的二极管激光棒的前端面上的“微笑曲线”(弓形或弯曲)的存在；

图5是根据本发明用小平板三明治结构形成的一种典型的低热阻、应力控制的二极管激光棒组件的爆炸等轴视图；

图6是如图5所示的发明组件的远离侧视图；

图7是一个与传统现有技术相关(基座)半导体激光器组件的纵向应力剖面图；