激光器to封装结构

文档序号:451702 发布日期:2021-12-28 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 激光器to封装结构 (Laser TO packaging structure ) 是由 李成明 王�琦 乔良 郑小平 李大元 陆羽 张国义 于 2021-10-19 设计创作,主要内容包括:本发明涉及激光器封装技术领域,尤指一种激光器TO封装结构,包括管座、罩设于管座的管壳、设置在管座上的管舌、激光器芯片及过渡热沉;激光器芯片通过过渡热沉与管舌连接;管舌的外表面设有相变材料层。本发明可以通过管舌上的相变材料层进行相变潜热散热,提高了激光器的散热能力;另外由于激光器芯片与管舌之间通过过渡热沉连接,过渡热沉可以消除温度变化过快而导致产生应力的情况发生,使系统保持稳定工作状态。(The invention relates TO the technical field of laser packaging, in particular TO a laser TO packaging structure, which comprises a tube seat, a tube shell covered on the tube seat, a tube tongue arranged on the tube seat, a laser chip and a transitional heat sink, wherein the tube tongue is arranged on the tube seat; the laser chip is connected with the tube tongue through a transitional heat sink; the outer surface of the pipe tongue is provided with a phase change material layer. The phase change latent heat radiation can be carried out through the phase change material layer on the tube tongue, so that the heat radiation capability of the laser is improved; in addition, the laser chip is connected with the tube tongue through the transitional heat sink, and the transitional heat sink can eliminate the stress caused by the over-quick temperature change, so that the system is kept in a stable working state.)

激光器TO封装结构

技术领域

本发明涉及激光器封装技术领域,尤指一种激光器TO封装结构。

背景技术

目前大功率半导体激光器面临的主要问题是大电流注入下激光器温度太高,导致半导体激光器的退化严重,严重影响了半导体激光器的稳定性和工作寿命。此现象源于半导体激光器一般采用TO管座进行封装,而传统的TO管座包括管壳、管舌和管脚,管舌设在管壳的上面,管舌上粘结芯片,在管舌上封装封帽。这种封装形式只能通过TO管舌把激光器芯片中的热量导向TO管座,散热效果非常有限。

发明内容

为解决上述问题,本发明提供一种激光器TO封装结构,管舌通过相变潜热散热,使系统保持稳定工作状态。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是提供一种激光器TO封装结构,包括管座、罩设于所述管座的管壳、设置在所述管座上的管舌、激光器芯片及过渡热沉;所述激光器芯片通过所述过渡热沉与所述管舌连接;所述管舌的外表面设有相变材料层。

作为一种优选方案,所述管舌设有至少一个嵌孔,所述相变材料层通过该嵌孔嵌套于所述管舌的外表面。

作为一种优选方案,所述管舌内部设有掩埋热沉,所述相变材料层通过嵌孔与所述掩埋热沉连接。

作为一种优选方案,所述掩埋热沉为石墨烯、铝或者镍中的一种或多种复合。

作为一种优选方案,所述相变材料层为多层固固相变材料结构。

作为一种优选方案,所述相变材料层与所述过渡热沉重叠或错位嵌套在所述管舌的外表面。

作为一种优选方案,所述相变材料层向所述管座延伸,并与所述管座连接。

作为一种优选方案,所述过渡热沉为陶瓷材料或者半导体材料中的一种或多种复合。

作为一种优选方案,所述激光器芯片的发光材料为GaAs、InP、GaN中的一种,该发光材料为异质结、量子阱或者超晶格结构中的一种。

作为一种优选方案,所述管壳对应所述激光器芯片设有出光口,该出光口用于供所述激光器芯片发出的光射出。

本发明的有益效果在于:

本发明的激光器采TO封装,其中,与激光器芯片连接的管舌在其表面覆有相变材料层,此时管舌作为承载载体,相变材料层与管舌共同成为激光器芯片的热管理载体,当激光器芯片超过所设定工作温度时,将通过相变潜热散热,使系统保持稳定工作状态;另外由于激光器芯片与管舌之间通过过渡热沉连接,过渡热沉可以消除温度变化过快而导致产生应力的情况发生,使系统保持稳定工作状态。

附图说明

图1是本发明的激光器TO封装结构第一实施例的剖面示意图。

图2是本发明的激光器TO封装结构第二实施例的剖面示意图。

图3是本发明的激光器TO封装结构第三实施例的剖面示意图。

图4是本发明的激光器TO封装结构第四实施例的剖面示意图。

图5是本发明的激光器TO封装结构第五实施例的剖面示意图。

附图标号说明:10、10a、10b、10c、10d-管座;20、20a、20b、20c、20d-管壳;21、21a、21b、21c、21d-出光口;30、30a、30b、30c、30d-管舌;31、31a、31b、31c、31d-嵌孔;40、40a、40b、40c、40d-激光器芯片;50、50a、50b、50c、50d-相变材料层;60、60a、60b、60c、60d-过渡热沉;70、70a、70b、70c、70d-掩埋热沉。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示,为本发明关于激光器TO封装结构的第一实施例,激光器TO封装结构包括管壳10、管座20、管舌30、激光器芯片40及过渡热沉60;管壳10罩设于管座20、并与管座20相配合形成一容置腔;管舌30设于容置腔内,并与管座20连接;激光器芯片40通过过渡热沉60与管舌30连接;管舌30的外表面设有相变材料层50。

本发明的激光器采TO封装,其中,与激光器芯片40连接的管舌30在其表面覆有相变材料层50,此时管舌30作为承载载体,相变材料层50与管舌30共同成为激光器芯片40的热管理载体,当激光器芯片40超过所设定工作温度时,将通过相变潜热散热,使系统保持稳定工作状态;另外由于激光器芯片40与管舌30之间通过过渡热沉60连接,过渡热沉60可以消除温度变化过快而导致产生应力的情况发生,使系统保持稳定工作状态。

管舌30内部对应过渡热沉60的位置设有掩埋热沉70,管舌30设有嵌孔31;相变材料层50通过该嵌孔31嵌套于管舌30的外表面,并与掩埋热沉70连接;而相变材料层50同时向管座20延伸,并与管座20连接。相变材料层50与掩埋热沉70形成整体结构,管舌30作为整个框架载体,相变材料层50延伸进入到管座20,由此共同成为激光器芯片40的热管理载体。相变材料层50与管舌30之间的热传导起到一种重要作用,当激光器芯片40超过所设定工作温度时,将通过相变潜热散热,使系统保持稳定工作状态;而掩埋热沉70和过渡热沉60可以消除温度变化过快而导致产生应力的情况发生。

在本实例中,通过嵌孔31向管舌30的内部应注入相变材料,嵌孔31的数量为三个,其孔径尺寸为10微米,嵌孔31可以是直孔,也可以是弯孔;并且嵌孔31之间可以互相联通,也可以互相封闭,在此不再赘述。

进一步地,管壳10对应激光器芯片40设有出光口11,该出光口11用于供激光器芯片40发出的光射出。

优选地,相变材料层50为多层固固相变材料材料结构,该固固相变材料为无机相变材料或有机相变材料中的一种或多种复合,保证相变材料层50始终与管舌30、甚至管座20连接;掩埋热沉70为石墨烯、铝或者镍中的一种或多种复合,其厚度在1微米到100微米之间;过渡热沉60为陶瓷材料或者半导体材料中的一种或多种复合,该陶瓷材料可以是但不限于AlN、GaO等,该半导体材料也可以是但不限于GaAs、InP等,其过渡热沉60的表面具有微孔结构;管舌30为紫铜等高效散热材料制成;激光器芯片40的发光材料为GaAs、InP、GaN中的一种,该发光材料为异质结、量子阱或者超晶格结构中的一种。

过渡热沉60可以为双层或多层结构;而相变材料层50也可以多层结构,多层的相变材料层50嵌套于管舌30;相变材料层50与过渡热沉60重叠或错位嵌套在管舌30的外表面。在本实施例中,相变材料层50和过渡热沉60各为一层,相变材料层50全面嵌套在管舌30的外表面,并且相变材料层50与过渡热沉60错位设置,即相变材料层50包裹住整个管舌30的外表面,但留有可供过渡热沉60连接的区域。当然相变材料层50也可以选择不完成包裹住整个管舌30,而是根据选择在管舌30的外表面部分覆盖嵌套。

相变材料层50向管座20延伸,可覆于管座20朝向容置腔的一面,亦可伸入至管座20内部与管座20形成夹心层状结构。在本实施例中,管座20内部具有空腔,相变材料层50向管座20的空腔延伸,并填充该空腔,相变材料层50与管座20形成夹心层状结构。该空腔的数量为一个或多个,当空腔的数量为多个时,空腔平行且相互连通,使得相变材料层50与管座20多层交错结构。

请参阅图2,为本发明关于激光器TO封装结构的第一实施例,激光器TO封装结构包括管壳10a、管座20a、管舌30a、激光器芯片40a、相变材料层50a、过渡热沉60a及掩埋热沉70a;管壳10a罩设于管座20a、并与管座20a相配合形成一容置腔;管舌30a设于容置腔内,并与管座20a连接;激光器芯片40a通过过渡热沉60a与管舌30a连接,管壳10a对应激光器芯片40a设有出光口11a;掩埋热沉70a设置在管舌30a内部,并与过渡热沉60a的位置相对应;管舌30a设有嵌孔31a,相变材料层50a通过该嵌孔31a嵌套于管舌30a的外表面,并与掩埋热沉70a连接;相变材料层50a与过渡热沉60a错位设置,即相变材料层50a包裹住整个管舌30a的外表面,但留有可供过渡热沉60a连接的区域。

本实施例与第一实施例的区别在于,管座20a内部并无空腔。相变材料层50a可以根据选择向管座20a延伸,并覆于管座20a与管舌30a连接的一面(即管座20a朝向容置腔的一面)。

请参阅图3,为本发明关于激光器TO封装结构的第三实施例,激光器TO封装结构包括管壳10b、管座20b、管舌30b、激光器芯片40b、相变材料层50b、过渡热沉60b及掩埋热沉70b;管壳10b罩设于管座20b、并与管座20b相配合形成一容置腔;管舌30b设于容置腔内,并与管座20b连接;管壳10b对应激光器芯片40b设有出光口11b;激光器芯片40b与过渡热沉60b连接,掩埋热沉70b设置在管舌30b内部,并与过渡热沉60b的位置相对应;管舌30b设有嵌孔31b,相变材料层50b通过该嵌孔31b嵌套于管舌30b的外表面,并与掩埋热沉70b连接;相变材料层50b并向管座20b延伸,并覆于管座20b与管舌30b连接的一面(即管座20b朝向容置腔的一面)。

本实施例与第二实施例的区别在于,本实施例的相变材料层50b全面包裹住管舌30b;激光器芯片40b通过过渡热沉60b与相变材料层50b连接。

请参阅图4,为本发明关于激光器TO封装结构的第四实施例,激光器TO封装结构包括管壳10c、管座20c、管舌30c、激光器芯片40c、相变材料层50c、过渡热沉60c及掩埋热沉70c;管壳10c罩设于管座20c、并与管座20c相配合形成一容置腔;管舌30c设于容置腔内,并与管座20c连接;管舌30c设有嵌孔31c,相变材料层50c通过该嵌孔31c嵌套于管舌30c的外表面,相变材料层50c全面包裹住管舌30c;激光器芯片40c通过过渡热沉60c与相变材料层50c连接;管壳10c对应激光器芯片40c设有出光口11c;掩埋热沉70c设置在管舌30c内部,并与过渡热沉60c的位置相对应,掩埋热沉70c通过嵌孔31c与相变材料层50c连接。

与第三实施例不同,本实施例的管座20c内部具有空腔,相变材料层50c向管座20c的空腔延伸,并填充该空腔,相变材料层50c与管座20c形成夹心层状结构。

请参阅图5,为本发明关于激光器TO封装结构的第五实施例,激光器TO封装结构包括管壳10d、管座20d、管舌30d、激光器芯片40d、相变材料层50d、过渡热沉60d及掩埋热沉70d;管壳10d罩设于管座20d、并与管座20d相配合形成一容置腔;管舌30d设于容置腔内,并与管座20d连接;激光器芯片40d通过过渡热沉60d与管舌30d连接,管壳10d对应激光器芯片40d设有出光口11d;管舌30d设有嵌孔31d,相变材料层50d通过该嵌孔31d嵌套于管舌30d的外表面,相变材料层50d与过渡热沉60d错位设置,即相变材料层50d包裹住整个管舌30d的外表面,但留有可供过渡热沉60d连接的区域;掩埋热沉70d设置在管舌30d内部,并与过渡热沉60d的位置相对应,掩埋热沉70d通过嵌孔31d与相变材料层50d连接。

与第一实施例不同,本实施例的管座20d内部具有两个平行且相互连通的空腔,相变材料层50d向管座20d的空腔延伸,并填充该空腔,相变材料层50d与管座20d形成夹心层状结构。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

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