一种免刻蚀的半导体激光器的热沉结构

1.本实用新型属于半导体激光器技术领域，更具体地，涉及一种免刻蚀的半导体激光器的热沉结构。


背景技术：

2.由于半导体激光器的体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、易于调制等优点，使得它目前在工业、医疗、通讯、信息显示、军事等领域中的应用非常广泛。高功率半导体激光器技术是发展国防工业的重要技术基础，其发展将直接推动引信、跟踪、制导、武器模拟、点火引爆、雷达、夜视、目标识别与对抗等技术的更新换代。cos封装广泛的应用在半导体激光器芯片封装中，传统的cos热沉需要在溅射金属层后刻蚀出一条绝缘沟槽，工序复杂费时费力，且如果金属层有残留，会造成芯片短接，严重影响半导体激光器的可靠性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种免刻蚀的半导体激光器的热沉结构。该结构氮化铝衬底不需要再刻蚀绝缘沟槽就将正负极隔开，省去后续的刻蚀绝缘沟槽操作工艺，简化了工艺步骤。
4.本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：
5.一种免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，所述热沉结构是在双面抛光的阶梯型氮化铝衬底的平面上依次制得金属层和焊接层；所述阶梯型氮化铝衬底包括阶梯表面和阶梯垂面，所述金属层在所述阶梯表面上；所述阶梯表面包括第一阶梯表面和第二阶梯表面，所述焊接层在所述第二阶梯表面的金属层上，所述第二阶梯表面的金属层的面积大于或者等于所述焊接层的面积，所述阶梯垂面的高度大于所述第二阶梯表面上金属层和焊接层的总厚度。
6.优选地，所述的阶梯型氮化铝衬底的表面粗糙度小于0.5，热导率为200～250w/m
·
k，厚度为0.3～0.4mm。
7.优选地，所述的金属层依次包括cu层、ni层、au层和pt层。
8.优选地，所述cu的厚度为60～80μm、ni的厚度为1～4μm，au的厚度为0.5～1.2μm，pt的厚度为0.3～0.5μm。
9.优选地，所述的焊接层为ausn或铟。
10.与现有的技术对比，本实用新型有以下的有益效果：
11.1.本实用新型的氮化铝衬底为阶梯型结构，分高低两平面，阶梯垂面部分为裸露的氮化铝不导电，形成绝缘构造。由于氮化铝本身不导电，在平板氮化铝衬底上的金属层导电，需要在平板氮化铝衬底上设置绝缘的沟槽将正负极隔开，如果没有绝缘沟槽把正负极隔开，会造成激光芯片正负极短接。因此，本实用新型的阶梯型结构氮化铝衬底不需要再刻蚀绝缘沟槽就将正负极隔开，省去后续的刻蚀绝缘沟槽操作工艺，简化了工艺步骤。
12.2.本实用新型所提供的免刻蚀的半导体激光器热沉结构，采用阶梯型结构阶梯型
氮化铝衬底，在阶梯型氮化铝衬底的平面上制备金属层，由于氮化铝材料良好的绝缘特性，且氮化铝衬底的阶梯垂面的高度大于第一阶梯表面的金属层和焊接层的总厚度，形成绝缘构造，此结构不存在刻蚀金属不完全导致激光器芯片短接的风险，显著提高了半导体激光器封装的可靠性。
13.3.本实用新型的第一阶梯表面的金属层的面积大于或者等于所述焊接层的面积，防止焊料与au金属层接触，导致焊料共晶温度升高，影响封装的可靠性。
附图说明
14.图1是本实用新型中免刻蚀的半导体激光器热沉结构的示意图。
15.图2是本实用新型中阶梯型氮化铝衬底的结构示意图。
具体实施方式
16.下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的内容，但不应理解为对本实用新型的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本实用新型采用的方法和设备为本技术领域常规方法和设备。
17.实施例1
18.图1为本实用新型中免刻蚀的半导体激光器热沉结构的示意图。其中，1-阶梯型氮化铝衬底，2-金属层，3-焊接层。所述热沉结构是在双面抛光的阶梯型氮化铝衬底1的平面上依次制得金属层2和焊接层3；所述阶梯型氮化铝衬底1包括阶梯表面和阶梯垂面，所述金属层2在所述阶梯表面上；所述阶梯表面包括第一阶梯表面4和第二阶梯表面5，所述焊接层3在所述第一阶梯表面4的金属层上，所述第一阶梯表面4的金属层的面积大于或者等于所述焊接层3的面积，所述阶梯垂面6的高度大于所述第一阶梯表面4上金属层和焊接层3的总厚度。
19.图2是本实用新型中阶梯型氮化铝衬底的结构示意图。其中，阶梯型氮化铝衬底1包括阶梯平面和阶梯垂面6，所述阶梯表面包括第一阶梯表面4和第二阶梯表面5。所述阶梯垂面6的高度大于所述第一阶梯表面4上金属层和焊接层3的总厚度；氮化铝的热导率为200～250w/m
·
k，由于氮化铝材料具有良好的绝缘特性，此特殊结构形成良好的绝缘带。将阶梯型氮化铝衬底1的上下两个面在研磨抛光机上抛光，使其表面的粗糙度小于0.5，然后超声清洗干净。放在磁控溅射设备里面，在阶梯型氮化铝衬底1的表面溅射金属层2，然后放在电子束蒸发设备里面，按照需求蒸镀预设图形和面积的焊接层3，高功率半导体激光器的芯片采用倒装焊焊接于焊接层3的表面，激光器芯片正面朝下，通过贴片机与焊料连接，金线呈拱形由阶梯型氮化铝衬底1的第一阶梯表面4接入第二阶梯表面5，形成芯片的正负极。由于阶梯型氮化铝衬底1具有良好的绝缘特性，阶梯型氮化铝衬底1包括阶梯平面和阶梯垂面6，所述阶梯垂面6的高度大于所述第一阶梯表面4上金属层和焊接层3的总厚度。此结构具有良好的绝缘特性，不存在刻蚀金属不完全导致激光器芯片短接的风险，显著提高了半导体激光器封装的可靠性。而且也省去后续的刻蚀绝缘沟槽操作工艺，简化了工艺步骤，节约成本。
20.所述氮化铝衬底为双面抛光的阶梯型氮化铝衬底1，表面粗糙度不大于0.5μm，热导率为200～250w/m
·
k，厚度为0.3～0.4mm。其中，根据要求对阶梯型氮化铝衬底1进行抛
光研磨，制备相应表面粗糙度的氮化铝衬底1，厚度范围包括但不限于上述范围，可根据实际情况及进行设置，均在保护范围内。
21.为了更好地保护阶梯型氮化铝热沉1，在阶梯型氮化铝热沉1表面依次溅射cu层、ni层、au层和pt层。所述cu的厚度为60～80μm、ni的厚度为1～4μm，au的厚度为0.5～1.2μm，pt的厚度为0.3～0.5μm。需要指出的，金属层2包括但不限于上述cu层、ni层、au层、pt层，根据需要进行金属层2的选择，均在保护范围内。所述的焊接层3为ausn或铟。根据需要进行焊接层3的选择均在保护范围内。
22.为保证激光芯片与热沉良好的焊接，所述的焊接层3的面积应该大于或等于所述激光芯片的面积。所属激光芯片为jenoptik公司生产的808nm高功率激光芯片，长1500μm宽100μm厚120μm型号为jdl-bab-75-62-808-te-300-1.5的面积。
23.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，其特征在于，所述热沉结构是在双面抛光的阶梯型氮化铝衬底的平面上依次制得金属层和焊接层；所述阶梯型氮化铝衬底包括阶梯表面和阶梯垂面，所述金属层在所述阶梯表面上；所述阶梯表面包括第一阶梯表面和第二阶梯表面，所述焊接层在所述第一阶梯表面的金属层上，所述第一阶梯表面的金属层的面积大于或者等于所述焊接层的面积，所述阶梯垂面的高度大于所述第一阶梯表面上金属层和焊接层的总厚度。2.根据权利要求1所述的免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，所述的阶梯型氮化铝衬底的表面粗糙度小于0.5，热导率为200～250w/m
·
k，厚度为0.3～0.4mm。3.根据权利要求1所述的免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，其特征在于，所述的金属层依次包括cu层、ni层、au层和pt层。4.根据权利要求3所述的免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，其特征在于，所述cu的厚度为60～80μm、ni的厚度为1～4μm，au的厚度为0.5～1.2μm，pt的厚度为0.3～0.5μm。5.根据权利要求1所述的免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，其特征在于，所述的焊接层为ausn或铟。

技术总结
本实用新型公开了一种免刻蚀的半导体激光器的热沉结构，所述热沉结构是在双面抛光的阶梯型氮化铝衬底的平面上依次制得金属层和焊接层；阶梯型氮化铝衬底包括阶梯表面和阶梯垂面，金属层在所述阶梯表面上；阶梯表面包括第一阶梯表面和第二阶梯表面，焊接层在第一阶梯表面的金属层上，第一阶梯表面的金属层的面积大于或者等于焊接层的面积，阶梯垂面的高度大于第一阶梯表面上金属层和焊接层的总厚度。本实用新型采用阶梯型结构氮化铝衬底，由于氮化铝材料良好的绝缘特性，且阶梯型氮化铝衬底的阶梯垂面的高度大于金属层和焊接层的总厚度，形成绝缘构造。且此结构不存在刻蚀金属不完全导致激光器芯片短接的风险，显著提高了半导体激光器封装的可靠性。导体激光器封装的可靠性。导体激光器封装的可靠性。


技术研发人员：高翔 郝明明 王云才 周勇
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2022.04.14
技术公布日：2022/7/26