半导体可饱和吸收镜的封装结构及封装方法

本公开涉及激光，尤其涉及一种半导体可饱和吸收镜的封装结构及封装方法。

背景技术：

1、超短脉冲激光器具有输出激光脉冲宽度窄、光谱宽、峰值功率大、相干长度短等优点，在科研、医疗、材料加工等领域得到了广泛的应用，锁模技术是实现超短脉冲的重要手段，半导体可饱和吸收镜被认为是目前最适合于工业超短脉冲激光器的锁模和调q器件。

2、半导体可饱和吸收镜具有结构紧凑，设计灵活，快饱和吸收，波长覆盖范围广，稳定可靠，可自启动等优点，广泛应用于固体激光器，光纤激光器和垂直面发射激光器等各种类型激光器中。

3、半导体可饱和吸收镜工作时热量积聚导致其易发生损伤，是限制其损伤阈值和使用寿命的一个重要因素。目前半导体可饱和吸收镜的封装方法主要为采用将其底部与热沉粘接或者焊接的方式，通过半导体可饱和吸收镜的底部将热量传输到热沉来实现工作时热量的散出，但可饱和吸收镜工作时的热量主要集中于顶部的吸收区，顶部与热沉之间存在较大热阻，传统封装方式无法高效快速的将热量散出，易导致半导体可饱和吸收镜发生损伤导致器件失效，且对热沉的尺寸和体积有一定要求，封装后的器件不满足轻巧便携的发展需求。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为解决现有技术中半导体可饱和吸收镜所出现的上述技术问题至少之一，本公开的实施例提供了一种半导体可饱和吸收镜的封装结构及封装方法，通过顶部金刚石散热片和底部热沉同时散热的半导体可饱和吸收镜新型封装方式，不仅可以将半导体可饱和吸收镜工作时产生的热量高效散出，而且有效减少热沉的面积和体积，使封装后的半导体可饱和吸收镜具有更高的损伤阈值和更长的使用寿命，在满足大功率需求的同时更加轻巧便携。

3、(二)技术方案

4、针对上述技术问题，本公开的实施例提出一种半导体可饱和吸收镜的封装结构及封装方法。

5、根据本公开的一方面，一种半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，包括：热沉，热沉上设置有沟槽，沟槽的底面为第一表面；半导体可饱和吸收镜芯片，半导体可饱和吸收镜芯片具有底部表面和顶部表面，底部表面和顶部表面为相对的两个表面，底部表面设置于第一表面上；以及金刚石散热片，设置于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面上，金刚石散热片能够将半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面完全覆盖，其中，沟槽的深度大于等于半导体可饱和吸收镜芯片的厚度；热沉具有与半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面平齐的第二表面；以及金刚石散热片的尺寸大于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面的尺寸，金刚石散热片超出半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面的部分设置于第二表面上。

6、在一些示例性的实施例中，半导体可饱和吸收镜的封装结构还包括：第一连接层，设置于半导体可饱和吸收镜芯片的底部表面与第一表面之间；第二连接层，第二连接层设置于金刚石散热片与半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面之间以及金刚石散热片与第二表面之间。

7、在一些示例性的实施例中，第一连接层材料包括铟、金锡和锡焊料中的一种；以及封装结构还包括：金属层，金属层设置于半导体可饱和吸收镜芯片的底部表面。

8、在一些示例性的实施例中，第一连接层包括银胶或石墨导电胶胶粘剂中的一种。

9、在一些示例性的实施例中，第二连接层材料包括紫外胶。

10、在一些示例性的实施例中，金刚石散热片的厚度小于0.3mm。

11、在一些示例性的实施例中，金刚石散热片中氮杂质的含量小于3ppm。

12、在一些示例性的实施例中，热沉的材料包括紫铜、钨铜或铝中的一种。

13、根据本公开的另一方面，提供了一种半导体可饱和吸收镜芯片的封装方法，其中，包括以下步骤：提供热沉，热沉上设置有沟槽，沟槽的底面为第一表面；提供半导体可饱和吸收镜芯片，半导体可饱和吸收镜芯片具有底部表面和顶部表面，底部表面和顶部表面为相对的两个表面，将底部表面设置于第一表面上；以及提供金刚石散热片，将金刚石散热片设置于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面上，金刚石散热片能够将半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面完全覆盖。其中，沟槽的深度大于等于半导体可饱和吸收镜芯片的厚度；热沉具有与半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面平齐的第二表面；以及金刚石散热片的尺寸大于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面的尺寸，金刚石散热片超出半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面的部分设置于第二表面上。

14、在一些示例性的实施例中，将底部表面设置于第一表面上，包括以下步骤：在半导体可饱和吸收镜芯片的底部表面溅射金属层；在第一表面的中间位置铺设一定厚度的焊料；将溅射金属层的半导体可饱和吸收镜芯片放置于铺设了焊料的第一表面；以及加热至焊料的熔点温度、然后保温、最后降温至室温，完成焊接，其中，焊料包括铟、金锡或锡中的一种。

15、在一些示例性的实施例中，将底部表面设置于第一表面上，包括以下步骤：在第一表面的中间位置铺设一定厚度的胶粘剂；将半导体可饱和吸收镜芯片放置于涂抹了胶粘剂的第一表面；以及加热至胶粘剂的固化温度，完成胶粘剂的固化，其中，胶粘剂包括银胶或石墨导电胶中的一种。

16、在一些示例性的实施例中，将金刚石散热片设置于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面上，包括以下步骤：在半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面和热沉的第二表面均匀地涂抹紫外胶；将金刚石散热片放置于涂抹紫外胶的半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面和热沉的第二表面；按压放置完成的金刚石散热片，挤出空气以及多余的紫外胶；以及采用紫外灯垂直照射金刚石散热片，使紫外光透过金刚石散热片完成紫外胶的固化。

17、(三)有益效果

18、从上述技术方案可以看出，本公开提供的一种半导体可饱和吸收镜芯片的封装结构及封装方法，通过顶部金刚石散热片和底部热沉同时散热的半导体可饱和吸收镜新型封装方式至少具有以下有益效果其中之一：

19、(1)可以将半导体可饱和吸收镜工作时产生的热量高效散出，而且有效减少热沉的面积和体积，使封装后的半导体可饱和吸收镜具有更高的损伤阈值和更长的使用寿命，并且不影响半导体可饱和吸收镜的锁模效果。

20、(2)操作简单，成本低，可重复性好等优势，金刚石散热片可以将半导体可饱和吸收镜顶部的热量非常高效的散出器件之外，同时使底部热沉的尺寸大幅度减小，使封装后的半导体可饱和吸收镜体积更小，更加轻巧。

21、(3)金刚石散热片可以保护半导体可饱和吸收镜表面，避免半导体可饱和吸收镜表面被划痕和灰尘污染，金刚石硬度较高，不易出现划痕等外在损伤，且金刚石表面方便擦拭。

技术特征：

1.一种半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，还包括：

3.根据权利要求2所述的半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，

4.根据权利要求2所述的半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，

5.根据权利要求2所述的半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，所述第二连接层材料包括紫外胶。

6.根据权利要求1或2所述的半导体可饱和吸收镜的封装结构，其中，包括以下特征中的至少一项：

7.一种半导体可饱和吸收镜芯片的封装方法，其中，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的封装方法，其中，将所述底部表面设置于所述第一表面上，包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的封装方法，其中，将所述底部表面设置于所述第一表面上，包括以下步骤：

10.根据权利要求7所述的封装方法，其中，将所述金刚石散热片设置于所述半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面上，包括以下步骤：

技术总结提供一种半导体可饱和吸收镜的封装结构，涉及激光技术领域，其结构包括：热沉，热沉上设置有沟槽；半导体可饱和吸收镜芯片，具有底部表面和顶部表面，底部表面设置于沟槽的底面上；以及金刚石散热片，设置于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面上，将顶部表面完全覆盖。其中，沟槽的深度大于等于半导体可饱和吸收镜芯片的厚度；沉具有与半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面平齐的第二表面；以及金刚石散热片的尺寸大于半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面的尺寸，金刚石散热片超出半导体可饱和吸收镜芯片的顶部表面的部分设置于第二表面上。技术研发人员：张秋月,林楠,刘素平,黄婷,熊聪,马骁宇受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25