一种医疗美容用半导体激光器及其封装方法与流程

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1.本发明涉及一种医疗美容用半导体激光器及其封装方法，属于半导体激光器叠阵封装领域。

背景技术：

2.半导体激光器因其电流注入泵浦的特性以及波长可选择的优势，在医疗美容领域有广泛的应用，在该领域的应用中，依据选择性的光热动力学原理，在特定波长、能量的激光穿透人体的皮肤表层，在不损伤人体皮肤组织的前提下达到毛发的根部毛囊，激光被将毛囊内的黑素吸收转化为热能，对毛囊进行破坏去除，使其失去再生能力，达到净化皮肤表面的效果。
3.在医疗美容应用领域中，以多个发光芯片构成巴条，以多个巴条封装组成激光器叠阵的封装形式，是半导体激光器功率扩展的主要方法，目前，多巴条封装的高功率激光器叠阵已经广泛地应用在医疗美容行业。随着半导体激光器在医疗美容领域应用的日渐成熟，激光器向着小型化、高集成性以及高舒适性的方向发展。
4.中国专利文献cn102961185a公开了一种激光医疗美容用半导体激光器系统，该专利由半导体激光器阵列、光波导、光学视窗以及对接触窗进行传导冷却的制冷快等一系列器件组成，制冷块分为基底部和位于基底部上方的中空型头部，该中空型头部的前部将接触窗的侧壁整体贴合紧扣；光波导出光口端位于中空型头部的空腔，并与中空型头部的内壁之间留有空隙；光波导通过一对槽型固定块夹持固定，光波导与固定块的接触面上设置有中心为空的垫片。该专利给出的激光器系统结构紧凑，集成度高，但是过多的元器件集成在一起，不可避免的增大了激光器的体积，同时，通水口位于激光器底部，在通水处体积较大，已经不满足小型化、集成化的发展趋势。
5.中国专利文献cn209401976u公开了一种宏通道半导体激光器，包括激光模块和热沉模块，热沉模块包括热沉主体、设置于热沉主体上端开口向前的出水孔，设置于热沉主体下端开口向上的进水孔，进水孔的出水面积不大于横截面积。然而该专利水道进出水口设置在底部，通水时需在底部安装供水结构，后端应用过程中增大体积，使用不方便；在电极连接过程中通过铜箔与覆铜板引出电极，采用焊接的方式连接各个界面，在高功率、大电流下的条件下，此种连接方式存在定位精确度差、绝缘性能差等弊端，并且发光模块与底部采用in焊料焊接，存在着可靠性差的问题。

技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种医疗美容用半导体激光器及其封装方法。
7.术语解释：
8.1、钨铜热沉：一种用于激光巴条导电散热的封装材料；
9.2、aln陶瓷片：用于巴条底部正负极绝缘材料，表面金属化；
10.本发明的技术方案如下：
11.一种医疗美容用半导体激光器，包括通水热沉，所述通水热沉正面为焊接面，焊接面上设置有aln陶瓷片，aln陶瓷片上设置有巴条阵列；所述通水热沉背面设置有通水口，通水口上连接有通水通道；所述通水热沉上表面设置有电极片a，通水热沉侧面设置有电极片连接槽，电极片连接槽内设置有电极片b和电极片c；电极片a、电极片b和电极片c与通水热沉之间均设置有电极绝缘片。
12.根据本发明优选的，所述巴条阵列包括平行设置的钨铜热沉，相邻的钨铜热沉之间设置有巴条。
13.进一步优选的，所述钨铜热沉的材质为w90cu，长度为3～10mm，厚度为1～2mm；所述巴条的数量大于1，长度与钨铜热沉相匹配。
14.根据本发明优选的，所述通水热沉内部设置有散热锯齿，以增大与水的接触面积，提高散热能力。
15.根据本发明优选的，所述通水口的数量为2，分别位于通水热沉背面的顶部和底部。
16.根据本发明优选的，所述电极片连接槽为凸字型凹槽，所述电极绝缘片材质为aln陶瓷。
17.根据本发明优选的，所述电极片b为长方形，电极片c为l形，电极片c的短边位于电极片连接槽内，长边位于通水热沉的背面。
18.进一步优选的，所述电极片c的长边上设置有2个l形电极接线柱，电极接线柱通过螺丝与电极片c压接在一起，并设置t型绝缘垫圈，保证电极接线柱与通水热沉之间绝缘。电极接线柱便于终端用户接电。
19.根据本发明优选的，所述通水热沉由非对称结构的外壳和后挡板包装固定。外壳采用非对称结构设计，在一侧固定通水热沉，以保证巴条处于居中位置，后挡板在通水口、电极柱对应位置开孔，保证连接。
20.进一步优选的，所述外壳的侧面还设置有固定孔。用于固定通水热沉。
21.上述医疗美容用半导体激光器的封装方法，包括步骤如下：
22.(1)将aln陶瓷片通过ausn焊料焊接至通水热沉焊接面；
23.(2)将钨铜热沉和巴条通过ausn焊料，以钨铜热沉+巴条+钨铜热沉的结构焊接到一起，得到巴条阵列；
24.(3)将巴条阵列通过snag焊料焊接至aln陶瓷片上，实现无铟化封装；
25.(4)通过snag焊料将电极绝缘片焊接至通水热沉的上表面、通水热沉侧面的电极片连接槽和通水热沉的背面，然后继续使用snag焊料在电极绝缘片上分别焊接电极片a、电极片b和电极片c，使得电极片a、电极片b和电极片c处于串联状态，完成封装。
26.有益效果：
27.1、本发明提供的半导体激光器，通水口设置在激光器背面，与电极接线柱处于同一平面，激光器整体结构采用后出水，在后端引出通水通道，有效减少了使用空间，使得集成度更高，减少了后端应用的体积，相较于其他方向引出水口，更便于工作人员接通水路，主要应用在医疗美容领域，方便工作人员使用。
28.2、本发明提供的半导体激光器，外壳为非对称结构，将通水热沉固定到外壳侧面，
在包装固定通水热沉的同时，保证了巴条处于居中位置，进一步减小了激光器的体积，提高了集成度，方便后端使用。并且本发明在使用时，可以将电极片a、电极片b、电极片c依次串联将电极引出至背面，并通过使用aln材料作为绝缘片，在越过多个平面的同时，实现了与通水热沉之间的绝缘，保证了产品可靠性、定位的同时，提高了绝缘性能。
29.3、本发明提供的半导体激光器使用ausn、snag等具有温度梯度的高温焊料封装，未使用传统的低温in焊料封装叠阵，避免了in焊料带来的可靠性低的风险。
30.4、本发明提供的封装方法操作简单，制造效率高，适于工业上推广使用。
附图说明
31.图1为通水热沉结构图。
32.图2为巴条阵列结构图。
33.图3为本激光器内部整体结构示意图。
34.图4为电极连接方式示意图；
35.图5为本发明医疗美容用半导体激光器整体结构示意图；
36.图中：1、巴条，2、钨铜热沉，3、通水热沉，4、aln陶瓷片，5、电极片a，6、电极片b，7、电极片c，8、电极接线柱，9、电极绝缘片，10、通水通道，11、外壳，12、后挡板，13、固定孔，14、焊接面，15、电极片连接槽。
具体实施方式
37.下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
38.实施例1
39.如图1～4所示，一种医疗美容用半导体激光器，包括通水热沉3，所述通水热沉3正面为焊接面14，焊接面14上设置有aln陶瓷片4，aln陶瓷片4上设置有巴条阵列。
40.所述通水热沉3背面设置有通水口，通水通道10通过螺丝固定到通水热沉3背面的通水口上，通水通道10与通水口之间放置硅胶密封圈，保证不漏水。
41.所述通水热沉3上表面设置有电极片a5，通水热沉3侧面设置有电极片连接槽15，电极片连接槽15内设置有电极片b6和电极片c7。
42.所述电极片b6为长方形，电极片c7为l形，电极片c7的短边位于电极片连接槽15内，长边位于通水热沉3的背面。电极片a5、电极片b6和电极片c7与通水热沉3之间均设置有电极绝缘片9
43.所述巴条阵列包括平行设置的钨铜热沉2，相邻的钨铜热沉2之间设置有巴条1。
44.所述钨铜热沉2的材质为w90cu，长度为10mm，厚度为1.5mm，热导率为188w/(m*k)、热膨胀系数为6.5ppm/k；所述巴条1的长度与钨铜热沉2相匹配，并且两者热膨胀系数保持一致，可有效释放ausn封装过程中的应力。
45.上述医疗美容用半导体激光器的封装方法，包括步骤如下：
46.(1)将aln陶瓷片通过ausn焊料焊接至通水热沉焊接面；
47.(2)将钨铜热沉和巴条通过ausn焊料，以钨铜热沉+巴条+钨铜热沉的结构焊接到一起，得到巴条阵列；
48.(3)将巴条阵列通过snag焊料焊接至aln陶瓷片上，实现无铟化封装；
49.(4)通过snag焊料将电极绝缘片焊接至通水热沉的上表面、通水热沉侧面的电极片连接槽和通水热沉的背面，然后继续使用snag焊料在电极绝缘片上分别焊接电极片a、电极片b和电极片c，使得电极片a、电极片b和电极片c处于串联状态，完成封装。
50.实施例2
51.一种医疗美容用半导体激光器，结构如实施例1所述，不同之处在于，所述钨铜热沉的长度为8mm，厚度为2mm。
52.实施例3
53.一种医疗美容用半导体激光器，结构如实施例1所述，不同之处在于，所述通水口10的数量为2，分别设置于通水热沉3背面的顶部和底部。所述电极片c7的长边上设置有2个l形电极接线柱8，电极接线柱8通过螺丝与电极片c7压接在一起，并设置t型绝缘垫圈，保证电极接线柱8与通水热沉3之间绝缘。电极接线柱8便于终端用户接电。
54.本发明在使用时通过串联的电极片a5、电极片b6和电极片c7将电极引出至通水热沉3的背面的电极接线柱8上，然后通过电极接线柱8接通电源即可输出高功率激光。
55.实施例4
56.一种医疗美容用半导体激光器，结构如实施例1所述，不同之处在于，将通水热沉3经固定孔13用螺丝固定到外壳11上，所使用的外壳11为非对称结构，保证固定到外壳上的通水热沉3是居中的，固定通水热沉3之后，再将后挡板12固定到外壳11的背面，保证密封性，所述后挡板12在通水通道10、电极接线柱8对应位置开孔，保证连接。

技术特征：

1.一种医疗美容用半导体激光器，其特征在于，包括通水热沉，所述通水热沉正面为焊接面，焊接面上设置有aln陶瓷片，aln陶瓷片上设置有巴条阵列；所述通水热沉背面设置有通水口，通水口上连接有通水通道；所述通水热沉上表面设置有电极片a，通水热沉侧面设置有电极片连接槽，电极片连接槽内设置有电极片b和电极片c；电极片a、电极片b和电极片c与通水热沉之间均设置有电极绝缘片。2.如权利要求1所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述巴条阵列包括平行设置的钨铜热沉，相邻的钨铜热沉之间设置有巴条。3.如权利要求2所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述钨铜热沉的材质为w90cu，长度为3～10mm，厚度为1～2mm；所述巴条的数量大于1，长度与钨铜热沉相匹配。4.如权利要求1所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述通水热沉内部设置有散热锯齿。5.如权利要求1所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述通水口的数量为2，分别位于通水热沉背面的顶部和底部。6.如权利要求1所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述电极片连接槽为凸字型凹槽，所述电极绝缘片材质为aln陶瓷。7.如权利要求1所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述电极片b为长方形，电极片c为l形，电极片c的短边位于电极片连接槽内，长边位于通水热沉的背面。8.如权利要求7所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述电极片c的长边上设置有2个l形电极接线柱，电极接线柱通过螺丝与电极片c压接在一起，并设置t型绝缘垫圈。9.如权利要求1所述医疗美容用半导体激光器，其特征在于，所述通水热沉由非对称结构的外壳和后挡板包装固定；进一步优选的，所述外壳的侧面还设置有固定孔。10.一种如权利要求7所述医疗美容用半导体激光器的封装方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)将aln陶瓷片通过ausn焊料焊接至通水热沉焊接面；(2)将钨铜热沉和巴条通过ausn焊料，以钨铜热沉+巴条+钨铜热沉的结构焊接到一起，得到巴条阵列；(3)将巴条阵列通过snag焊料焊接至aln陶瓷片上，实现无铟化封装；(4)通过snag焊料将电极绝缘片焊接至通水热沉的上表面、通水热沉侧面的电极片连接槽和通水热沉的背面，然后继续使用snag焊料在电极绝缘片上分别焊接电极片a、电极片b和电极片c，使得电极片a、电极片b和电极片c处于串联状态，完成封装。

技术总结

本发明涉及一种医疗美容用半导体激光器及其封装方法。所述激光器包括通水热沉，所述通水热沉正面为焊接面，焊接面上设置有ALN陶瓷片，ALN陶瓷片上设置有巴条阵列；所述通水热沉背面设置有通水口，通水口上连接有通水通道；所述通水热沉上表面设置有电极片A，通水热沉侧面设置有电极片连接槽，电极片连接槽内设置有电极片B和电极片C。本发明提供的半导体激光器，通水口设置在激光器背面，与电极接线柱处于同一平面，激光器整体结构采用后出水，在后端引出通水口，有效减少了使用空间，使得集成度更高，减少了后端应用的体积，相较于其他方向引出水口，更便于工作人员接通水路，主要应用在医疗美容领域，方便工作人员使用。方便工作人员使用。方便工作人员使用。