CN104078834B - 一种大功率激光巴条双面封装的方法及其封装用烧结夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率激光巴条双面封装的方法，该方法包括步骤如下：（1）将大功率激光器巴条的出光面与两个第一热沉的侧面沿所述烧结夹具进行端面冲齐；（2）将其中一个第一热沉焊接至所述的大功率激光器巴条的一个侧面，将其中另一个第一热沉焊接至所述的大功率激光器巴条的另一个侧面；在焊接的过程中，利用烧结夹具对齐、夹紧所述的两个第一热沉。本发明通过大功率激光巴条出光面垂直于烧结夹具并向下紧贴烧结夹具的加热主体，实现了大功率激光巴条出光面严格与第一热沉边缘平齐，有效的避免了热应力处理不善导致的smile现象的发生。此封装方法既可以用于水平GS叠阵，也可以用于垂直阵列。应用范围相对广泛。

Description

一种大功率激光巴条双面封装的方法及其封装用烧结夹具

技术领域

本发明涉及一种大功率激光巴条双面封装的方法及其封装用烧结夹具，属于半导体激光器封装的技术领域。

背景技术

由于半导体激光器体积小，质量轻，光电转换效率高，使用寿命长，易于调节等优点，使得它在工业，医疗，通讯，信息显示，军事等领域的应用非常广泛。高功率半导体激光器的研发水平影响了国防科技，工业等发展水平，它的应用可以主要作用于导弹的制导与跟踪，武器模拟和炸弹引爆，夜视雷达监控等方面。大功率的巴条激光器的应用还可以作用在工业金属切割和雕刻，金属熔涂覆再加工。在医疗领域，激光美容越来越受到人们的青睐。

然而现有的大功率巴条产品的封装，国内少有自动设备封装实现量产的，处于研发起步阶段往往采用手动封装，因此需要借助夹具的精密性实现封装的可实现性。现有工艺下，芯片出光面和热沉的对位不精准，从而导致了芯片烧结后热沉边缘挡住光束的快轴方向，影响了激光器的发光功率和使用寿命。往往通过一个补偿量解决热沉边缘挡光的现象，但是这样做的弊端是芯片出光面部分裸露在热沉边缘外侧，不仅散热问题无法解决，在生产测试使用过程中极易对芯片造成损伤，因此需要一种封装方法，即可解决激光器光束快轴方向不被热沉边缘遮挡，又能防止芯片的损伤和热堆积问题。

中国专利CN201450226U公开了一种《新型低成本水平阵列液体制冷半导体激光器》，该对比专利中提及到的大功率激光巴条封装，采用了单个巴条单独封装并进行老化筛选的方式，避免了多个巴条一次回流成型造成因合格率问题带来的经济损失，且其优势还在于引入了微散热结构，有效的的增强了大功率激光器件的热传导，并可更换所以可以降低生产成本。但是本对比专利中并未解决巴条出光面和热沉边缘平齐的关键点。

中国专利CN201927886U公开了《一种可替换芯片的水平阵列大功率半导体激光器》。该对比专利中提及的大功率激光巴条封装，采用了多个巴条水平排布，可实现单个巴条封装后进行独立的测试老化，其热沉为通有水道的热沉，通过传导冷却有效的对大功率激光器件进行了热传导，但是该对比专利中巴条采用单面热沉封装，其巴条芯片的另一面仅通过铜电极片连接，其对于烧结过程热应力的释放并未能良好的处理，因此未能有效的避免热胀系数不同而导致的smile效应。

中国专利CN202004317U公开了一种高功率脉冲半导体激光器模组，包括上下串联在一起的各个单模组；每个单模组包括热沉、绝缘片、电极片和半导体激光器芯片巴条，热沉作为正极，半导体激光器芯片巴条的p面朝下烧结在热沉的一侧边缘，并与热沉平齐；电极片作为负极安装在热沉上，电极片与热沉之间设有绝缘片，电极片通过焊线与半导体激光器芯片巴条的负极相连，电极片、绝缘片和热沉上均设有位置对应的固定孔；下一个单模组的电极片上的焊线与上一个单模组的热沉相连。其优势在于单个巴条单元可以独立老化替换，并采用了脉冲工作方式，有效避免了微通道热沉的高昂成本和一次回流成型造成的不可替换的经济损失。但是该对比专利中巴条采用单面热沉封装，其巴条芯片另一面通过焊线连接，对于烧结过程的热应力未能有效的处理，因此不能像双面热沉封装方法一样的避免smile效应。至于对比专利提及的“半导体激光器芯片巴条的p面朝下烧结在热沉的一侧边缘，并与热沉平齐”是封装工艺中对巴条边缘的要求，但其未涉及如何实现边缘平齐的封装方法。而本发明恰恰是对边缘如何平齐提出了一种有效的封装方法。

综上所述，现有对比专利提及的封装的方法中，往往注重的是芯片的散热问题，然而由于热沉机械加工精度和不同批次芯片的差异性，常规封装方法难免出现热沉边缘挡光的现象或者巴条出光面裸露探出的问题。

发明内容

针对现有的大功率巴条双面封装方法存在的不足，本发明提供一种大功率激光巴条双面封装的方法，利用该方法封装出来的大功率激光巴条既能严格保证半导体巴条双面烧结后有源区出光在快轴方向不被热沉边缘遮挡，又能避免巴条有源区出光面探出热沉边缘而存在芯片损伤。该方法配合烧结夹具可实现大功率激光巴条的规模化批量生产。

本发明还提供一种上述封装用的烧结夹具。

本发明的技术方案在于：

一种大功率激光巴条双面封装的方法，该方法采用烧结夹具对所述的大功率激光巴条进行封装，该方法包括步骤如下：

（1）将大功率激光器巴条的出光面与两个第一热沉的侧面沿所述烧结夹具进行端面冲齐；

（2）将其中一个第一热沉焊接至所述的大功率激光器巴条的一个侧面，将其中另一个第一热沉焊接至所述的大功率激光器巴条的另一个侧面；在焊接的过程中，利用烧结夹具对齐、夹紧所述的两个第一热沉。本发明利用了烧结夹具将所述的大功率激光巴条固定在紧密封装的第一热沉之间，实现了大功率激光巴条的双面烧结：通过大功率激光巴条出光面垂直于烧结夹具并向下紧贴烧结夹具的加热主体，实现了大功率激光巴条出光面严格与第一热沉边缘平齐，有效的避免了热应力处理不善导致的smile现象的发生。

根据本发明优选的，在所述步骤（1）之前，按照现有技术将大功率激光巴条安装在绝缘陶瓷基板的绝缘区域；所述的绝缘陶瓷基板的一面上设置有图案金属层，所述的图案金属层的图案形状与所述第一热沉的排列形状相适应，在图案金属层以外的区域为绝缘区域。

根据本发明优选的，利用烧结夹具沿垂直于绝缘陶瓷基板的方向压紧所述绝缘陶瓷基板，将所述的第一热沉与所述绝缘陶瓷基板上的图案金属层焊接在一起。

根据本发明优选的，在绝缘陶瓷基板的另一面上设置有金属层，在所述的金属层上固定设置有第二热沉。

根据本发明优选的，所述的第一热沉和第二热沉为无氧铜热沉，且表面镀金。本发明采用的无氧铜热沉，且热沉表面镀金，比起常规避免热应力采取的钨铜热沉结构而言，成品更低廉。

一种用于上述封装方法的烧结夹具，包括加热主体、在加热主体的上方固定设置有上挡板、在加热主体的前方固定设置有前挡板、上垫板和前垫板，所述的上垫板与所述上挡板平行移动设置，用于对第一热沉和绝缘陶瓷基板起固定作用，所述的前垫板与前挡板平行移动设置，用于对大功率激光巴条和第一热沉起固定作用。

根据本发明优选的，所述的上垫板通过固定螺丝与所述上挡板平行设置。

根据本发明优选的，所述的前垫板通过固定螺丝与前挡板平行设置。

根据本发明优选的，所述的烧结夹具的加热主体、上挡板和前挡板均为无氧铜材质。

根据本发明优选的，所述前垫板和上垫板均为钢板。

本发明的优点在于：

1.本发明所述的大功率激光巴条双面封装的方法，保证了大功率激光巴条在双面封装后出光面和第一热沉边缘严格平齐，解决了第一热沉边缘遮挡光束的问题和巴条出光面小部分裸露的问题。此封装方法既可以用于水平GS叠阵，也可以用于垂直阵列。应用范围相对广泛。

2.本发明所述的大功率激光巴条双面封装的方法，在一定程度上解决了由于热沉加工精度和芯片批次之间的差异性带来的封装问题。

3.本发明所述的大功率激光巴条双面封装的方法，通过在焊接过程中对第一热沉和金属化绝缘陶瓷基板进行固定，在该方向力的作用下，减小了第一热沉和绝缘陶瓷基板之间的封装缺陷，增强了大功率激光巴条的热传导，提升了大功率激光巴条的输出功率，保证了大功率激光巴条的正常工作。

4.本发明有效的避免了芯片和热沉在键合过程因热胀系数不同导致的smile现象。

附图说明

图1是绝缘陶瓷基板与大功率激光巴条、第一热沉的连接结构示意图；

图2是固定大功率激光巴条、第一热沉和绝缘陶瓷基板的烧结夹具的示意图；

图1-2中，1、第一热沉；2、绝缘陶瓷基板；3、烧结夹具的加热主体；4、烧结夹具中对大功率激光巴条和第一热沉起固定作用的前垫板；5、烧结夹具中对第一热沉和绝缘陶瓷基板起固定作用的上垫板；6、固定前垫板4用的前挡板；7、固定上垫板5用的上挡板；8、固定螺丝。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

如图1-2所示。

一种大功率激光巴条双面封装的方法，该方法采用烧结夹具对所述的大功率激光巴条进行封装，该方法包括步骤如下：

（1）将大功率激光器巴条的出光面与两个第一热沉1的侧面沿所述烧结夹具进行端面冲齐；所述的第一热沉为无氧铜热沉，且表面镀金；

（2）将其中一个第一热沉1焊接至所述的大功率激光器巴条的一个侧面，将其中另一个第一热沉焊1接至所述的大功率激光器巴条的另一个侧面；在焊接的过程中，利用烧结夹具对齐、夹紧所述的两个第一热沉1。

在所述步骤（1）之前，按照现有技术将大功率激光巴条安装在绝缘陶瓷基板2的绝缘区域；所述的绝缘陶瓷基板2的一面上设置有图案金属层，所述的图案金属层的图案形状与所述第一热沉1的排列形状相适应，在图案金属层以外的区域为绝缘区域。利用烧结夹具沿垂直于绝缘陶瓷基板2的方向压紧所述绝缘陶瓷基板2，将所述的第一热沉1与所述绝缘陶瓷基板2上的图案金属层焊接在一起。

所述烧结夹具的主体3是传导热的主要部分；用于固定第一热沉1和大功率激光巴条的垫板4通过固定螺丝8固定在挡板6上；同理，用于固定第一热沉1和绝缘陶瓷基板2的垫板5通过固定螺丝8固定在挡板7上。其中，所述的垫板4和5起固定作用和导热作用。所述烧结环境需惰性气体和还原气体保护。

实施例2、

如实施例1所述的一种大功率激光巴条双面封装的方法，其区别在于，在绝缘陶瓷基板2的另一面上设置有金属层，在所述的金属层上固定设置有第二热沉。所述的第二热沉为无氧铜热沉，且表面镀金。

实施例3、

一种用于如实施例1所述封装方法的烧结夹具，包括加热主体3、在加热主体3的上方固定设置有上挡板7、在加热主体3的前方固定设置有前挡板6、上垫板5和前垫板4，所述的上垫板5与所述上挡板7平行移动设置，用于对第一热沉和绝缘陶瓷基板起固定作用，所述的前垫板4与前挡板6平行移动设置，用于对大功率激光巴条和第一热沉起固定作用。

所述的上垫板5通过固定螺丝8与所述上挡板7平行设置。所述的前垫板4通过固定螺丝8与前挡板6平行设置。所述的烧结夹具的加热主体3、上挡板7和前挡板6均为无氧铜材质。所述前垫板4和上垫板5均为钢板。

Claims (3)

1.一种烧结夹具，所述烧结夹具对大功率激光巴条进行封装，所述封装包括步骤如下：(1)将大功率激光器巴条的出光面与两个第一热沉的侧面沿所述烧结夹具进行端面冲齐；(2)将其中一个第一热沉焊接至所述的大功率激光器巴条的一个侧面，将其中另一个第一热沉焊接至所述的大功率激光器巴条的另一个侧面；在焊接的过程中，利用烧结夹具对齐、夹紧所述的两个第一热沉；其特征在于，该烧结夹具包括加热主体、在加热主体的上方固定设置有上挡板、在加热主体的前方固定设置有前挡板、上垫板和前垫板，所述的上垫板与所述上挡板平行移动设置，用于对第一热沉和绝缘陶瓷基板起固定作用，所述的前垫板与前挡板平行移动设置，用于对大功率激光巴条和第一热沉起固定作用；所述的上垫板通过固定螺丝与所述上挡板平行设置；所述的前垫板通过固定螺丝与前挡板平行设置。

2.根据权利要求1所述的烧结夹具，其特征在于，所述的烧结夹具的加热主体、上挡板和前挡板均为无氧铜材质。

3.根据权利要求1所述的烧结夹具，其特征在于，所述前垫板和上垫板均为钢板。