CN104166020A - 一种激光二极管测试老化夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于激光二极管的测试老化夹具，包括：水座；底座，其固定在所述水座上，一端固定激光二极管；另一端具有两个引线孔；绝缘块，固定在所述底座上表面的中部；负极引线片，其第一端与激光二极管的负极连接，第二端将激光二极管的负极引出；压块，为凹形柱体，置于激光二极管上表面，包括滚花控制杆和两定位杆；控制块，其上开设有对称分布在控制块两端的两个第一螺孔、中心部位的第二螺孔，以及位于两个第一螺孔两侧的两个通孔，所述两个第一螺孔用于固定支撑杆，所述第二螺孔用于旋拧滚花控制杆，所述两通孔用于固定定位杆；支撑杆，其一端固定在控制块上，另一端固定在底座上，用于支撑压块。

Description

一种激光二极管测试老化夹具

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体的说是对传导冷却封装的激光二极管单bar器件，即CS(Conduction-Cooled Single Bar)器件进行光电性能测试和老化装置。

背景技术

综合光电性能测试及老化是半导体激光器制造过程中关键的一步，也是检验半导体激光器整个工艺制造过程是否合格的最终检测步骤。对于连续低功率输出或低占空比准连续输出大功率激光二极管单bar管芯的封装常用CS热沉散热结构。CS热沉结构简单，使用寿命长，是大功率半导体激光二极管常用的单bar封装散热形式，不但在生产过程可用于目标产品单bar器件的封装，而且在研制过程中还用于封装检验单bar的综合光电性能。但是由于封装时，单bar的正极直接焊接在CS热沉的正极铜散热块上，而散热块直接固定在大通道散热水座上，这样造成散热水座也带电运行，因此在测试过程中极易造成器件漏电，而在多个器件串联老化中则更易造成器件的短路失效；同时，大通道水座基于冷却水湍流散热，水流较急，热阻仍较大，约为(0.1-0.25)℃W^-1cm^-2，仅适用于连续20W-40W或准连续输出150W的单bar封装，对于更高功率的单bar封装则需改用复杂的多层微通道散热形式。另外，为了使器件底面与散热水座紧密贴合以充分散热，测试和老化时，每个器件必须至少通过三个螺纹孔将其固定在散热水座上，这对于同时老化数十上百个器件，尤其是不具备实时监测功能的老化台来说，每次装卸器件的工作量太大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型测试、老化夹具，它适用于CS封装的大功率半导体激光器光电性能检测和长期老化，可适用于连续40W-80W或低占空比准连续300W单bar封装的器件测试和老化，并可提高长期老化的安全性和可靠性，同时降低装卸器件的工作量，有效提高老化考核的工作效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种适用于激光二极管的测试老化夹具，其包括：

水座，两侧面分别开设入水孔和出水孔，其上表面对应于待测试或老化的激光二极管的位置开有多个入水微孔通道和多个出水微孔通道，所述入水孔与所述多个入水微孔通道连接，所述出水孔与所述多个出水微孔通道连通，水流从入水孔进入后通过所述入水微孔通道流入并布满整个待测试或老化的激光二极管对应的底部平面并通过出水微孔通道从出水孔流出；

底座，其固定在所述水座上表面对应于待测试或老化的激光二极管的位置处，其上表面的一端用于固定所述待测试或老化的激光二极管；所述底座的另一端还具有两个引线孔，均用于将所述待测试或老化的激光二极管的正极引出；

绝缘块，其固定在所述底座上表面的中部，且置于所述待测试或老化的激光二极管的后端；

负极引线片，其第一端与所述待测试或老化的激光二极管的负极连接，第二端用于将所述待测试或老化的激光二极管的负极引出；

压块，为凹形柱体，其置于所述待测试或老化的激光二极管上表面，包括滚花控制杆和两定位杆，所述滚花控制杆通过控制块上的螺孔，向下旋拧所述压块，以将所述待测试或老化的激光二极管与底座压紧；所述两定位杆位于所述滚花控制杆两侧，用于定位压块；

控制块，其上开设有对称分布在控制块两端的两个第一螺孔、中心部位的第二螺孔，以及位于两个第一螺孔两侧的两个通孔，所述两个第一螺孔用于固定支撑杆，所述第二螺孔用于旋拧滚花控制杆，所述两通孔用于固定定位杆；

支撑杆，其一端固定在控制块上，另一端固定在底座上，用于支撑压块。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、冷却水在从水座与底座接触面之间的入水微孔通道流入，并流至出水微孔通道流出的这一散热平面内是分层流动的，相对于以往的大通道水座，微孔通道比大通道有更大的热交换效率。微孔通道热阻约为0.01℃W^-1cm^-2～0.05℃W^-1cm^-2，可适用于连续40W-80W或低占空比准连续输出300W单bar器件的测试和老化。

2、仅需通过滚花控制杆往下拧压绝缘压块，即可紧固CS热沉与底座的接触，拆装简单，方便操作。

3、由于CS器件的铜散热块亦即其正极，该散热块与导电导热底座直接接触，因而可将底座作为正极引出端。在与水座相接触的底座底面沉积一层多晶金刚石或石墨烯导热膜或石墨烯纳米导热涂层，不但使老化器件相互之间绝缘，提高激光二极管工作的安全性，而且该导热膜或涂层具有非常高的导热特性，使得激光二极管可稳定可靠工作。

附图说明

图1是本发明中CS热沉封装单bar器件的结构示意图。

图2是本发明中水座的结构示意图。

图3是本发明中底座的结构示意图。

图4是本发明中用于激光二极管测试老化夹具组装后使用状态立体图。

图5是本发明用于激光二极管测试老化夹具组装连线后使用状态立体图背面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1至图5所示，本发明提供一种大功率激光二极管测试老化夹具，用于CS封装的单bar器件的测试及老化。所述CS封装的单bar器件10包括(参见图1)：一负极块11、一铜散热块12、一负极连接片13及一激光二极管bar条14。其中激光二极管bar条14的p面通过焊料焊接在铜散热块12上、而n面通过焊料与负极连接片13前端焊接在一起。未与激光二极管bar条14焊接的负极连接片13的后部以及整个负极块11与铜散热块12之间用一绝缘薄片15隔开，负极块11通过通孔111和绝缘螺母16与铜散热块12拧固，通过螺孔112引出激光二极管bar条负极。

所述测试老化夹具包括：

一水座20(同时参阅图2和图3)，为绝缘材料制成，如绝缘聚四氟乙烯塑料或ABS工程塑料材质，为一长方体结构。其两侧面分别有一大入水螺孔211和一大出水螺孔212。入水螺孔211和出水螺孔212均外接快插拔水管接口。水座20上表面具有多个长方形的凹槽，用于形成密封的高效水流散热面。所述凹槽内具有凸起小平面23，其两端的凹槽面上开有多个间隔分布的入水微孔通道221和多个间隔分布的出水微孔通道222。所述多个入水微孔通道221和多个出水微孔通道222分布在所述凸起小平面23的相对两侧，微孔通道直径1mm±0.5mm，其顶部与小平面23处于同一平面，间距5mm±1mm，微孔通道个数5-8个。入水螺孔211与水座20上所有凹槽中的入水微孔通道221连通，而出水螺孔212与所有凹槽中的出水微孔通道222连通。水流小平面23低于水座20的上表面24，从入水螺孔211通冷却水后，水流将从入水微孔通道221进入所述凹槽并布满整个小平面23，同时，水流从所述出水微孔通道222流出至出水螺孔212，进而形成层流水流，以达到降低热阻，提高所发明夹具散热能力的目的。底座30与该水座20通过沉孔31和螺孔25固定并紧密接触，其中所述螺孔25分布在所述底座20上各个凹槽上表面的四周，每个底座30对应四个螺孔25。水流小平面23的四周开有密封槽26，并在该密封槽26内固定与之同等尺寸的橡胶O圈，且橡胶O圈稍高出水座平面24，以确保密封住该水流小平面23且底座30与平面24能紧密接触。根据待老化的器件的具体数量(一般为5-20个为一组)，在水座上设计同等数量的水流小平面23以及底座30。水座20两端各开有一个穿过上下表面的沉孔27，用于将水座固定在老化台上。

一底座30(同时参阅图3和图4)，为高导电和导热、且可防氧化和腐蚀的材料，如表面镀镍紫铜材质，为一长方体结构，并可在其与水座紧密接触的底面35沉积一层多晶金刚石，或石墨烯导热膜或石墨烯纳米导热涂层，其厚度在0.07mm-1.5mm，一方面用于各个待老化器件间的绝缘，以提高激光二极管工作的安全性，另一方面该导热膜或涂层具有非常高的导热特性，从而可使器件稳定可靠工作。底座30四个角开有四个沉孔31，用于将底座30固定在水座20上的螺孔25中。底座30前端开有两个螺孔32，可用于将控制块45的支撑杆41紧固于底座30上。中部开有两个螺孔33，用于将绝缘垫块42固定于底座30上。底座30后端开有两个引线孔34，其中最边缘位置的该引线孔，如图5中的引线孔3451或3412，用于从此处引出整个CS器件组的正极电极引线到外部的激光二极管驱动电源的正极接线柱上，其他位置的引线孔，如3411、3421、3431、3441或3422、3432、3442、3452，用于与毗邻位置的负极引出片44上的通孔442用电导线连接起来，从而串联各个CS器件10。底座30前端，即两个沉孔31和两个螺孔33之间的平面，用于放置CS器件10，该部分平面要求较高的光洁度，以使CS底部与底座30能紧密贴合并充分散热。

绝缘块42(参阅图5)，为ABS工程塑料材质，为一长方体结构。其左右两端开有两个贯通上下表面的长条形沉孔422，两个长条形沉孔422之间开有一浅螺孔421。所述长条形沉孔422用于将绝缘块42固定于底座30上，同时由其固定的绝缘块42的位置起到限定CS器件10位置的作用。浅螺孔421用于与负极引线片44上的通孔442通过螺母拧固，以引出CS器件的负极到外部激光二极管驱动电源上；

一负极引线片44(参阅图5)，为镀镍紫铜材质，为T形薄片，非T形端开有椭圆通孔441，螺母通过441与CS器件10负极块11上的螺孔112拧固，以将CS器件10的负极引出；T型端开有通孔442，螺母通过442与绝缘垫块42上的螺孔421拧固，用于将CS器件10的负极引出。

一支撑杆41，为黄铜材质，为一圆柱体结构，其两端为螺纹，分别与底座30上的螺孔32和控制块45上的螺孔451拧固，起到支撑压块43的作用。

一压块43(参阅图4)，为绝缘材质，如绝缘聚四氟乙烯塑料或ABS工程塑料材质等制成的凹型柱体，压块43通过其上的螺孔分别与一黄铜材质的滚花控制杆431和两个定位杆432拧固。滚花控制杆431上端为滚花帽，下部为螺纹柱，螺纹柱穿过控制块上的螺孔453，可向下旋拧凹型柱体压块43，以将CS器件10上的铜散热块12与底座30压紧以充分散热。两个定位杆432穿过控制块45上的通孔452，起到在拧动滚花控制杆的过程中对压块43定位的作用。

控制块45(参阅图4)，为黄铜材质，为一长方体结构，其上开有对称的两螺孔451和中心部位的一螺孔453，以及两通孔452。所述两螺孔451对称的分布于控制块的两端，用于固定支撑杆41；一螺孔453位于控制块中心位置，用于旋拧滚花控制杆431；两通孔452对称的分布于螺孔453的两侧，如图4所示，用于固定定位杆432。

测试或老化时，将CS器件10置于夹具40的底座30上，如图4所示，使得CS器件10上焊接有激光二极管bar条14的一端与底座30的边沿对齐，并通过旋拧滚花控制杆431将凹型柱体固压块43压紧在CS器件10上的铜散热块12上，以保证充分散热。最后用电导线将CS器件10的正极从底座30上的螺孔34引出，其负极从负极引线片44上的通孔442引出，并分别连接到外部的激光二极管驱动电源的正负极接线柱上。

请再参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明大功率激光二极管测试老化夹具的使用方法如下：

首先，将底座30上镀有多晶金刚石或石墨烯导热膜或石墨烯纳米导热涂层的绝缘导热面与水座20上的平面24固定。保证水座20上的各个小水流平面23周围密封槽26内的O圈要稍高于水座平面24，并将水座20和各底座30通过沉孔31和螺孔25组装起来，依次拧固使之不漏水。

其次，预置一CS器件10于底座30前端，CS器件10上焊接有激光二极管bar条14的前沿与水座20的边沿对齐，起到预留位置的作用。将绝缘垫块42齐贴着CS器件10的后端放置，并通过其上沉孔422和底座30上的螺孔33将其紧固并定位在底座上。将滚花控制杆431穿过控制块45上的螺孔453、定位杆432穿过控制块45上的定位孔452，之后分别将滚花控制杆431和定位杆432拧固在绝缘压块43上对应的螺孔中。再将支撑柱41一端拧固在底座30的螺孔32中，另一端拧固在控制块45的螺孔451中，起到支撑压块43的作用。

最后，将水座20的入水螺孔211和出水螺孔212外接快插拔水管接口，并连接至冷热水循环机。拧松压块43上的滚花控制杆431，并将合格的CS器件10放在凹形柱体压块43的下面，由于绝缘垫块42起到定位边的作用，可方便确定CS器件10的位置，以使激光二极管bar条14前腔面与底座30的边沿对齐。为获得良好的接触散热，可在与底座30接触的CS器件10的底部垫一同等尺寸的铟箔并拧紧压块43，使各个CS器件10固定在底座30上。将负极引线片44上的各个椭圆通孔441分别与对应的CS器件10上的负极螺孔112拧固；另一椭圆通孔442与绝缘块42上的螺孔421对准；参阅图5，以老化5个CS器件10为例，将夹具40一端401号位的通孔442外接到激光二极管驱动电源负极接线柱上；并从夹具40一端401号位的螺孔341开始至404号位上的螺孔344，依次将其与毗邻的402号位至405号位的通孔442分别用一根电导线串联起来，最后将夹具40另一端405号位的螺孔345外接到激光二极管驱动电源的正极接线柱上，这样便可以同时对若干个CS封装器件测试、老化。

所述的大功率激光二极管老化、测试夹具具有结构简单、加工容易、取放方便、安全可靠等特点，可有效保证CS这类封装结构器件的测试、老化。高效微孔通道大大增强了散热能力，可适用于更高功率，如连续输出40W-80W或低占空比准连续输出300W的单bar器件测试和老化。另外，测试老化前后仅需拧松或拧紧滚花控制杆431来取放器件，大大提高生产效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于激光二极管的测试老化夹具，其特征在于，包括：

水座，两侧面分别开设入水孔和出水孔，其上表面对应于待测试或老化的激光二极管的位置开有多个入水微孔通道和多个出水微孔通道，所述入水孔与所述多个入水微孔通道连接，所述出水孔与所述多个出水微孔通道连通，水流从入水孔进入后通过所述入水微孔通道流入并布满整个待测试或老化的激光二极管对应的底部平面并通过出水微孔通道从出水孔流出；

底座，其固定在所述水座上表面对应于待测试或老化的激光二极管的位置处，其上表面的一端用于固定所述待测试或老化的激光二极管；所述底座的另一端还具有两个引线孔，均用于将所述待测试或老化的激光二极管的正极引出；

绝缘块，其固定在所述底座上表面的中部，且置于所述待测试或老化的激光二极管的后端；

负极引线片，其第一端与所述待测试或老化的激光二极管的负极连接，第二端用于将所述待测试或老化的激光二极管的负极引出；

压块，为凹形柱体，其置于所述待测试或老化的激光二极管上表面，包括滚花控制杆和两定位杆，所述滚花控制杆通过控制块上的螺孔，向下旋拧所述压块，以将所述待测试或老化的激光二极管与底座压紧；所述两定位杆位于所述滚花控制杆两侧，用于定位压块；

控制块，其上开设有对称分布在控制块两端的两个第一螺孔、中心部位的第二螺孔，以及位于两个第一螺孔两侧的两个通孔，所述两个第一螺孔用于固定支撑杆，所述第二螺孔用于旋拧滚花控制杆，所述两通孔用于固定定位杆；

支撑杆，其一端固定在控制块上，另一端固定在底座上，用于支撑压块。

2.如权利要求1所述的测试老化夹具，其中，其上可以同时测试或老化多个激光二极管。

3.如权利要求2所述的测试老化夹具，其中，所述水座上表面具有多个凹槽，且每个凹槽内部的四周均开有所述多个入水微孔通道和多个出水微孔通道，所述凹槽内具有水流凸起小平面。

4.如权利要求3所述的测试老化夹具，其中，多个所述底座分别通过螺孔固定在所述水座的多个凹槽上，并通过密封O圈密封住所述的水流凸起小平面；多个待测试或老化的激光二极管分别固定在每个底座上，每个待测试或老化的激光二极管分别对应一个底座、一个绝缘块、一个负极引线片、两个支撑杆、一个压块和一个控制块。

5.如权利要求4所述的测试老化夹具，其中，对应于所述水座最边缘的待测试或老化的激光二极管的负极引线片上的第二端外接至激光二极管驱动电源的负极，且从最边缘开始，每个底座的其中一个引线孔通过导线连接至下一个负极引线片上的第二端，最后一个底座的其中一个引线孔外接至激光二极管驱动电源的正极。

6.如权利要求1所述的测试老化夹具，其中，所述多个入水微孔通道和出水微孔通道的直径在1mm±0.5mm之间，间距5mm±1mm，微孔通道个数5-8个。

7.如权利要求1所述的测试老化夹具，其中，在与水座相接触的底座表面沉积有多晶金刚石、石墨烯导热膜或石墨烯纳米导热涂层，其厚度在0.07mm-1.5mm之间。

8.如权利要求1所述的测试老化夹具，其中，所述水座、压块采用绝缘材料，所述底座和负极引线片采用高导热高导电材料，所述支撑杆和控制块采用硬质材料。

9.如权利要求8所述的测试老化夹具，其中，所述水座、压块采用绝缘聚四氟乙烯塑料或ABS工程塑料材质；所述底座和负极引线片采用表面镀镍紫铜材质，所述支撑杆和控制块采用黄铜材质。

10.如权利要求1所述的测试老化夹具，其中，所述激光二极管为传导冷却封装的激光二极管单bar器件。