CN104882781A - 一种半导体激光器管芯烧结夹具及其烧结方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器管芯烧结夹具及其烧结方法；该夹具，包括底座、固定柱和压块，固定柱固定于底座上，底座上至少设置有一组固定柱，每一组固定柱为两个，每一组的两个固定柱上设置一个压块，压块上设有两个导孔，通过两个导孔套装在两个固定柱上；其烧结方法，包括如下步骤：（1）将激光器管芯和热沉排布于每一组固定柱的两个固定柱之间；（2）在每一组的两个固定柱上放置压块，使压块对管芯施压，并使得压块正对住激光器管芯压紧；（3）进行烧结；本发明结构简单，成本低、操作简便，可以方便的置于氮气保护罩壳中，有效防止焊料在高温烧结时发生氧化，可实现对半导体激光器的管芯与热沉进行快速批量的烧结，生产效率高。

Description

一种半导体激光器管芯烧结夹具及其烧结方法

技术领域

 本发明涉及一种用于半导体激光器管芯的烧结方法及夹具，属于半导体激光器管芯烧结技术领域。

背景技术

 随着科技的进步和社会的发展，激光器在各领域的应用逐步扩展。特别是新兴的半导体激光器，具有体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长和可靠性高等优点，已逐步取代了传统的气体和固体激光器的应用市场，广泛应用于工业加工、医疗、显示、娱乐、通讯和安保等领域。由于半导体激光器的管芯特有的体积小、功率高的特点，不利于管芯的散热。通电时管芯产生的废热需要及时排出，否则会造成过热，诱发激光器的失效。因此半导体激光器的散热性能成为影响其寿命和可靠性的关键因素，需要通过热沉对管芯的产热进行有效疏散，这要求热沉与管芯间的连接满足高热导率、低电阻、牢固可靠、抗疲劳等特性。因而，将半导体激光器管芯烧结到热沉上的方法是半导体激光器应用的关键技术之一。

目前普遍采用的合金炉等烧结设备，是将单个管芯放置在热沉上后加热烧结，对管芯没有施加压力。由于热沉上的焊料熔化时具有一定的流动性，会造成管芯与热沉间出现烧结空洞，还可能导致管芯位置的偏移，使得发光位置和方向产生偏转，合格率较低，并且会降低激光器的寿命和可靠性。 此外，有采用吸嘴吸起管芯放置于热沉上，再进行加温烧结的设备，所采用吸嘴加压的方式使得每次只能烧结一个激光器管芯，待烧结完成和冷却后再更换下一组管芯和热沉烧结，效率较低，且设备较为复杂，不利于将烧结环境密闭，使得焊料容易受到氧化。

中国专利文献 CN101515702 提出了一种半导体激光器管芯烧结装置及其使用方法，该方法首先将翘压杆移动到远离前挡板的空位处；用吸针将热沉吸到装置的前挡板处，吸针移开后往后拉动拨扳，将热沉放到压簧柱和前挡板之间，在显微镜观察下用吸针将待烧结的管芯吸到热沉的边缘摆放对准，吸针移开后，在显微镜观察下移动翘压杆，将翘压杆的压针准确落在管芯的上方；在真空以及氮气保护下完成烧结。该方法的不足之处在于一次只能烧结一个激光器，不适用于批量烧结；并且整个装置部件较多，加工和组装所需的精密部件较为困难，制造成本高。

CN103311797A提出了一种半导体器件烧结用夹具及半导体激光器多管芯的烧结方法，该方法在显微镜下用吸附机将半导体激光器管芯放置在带有焊料的热沉上，向上升起升降柱，将放有管芯的热沉移至夹具底座上，置于固定柱下，使固定柱正对管芯，此时升降柱柱体上的弹簧处于压紧状态；缓缓将升降柱放下，使固定柱能够正对住管芯；放下升降柱，升降柱柱体上的弹簧给升降柱向下的力，并带动固定柱对管芯施压，将半导体激光器管芯及热沉夹持在固定柱底面与底座之间，用通有氮气的保护罩壳罩住整个夹具并密封，然后放到加热台上进行烧结。该方法的不足之处在于整个装置部件较多，加工所需的精细部件较为困难，制造成本高。在生产中反复的升降温过程中，部件容易发生变形，导致夹具无法使用。

发明内容

 本发明针对现有半导体激光器管芯烧结技术存在的问题，提出一种结构简单、成本低、操作简便、生产效率高的半导体激光器管芯烧结夹具，同时提供一种该夹具的烧结方法。

本发明的半导体激光器管芯烧结夹具，采用以下技术方案：

该夹具，包括底座、固定柱和压块，固定柱固定于底座上，底座上至少设置有一组固定柱，每一组固定柱为两个，每一组的两个固定柱上设置一个压块，压块上设有两个导孔，通过两个导孔套装在两个固定柱上。

所述底座为长方形、正方形或圆形。

所述底座和压块采用磁性金属材料制成，固定柱采用无磁性的金属材料制成。优选的，底座采用具有磁性的不锈钢制成，压块采用铝镍钴磁铁制成，固定柱采用无氧铜制成。

上述夹具结构简单，成本低廉，操作简便可靠。利用磁性压块的重力以及与底座间的磁吸引力，对管芯施加一定的压力进行烧结，可以有效的减少管芯与热沉间的烧结空洞，提升激光器的寿命，保证产品的质量；磁吸引力的存在可以保证在压块下压时与底座间不易发生移位，放下后也能保持稳定不动，提升烧结的良率。压块能够上下移动，高度可调，从而可满足不同高度热沉和不同厚度管芯的烧结需要。

利用上述夹具进行半导体激光器管芯烧结的方法，包括如下步骤：

（1）在显微镜下用吸附机将半导体激光器管芯放置在带有焊料的热沉上，形成激光器管芯和热沉，将激光器管芯和热沉排布于每一组固定柱的两个固定柱之间，每一组放置2-5个；

（2）在每一组的两个固定柱上放置压块，通过压块的重力及压块与底座之间的磁力作用，使压块对管芯施压，微调激光器热沉和管芯的位置，使得压块正对住激光器管芯压紧；

（3）将通有氮气的保护罩壳盖住整个夹具后密封，放于加热台上，进行烧结。

本发明的夹具结构简单，成本低、操作简便，可以方便的置于氮气保护罩壳中，有效防止焊料在高温烧结时发生氧化，可实现对半导体激光器的管芯与热沉进行快速批量的烧结，生产效率高。

附图说明

图1是本发明半导体激光器管芯烧结夹具的结构示意图。

图2是本发明夹具中压块的结构示意图。

图中：1、底座，2、固定柱，3、压块，4、激光器管芯和热沉，5、导孔。

具体实施方式

如图1所示，本发明的半导体激光器管芯烧结夹具，包括底座1、固定柱2和压块3。底座1可以是长方体、正方体、圆柱或其它形状，优选为长方体。固定柱2通过螺纹连接或焊接等方式固定于底座1上，底座1上的固定柱至少设置有一组，每一组为两个固定柱，两个固定柱间的距离内可放置2-20个激光器管芯和热沉4（在显微镜下用吸附机将半导体激光器管芯放置在带有焊料的热沉上，形成激光器管芯和热沉4，热沉是指封装和冷却激光器管芯所使用的散热片），以放置2-5个激光器管芯和热沉为宜，这样可以进行批量烧结。每一组的两个固定柱上设置一个压块3。如图2，压块3上设有两个导孔5，通过两个导孔套装在两个固定柱上。两个导孔5的中心距与一组固定柱的两个固定柱2的中心距一致，两个导孔5的截面形状和尺寸与固定柱2的截面形状和尺寸一致，以保证压块3能够在两个固定柱2上自由上下移动，限位于底座1上，对激光器管芯和热沉4进行加压烧结。如果压块3上的导孔5是圆形或方形，那么固定柱2也为圆形或方形，且两者尺寸相适配，保证压块3在两个固定柱2上自由移动。压块3上的开孔和固定柱2优选圆形，以便于加工和配合。

底座1和压块3采用磁性金属材料制成，其中底座可采用具有磁性的铸铁或不锈钢等材料制成，压块可采用钐钴磁铁、铝镍钴磁铁等高温磁性材料制成，固定柱采用无磁性的金属材料制成，如不锈钢、铜基或铝基材料等。优选的，底座1采用具有磁性的不锈钢制成，压块3采用铝镍钴磁铁制成，固定柱2采用无氧铜制成。

如果底座1、固定柱2和压块3均采用无磁性的金属材料（如不锈钢、铜基或铝基材料），这种情况下，虽然仍能利用压块3的重力对激光器管芯和热沉4进行加压烧结，但压块3由于没有与底座1的磁吸引力，在安放和取放过程中易发生移动，导致管芯和热沉4移位，烧结对位不良，也不方便操作。

压块3的底部接触激光器管芯和热沉4的部位进行抛光，接触部位的长度可以根据待烧结的管芯的大小调整。烧结时压块3作用于激光器管芯和热沉4的压力可以通过增加压块3的厚度或增加其数量调整。

本发明半导体激光器管芯烧结夹具进行烧结的过程如下所述:

（1）在显微镜下用吸附机将半导体激光器管芯放置在带有焊料的热沉上，形成激光器管芯和热沉4，将激光器管芯和热沉4排布于每一组固定柱的两个固定柱之间，每一组放置2-5个激光器管芯和热沉4；

（2）在每一组的两个固定柱上放置一个压块3，压块3通过自身重力及其与底座1的磁力作用向下移动，对管芯施压；微调激光器热沉和管芯4的位置，使得压块3正对住激光器管芯压紧；

（3）将通有氮气的保护罩壳盖住整个夹具后密封，放于加热台上，按照现有技术进行烧结。

Claims (6)

1.一种半导体激光器管芯烧结夹具，包括底座、固定柱和压块，其特征是：固定柱固定于底座上，底座上至少设置有一组固定柱，每一组固定柱为两个，每一组的两个固定柱上设置一个压块，压块上设有两个导孔，通过两个导孔套装在两个固定柱上。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯烧结夹具，其特征是：所述底座为长方形、正方形或圆形。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯烧结夹具，其特征是：所述底座和压块采用磁性金属材料制成，固定柱采用无磁性的金属材料制成。

4.根据权利要求1或3所述的半导体激光器管芯烧结夹具，其特征是：所述底座采用具有磁性的不锈钢制成，压块采用铝镍钴磁铁制成，固定柱采用无氧铜制成。

5.一种权利要求1所述夹具进行半导体激光器管芯烧结的方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）在显微镜下用吸附机将半导体激光器管芯放置在带有焊料的热沉上，形成激光器管芯和热沉，将激光器管芯和热沉排布于每一组固定柱的两个固定柱之间，每一组放置2-20个；

（2）在每一组的两个固定柱上放置压块，通过压块的重力及压块与底座之间的磁力作用，使压块对管芯施压，微调激光器热沉和管芯的位置，使得压块正对住激光器管芯压紧；

（3）将通有氮气的保护罩壳盖住整个夹具后密封，放于加热台上，进行烧结。

6.根据权利要求5所述的进行半导体激光器管芯烧结的方法，其特征是，所述每一组固定柱的两个固定柱之间放置2-5个激光器管芯和热沉。