CN105591279B - 一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具及其烧结方法 - Google Patents

Abstract

一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，包括底座、支撑架、在所述支撑架顶端设置的平台，在所述平台的顶部设置有压片夹；所述压片夹的前端与所述平台的外缘对齐设置，在所述上夹体前端固定设置有垂直于底座的压杆，所述压杆随上夹体与平台的开合而移动；在所述压杆的底端设置有绝缘片。本发明采用平台、支撑架和底座形成半框形结构，在所述平台上通过压片夹驱动压杆实现对半导体激光器管芯定位固定，同时，还可以通过压杆实现对电极线与管芯压合，实现对管芯通电，进而观察其安装位置是否与管壳出光口轴向对齐，如果位置对齐，则直接对利用所述夹具固定的激光器进行烧结。

Description

一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具及其烧结方法

技术领域

本发明涉及一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具及其烧结方法，属于半导体光电子学技术领域。

背景技术

由于半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、波长覆盖范围广等优点，广泛应用于工业、医疗、通讯和军事等领域，逐步取代了传统气体和固体激光器。但是，由于半导体激光器体积小、功率高，管芯的散热是影响半导体激光器寿命和稳定性的关键因素。半导体激光器管芯需要通过热沉对其进行散热，这就要求热沉与管芯的之间满足连接牢固、导热性好、抗疲劳、低阻值等条件，而将半导体激光器管芯烧结在热沉上的方法正是解决管芯散热问题所采用的最广泛的方法之一，最普遍的烧结方法是将单个管芯烧结在热沉上，然而，为了做到激光器外壳绝缘，通常要先将管芯烧结在镀金的绝缘热沉上，然后再将该热沉用低温焊料烧结在导热性好的次热沉上，同时也把次热沉用低温焊料烧结到管壳上。但是，由于管芯与管口之间有一定距离，所以直接放置难以保证管芯出光与出光管同轴，会减少耦合时耦合器的调节范围导致难以耦合，且焊料在融化时会有一定的流动性，会造成热沉与次热沉以及次热沉和管壳之间的烧结空洞，还会使管芯出光方向发生偏转。直接采用合金炉等设备，无法固定热沉、次热沉之间，以及次热沉和管壳之间的位置，不仅容易产生烧结空洞，也会造成发光方向的偏转。另一种烧结方式是采用吸嘴加压的烧结设备，这种设备的缺点是效率低，每次只能烧结一个管芯；无法对管芯的方向进行校正；单点加压，压力不均导致翘曲。

中国专利文件CN101515702提出了一种半导体激光器管芯烧结装置及其使用方法，该管芯烧结的方法为用第一吸针将热沉吸到装置的前挡板处，然后在显微镜的辅助下，用第二吸针将管芯吸到热沉上并与热沉的边缘摆放对准，将压杆的压针压住管芯，在氮气保护的环境下进行烧结，该方法的不足之处在于效率低，一次只能烧结一只管芯，且没法对位。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具。

本发明还提供一种利用上述夹具对半导体激光器管芯进行烧结的方法。

本发明的技术方案如下：

一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，包括底座、支撑架、在所述支撑架顶端设置的平台，在所述平台的顶部设置有压片夹；所述的压片夹包括上夹体和驱动所述上夹体前端张合的弹簧轴；所述弹簧轴设置在所述上夹体和平台之间，所述压片夹的前端与所述平台的外缘对齐设置，在所述上夹体前端固定设置有垂直于底座的压杆，所述压杆随上夹体与平台的开合而移动；在所述压杆的底端设置有绝缘片。此处设计的优点在于，本发明采用平台、支撑架和底座形成半框形结构，在所述平台上通过压片夹驱动压杆实现对半导体激光器管芯定位固定，同时，本发明还可以通过压杆实现对电极线与管芯压合，实现对管芯通电，进而观察其安装位置是否与管壳出光口轴向对齐，如果位置对齐，则直接对利用所述夹具固定的激光器进行烧结。

根据本发明优选的，所述的夹具包括沿支撑架两侧对称设置的底座、沿支撑架两侧对称设置的平台，在所述对称设置的平台上分别设置有压片夹。此处设计的优点在于，通过在支撑架的两侧对称增加底座和平台的面积，增加对齐安装的重复效率，节约程序。

根据本发明优选的，所述的压片夹包括上夹体、下夹体，和驱动所述上夹体、下夹体张合的弹簧轴，所述下夹体与所述平台固定连接。此处设计的优点在于：方便压片夹与平台固定安装，直接购买现有市售的夹体就可以实现对夹具的加工，加工和后续维护的成本大大降低。

根据本发明优选的，在所述底座上设置有供半导体激光器管壳盛放的定位槽。此处设计的优点在于，便于对管壳进行有效定位固定，实现后续出光轴向对齐，提高烧结的成品率，实现高质量批量工业化生产。

根据本发明优选的，在所述绝缘片的底端固定设置有电极线。此处设计的优点在于，当对所述管芯进行通电时，便于快速对接通电，实现对位批量校对出光位置。

根据本发明优选的，所述的夹具整体为长条形，在所述底座上、且沿所述长条形夹具的轴向依次设置有多个定位槽用于安装半导体激光器管壳；在所述平台上、且沿所述长条形夹具的轴向依次设置有压片夹，所述每个压片夹与所述每个定位槽垂直相对设置。此处设计的优点在于，将所述夹具设计为承载多个激光器的加工平台，实现批量化对齐、烧结，减少中间中转环节，大大提高了工作效率。

根据本发明优选的，所述绝缘片为陶瓷片或石英片。

根据本发明优选的，所述电极线为镀金电极线。

根据本发明优选的，所述绝缘片与压杆通过转轴或万向轴相连。此处设计的优点在于，所述的转轴和万向轴便于任意角度调整绝缘片，使所述绝缘片、电极线的接触面与管芯接面平行。

根据本发明优选的，所述的电极线与绝缘片为一体式焊接安装结构。此设计的优点在于，将电极线和绝缘片片状焊接安装，使所述电极线与管芯平整接触。

一种利用上述夹具对半导体激光器管芯进行烧结的方法，包括步骤如下：

(1)将次热沉放置在激光器外壳内，次热沉和激光器外壳之间放置低温焊料；

(2)将用高温焊料焊接好管芯的绝缘热沉放置在次热沉上，管芯的出光方向朝向激光器外壳的管口，绝缘热沉和次热沉之间放置低温焊料；

(3)将所述激光器外壳放在所述底座的定位槽内；

(4)调整压片夹，驱动所述压杆压住所述绝缘热沉，使管芯处于所述绝缘片和绝缘热沉之间；

(5)通过所述电极线对所述管芯通电，管芯发光先后通过激光器外壳的内管口和外管口，观察发光在管壳内管口和外管口的位置，调整绝缘热沉的位置和角度，使内管口和外管口处的光斑均处在管口中间，则完成对位调节；

(6)对装在夹具中的激光器外壳、次热沉、绝缘热沉进行烧结，形成半导体激光器。

根据本发明优选的，步骤(1)中的次热沉为铜材料热沉或绝缘晶体材料热沉。

根据本发明优选的，步骤(1)、(2)中所述的焊料为焊片或是通过蒸发的方法置于热沉或管壳内的焊料。

根据本发明优选的，步骤(6)中，将夹具置于加热台上用通有氮气的保护罩密封烧结，或放在真空合金炉中进行烧结。

本发明的有益效果：

本发明所述一种可对位批量烧结半导体激光器的夹具结构设计合理、使用方便。使用该夹具进行半导体激光器烧结，可以一次烧结多个激光器。所用夹具既可以对各个热沉进行固定，防止焊料融化过程中导致的位置偏移，又可以通电来对他们的位置进行良好的对位，从而使得出光方向与管口同轴。

附图说明

图1是本发明所述夹具的结构示意图，图中：1、底座，2、支撑架，3、平台，4、压片夹，5、压杆，6、绝缘片，7、电极线；

图2是本发明所述底座的结构示意图，8、定位槽；

图3是本发明所述夹具的应用示意图，9、管壳，10、次热沉，11、绝缘热沉；12、通有氮气的保护罩；13、保护罩底座。

图4是本发明中所述夹具烧结10个管芯时的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图1-4所示。

实施例1、

一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，包括底座1、支撑架2、在所述支撑架2顶端设置的平台3，在所述平台3的顶部设置有压片夹4；所述的压片夹4包括上夹体和驱动所述上夹体前端张合的弹簧轴；所述弹簧轴设置在所述上夹体和平台3之间，所述压片夹4的前端与所述平台3的外缘对齐设置，在所述上夹体前端固定设置有垂直于底座的压杆5，所述压杆5随上夹体与平台3的开合而移动；在所述压杆5的底端设置有绝缘片6。

所述的夹具包括沿支撑架两侧对称设置的底座1、沿支撑架2两侧对称设置的平台3，在所述对称设置的平台3上分别设置有压片夹4。

在所述底座1上设置有供半导体激光器管壳盛放的定位槽8。

在所述绝缘片6的底端固定设置有电极线7。所述绝缘片6为陶瓷片或石英片。所述电极线7为镀金电极线。

实施例2、

如实施例1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其区别在于，所述的压片夹4包括上夹体、下夹体，和驱动所述上夹体、下夹体张合的弹簧轴，所述下夹体与所述平台固定连接。

所述的夹具整体为长条形，在所述底座1上、且沿所述长条形夹具的轴向依次设置有多个定位槽8用于安装半导体激光器管壳9；在所述平台3上、且沿所述长条形夹具的轴向依次设置有压片夹4，所述每个压片夹4与所述每个定位槽8垂直相对设置。

实施例3、

如实施例1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其区别在于，所述绝缘片6与压杆5通过转轴或万向轴相连。

实施例4、

如实施例1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其区别在于，所述的电极线7与绝缘片6为一体式焊接安装结构。

实施例5、

一种利用如实施例1-4所述夹具对半导体激光器管芯进行烧结的方法，包括步骤如下：

(1)将次热沉10放置在激光器外壳内，次热沉10和激光器外壳之间放置低温焊料；

(2)将用高温焊料焊接好管芯的绝缘热沉11放置在次热沉10上，管芯的出光方向朝向激光器外壳的管口，绝缘热沉11和次热沉10之间放置低温焊料；

(3)将所述激光器外壳放在所述底座1的定位槽8内；

(4)调整压片夹4，驱动所述压杆5压住所述绝缘热沉11，使管芯处于所述绝缘片6和绝缘热沉11之间；

(5)通过所述电极线7对所述管芯通电，管芯发光先后通过激光器外壳的内管口和外管口，观察发光在管壳内管口和外管口的位置，调整绝缘热沉的位置和角度，使内管口和外管口处的光斑均处在管口中间，则完成对位调节；

(6)对装在夹具中的激光器外壳、次热沉10、绝缘热沉11进行烧结，形成半导体激光器。

步骤(1)中的次热沉10为铜材料热沉或绝缘晶体材料热沉。

步骤(1)、(2)中所述的焊料为焊片或是通过蒸发的方法置于热沉或管壳内的焊料。

步骤(6)中，将夹具置于加热台上用通有氮气的保护罩12密封烧结，或放在真空合金炉中进行烧结。

Claims (9)

1.一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，所述夹具包括底座、支撑架、在所述支撑架顶端设置的平台，在所述平台的顶部设置有压片夹；所述的压片夹包括上夹体和驱动所述上夹体前端张合的弹簧轴；所述弹簧轴设置在所述上夹体和平台之间，所述压片夹的前端与所述平台的外缘对齐设置，在所述上夹体前端固定设置有垂直于底座的压杆，所述压杆随上夹体与平台的开合而移动；在所述压杆的底端设置有绝缘片；

所述的夹具整体为长条形，在所述底座上、且沿所述长条形夹具的轴向依次设置有多个定位槽用于安装半导体激光器管壳；在所述平台上、且沿所述长条形夹具的轴向依次设置有压片夹，每个所述压片夹与每个所述定位槽垂直相对设置。

2.根据权利要求1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，所述的夹具包括沿支撑架两侧对称设置的底座、沿支撑架两侧对称设置的平台，在所述对称设置的平台上分别设置有压片夹。

3.根据权利要求1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，所述的压片夹包括上夹体、下夹体，和驱动所述上夹体、下夹体张合的弹簧轴，所述下夹体与所述平台固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，在所述底座上设置有供半导体激光器管壳盛放的定位槽。

5.根据权利要求1所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，在所述绝缘片的底端固定设置有电极线。

6.根据权利要求5所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，所述绝缘片为陶瓷片或石英片；所述电极线为镀金电极线。

7.根据权利要求5所述的一种可对位批量烧结半导体激光器管芯的夹具，其特征在于，所述绝缘片与压杆通过转轴或万向轴相连；所述的电极线与绝缘片为一体式焊接安装结构。

8.一种利用如权利要求5-7任意一项所述夹具对半导体激光器管芯进行烧结的方法，包括步骤如下：

(1)将次热沉放置在激光器外壳内，次热沉和激光器外壳之间放置低温焊料；

(2)将用高温焊料焊接好管芯的绝缘热沉放置在次热沉上，管芯的出光方向朝向激光器外壳的管口，绝缘热沉和次热沉之间放置低温焊料；

(3)将所述激光器外壳放在所述底座的定位槽内；

(4)调整压片夹，驱动所述压杆压住所述绝缘热沉，使管芯处于所述绝缘片和绝缘热沉之间；

(5)通过所述电极线对所述管芯通电，管芯发光先后通过激光器外壳的内管口和外管口，观察发光在管壳内管口和外管口的位置，调整绝缘热沉的位置和角度，使内管口和外管口处的光斑均处在管口中间，则完成对位调节；

(6)对装在夹具中的激光器外壳、次热沉、绝缘热沉进行烧结，形成半导体激光器。

9.根据权利要求8所述的对半导体激光器管芯进行烧结的方法，其特征在于，步骤(1)中的次热沉为铜材料热沉或绝缘晶体材料热沉；步骤(1)、(2)中所述的焊料为焊片或是通过蒸发的方法置于热沉或管壳内的焊料；步骤(6)中，将夹具置于加热台上用通有氮气的保护罩密封烧结，或放在真空合金炉中进行烧结。