CN106340802A - 一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置及其工作方法。该装置包括置换瓶、气体保护罩和加热台；气体保护罩设置在加热台的上表面；置换瓶顶部贯通设置有氮气进气管和甲酸出气管；气体保护罩顶部贯通设置有保护罩进气管，气体保护罩的侧壁上贯通设置有尾气管；所述甲酸出气管与所述保护罩进气管连通；气体保护罩内水平设置有匀化板，所述匀化板为表面设置有多个通孔的平板结构；保护罩进气管和尾气管分别设置在匀化板的上下两侧；所述置换瓶内盛有甲酸溶液。本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，结构简单，操作方便、安全，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置及其工作方法，属于半导体激光器的技术领域。
背景技术
半导体激光器由于体积小、重量轻、转换效率高、使用寿命长等优点，在医疗、显示、泵浦、工业加工等领域有广泛的应用。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术和腔面钝化技术的飞速发展，半导体激光器的性能得到了很大的提升，可实现的光功率密度也越来越高，而更高的光功率输出也对半导体激光器的散热提出了更高的要求，而烧结空洞是导致半导体激光器散热能力差的最主要原因。
为了获得高的功率输出或高的功率密度，半导体激光器封装过程中往往涉及到二次或多次烧结，在二次或多次烧结中经常会用到熔点稍低、烧结应力小的软焊料，如铟焊料、铟锡焊料等。软焊料易氧化，在空气中氧化成熔点高的氧化物，会在焊接界面处形成焊接空洞，增加器件的热阻，从而影响半导体激光器的性能和寿命。为了减少焊料的氧化程度，降低烧结时的空洞率，必须在烧结前对焊料进行还原处理，去掉焊料表面的氧化层。
中国专利文献CN201520034456.X公开了一种大功率激光二极管烧结用气体介质匀化装置,包括中部设有镂空区的支架，镂空区一侧支架上设有连接板，镂空区的边缘能与烧结设备的吸嘴密封配合，支架上设有与进气管和出气管连通的进气通路和尾气通路，进气通路和尾气通路另一端与支架中部的镂空区相通。该装置通过将支架安装在烧结台上，在烧结过程中通入还原气体，同时还原气体通过支架的镂空区将还原气体匀化，可实现热沉上焊料的还原。但由于该装置需安装在烧结设备上，在烧结过程中才能发挥还原的作用，这样就限制了烧结设备的应用，而且，还原区域仅在烧结设备的吸嘴下方，一次只能同时还原烧结一个激光器，生产效率低。
中国专利文献CN201210010539.6公开了一种焊料还原剂自动添加装置，包括：贮液容器，液泵，加液杯，第一检测装置设于加液杯中第一预设位置，用于检测加液杯中的还原剂剂量并输出第一检测信号；控制器，用于根据第一检测信号控制液泵停止工作，以及在液泵停止工作后打开控制阀控制加液杯中还原剂完全进入焊料池；在工业应用中该装置能实现还原剂定量和自动化添加，但半导体激光器封装领域对焊料成分要求较高，且器件尺寸较小，可操作空间小，该装置不适用。而且，该装置组成复杂，成本较高，不适用于半导体激光器的批量封装。
目前，在半导体激光器封装领域，在对焊料的还原过程中使用的还原气体大多数还是氢气或氮、氢混合气体，氢气具有极大的危险性，对还原操作和尾气处理提出了很高的要求，无形中大大增加了还原操作的成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置。
本发明还提供一种上述大功率半导体激光器烧结焊料还原装置的工作方法。
术语说明：
热沉：是指用于安装半导体激光器芯片的导热性能良好的铜块或陶瓷块。
本发明的技术方案为：
一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，包括置换瓶、气体保护罩和加热台；气体保护罩设置在加热台的上表面；置换瓶顶部贯通设置有氮气进气管和甲酸出气管；气体保护罩顶部贯通设置有保护罩进气管，气体保护罩的侧壁上贯通设置有尾气管；所述甲酸出气管与所述保护罩进气管连通；气体保护罩内水平设置有匀化板，所述匀化板为表面设置有多个通孔的平板结构；保护罩进气管和尾气管分别设置在匀化板的上下两侧；所述置换瓶内盛有甲酸溶液。其中，所述匀化板的特殊结构可将刚进入气体保护罩的甲酸气体均匀化，使其均匀地通过热沉上的焊料表面。
优选的，所述匀化板上的通孔均匀分布。
优选的，匀化板的形状与气体保护罩横向截面的形状相应。
优选的，所述气体保护罩为底部开口的圆柱形结构。
优选的，尾气管设置在气体保护罩的底部；尾气管的出口与尾气处理装置连通。
优选的，所述加热台设置有温度控制面板。此处设计的优点是可根据需要设定所需的温度。
优选的，所述氮气进气管的底端设置在甲酸溶液的液面下侧；所述甲酸出气管设置在甲酸溶液的液面上侧。
优选的，所述置换瓶和气体保护罩均为玻璃材质。玻璃材质耐甲酸溶液腐蚀。
一种上述大功率半导体激光器烧结焊料还原装置的工作方法，包括步骤如下：
1)将气体保护罩放置到加热台上，加热台的加热温度设置在焊料熔点以下10～20℃；
2)通过氮气进气管向甲酸溶液中通入氮气，氮气流量为0.1L/min～0.3L/min；此步骤的目的是排出气体保护罩内的空气，为焊料的还原提供还原性气体预环境。
3)将带有焊料的热沉放置到加热台的上表面，继续通过氮气进气管向甲酸溶液中通入氮气，氮气承载着甲酸气体通过所述甲酸出气管和所述保护罩进气管进入气体保护罩，加热台对气体保护罩内的焊料加热4～5min；
4)所述步骤3)中的加热步骤完成后，将气体保护罩及带有焊料的热沉同时进行冷却，并继续步骤3)中通入氮气的步骤；
5)气体保护罩及带有焊料的热沉冷却至室温后，停止3)中通入氮气的步骤，完成焊料的还原。
优选的，所述步骤3)中加热台上设置有多个带有焊料的热沉。此步骤实现对焊料的批量还原操作。
本发明的有益效果为：
1.本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，利用甲酸的还原性，在焊料的熔点以下，将蒸镀的焊料在还原性气氛中进行还原，去除表面的氧化层，提高了烧结时芯片与焊料的浸润性，减少了空洞的产生，大大提高了大功率半导体激光器的可靠性；
2.本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，避免了使用氢气，安全性更高，对还原操作和尾气处理要求低，降低了还原操作成本；
3.本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，结构简单，操作方便、安全，成本低。
附图说明
图1是本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置的结构示意图；
图2是本发明所述带有焊料的热沉；
图3是利用本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置进行焊料还原后的烧结效果图；
图4是未利用本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置进行焊料还原后的烧结效果图；
其中，1、置换瓶；2、甲酸溶液；3、氮气进气管；4、甲酸出气管；5、保护罩进气管；6、气体保护罩；7、匀化板；8、尾气管；9、加热台；10、通孔；11、热沉；12、焊料。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明；但不限于此。
实施例1
如图1所示。
一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，包括置换瓶1、气体保护罩6和加热台9；气体保护罩6设置在加热台9的上表面；置换瓶1顶部贯通设置有氮气进气管3和甲酸出气管4；气体保护罩6顶部贯通设置有保护罩进气管5，气体保护罩6的侧壁上贯通设置有尾气管8；所述甲酸出气管4与所述保护罩进气管5连通；气体保护罩6内水平设置有匀化板7，所述匀化板7为表面设置有多个通孔10的平板结构；保护罩进气管5和尾气管8分别设置在匀化板7的上下两侧；所述置换瓶1内盛有甲酸溶液。其中，所述匀化板7的特殊结构可将刚进入气体保护罩的甲酸气体均匀化，使其均匀地通过热沉上的焊料表面。
实施例2
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，所述匀化板7上的通孔10均匀分布。
实施例3
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，匀化板7的形状与气体保护罩6横向截面的形状相应。
实施例4
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，所述气体保护罩6为底部开口的圆柱形结构。
实施例5
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，尾气管设置在气体保护罩的底部；尾气管的出口与尾气处理装置连通，所述尾气处理装置为深圳科飞生产的KF-200活性炭吸附处理装置。
实施例6
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，所述加热台为长安金峰电子生产的JF-986型号的加热台，该加热台设置有温度控制面板。此处设计的优点是可根据需要设定所需的温度。
实施例7
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，所述氮气进气管3的底端设置在甲酸溶液2的液面下侧；所述甲酸出气管4设置在甲酸溶液2的液面上侧。
实施例8
如实施例1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，所不同的是，所述置换瓶1和气体保护罩6均为玻璃材质。玻璃材质耐甲酸溶液腐蚀。
实施例9
一种如实施例1-8所述大功率半导体激光器烧结焊料还原装置的工作方法，包括步骤如下：
1)将气体保护罩6放置到加热台9上，加热台9温度升到焊料熔点以下15℃；
2)通过氮气进气管3向甲酸溶液2中通入氮气，氮气流量为0.2L/min；此步骤的目的是排出气体保护罩内的空气，为焊料的还原提供还原性气体预环境。
3)将带有焊料的热沉放置到加热台9的上表面，继续通过氮气进气管3向甲酸溶液2中通入氮气，氮气承载着甲酸气体通过所述甲酸出气管4和所述保护罩进气管5进入气体保护罩6，加热台9对气体保护罩6内的焊料加热5min；其中，带有焊料的热沉的结构示意图如图2所示。
4)所述步骤3)中的加热步骤完成后，将气体保护罩6及带有焊料的热沉同时移到散热片上进行冷却，并继续步骤3)中通入氮气的步骤；
5)气体保护罩6及带有焊料的热沉冷却至室温后，停止3)中通入氮气的步骤，完成焊料的还原。
实施例10
如实施例9所述大功率半导体激光器烧结焊料还原装置的工作方法，所不同的是，所述步骤3)中加热台上设置有6个带有焊料的热沉。此步骤实现对焊料的批量还原操作。
利用实施例1-8所述还原装置及实施例9-10所述还原装置的工作方法进行焊料还原后的烧结效果图如图3所示；未利用实施例1-8所述还原装置及实施例9-10所述还原装置的工作方法进行焊料还原后的烧结效果图如图4所示，通过对比可知，本发明所述大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置对大功率半导体激光器烧结焊料的还原效果优良。
Claims (10)
1.一种大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，包括置换瓶、气体保护罩和加热台；气体保护罩设置在加热台的上表面；置换瓶顶部贯通设置有氮气进气管和甲酸出气管；气体保护罩顶部贯通设置有保护罩进气管，气体保护罩的侧壁上贯通设置有尾气管；所述甲酸出气管与所述保护罩进气管连通；气体保护罩内水平设置有匀化板，所述匀化板为表面设置有多个通孔的平板结构；保护罩进气管和尾气管分别设置在匀化板的上下两侧；所述置换瓶内盛有甲酸溶液。
2.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，所述匀化板上的通孔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，匀化板的形状与气体保护罩横向截面的形状相应。
4.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，所述气体保护罩为底部开口的圆柱形结构。
5.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，尾气管设置在气体保护罩的底部；尾气管的出口与尾气处理装置连通。
6.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，所述加热台设置有温度控制面板。
7.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，所述氮气进气管的底端设置在甲酸溶液的液面下侧；所述甲酸出气管设置在甲酸溶液的液面上侧。
8.根据权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结焊料的还原装置，其特征在于，所述置换瓶和气体保护罩均为玻璃材质。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述大功率半导体激光器烧结焊料还原装置的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
1）将气体保护罩放置到加热台上，加热台温度升到焊料熔点以下10～20℃；
2）通过氮气进气管向甲酸溶液中通入氮气，氮气流量为0.1L/min～0.3L/min；
3）将带有焊料的热沉放置到加热台的上表面，继续通过氮气进气管向甲酸溶液中通入氮气，氮气承载着甲酸气体通过所述甲酸出气管和所述保护罩进气管进入气体保护罩，加热台对气体保护罩内的焊料加热4～5min；
4）所述步骤3）中的加热步骤完成后，将气体保护罩及带有焊料的热沉同时进行冷却，并继续步骤3）中通入氮气的步骤；
5）气体保护罩及带有焊料的热沉冷却至室温后，停止3）中通入氮气的步骤，完成焊料的还原。
10.根据权利要求9所述大功率半导体激光器烧结焊料还原装置的工作方法，其特征在于，所述步骤3）中加热台上设置有多个带有焊料的热沉。
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