CN109576676B - 一种用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于半导体激光器芯片侧腔面镀膜的夹具，结构简明，对夹具精度要求不高，能够快速夹装芯片，避免在操作过程中污染或损伤芯片P面及腔面。该用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具包括底板、定位侧挡板、砷化镓解理片和上盖板；底板的上表面开设有平行的多条凹槽，凹槽沿长度方向贯通底板，并与底板相应的侧面垂直；凹槽的长度小于半导体激光器芯片的长度，芯片P面和N面的主体部分处于凹槽区域；凹槽的深度等于芯片厚度；凹槽在长度方向上的两端为其宽度最小的部位，并仅在此部位与芯片在宽度方向上接触；砷化镓解理片整体覆盖于底板及其凹槽内放置的半导体激光器芯片的表面，上盖板将砷化镓解理片压紧并固定。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器器件领域，涉及一种用于对半导体激光器(cm-bar)侧腔面进行镀膜的夹具。
背景技术
半导体激光器芯片也称为半导体激光二极管，或简称激光二极管(Laser Diode，LD)，可发射特定波长的激光，是一种重要的半导体光电子器件。半导体激光器阵列具有体积小、重量轻、寿命长、效率高等优点，既可用作固体激光的泵浦源，又可直接作为光源用于材料处理，在诸多领域有着广泛应用。
半导体激光器芯片是整个激光产业链的技术核心与源头，是带动整个产业发展的关键。用于激光加工行业的高功率半导体激光器阵列基本单元是cm-bar。半导体激光器芯片主要采用铟焊料和金锡封装在热沉上组成激光器件。铟焊料有着软焊料的明显优点：熔点低，可以低温烧结。但同时，铟焊料封装器件长期可靠性较差，焊料容易发生蠕变攀爬到芯片侧面使芯片导通漏电，影响激光器功率和寿命。所以，在半导体激光器工艺中半导体激光器芯片表面处理至关重要，它决定了器件的性能以及寿命。半导体激光器芯片本身材料(尤其是腔面光学膜)很脆弱，所以夹具结构若设计不合理，芯片夹持过程易造成表面划伤、污染及腔面薄膜损伤，而半导体激光器芯片的腔面是其最重要的部分，轻微的污染或损伤均可能对芯片的性能和可靠性造成严重的影响。
目前常用的侧腔面镀膜方式存在以下问题：
1、夹具结构复杂，部件多，对夹具精度要求高，加工成品率低，加工成本高；
2、半导体激光器芯片结构精密，容差小，对人员技能要求高，操作过程中芯片如摆放不精确极易造成芯片P面及腔面污染或损伤，导致成品率低。
发明内容
本发明提出一种用于半导体激光器芯片(cm-bar)侧腔面镀膜的夹具，结构简明，对夹具精度要求不高，能够快速夹装芯片，避免在操作过程中污染或损伤芯片P面及腔面。
本发明技术方案如下：
该用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具，包括底板、定位侧挡板、砷化镓解理片和上盖板；所述底板的上表面开设有平行的多条凹槽，凹槽沿长度方向贯通底板，并与底板相应的侧面垂直，每个凹槽用以放置一个半导体激光器芯片；凹槽的长度小于半导体激光器芯片的长度，使得芯片放置到位时芯片侧腔面能够伸出底板侧面，芯片P面和N面的主体部分处于凹槽区域；凹槽的深度等于芯片厚度(从P面到N面的尺寸)；凹槽在长度方向上的两端为其宽度最小的部位，并仅在此部位与芯片在宽度方向上(前腔面、后腔面)接触；所述砷化镓解理片整体覆盖于底板及其凹槽内放置的半导体激光器芯片的表面(通常芯片P面朝上)，上盖板将砷化镓解理片压紧并固定；所述定位侧挡板设置于底板侧面，作为半导体激光器芯片放置时的定位辅助工具，并使多个半导体激光器芯片在放置于相应凹槽时芯片侧腔面平齐。
基于上述方案，本发明还进一步作了如下优化：
所述凹槽的两个侧边为弧形。
定位侧挡板为L型，满足L型的下部侧面与底板侧面贴合，并低于凹槽所处的高度位置，L型的上部侧面作为与芯片侧腔面的接触面，使得芯片伸出底板侧面的部位悬空，定位侧挡板仅与芯片侧腔面接触。
定位侧挡板的下部侧面与底板侧面设置有凹凸匹配结构，以便于快速定位。
上盖板与底板采用榫槽结构配合。
本发明具有以下技术效果：
1、夹具组件简单、易加工，操作方便，能够确保半导体激光器芯片侧腔面钝化镀膜的均匀性和一致性，可杜绝半导体激光器芯片焊料攀爬导致漏电现象，显著提高半导体激光器芯片使用寿命。
2、可重复使用，可靠性高。
3、作业周期短，可批量化应用，生产效率高。
4、定位精确、快速。
附图说明
图1为夹具装配后的效果图。
图2为夹具右视结构示意图。
图3为底板的结构示意图。
图4为半导体激光器芯片结构示意图。
图5为底板与定位侧挡板组合的结构示意图。
图6为芯片放置在弧形凹槽内的示意图。
图7为底板以及芯片上表面覆盖砷化镓解理片的示意图。
图8为砷化镓解理片上表面覆盖上盖板的意图。
图9为撤去定位侧挡板的示意图。
附图标号说明：
1-底板，101-弧形凹槽；2-定位侧挡板；3-半导体激光器芯片，301-芯片P面，302-芯片N面，303-芯片前腔面，304-芯片后腔面，305-芯片侧腔面；4-砷化镓解理片；5-上盖板。
具体实施方式
该半导体激光器芯片侧腔面镀膜夹具包括底板1、定位侧挡板2、砷化镓解理片4和上盖板5，底板1上表面开设有多条贯通的凹槽。底板1和定位侧挡板2组装后，经前后腔镀膜且去边处理的若干半导体激光器芯片3(cm-bar)P面朝上相应放置在底板1的各个凹槽内；通过定位侧挡板2对半导体激光器芯片3进行限位和定位。凹槽的尺寸较芯片小，使得半导体激光器芯片3两端伸出底板1一定尺寸。砷化镓解理片4覆盖在半导体激光器芯片3上表面(P面)，以保护半导体激光器芯片3上表面(P面)发光区不被蒸镀薄膜和损伤。上盖板5覆盖在砷化镓解理片4上后，与底板1紧密组合，完成对半导体激光器芯片3的夹持和保护。
较佳的实施例如图1至图9所示，该夹具包括组装件底板1、定位侧挡板2、半导体激光器芯片3、砷化镓解理片4、上盖板5。将底板1和定位侧板2通过连接组装后，将半导体激光器芯片3的芯片P面301朝上放置在底板1上的弧形凹槽101内。采用弧形凹槽101结构可以避免激光器芯片3放置时污染或损伤芯片前腔面303和芯片后腔面304。芯片的侧腔面305与定位侧挡板2的L形台阶竖直面接触，通过合理的尺寸设计，使得芯片等距伸出底板1。激光器芯片P面301覆盖砷化镓解理片4，保证芯片P面301、芯片N面302无污染及损伤。将上盖板5压在砷化镓解理片4上；拆除定位侧挡板2，将夹具剩余部分(见图9)放入PECVD设备等离子体增强化学的气相沉积法进行钝化镀膜，保证芯片侧腔面305、芯片P面301和芯片N面302端部均匀蒸镀绝缘层。
激光器芯片前后腔面镀过腔面膜，通过合理设计夹具尺寸以及弧形的凹槽可以保护激光器芯片前后腔面膜不会受到污染和损伤。
通过定位侧挡板2精确定位半导体激光器芯片3蒸镀区域，避免对前后腔面和电流注入区的污染。芯片侧腔面305与定位侧挡板2的L形台阶竖直面接触，通过合理的尺寸设计，使得芯片等距伸出底板1。
定位侧挡板2和底板1可通过限位槽(凹凸匹配结构)进行固定，组合、拆装简单、省时，从而快速定位。还可考虑再进行螺栓连接辅助紧固。
上盖板5与底板1采用榫槽结构配合，利用上盖板5自重压紧砷化镓解理片4及其下方的半导体激光器芯片3，榫卯连接严丝合缝，可避免下压过程出现水平方向上的移动。
如图9所示，通过夹具对芯片进行夹持后，用等离子体增强化学的气相沉积法对芯片侧腔面305和部分芯片P面301、芯片N面302进行钝化镀膜，取代传统的测控溅射镀膜。可充分利用PECVD设备进行大批量作业，工时短，效率高，同时可以明显提高产品良率。
结合各附图介绍操作步骤如下：
1、放置夹具底板1(见图3)。
2、将夹具定位侧挡板2和底板1水平组装(见图5)。
3、将若干芯片P面301朝上放置在底板1弧形凹槽101内，通过定位侧挡板2的L形结构对芯片进行定位(见图6)。
4、将砷化镓解理片4覆盖在芯片P面301上(见图7)。
5、将夹具上盖板5压在砷化镓解理片4上(见图8)。
6、拆除夹具定位侧挡板2(见图9)。
7、将夹具夹持的半导体激光器芯片3(如图9)清洁后放入PECVD设备对芯片侧腔面305和芯片P面301、芯片N面302端部部分区域采用等离子体增强化学的气相沉积法钝化镀膜。
半导体激光器芯片3经夹具夹持后，通过等离子体增强化学的气相沉积法在芯片侧腔面305生长一层SiN绝缘层，可有效保护芯片侧腔面305，杜绝铟焊料器件芯片侧腔面305出现焊料攀爬，导致漏电现象，能够显著提高半导体激光器件的使用寿命。
Claims (5)
1.一种用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具，其特征在于：包括底板(1)、定位侧挡板(2)、砷化镓解理片(4)和上盖板(5)；
所述底板(1)的上表面开设有平行的多条凹槽，凹槽沿长度方向贯通底板(1)，并与底板(1)相应的侧面垂直，每个凹槽用以放置一个半导体激光器芯片(3)；凹槽的长度小于半导体激光器芯片(3)的长度，使得芯片放置到位时芯片侧腔面(305)能够伸出底板(1)侧面，芯片P面(301)和芯片N面(302)的主体部分处于凹槽区域；凹槽的深度等于芯片厚度；凹槽在长度方向上的两端为其宽度最小的部位，并仅在此部位与芯片在宽度方向上接触；
所述砷化镓解理片(4)整体覆盖于底板(1)及其凹槽内放置的半导体激光器芯片(3)的表面，上盖板将砷化镓解理片(4)压紧并固定；
所述定位侧挡板(2)设置于底板(1)侧面，作为半导体激光器芯片(3)放置时的定位辅助工具，并使多个半导体激光器芯片(3)在放置于相应凹槽时芯片侧腔面(305)平齐。
2.根据权利要求1所述的用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具，其特征在于：所述凹槽的两个侧边为弧形。
3.根据权利要求1所述的用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具，其特征在于：定位侧挡板(2)为L型，满足L型的下部侧面与底板(1)侧面贴合，并低于凹槽所处的高度位置，L型的上部侧面作为与芯片侧腔面(305)的接触面，使得芯片伸出底板(1)侧面的部位悬空，定位侧挡板(2)仅与芯片侧腔面(305)接触。
4.根据权利要求1或3所述的用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具，其特征在于：所述定位侧挡板(2)的下部侧面与底板(1)侧面设置有凹凸匹配结构，以便于快速定位。
5.根据权利要求1所述的用于半导体激光器侧腔面镀膜的夹具，其特征在于：上盖板(5)与底板(1)采用榫槽结构配合。
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