CN109818254A - 一种带光学透镜的905nm大功率激光器及封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带光学透镜的905nm大功率激光器及封装工艺，涉及激光器的封装技术领域，包括管座、热沉垫块、激光芯片、第一管脚、第二管脚以及管帽外壳；管座的上平面设置有一凸台，热沉垫块固定在凸台的侧壁上，激光芯片通过共晶融合焊接在热沉垫块上，激光芯片和热沉垫块上均设置有电连接点；第一管脚和第二管脚均设置在管座下方，激光芯片上的电连接点通过金线与第一管脚电性连接，热沉垫块上的电连接点通过金线与凸台侧壁上的电连接点电性连接，第二管脚与凸台电性连接；本发明的有益效果是：激光芯片的角度更容易控制，激光芯片与管帽的同心度也能够有效的控制。
Description
技术领域
本发明涉及激光器的封装技术领域，更具体的说，本发明涉及一种带光学透镜的905nm大功率激光器及封装工艺。
背景技术
TO封装技术，即指Transistor Outline，也就是全封闭式封装技术，TO封装相对于其他的封装技术，他具有寄生参数比较小、成本较低、工艺相对简单、使用灵活方便的优点，所以这种封装经常用于半导体激光器、LED以及光接收器件和组件的封装。
目前的半导体激光器，一般采用的就是利用TO管座进行封装，传统的TO管座，由管壳、管舌、管脚组成，管舌的形状一般为六棱柱，通常设在管壳的上面，管舌上粘结芯片，或者激光器芯片焊接到热沉结构上，热沉结构焊接到管座上，然后在管壳上封装封帽。
905nm脉冲激光二极管主要针对当前热门的激光雷达市场以及测距离等应用。特点和优点：多腔激光集中发射源小，量子阱结构，高峰值脉冲功率输入，卓越的功率温度稳定性。此外905nm波长的在空气中传播也比较稳定905波段的激光安全阈值高相对，对人相对安全，无伤害。
目前905nm产品主要是COS工艺，将散热垫块通过银胶固定在管座上，然后在散热垫块上固定激光芯片。该激光二极管能够有效发射905nm波长的光能量至少120m至200m的范围被接受光器件接受到，通过软件计算可以通常可用于探测距离使用。该制作工艺能实现的激光器的使用，但是由于存在胶水固化，芯片和垫块的尺寸均较小，很容易造成芯片的发光角度变化较大，产品的同轴度控制较为困难，整体产品的一致性和良率相对较低，生产成本相对偏大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种带光学透镜的905nm大功率激光器，该激光器的激光芯片的角度更容易控制，激光芯片与管帽的同心度也能够有效的控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带光学透镜的905nm大功率激光器，其改进之处在于：包括管座、热沉垫块、激光芯片、第一管脚、第二管脚以及管帽外壳；
所述管座的上平面设置有一凸台，所述的热沉垫块固定在凸台的侧壁上，所述的激光芯片通过共晶融合焊接在热沉垫块上，所述的激光芯片和热沉垫块上均设置有电连接点；
所述的第一管脚和第二管脚均设置在管座下方，其中第一管脚从管座上穿过，并与管座之间绝缘；所述激光芯片上的电连接点通过金线与第一管脚电性连接，热沉垫块上的电连接点通过金线与凸台侧壁上的电连接点电性连接，所述的第二管脚与凸台电性连接；
所述的管帽外壳焊接在管座上方，所述的凸台、热沉垫块以及激光芯片均位于管帽外壳内部。
在上述的结构中，所述的带光学透镜的905nm大功率激光器还包括管盖玻璃透镜，所述的管帽外壳顶部设置有贯穿的通孔，所述的管盖玻璃透镜设置在管帽外壳内部，并将管帽外壳的通孔封闭。
在上述的结构中，所述的管座上设置有贯穿的通孔，所述第一管脚的顶部从一绝缘玻璃中穿过，并且该绝缘玻璃固定在管座的通孔内。
在上述的结构中，所述的带光学透镜的905nm大功率激光器还包括定位脚，所述的管座上设置有用于固定定位脚的通孔，且定位脚的顶部固定在一绝缘玻璃内，该绝缘玻璃固定在管座的通孔内。
另外，本发明还揭示了一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺，其改进之处在于：该工艺包括有以下的步骤：
A、管座预热，使用自动化设备将管座固定，对管座进行预热，预热温度为200-230℃，预热时间为5-15s；
B、共晶融合，自动化设备吸取热沉垫块，将热沉垫块放置在管座的凸台上进行共晶融合，其温度为320-360℃，时间为2-4s，此后将热沉垫块与管座形成的结合体加热200-230℃，加热时间为2-4s，再将激光芯片焊接在热沉垫块的焊料处，焊接温度为320-360℃，形成半成品；
C、金线焊接，将半成品的管座放置在自动焊线机的固定治具上，将激光芯片的正极引出至少两根金线焊接至管座的第一管脚处，将热沉垫块上引出至少两根金线焊接在管座的凸台处，完成焊线工艺；
D、管帽焊接，将焊线完成的半成品置于密封氮气的环境下，用封帽设备进行高压储能式的焊接，将金属管帽封焊在半成品的管座上，形成产品；
E、气密性检测，首先进行细漏检测：将步骤D中的产品压氦气2小时，此后将产品放入氦质谱检漏仪中检测，当漏率≤5*10-9Pa*m3/s时判定合格；再进行粗漏抽测：抽测3％的产品，压轻氟油2小时后，放入粗漏检测仪中，温度125℃，检测无冒泡则表示产品不漏气，为合格品。
进一步的，所述的步骤B中，所述的热沉垫块上设有金锡焊料，金锡焊料的熔点为278℃，在实现激光芯片的焊接时，实现金锡的共晶融合，以保证激光芯片与热沉垫块之间的结合力和导热性能。
进一步的，所述的步骤D中，封帽设备进行高压储能式的焊接时，焊接电压为120V，电容大小为8000UF。
本发明的有益效果是：本发明完成了带光学透镜的905nm大功率激光器的封装，形成的成品可以根据客户的需求进行对应的老化测试和产品性能测试；另外，改进后产品的生产效率提升，热沉垫块和激光芯片的固定使用自动化设备一次生产成型，无需额外的制作时间，减少了工艺步骤，提高了制作的效率。
附图说明
图1为本发明的一种带光学透镜的905nm大功率激光器的立体结构图。
图2为本发明的一种带光学透镜的905nm大功率激光器的分解结构示意图。
图3为本发明的一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1、图2所示，本发明揭示了一种带光学透镜的905nm大功率激光器，具体的，该激光器包括包括管座10、热沉垫块20、激光芯片30、第一管脚40、第二管脚50以及管帽外壳60，所述的管座10呈扁平的圆柱状，其上表面设置有一凸台101，凸台101上设置有多个与上表面相垂直的侧壁，所述的热沉垫块20固定在凸台101的侧壁上，本实施例中，热沉垫块20通过共晶融合的方式与管座10的凸台101实现固定；所述的激光芯片30通过共晶融合焊接在热沉垫块20上，对于热沉垫块20和激光芯片30的结合工艺，将在下文中进一步的描述。
进一步的，所述的第一管脚40和第二管脚50均设置在管座10下方，其中第一管脚40从管座10上穿过，并与管座10之间绝缘，所述的激光芯片30和热沉垫块20上均设置有电连接点，所述激光芯片30上的电连接点通过金线301与第一管脚40电性连接，热沉垫块20上的电连接点通过金线与凸台101侧壁上的电连接点电性连接，所述的第二管脚50与凸台101电性连接；因此，通过第一管脚40和第二管脚50对激光芯片30实现供电。并且，本实施例中，所述的管座10上设置有贯穿的通孔，所述第一管脚40的顶部从一绝缘玻璃401中穿过，并且该绝缘玻璃401固定在管座10的通孔内。另外，所述的带光学透镜的905nm大功率激光器还包括定位脚70，所述的管座10上设置有用于固定定位脚70的通孔，且定位脚70的顶部固定在一绝缘玻璃701内，该绝缘玻璃701固定在管座10的通孔内。
进一步的，在上述的实施例中，所述的管帽外壳60焊接在管座10上方，所述的凸台101、热沉垫块20以及激光芯片30均位于管帽外壳60内部；所述的带光学透镜的905nm大功率激光器还包括管盖玻璃透镜80，所述的管帽外壳60顶部设置有贯穿的通孔，所述的管盖玻璃透镜80设置在管帽外壳60内部，并将管帽外壳60的通孔封闭。
如图3所示，本发明还公开了一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺，在本实施例中，该工艺包括以下的步骤：
A、管座10预热，使用自动化设备将管座10固定，对管座10进行预热，预热温度为200℃，预热时间为5s；
B、共晶融合，自动化设备吸取热沉垫块20，将热沉垫块20放置在管座10的凸台101上进行共晶融合，其温度为320℃，时间为2s，此后将热沉垫块20与管座10形成的结合体加热200℃，加热时间为2s，再将激光芯片30焊接在热沉垫块20的焊料处，焊接温度为320℃，形成半成品；
所述的步骤B中，所述的热沉垫块20上设有金锡焊料，金锡焊料的熔点为278℃，在实现激光芯片30的焊接时，实现金锡的共晶融合，以保证激光芯片30与热沉垫块20之间的结合力和导热性能；
C、金线焊接，将半成品的管座10放置在自动焊线机的固定治具上，将激光芯片30的正极引出至少两根金线焊接至管座10的第一管脚40处，将热沉垫块20上引出至少两根金线焊接在管座10的凸台101处，完成焊线工艺；
D、管帽焊接，将焊线完成的半成品置于密封氮气的环境下，用封帽设备进行高压储能式的焊接，将金属管帽封焊在半成品的管座10上，形成产品；
所述的步骤D中，封帽设备进行高压储能式的焊接时，焊接电压为120V，电容大小为8000UF；
E、气密性检测，首先进行细漏检测：将步骤D中的产品压氦气2小时，此后将产品放入氦质谱检漏仪中检测，当漏率≤5*10-9Pa*m3/s时判定合格；再进行粗漏抽测：抽测3％的产品，压轻氟油2小时后，放入粗漏检测仪中，温度125℃，检测无冒泡则表示产品不漏气，为合格品。
本发明还提供了关于一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺的第二实施例中，在本实施例中，该工艺包括以下的步骤：
A、管座10预热，使用自动化设备将管座10固定，对管座10进行预热，预热温度为215℃，预热时间为10s；
B、共晶融合，自动化设备吸取热沉垫块20，将热沉垫块20放置在管座10的凸台101上进行共晶融合，其温度为340℃，时间为3s，此后将热沉垫块20与管座10形成的结合体加热215℃，加热时间为3s，再将激光芯片30焊接在热沉垫块20的焊料处，焊接温度为340℃，形成半成品；
所述的步骤B中，所述的热沉垫块20上设有金锡焊料，金锡焊料的熔点为278℃，在实现激光芯片30的焊接时，实现金锡的共晶融合，以保证激光芯片30与热沉垫块20之间的结合力和导热性能；
C、金线焊接，将半成品的管座10放置在自动焊线机的固定治具上，将激光芯片30的正极引出至少两根金线焊接至管座10的第一管脚40处，将热沉垫块20上引出至少两根金线焊接在管座10的凸台101处，完成焊线工艺；
D、管帽焊接，将焊线完成的半成品置于密封氮气的环境下，用封帽设备进行高压储能式的焊接，将金属管帽封焊在半成品的管座10上，形成产品；
所述的步骤D中，封帽设备进行高压储能式的焊接时，焊接电压为120V，电容大小为8000UF；
E、气密性检测，首先进行细漏检测：将步骤D中的产品压氦气2小时，此后将产品放入氦质谱检漏仪中检测，当漏率≤5*10-9Pa*m3/s时判定合格；再进行粗漏抽测：抽测3％的产品，压轻氟油2小时后，放入粗漏检测仪中，温度125℃，检测无冒泡则表示产品不漏气，为合格品。
本发明还提供了关于一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺的第三实施例中，在本实施例中，该工艺包括以下的步骤：
A、管座10预热，使用自动化设备将管座10固定，对管座10进行预热，预热温度为230℃，预热时间为15s；
B、共晶融合，自动化设备吸取热沉垫块20，将热沉垫块20放置在管座10的凸台101上进行共晶融合，其温度为360℃，时间为4s，此后将热沉垫块20与管座10形成的结合体加热230℃，加热时间为4s，再将激光芯片30焊接在热沉垫块20的焊料处，焊接温度为360℃，形成半成品；
所述的步骤B中，所述的热沉垫块20上设有金锡焊料，金锡焊料的熔点为278℃，在实现激光芯片30的焊接时，实现金锡的共晶融合，以保证激光芯片30与热沉垫块20之间的结合力和导热性能；
C、金线焊接，将半成品的管座10放置在自动焊线机的固定治具上，将激光芯片30的正极引出至少两根金线焊接至管座10的第一管脚40处，将热沉垫块20上引出至少两根金线焊接在管座10的凸台101处，完成焊线工艺；
D、管帽焊接，将焊线完成的半成品置于密封氮气的环境下，用封帽设备进行高压储能式的焊接，将金属管帽封焊在半成品的管座10上，形成产品；
所述的步骤D中，封帽设备进行高压储能式的焊接时，焊接电压为120V，电容大小为8000UF；
E、气密性检测，首先进行细漏检测：将步骤D中的产品压氦气2小时，此后将产品放入氦质谱检漏仪中检测，当漏率≤5*10-9Pa*m3/s时判定合格；再进行粗漏抽测：抽测3％的产品，压轻氟油2小时后，放入粗漏检测仪中，温度125℃，检测无冒泡则表示产品不漏气，为合格品。
通过上述的工艺，本发明完成了带光学透镜的905nm大功率激光器的封装，形成的成品可以根据客户的需求进行对应的老化测试和产品性能测试；另外，改进后产品的生产效率提升，热沉垫块20和激光芯片30的固定使用自动化设备一次生产成型，无需额外的制作时间，减少了工艺步骤，提高了制作的效率。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种带光学透镜的905nm大功率激光器，其特征在于：包括管座、热沉垫块、激光芯片、第一管脚、第二管脚以及管帽外壳；
所述管座的上平面设置有一凸台，所述的热沉垫块固定在凸台的侧壁上，所述的激光芯片通过共晶融合焊接在热沉垫块上，所述的激光芯片和热沉垫块上均设置有电连接点；
所述的第一管脚和第二管脚均设置在管座下方，其中第一管脚从管座上穿过，并与管座之间绝缘；所述激光芯片上的电连接点通过金线与第一管脚电性连接，热沉垫块上的电连接点通过金线与凸台侧壁上的电连接点电性连接，所述的第二管脚与凸台电性连接；
所述的管帽外壳焊接在管座上方，所述的凸台、热沉垫块以及激光芯片均位于管帽外壳内部。
2.根据权利要求1所述的一种带光学透镜的905nm大功率激光器，其特征在于：所述的带光学透镜的905nm大功率激光器还包括管盖玻璃透镜，所述的管帽外壳顶部设置有贯穿的通孔，所述的管盖玻璃透镜设置在管帽外壳内部，并将管帽外壳的通孔封闭。
3.根据权利要求1所述的一种带光学透镜的905nm大功率激光器，其特征在于：所述的管座上设置有贯穿的通孔，所述第一管脚的顶部从一绝缘玻璃中穿过，并且该绝缘玻璃固定在管座的通孔内。
4.根据权利要求1所述的一种带光学透镜的905nm大功率激光器，其特征在于：所述的带光学透镜的905nm大功率激光器还包括定位脚，所述的管座上设置有用于固定定位脚的通孔，且定位脚的顶部固定在一绝缘玻璃内，该绝缘玻璃固定在管座的通孔内。
5.一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺，其特征在于：该工艺包括有以下的步骤：
A、管座预热，使用自动化设备将管座固定，对管座进行预热，预热温度为200-230℃，预热时间为5-15s；
B、共晶融合，自动化设备吸取热沉垫块，将热沉垫块放置在管座的凸台上进行共晶融合，其温度为320-360℃，时间为2-4s，此后将热沉垫块与管座形成的结合体加热200-230℃，加热时间为2-4s，再将激光芯片焊接在热沉垫块的焊料处，焊接温度为320-360℃，形成半成品；
C、金线焊接，将半成品的管座放置在自动焊线机的固定治具上，将激光芯片的正极引出至少两根金线焊接至管座的第一管脚处，将热沉垫块上引出至少两根金线焊接在管座的凸台处，完成焊线工艺；
D、管帽焊接，将焊线完成的半成品置于密封氮气的环境下，用封帽设备进行高压储能式的焊接，将金属管帽封焊在半成品的管座上，形成产品；
E、气密性检测，首先进行细漏检测：将步骤D中的产品压氦气2小时，此后将产品放入氦质谱检漏仪中检测，当漏率≤5*10-9Pa*m3/s时判定合格；再进行粗漏抽测：抽测3％的产品，压轻氟油2小时后，放入粗漏检测仪中，温度125℃，检测无冒泡则表示产品不漏气，为合格品。
6.根据权利要求5所述的一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺，其特征在于：所述的步骤B中，所述的热沉垫块上设有金锡焊料，金锡焊料的熔点为278℃，在实现激光芯片的焊接时，实现金锡的共晶融合，以保证激光芯片与热沉垫块之间的结合力和导热性能。
7.根据权利要求5所述的一种带光学透镜的905nm大功率激光器的封装工艺，其特征在于：所述的步骤D中，封帽设备进行高压储能式的焊接时，焊接电压为120V，电容大小为8000UF。
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