CN109848500B - 半导体激光器to管座底板半孔钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于TO管座制备方法的技术领域，涉及一种半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其包括开启烧结炉、设定炉温、炉温计量、开启氮气、启动履带、开启冷却水、炉前初检、空炉烧结、烧结、出炉等步骤；本发明具有在开始烧结管座之前使烧结炉内各区域的温度分布均匀，并将烧结炉内原有的空气完全排出，从而保证管座的烧结质量，降低次品率的效果。
Description
技术领域
本发明涉及TO管座制备方法的技术领域，尤其是涉及一种半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺。
背景技术
半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、易于调制及价格低廉等优点，在工业、医学和军事领域得到了广泛的应用，如材料加工、光纤通讯、激光测距、目标指示、激光制导、激光雷达、空间光通信等。现有的半导体激光器大多采用TO管座封装，TO管座的稳定性直接影响到半导体激光器的正常运转。
目前，公告号为CN101888057B的中国专利公开了一种激光二极管封装外壳的制备方法，它包括烧结前的清洁处理；管座的烧结熔封加工；产品定形；电镀；管帽的烧结前处理；管帽烧结熔封加工；罩形圆金属壳镀层加工；管帽和管座组装成激光二极管封装外壳等步骤。
其中，管座的烧结熔封加工步骤具体为：将管座底板、引线、玻璃绝缘子安装放置到耐高温石墨定位模具内，放入烧结炉内，利用温度曲线控制使玻璃与金属具有良好的熔封性，在高温980度及氮气、氢气的保护下使玻璃绝缘子达到所需要良好的密封绝缘特性，氮气与氢气比例为5∶3。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：烧结炉采用炉丝加热，而炉丝只能安装在烧结炉的内壁上，无法在烧结炉内部空间均匀分布，其向烧结炉内导热介质传输热量时难以做到均匀加热。此外，烧结过程中需要持续通入氮气、氢气或者氮气与氢气的混合物，将炉内原有的氧气排空以对管座进行保护，避免其被氧化。氮气由炉膛内壁进入，由进炉口和出炉口排出，受氮气流速、流向的限制，烧结炉内存在排空死角，原有的空气难以在烧结初期完全排出，导致组成管座的底板、引线氧化。基于上述原因，先进入烧结炉内的石墨模具内的管座往往容易出现次品，质量较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其具有在开始烧结管座之前使烧结炉内各区域的温度分布均匀，并将烧结炉内原有的空气完全排出，从而保证管座的烧结质量，降低次品率的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，具体步骤如下：
S1：开启烧结炉电源开关，并设定炉温，所述烧结炉为链式烧结炉；
S2：炉温计量，采用标准K型热电偶分度表对烧结炉内各区域的温度进行测量，由烧结炉上的温度仪表显示，并与预设值对比；
S3：开启氮气，氮气由炉膛中部排入，由进炉口和出炉口排出，且烧结过程中炉膛处的氮气流速为55～70m3/h；
S4：启动履带，并开启冷却水对履带进行冷却，履带的行进速度为7～9cm/分；
S5：在履带上排装未盛装管座的空石墨模具，空炉启动烧结；
S6：送入装有管座的石墨模具，压上压板，进行烧结；
所述烧结炉内设有至少一个预热区和至少一个恒温区，所述预热区位于进炉口一侧，预热区的炉温低于烧结温度，所述恒温区位于出炉口一侧；
所述恒温区设有六个，沿石墨模具的行进方向上，六个恒温区的预设温度分别为900℃、960℃、975℃、950℃、955℃和955℃，误差为±30℃。
通过采用上述技术方案，空石墨模具先于装有管座的石墨模具进入烧结炉，搅动烧结炉内气体，一方面使烧结炉各区域内部进行物质交换，进而使炉温分布均匀，提高钎焊质量，另一方面将残留在烧结炉内死角处的原有空气卷起，使氮气流得以将其裹挟后排出，尽可能地减少炉内氧气含量，避免底板、引线等氧化；在开始烧结管座之前使烧结炉内各区域的温度分布均匀，并将烧结炉内原有的空气完全排出，从而保证管座的烧结质量，降低次品率；
盛装有管座的石墨模具由进炉口进入烧结炉内，随履带运动至预热区进行预热，然后再运动至恒温区进行钎焊，在此过程中，绝缘子在预热区软化，在恒温区充分吸收热量后熔化，并与引线和底板紧密接触；
绝缘子随石墨模具穿过前三个恒温区的过程中，温度进一步提升，并在第三个恒温区内到达烧结温度，充分转化为熔融态，此后温度降低，绝缘子开始凝固，与引线和底板粘结为一体，在此过程中，烧结炉持续为绝缘子供热，避免其温度骤降后各区域固化速度出现差异，导致绝缘子开裂。
本发明进一步设置为：所述空石墨模具为废旧石墨模具，履带上排装空石墨模具的距离不少于3米。
通过采用上述技术方案，先进入烧结炉内的石墨模具易与残留的氧气接触，导致表层石墨被氧化，模具受损，故采用废旧石墨模具作为空石墨模具，可以避免不必要的损耗，降低成本；履带上排装空石墨模具的距离不少于3米，使氮气流有充足的时间将残留空气裹挟排出，避免装有管座的石墨模具过早进入烧结炉内后与空气接触。
本发明进一步设置为：所述预热区设有三个，沿石墨模具的行进方向上，三个预热区的预设温度分别为600℃、700℃和800℃，误差为±30℃。
通过采用上述技术方案，设置温度梯度，使绝缘子的温度逐步增加，逐渐软化，避免绝缘子的温度提升过快后在固态下膨胀，体积变大导致底板被撑裂。
本发明进一步设置为：沿石墨模具的行进方向上，当第三个恒温区处的炉温升至800℃时开启氮气，且炉膛处的氮气流速为30m3/h。
通过采用上述技术方案，第三个恒温区处的炉温升至800℃时，盛装有管座的石墨模具未进入烧结炉内，此时开启氮气用于将炉丝、履带、炉管与炉内原有的空气隔断，避免其被氧化；因对氧气排空程度的要求较低，故可适当降低氮气流速，节省氮气。
本发明进一步设置为：当各区域的炉温均升至预设温度后，将炉膛处的氮气流速调整为60m3/h，持续20分钟，然后开始空炉烧结。
通过采用上述技术方案，将炉膛处的氮气流速调整为60m3/h，并持续20分钟，以便尽可能地将炉内原有的空气排出，降低氧气含量。
本发明进一步设置为：沿石墨模具的行进方向上，当第三个恒温区处的炉温升至800℃时启动履带，且履带的行进速度始终为8.5cm/分。
通过采用上述技术方案，第三个恒温区处的炉温升至800℃时，盛装有管座的石墨模具未进入烧结炉内，此时启动履带，防止长时间高温将履带氧化，同时避免炉内履带持续受热后产生蠕变甚至断裂；履带行进过程中搅动烧结炉内的气体，也可促进烧结炉内各区域内部的物质交换，使炉内各区域内的温度分布均匀；履带的行进速度维持在8.5cm/分，使盛装在石墨模具内的管座能够充分受热，同时保持较高的烧结效率。
本发明进一步设置为：所述冷却水的温度低于80℃。
通过采用上述技术方案，冷却水温控制在80℃以下，能够有效地对履带进行冷却降温，避免履带高温疲劳。
本发明进一步设置为：烧结结束时，在盛装有管座的石墨模具后跟进空石墨模具，且排装空石墨模具的距离不少于2米。
通过采用上述技术方案，若不在盛装有管座的石墨模具后跟进空石墨模具，则盛装有管座的石墨模具进入烧结炉后，其后方的履带上方会形成空缺，周围气流涌入，导致烧结炉内的氮气流平衡被破坏，炉外空气容易从进炉口进入烧结炉，将管座氧化，故跟进空石墨模具能够有效地阻隔空气进入，同时保证炉中温度稳定，仍在烧结的管座受热均匀。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、在开始烧结管座之前使烧结炉内各区域的温度分布均匀，并将烧结炉内原有的空气完全排出，从而保证管座的烧结质量，降低次品率；
2、炉丝、履带、炉管均受到较好地保护，在使用过程中不易氧化、疲劳，使用寿命较长；
3、绝缘子既不会受热过快，也不会骤然冷却，其软化和凝固过程较为平缓，从而顺利将引线与底板粘结，保证钎焊质量；
4、烧结结束时，在盛装有管座的石墨模具后跟进空石墨模具，维持烧结炉内温度和气流的平衡，避免最后一批管座的烧结受到影响。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，具体步骤如下：
S1：开启链式烧结炉的电源开关，炉内分为九块区域，由进炉口至出炉口依次排列。其中，前三个为预热区，后六个为恒温区，其温度依次预设为600℃、700℃、800℃、900℃、960℃、975℃、950℃、955℃、955℃，可允许的误差在±30℃范围内。
S2：炉温计量，采用标准K型热电偶分度表对烧结炉内九个区域的温度进行测量，由烧结炉上与之对应的九个温度仪表显示，并与预设值对比。
烧结炉正常使用时，每周计量一次炉温，并做好记录。维修温区、更换仪表、启用新炉以及发现异常时，应立即进行计量，合格后才能继续使用烧结炉。
S3：沿石墨模具的行进方向上，当第三个恒温区处的炉温升至800℃时开启氮气，氮气由炉膛中部排入，由进炉口和出炉口排出，使炉内保持无氧环境。
控制炉膛处的氮气流速为30m3/h，此时进炉口和出炉口处的氮气流速均为15m3/h，氮气从烧结炉两端均匀排出。氮气不断流经烧结炉内部，将炉内原有的空气裹挟排出，最终形成无氧环境，对履带、炉丝和炉管进行较好地保护，防止其被氧化或者出现高温疲劳。
S4：沿石墨模具的行进方向上，当第三个恒温区处的炉温升至800℃时启动履带，并开启冷却水对履带进行冷却，防止履带氧化和高温疲劳。履带的行进速度始终保持在8.5cm/分，冷却水的温度则低于80℃，且夏季高温时应开启冷却塔对循环水进行冷却。
当烧结炉内各区域的炉温均升至预设温度后，调整炉膛处的氮气流速，改为60m3/h，此时进炉口和出炉口处的氮气流速均为30m3/h，持续20分钟。
把盛装有管座的石墨模具拉至烧结炉前，逐个检查石墨模具上的各管座，确认底板、引线、绝缘子、焊片无缺失后盖上盖板。
观察烧结炉上的仪表，检查炉内各温区的温度误差是否在±30℃范围内。检查冷却水的温度是否低于80℃。
S5：空炉启动烧结，在履带上排装未盛装管座的空石墨模具，空石墨模具沿履带的宽度方向放置，沿履带的长度方向排列，且履带上排装空石墨模具的距离不少于3米。此外，空石墨模具采用废旧石墨模具。
S6：在空石墨模具后送入装有管座的石墨模具，进行烧结。装有管座的石墨模具按照空石墨模具的排布方式放置。烧结结束时，在盛装有管座的石墨模具后跟进空石墨模具，且排装空石墨模具的距离不少于2米。
出炉，操作人员戴两层手套，在出炉口处搬取石墨模具，然后拆下盖板。
检查产品烧结质量，如玻璃状态、轴面光亮等。有色玻璃应色泽均匀，透光性一致，氧化状态应一致。底板和引线应无氧化，焊料均匀，无产品外溢或夹生。管座和石墨模具之间应定位正确。
将烧结炉内各温区的温度设定为400℃保温，封住进炉口和出炉口。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：具体步骤如下：
S1：开启烧结炉电源开关，并设定炉温，所述烧结炉为链式烧结炉；
S2：炉温计量，采用标准K型热电偶分度表对烧结炉内各区域的温度进行测量，由烧结炉上的温度仪表显示，并与预设值对比；
S3：开启氮气，氮气由炉膛中部排入，由进炉口和出炉口排出，且烧结过程中炉膛处的氮气流速为55～70m3/h；
S4：启动履带，并开启冷却水对履带进行冷却，履带的行进速度为7～9cm/分；
S5：在履带上排装未盛装管座的空石墨模具，空炉启动烧结；
S6：送入装有管座的石墨模具，压上压板，进行烧结；
所述烧结炉内设有至少一个预热区和至少一个恒温区，所述预热区位于进炉口一侧，预热区的炉温低于烧结温度，所述恒温区位于出炉口一侧；
所述恒温区设有六个，沿石墨模具的行进方向上，六个恒温区的预设温度分别为900℃、960℃、975℃、950℃、955℃和955℃，误差为±30℃。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：所述空石墨模具为废旧石墨模具，履带上排装空石墨模具的距离不少于3米。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：所述预热区设有三个，沿石墨模具的行进方向上，三个预热区的预设温度分别为600℃、700℃和800℃，误差为±30℃。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：沿石墨模具的行进方向上，当第三个恒温区处的炉温升至800℃时开启氮气，且炉膛处的氮气流速为30m3/h。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：当各区域的炉温均升至预设温度后，将炉膛处的氮气流速调整为60m3/h，持续20分钟，然后开始空炉烧结。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：沿石墨模具的行进方向上，当第三个恒温区处的炉温升至800℃时启动履带，且履带的行进速度始终为8.5cm/分。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：所述冷却水的温度低于80℃。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器TO管座底板半孔钎焊工艺，其特征在于：烧结结束时，在盛装有管座的石墨模具后跟进空石墨模具，且排装空石墨模具的距离不少于2米。
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