CN111092365B - 一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具及烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具及烧结方法，属于半导体光电子技术领域，该夹具包括固定于激光器管壳上的限位块，所述限位块的上下表面对应设置有与激光器管壳相同的多级台阶，所述限位块上设置有多个限位孔，每个限位孔内设置有与其相配合的压块，每个限位块与压块之间设置有弹性部件。本发明利用多个弹性部件的伸缩对压块施加压力，通过保证伸缩量相同来确保压力均匀一致，通过调节弹性部件的伸缩量大小可以调节压力大小，实现了压力的一致性和可调节性，既可以保证焊料厚度的一致性也可以避免压坏芯片。

Description

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具及烧结 方法

技术领域

本发明涉及一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具及烧结方法，属于半导体光电子技术领域。

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。近年来，随着工业加工、医疗、激光打印等领域的发展，对高功率半导体激光器的需求也在逐年增加。

目前，由于半导体激光器Chip on Submount(COS)材料生长和制作工艺水平的进步，单芯片功率已达近20W，但是仍然无法满足工业生产对高功率激光的需求，为了得到高功率半导体激光输出，只能通过增加芯片数量的方法来实现。在高功率半导体激光器生产中芯片的烧结是非常重要和基础的工序之一，烧结质量及一致性不仅影响光路耦合效率也会影响器件散热能力，从而影响产品使用寿命。

中国专利文献CN204680901U提出了一种半导体激光器多芯片烧结夹具，该烧结夹具包括主体、下压条、上压条、带有压柱的顶块和弹簧，所述下压条和上压条上均有分布均匀的孔，分别用于限定顶块压柱和给进螺丝，弹簧套在顶块压柱上，主体底面有激光器限位槽。该方法的不足之处是，通过给进螺丝来对COS进行加压，一是在转动给进螺丝时压柱下端容易晃动，影响COS对位方向一致性，二是无法控制下压力度的大小，影响COS高度的一致性。

中国专利文献CN107196185A提出了一种半导体激光器烧结夹具，该夹具包括底座、安装在所述底座上的限位组件、与限位组件连接的若干压杆、以及设置在所述底座上的弹性件。压杆压靠在所述弹性件上，压杆包括横向条及自横向条的一端延伸的下压条；压杆枢接在所述限位组件上，限位组件包括固定在底座上的限位座、安装在所述限位座上的限位条、及穿设在所述限位座上的锁定轴。通过弹性件定压压杆的一侧，使压杆的另一端的下压条以适当的压力降半导体激光器的主芯片按压在散热器上。该方法的不足之处在于作用在半导体激光器主芯片上的压力无法调节，主芯片无法进行精确定位，且该夹具体积大、结构复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具及烧结方法，利用多个弹性部件的形变对压块施加压力，通过保证形变相同来确保压力均匀一致，通过调节弹性部件的弹力可以调节压力大小。

本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，包括固定于激光器管壳上的限位块，所述限位块的上下表面对应设置有与激光器管壳相同的多级台阶，所述限位块上设置有多个限位孔，每个限位孔内设置有与其相配合的压块，限位孔的尺寸与COS尺寸相匹配，将COS通过限位孔上端放入，在限位孔内不晃动，多个限位孔可以对COS方向和位置的一致性进行限位，也可以对压块进行限位，每个限位块与压块之间设置有弹性部件。

本发明的烧结夹具是针对激光器管壳中包括多级台阶的结构而设计的，多级台阶具有使多路激光可以均匀的排列在透镜表面等诸多优点；

本发明中，每级台阶上优选均设置有限位孔，限位块的多级台阶既能对芯片进行限位，限位块的多级台阶和激光器管壳的多级台阶对应设置又能保证每个压块作用在芯片上的压力相同，同时，多个压块质量相同，限位块与压块之间可以采用相同的弹性部件保证对COS的压力均匀一致，可以通过调整弹性部件的弹性系数或拉伸长度调节压力。

优选的，多个压块上的同一位置均设置有通孔，所述通孔内插接有连接棒，所述连接棒伸出通孔的长度相同，所述弹性部件位于连接棒的两端部与限位块之间，对称分布于限位孔两边，可保证压力的均匀一致性。

优选的，压块上通孔的数量为多个，优选为四个以上，并沿所述压块的中部竖直方向均匀分布。

优选的，所述弹性部件为弹簧，所述弹簧的弹性系数相同，所述弹簧的一端固定于限位块的台阶上，另一端通过挂环挂在连接棒的一端。

本发明中，压块上的通孔可以为圆孔或方孔，对应的，连接棒为圆棒或方形棒，优选的，通孔为圆孔，所述连接棒为圆棒，圆棒上优选可以设置有螺纹，插入圆孔后，采用螺栓固定。

本发明中压块以及其上的通孔排布均相同，在安装时，圆棒插入通孔的位置相同，即圆棒均插入从上往下数第i个通孔内(i为1，2，3，…，n，其中n为每个压块上通孔的总个数)，圆棒两部与限位块之间设置弹簧，通过弹簧的收缩对芯片施加压力，在弹簧的弹性系数相同的前提下，保证弹簧的拉伸长度一致，从而保证压块对COS的压力均匀一致，可以通过统一调整圆棒插入通孔的位置来改变弹簧的拉伸长度，圆棒插入不同位置的通孔中弹簧的伸长量不同，从而调整压块对COS的压力大小。

优选的，所述连接棒的两端部对称上设置有凹槽，所述挂环挂在所述凹槽内，可以防止挂环脱落。

进一步优选的，所述限位孔内设置有滑槽，所述压块上设置有与滑槽相配合的凸条，压块在限位孔内上下滑动且不晃动，可保证滑动的连贯性，易于滑动。

另一方面，本发明提供一种上述压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具的烧结方法，其特征在于，包括：

步骤1：将限位块采用螺丝等方式固定于激光器管壳上，使限位块的台阶与激光器管壳上的台阶对齐，可以一次性烧结多个激光器处于不同高度的COS；

步骤2：切取与COS相同大小的焊锡片，通过限位孔放在芯片区域，放入焊接好芯片的COS，调整COS位置使COS的前端和侧面紧贴限位块，多个压块底部互相平行，与芯片呈面接触，保证压力均匀；

步骤3：将多个压块分别放入对应限位孔中，在通孔中插入连接棒，将弹性部件挂在连接棒的两端，保证多个弹性部件的拉伸长度相同，对COS施加相同的压力，完成装配；

步骤4：将装配好的激光器管壳和烧结夹具放入回流炉中进行烧结。此处烧结时的温度等参数可根据COS的特点灵活选择现有技术，技术已比较成熟，此处不再赘述。

优选的，步骤3中，每个压块上沿其中部竖直方向均匀分布有多个通孔，每个压块对应设置一个连接棒，连接棒插入通孔的位置保持一致，保证了弹性部件的拉伸长度一致，保证压块对COS的芯片的压力均匀一致。

本方法中，通孔优选为圆孔，通孔的数量为四个以上，连接棒为圆棒。

本发明的有益效果为：

1)本发明的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，通过限位块上的限位孔可以方便、精准的确定COS的位置和方向，通过弹簧拉伸长度的一致性来确保COS压力的均匀一致性，可以对每个芯片均匀加压，且压力可调，保证COS下方焊料厚度的一致性，提高了烧结质量。

2)本发明的夹具结构合理，使用方便，可以一次性烧结多个激光器处于不同高度的COS，既可以对各个热沉进行精确对位，又可以通过施加相同的压力来保证焊料厚度的一致性，从而保证了COS之间的高度差精度，同时可以通过调节圆棒位置改变COS上压力的大小。

附图说明

图1为本发明的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具一种实施例的结构示意图；

图2为激光器管壳与本发明的夹具的配合关系示意图；

图3为激光器管壳的结构示意图；

图4为限位块的结构示意图；

图5为限位孔的俯视图；

其中：1-限位块，2-弹簧，3-压块，4-连接棒，5-限位孔，6-通孔，7-激光器管壳，8-滑槽。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

如图1所示，一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，包括固定于激光器管壳7上的限位块1，限位块1的上下表面对应设置有与激光器管壳7相同的多级台阶，如图3所示，激光器管壳设置有多级台阶，限位块1的多级台阶与激光管壳的多级台阶相对应，且多级台阶的高度差优选相同，限位块1上设置有多个限位孔5，每个限位孔5内设置有与其相配合的压块3，限位孔5的尺寸与COS尺寸相匹配，将COS通过限位孔5上端放入，在限位孔5内不晃动，多个限位孔5可以对COS方向和位置的一致性进行限位，也可以对压块3进行限位，每个限位块1与压块3之间设置有弹性部件。

本实施例中，每级台阶上均设置有限位孔5，限位块1的多级台阶既能对芯片进行限位，限位块1的多级台阶和激光器管壳7的多级台阶对应设置又能保证每个压块3作用在芯片上的压力相同，同时，多个压块3质量相同，限位块1与压块3之间可以采用相同的弹性部件保证对COS的压力均匀一致，可以通过调整弹性部件的弹性系数或拉伸长度调节压力。

实施例2：

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，多个压块3上的同一位置均设置有通孔6，通孔6内插接有连接棒4，连接棒4伸出通孔6的长度相同，弹性部件位于连接棒4的两端部与限位块1之间，对称分布于限位孔5两边，可保证压力的均匀一致性。

实施例3：

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，压块3上通孔6的数量五个，并沿压块3的中部竖直方向均匀分布，弹性部件为弹簧2，弹簧2的弹性系数相同，弹簧2的一端固定于限位块1的台阶上，另一端通过挂环挂在连接棒4的一端；

通孔6为圆孔，连接棒4为圆棒，圆棒4上设置有螺纹，插入圆孔后，采用螺栓固定住。

实施例4：

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，结构如实施例3所示，所不同的是，连接棒4的两端部对称上设置有凹槽，挂环挂在凹槽内，可以防止挂环脱落。

实施例5：

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，限位孔5内设置有滑槽8，压块3上设置有与滑槽8相配合的凸条，压块3在限位孔5内上下滑动且不晃动，可保证滑动的连贯性，易于滑动。

实施例6：

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具的烧结方法，包括：

步骤1：将限位块1采用螺丝固定于激光器管壳7上，使限位块1的台阶与激光器管壳7上的台阶对齐，可以一次性烧结多个激光器处于不同高度的COS；

步骤2：切取与COS相同大小的焊锡片，通过限位孔5放在芯片区域，放入焊接好芯片的COS，调整COS位置使COS的前端和侧面紧贴限位块，多个压块3底部互相平行，与芯片呈面接触，保证压力均匀；

步骤3：将多个压块3分别放入对应限位孔5中，在通孔6中插入连接棒4，将弹性部件挂在连接棒4的两端，保证多个弹性部件的拉伸长度相同，对COS施加相同的压力，完成装配；

步骤4：将装配好的激光器管壳和烧结夹具放入回流炉中进行烧结。

实施例7：

一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具的烧结方法，如实施例6所示，所不同的是，步骤3中，每个压块3上沿其中部竖直方向均匀分布有多个通孔6，每个压块3对应设置一个连接棒4，连接棒4插入通孔6的位置保持一致，保证了弹性部件的拉伸长度一致，保证压块对COS的芯片的压力均匀一致；

通孔6为圆孔，通孔6的数量为四个，连接棒4为圆棒。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，其特征在于，包括固定于激光器管壳上的限位块，所述限位块的上下表面对应设置有与激光器管壳相同的多级台阶，所述限位块上设置有多个限位孔，每个限位孔内设置有与其相配合的压块，每个限位块与压块之间设置有弹性部件；

多个压块上的同一位置均设置有通孔，所述通孔内插接有连接棒，所述连接棒伸出通孔的长度相同，所述弹性部件位于连接棒的两端部与限位块之间，对称分布于限位孔两边；

所述压块上通孔的数量为多个，并沿所述压块的中部竖直方向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，其特征在于，所述弹性部件为弹簧，多个弹簧的弹性系数相同，所述弹簧的一端固定于限位块的台阶上，另一端通过挂环挂在连接棒的一端。

3.根据权利要求1所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，其特征在于，所述压块上的通孔为圆孔，所述连接棒为圆棒。

4.根据权利要求2所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，其特征在于，所述连接棒的两端部对称上设置有凹槽，所述挂环挂在所述凹槽内。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具，其特征在于，所述限位孔内设置有滑槽，所述压块上设置有与滑槽相配合的凸条。

6.一种权利要求1所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具的烧结方法，其特征在于，包括：

步骤1：将限位块固定于激光器管壳上，使限位块的台阶与激光器管壳上的台阶对齐；

步骤2：切取与COS相同大小的焊锡片，通过限位孔放在芯片区域，然后放入焊接好芯片的COS，调整COS位置使COS的前端和侧面紧贴限位块；

步骤3：将多个压块分别放入对应限位孔中，在通孔中插入连接棒，将弹性部件挂在连接棒的两端，保证多个弹性部件的拉伸长度相同，对COS施加相同的压力，完成装配；

步骤4：将装配好的激光器管壳和烧结夹具放入回流炉中进行烧结。

7.根据权利要求6所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具的烧结方法，其特征在于，步骤3中，每个压块上沿其中部竖直方向均匀分布有多个通孔，每个压块对应设置一个连接棒，连接棒插入通孔时，通孔的位置保持相同。

8.根据权利要求7所述的压力均匀且可调的半导体激光器多管芯烧结夹具的烧结方法，其特征在于，所述通孔为圆孔，所述通孔的数量为四个以上，所述连接棒为圆棒。

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