CN112886381B - 一种大功率半导体激光器焊接的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率半导体激光器焊接的装置及使用方法，装置包括底座、导向板A、导向板B、固定柱A、固定柱B、L型板和挡块，其中，所述底座为长方体，底座上端面设置凹槽，凹槽内设置壳体，壳体内设置台阶热沉，L型板设置于壳体内一角，挡块设置于台阶热沉一侧，紧贴壳体，底座上设置导向板A，导向板B通过安装柱设置于导向板A上方，导向板A和导向板B之间设置固定柱A和固定柱B，固定柱A和固定柱B穿过导向板A延伸至台阶热沉。本发明填补了大功率半导体激光器壳体与台阶热沉焊接装置的空白，辅助壳体与台阶热沉进行焊接，实现了焊接工艺的稳定可靠、结实牢固、散热良好，提高了焊接效率、焊接质量，延长了产品使用寿命。

Description

一种大功率半导体激光器焊接的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种大功率半导体激光器焊接的装置及使用方法，属于半导体激光器封装技术领域。

背景技术

经过几十年的发展，半导体激光器越来越被社会所熟知，并且已经在多处领域得到应用，半导体激光器的光电转换效率在60％以上，远远高于其他同类产品的光电转换效率，其能耗低，且器件中具备热积累少、寿命长、准直性好、照明距离远等优点，在社会同类行业中作为一种新兴的技术应用越来越广泛。半导体激光器所具有的各类优点决定其越来越受到社会各界的广泛重视。大功率半导体激光器的焊接是整个制造工艺最为重要的过程之一，其中精密的焊接装置是高质量焊接的前提和保证，更是后续封装至关重要的基础，只有焊接效果好才能使大功率半导体激光器在封装、测试、老化等各环节的性能表现优异，显著提升产品的可靠性、牢固度、使用寿命等关键指标。但目前只有半导体激光器芯片焊接的装置，尚无壳体与台阶热沉焊接的装置，导致壳体与台阶热沉的焊接效率低，焊接质量差，影响产品使用。

中国专利文件CN210549227U公开了一种半导体激光器芯片焊接夹具，包括底座，所述底座上端面的两侧对称固定安装有两个支架，所述支架为倒“T”形结构，两个所述支架之间设置有固定架，所述固定架底部的中间设置有中间压块，所述固定架底部的一侧设置有边侧压块，所述底座的上端面设置有壳体，所述壳体的内部设置有固定座。该夹具采用边侧压块和底部为阶梯形状的中间压块对半导体激光器焊接时的激光芯片进行固定，但并不适用于壳体与台阶热沉的焊接。

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焊接的装置，辅助壳体与台阶热沉进行焊接，提高焊接效率，提升焊接质量，延长使用寿命，同时便于人员操作，高质量的一次成型。

本发明还提供上述一种大功率半导体激光器焊接装置的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种大功率半导体激光器焊接的装置，包括底座、导向板A、导向板B、固定柱A、固定柱B、L型板和挡块，其中，

所述底座为长方体，底座上端面设置凹槽，凹槽内设置壳体，壳体内设置台阶热沉，L型板设置于壳体内一角，挡块设置于台阶热沉一侧，紧贴壳体，通过L型板和挡块固定台阶热沉，底座上设置导向板A，导向板B通过安装柱设置于导向板A上方，导向板A和导向板B之间设置固定柱A和固定柱B，固定柱A和固定柱B穿过导向板A延伸至台阶热沉，固定柱A、固定柱B和台阶热沉的接触点与台阶热沉上已有光学元件互不干涉，通过固定柱A和固定柱B将台阶热沉沿垂直方向的力固定于壳体上，使台阶热沉、焊料、壳体紧密贴合，防止间隙过大形成焊接空洞或凹凸不平，同时焊接过程中焊料由固态—液态—固态变化时，可以将台阶热沉始终固定于焊料的位置，避免位置跑偏影响焊接质量。

优选的，底座凹槽下表面设置2对对角定位销，壳体上设置对应的对角定位孔，通过对角定位销和对角定位孔对壳体加以固定，底座凹槽内设置2个壳体，一次焊接加工2个壳体与台阶热沉，提高加工效率，底座上端面一侧设置2个定位销，通过定位销对导向板A进行固定。

优选的，底座一角为倒角，其它三角为圆角，底座侧壁设有直径10cm的圆形测温槽，通过在测温槽内插入热电偶测量焊接温度。

优选的，所述导向板A为长方体，导向板A长度和宽度与底座相同，导向板A一侧设置2个贯穿通孔，通孔位置与底座上的定位销位置对应，导向板A的四角弧度与底座的四角弧度一致，保证安装顺序，提高安装效率。

优选的，所述导向板B为长方体，导向板B的四角弧度与底座的四角弧度一致。

优选的，所述固定柱A为圆柱体，固定柱A采用高密度、重质量的钨铜合金制作，质量大于等于10g，所述钨铜合金包括85％的钨和15％的铜，固定柱A一端设置不锈钢材质的小圆柱体，小圆柱体直径小于固定柱A直径，确保其贯穿导向板A，小面积压在台阶热沉上，支撑固定柱A重量的同时维持长期不变形。

进一步优选的，所述固定柱B为圆柱体，固定柱B采用高密度、重质量的钨铜合金制作，质量大于等于20g，所述钨铜合金包括85％的钨和15％的铜，固定柱B一端设置不锈钢材质的小圆柱体，小圆柱体直径小于固定柱B直径，固定柱B的直径大于固定柱A的直径，固定柱B的长度大于固定柱A的长度，通过设置不同大小的固定柱A和固定柱B，便于区分的同时，保证压紧台阶热沉的质量要求，避免对焊料造成过度挤压，影响焊接均匀性。

优选的，所述安装柱为六角柱体，安装柱高度小于固定柱A高度，安装柱两端设置螺纹孔，方便与导向板A、导向板B进行螺栓连接。

优选的，所述L型板两侧设有半圆凸台，通过半圆凸台减少L型板与壳体和台阶热沉的接触，同时保证壳体和台阶热沉的相对固定，L型板底部设有长方体引流槽A，将多余外溢焊料引出，避免台阶热沉外侧焊料堆积导致焊接不均匀、平整度较差，L型板上设有两个通孔，方便镊子等工具夹取。

优选的，所述挡块为长方体，底部设置长方体引流槽B，将多余外溢焊料引出，避免台阶热沉外侧焊料堆积导致焊接不均匀、平整度较差，挡块上设有两个圆孔，方便镊子等工具夹取。

一种大功率半导体激光器焊接的装置的使用方法，步骤如下：

(1)将底座按倒角位于右下方的顺序放置，壳体放置于底座凹槽左侧内固定；

(2)将焊料片平铺于壳体内左侧居中位置，将台阶热沉放置于焊料片正上方；

(3)将L型板放置于台阶热沉右下角，半圆凸台与壳体及台阶热沉相接触，将挡块放置于台阶热沉后端，完成台阶热沉在壳体内的固定；

(4)将导向板A安装于底座上方，导向板A和导向板B通过安装柱连接，然后固定柱A贯穿导向板A、导向板B压住台阶热沉，固定柱B贯穿导向板A、导向板B压住台阶热沉，避免焊接过程中台阶热沉晃动影响焊接质量；

(5)将另一个壳体放置于底座凹槽右侧内固定，两个壳体成对角设置，然后重复步骤(2)(3)(4)，最后将装置整体放置于焊接设备进行预热、回流、加热、冷却和固化，完成焊接。

本发明的有益效果在于：

1、本发明填补了大功率半导体激光器壳体与台阶热沉焊接装置的空白，辅助壳体与台阶热沉进行焊接，实现了焊接工艺的稳定可靠、结实牢固、散热良好，提高了焊接效率、焊接质量，延长了产品使用寿命。

2、本发明解决了焊接过程中需要人工干预调整以及更换产品焊接操作繁琐的问题，高效便捷的热固化一次成型。

3.本发明通过设置引流槽解决了焊料外溢引流及焊接均匀性与平整度的问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的壳体安装结构示意图；

图3为本发明的底座结构示意图；

图4为本发明的导向板A结构示意图；

图5为本发明的安装柱结构示意图；

图6为本发明的导向板B结构示意图；

图7为本发明的固定柱A和固定柱B结构对比示意图；

图8为本发明的L型板结构示意图；

图9为本发明的挡块结构示意图；

其中，1、底座；2、导向板A；3、安装柱；4、导向板B；5、固定柱A；6、固定柱B；7、L型板；8、挡块；9、壳体；10、台阶热沉；11、倒角；12、测温槽；13、对角定位销；14、定位销；15、半圆凸台；16、引流槽A；17、引流槽B。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-9所示，本实施例提供一种大功率半导体激光器焊接的装置，包括底座1、导向板A2、导向板B4、固定柱A5、固定柱B6、L型板7和挡块8，其中，

所述底座1为长方体，底座1上端面设置凹槽，凹槽内设置壳体9，壳体9内设置台阶热沉10，L型板7设置于壳体9内一角，挡块8设置于台阶热沉一侧，紧贴壳体9，通过L型板7和挡块8固定台阶热沉10，底座1上设置导向板A2，导向板B通过安装柱3设置于导向板A2上方，导向板A2和导向板B4之间设置固定柱A5和固定柱B6，固定柱A5和固定柱B6穿过导向板A2延伸至台阶热沉10，固定柱A5、固定柱B6和台阶热沉10的接触点与台阶热沉上已有光学元件互不干涉，通过固定柱A5和固定柱B6将台阶热沉10沿垂直方向的力固定于壳体9上，使台阶热沉10、焊料、壳体9紧密贴合，防止间隙过大形成焊接空洞或凹凸不平，同时焊接过程中焊料由固态—液态—固态变化时，可以将台阶热沉始终固定于焊料的位置，避免位置跑偏影响焊接质量。

底座1一角为倒角11，其它三角为圆角，底座侧壁设有直径10cm的圆形测温槽12，通过在测温槽12内插入热电偶测量焊接温度。

所述L型板7两侧设有半圆凸台15，通过半圆凸台15减少L型板7与壳体9和台阶热沉10的接触，同时保证壳体9和台阶热沉10的相对固定，L型板7底部设有长方体引流槽A16，将多余外溢焊料引出，避免台阶热沉外侧焊料堆积导致焊接不均匀、平整度较差，L型板7上设有两个通孔，方便镊子等工具夹取。

所述挡块8为长方体，底部设置长方体引流槽B17，将多余外溢焊料引出，避免台阶热沉外侧焊料堆积导致焊接不均匀、平整度较差，挡块8上设有两个圆孔，方便镊子等工具夹取。

一种大功率半导体激光器焊接的装置的使用方法，步骤如下：

(1)将底座1按倒角位于右下方的顺序放置，壳体9放置于底座凹槽左侧内固定；

(2)将焊料片平铺于壳体内左侧居中位置，将台阶热沉10放置于焊料片正上方；

(3)将L型板7放置于台阶热沉10右下角，半圆凸台15与壳体9及台阶热沉10相接触，将挡块8放置于台阶热沉10后端，完成台阶热沉在壳体内的固定；

(4)将导向板A2安装于底座1上方，导向板A2和导向板B4通过安装柱3连接，然后固定柱A5贯穿导向板A2、导向板B4压住台阶热沉10，固定柱B6贯穿导向板A2、导向板B4压住台阶热沉10，避免焊接过程中台阶热沉晃动影响焊接质量；

(5)将另一个壳体放置于底座凹槽右侧内固定，两个壳体成对角设置，然后重复步骤(2)(3)(4)，最后将装置整体放置于焊接设备进行预热、回流、加热、冷却和固化，完成焊接。

实施例2：

一种大功率半导体激光器焊接的装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，底座凹槽下表面设置2对对角定位销13，壳体9上设置对应的对角定位孔，通过对角定位销13和对角定位孔对壳体9加以固定，底座凹槽内设置2个壳体，一次焊接加工2个壳体与台阶热沉，提高加工效率，底座1上端面一侧设置2个定位销14，通过定位销对导向板A2进行固定。

实施例3：

一种大功率半导体激光器焊接的装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，所述导向板A2为长方体，导向板A2长度和宽度与底座1相同，导向板A一侧设置2个贯穿通孔，通孔位置与底座1上的定位销14位置对应，导向板A的四角弧度与底座的四角弧度一致，保证安装顺序，提高安装效率。

所述导向板B4为长方体，导向板B4的四角弧度与底座的四角弧度一致。

实施例4：

一种大功率半导体激光器焊接的装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，所述固定柱A5为圆柱体，固定柱A5采用高密度、重质量的钨铜合金制作，质量为10g，所述钨铜合金包括85％的钨和15％的铜，固定柱A一端设置不锈钢材质的小圆柱体，小圆柱体直径小于固定柱A直径，确保其贯穿导向板A，小面积压在台阶热沉上，支撑固定柱A重量的同时维持长期不变形。

所述固定柱B6为圆柱体，固定柱B6采用高密度、重质量的钨铜合金制作，质量为20g，所述钨铜合金包括85％的钨和15％的铜，固定柱B一端设置不锈钢材质的小圆柱体，小圆柱体直径小于固定柱B直径，固定柱B6的直径大于固定柱A5的直径，固定柱B6的长度大于固定柱A5的长度，通过设置不同大小的固定柱A和固定柱B，便于区分的同时，保证压紧台阶热沉的质量要求，避免对焊料造成过度挤压，影响焊接均匀性。

所述安装柱3为六角柱体，安装柱高度小于固定柱A高度，安装柱两端设置螺纹孔，方便与导向板A、导向板B进行螺栓连接。

对比例：

对比例提供一种大功率半导体激光器的人工焊接方式，将台阶热沉放置于壳体内，然后将壳体放置于加热台上，人工手动使用镊子在焊接过程中不断的进行干预调整，确保台阶热沉和壳体的相对位置固定。实施例1与对比例的焊接参数对比如表1所示，由表1可知，实施例1的焊接效率和合格率均高于对比例，且实施例1焊接成本低，焊接效果提升显著。

表1：实施例1与对比例的焊接参数对比

	产量/日(pcs)	合格率(％)	单次焊接成本(元)
				实施例1	400	95	10
对比例	100	80	20

Claims (10)

1.一种大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，包括底座、导向板A、导向板B、固定柱A、固定柱B、L型板和挡块，其中，

所述底座为长方体，底座上端面设置凹槽，凹槽内设置壳体，壳体内左侧居中位置平铺有焊料片，焊料片正上方放置有台阶热沉，L型板设置于壳体内一角，挡块设置于台阶热沉一侧，紧贴壳体，底座上设置导向板A，导向板B通过安装柱设置于导向板A上方，导向板A和导向板B之间设置固定柱A和固定柱B，固定柱A和固定柱B穿过导向板A延伸至台阶热沉，固定柱A、固定柱B和台阶热沉的接触点与台阶热沉上已有光学元件互不干涉。

2.如权利要求1所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，底座凹槽下表面设置2对对角定位销，壳体上设置对应的对角定位孔，底座凹槽内设置2个壳体，底座上端面一侧设置2个定位销。

3.如权利要求1所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，底座一角为倒角，其它三角为圆角，底座侧壁设有直径10cm的圆形测温槽。

4.如权利要求3所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，所述导向板A为长方体，导向板A长度和宽度与底座相同，导向板A一侧设置2个贯穿通孔，通孔位置与底座上的定位销位置对应，导向板A的四角弧度与底座的四角弧度一致。

5.如权利要求3所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，所述导向板B为长方体，导向板B的四角弧度与底座的四角弧度一致。

6.如权利要求1所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，所述固定柱A为圆柱体，固定柱A采用高密度、重质量的钨铜合金制作，质量大于等于10g，所述钨铜合金包括85％的钨和15％的铜，固定柱A一端设置不锈钢材质的小圆柱体，小圆柱体直径小于固定柱A直径；

所述固定柱B为圆柱体，固定柱B采用高密度、重质量的钨铜合金制作，质量大于等于20g，所述钨铜合金包括85％的钨和15％的铜，固定柱B一端设置不锈钢材质的小圆柱体，小圆柱体直径小于固定柱B直径，固定柱B的直径大于固定柱A的直径，固定柱B的长度大于固定柱A的长度。

7.如权利要求1所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，所述安装柱为六角柱体，安装柱高度小于固定柱A高度，安装柱两端设置螺纹孔。

8.如权利要求3所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，所述L型板两侧设有半圆凸台，L型板底部设有长方体引流槽A，L型板上设有两个通孔。

9.如权利要求8所述的大功率半导体激光器焊接的装置，其特征在于，所述挡块为长方体，底部设置长方体引流槽B，挡块上设有两个圆孔。

10.一种如权利要求9所述的大功率半导体激光器焊接的装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

(1)将底座按倒角位于右下方的顺序放置，壳体放置于底座凹槽左侧内固定；

(2)将焊料片平铺于壳体内左侧居中位置，将台阶热沉放置于焊料片正上方；

(3)将L型板放置于台阶热沉右下角，半圆凸台与壳体及台阶热沉相接触，将挡块放置于台阶热沉后端，完成台阶热沉在壳体内的固定；

(4)将导向板A安装于底座上方，导向板A和导向板B通过安装柱连接，然后固定柱A贯穿导向板A、导向板B压住台阶热沉，固定柱B贯穿导向板A、导向板B压住台阶热沉；

(5)将另一个壳体放置于底座凹槽右侧内固定，两个壳体成对角设置，然后重复步骤(2)(3)(4)，最后将装置整体放置于焊接设备进行预热、回流、加热、冷却和固化，完成焊接。

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