CN114204384A - 一种高功率激光器外壳封装夹具及封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高功率激光器外壳封装夹具及封装工艺，属于高功率激光器装配技术领域。一种高功率激光器外壳封装夹具，包括烧针夹具和引线组件夹具；所述烧针夹具包括底壳、设在底壳上的限位块和连接组件，所述连接组件一端与底壳相连，另一端与限位块相连；所述限位块开设有阶梯孔和通孔，所述阶梯孔与通孔同轴且互相连通。本申请具有能够提高引线安装质量、提高产品整体良品率的优点。
Description
技术领域
本申请涉高功率激光器装配的技术领域，尤其是涉及一种高功率激光器外壳封装夹具及封装工艺。
背景技术
高功率激光器因具有电光转化率高、波长选择范围广、体积小、寿命长等优点，在人脸识别、材料加工、医疗美容、信息存储等领域得到了广泛的应用。高功率激光器的内部结构设计需要将铜制引线穿设在激光器外壳的底座上。为了避免铜制引线与激光器底座之间发生短路，引线在安装过程中需要做绝缘处理。
目前，常用的引线绝缘处理方式为玻璃塑封钎焊，即在引线上套设一焊接玻璃环，再进行烧制固定的钎焊工艺。但是，玻璃环在高温烧制的过程中其熔化情况无法预期，容易出现玻璃环倾斜和烧结后得到的引线组件成品尺寸不统一等情况，影响了产品的良品率。
针对上述中的相关技术背景，发明人发现现有的玻璃塑封钎焊工艺进行引线安装时存在良品率低的缺陷。
发明内容
为了提高引线安装的质量，提高产品整体的良品率，本申请提供一种高功率激光器外壳封装夹具及封装工艺。
第一方面，本申请提供的一种高功率激光器外壳封装夹具采用如下的技术方案：
一种高功率激光器外壳封装夹具，包括烧针夹具和引线组件夹具；所述烧针夹具包括底壳、设在底壳上的限位块和连接组件，所述连接组件一端与底壳相连，另一端与限位块相连；所述限位块开设有阶梯孔和通孔，所述阶梯孔与通孔同轴且互相连通。
通过采用上述技术方案，烧针夹具在将引线和玻璃环及过渡环烧制成引线组件的过程中对引线组件起到了夹持和固定的作用，引线组件夹具在引线组件安装到激光器底座的焊接过程中对引线组件起到了夹持和固定的作用，烧针夹具的底壳和限位块的分体式设计方便引线组件从烧针夹具中脱出，降低了引线组件的密封性在脱离烧针夹具的过程中收到影响的可能，提高了引线的安装质量，限位块上开设的阶梯孔的结构设计能够分别对过渡环和焊接玻璃环进行限位，有利于提高引线组件中的玻璃环的烧制成型质量，提高了引线组件玻璃塑封的密封性，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，引线组件夹具包括外夹具和内夹具；所述外夹具上开设有两个外限位槽，所述内夹具开设有两个内限位孔，所述外限位槽和内限位孔位置对应。
通过采用上述技术方案，外夹具能够对引线组件在激光器底座外的部分进行夹持和固定，内夹具能够对引线组件在激光器底座内的部分进行夹持和固定，外夹具和内夹具分体式设计既能够保证夹具的夹持的稳定性，又能降低引线组件在脱离夹具时密封性受到影响的风险，提高了引线的安装质量，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，外夹具包括支撑板和设在支撑板上的限位板，所述限位板上开设有直角限位缺口。
通过采用上述技术方案，支撑板对限位板起到了支撑和固定作用，支撑板与限位板的连接处能够与激光器底座的边缘贴合，从而使激光器底座的边缘对外夹具起到定位作用，限位板开设的直角限位缺口能够与激光器底座的一个直角贴合，从而使外夹具能够通过激光器底座的一个角进行限位，有利于避免出现夹具因受热膨胀系数与激光器底座不同而挤压磨损激光器底座的情况，提高了激光器底座的生产质量，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，内夹具下表面设有限位凸条，所述内夹具上表面开设有夹持孔。
通过采用上述技术方案，内夹具下表面的凸条能够与激光器底座的凹槽贴合，从而对内夹具起到了定位和固定的作用，有利于提高内夹具的稳定性，避免在引线组件插入内夹具的过程中出现晃动，提高了引线组件的焊接精度，达到了提高产品整体良品率的目的，内夹具上表面的夹持孔方便工作人员使用镊子将内夹具从激光器底座上取下，简化了内夹具的拆装过程，提高了引线组件夹具的使用寿命。
可选的，连接组件包括对称设在限位块两侧的扁头柱和一端套设在扁头柱上的滑轨，所述滑轨的另一端与底壳固定连接，所述滑轨的滑槽宽度与扁头柱两条平行侧边之间的厚度相等。
通过采用上述技术方案，连接组件起到了连接限位块和底壳的作用，扁头柱能够在滑轨上沿限位块的长度方向滑动，从而使底壳与限位块之间发生相对滑动的过程中保持竖直，从而降低底壳在滑动过程中对引线组件的影响，有利于提高引线组件的成型质量，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，滑轨靠近扁头柱的一端设有旋转孔，所述旋转孔与滑轨的滑槽连通，所述旋转孔的直径大于滑轨的滑槽的宽度。
通过采用上述技术方案，当扁头柱被拉到滑轨上的旋转孔位置时，滑轨能够以扁头柱的轴线为圆心发生转动，使底壳能够在滑轨的带动下转动到限位块的一侧，方便使用人员对限位块中的引线组件进行脱离操作，有利于避免玻璃环的烧制成型质量在脱离夹具的过程中受到影响，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，引线组件夹具的一侧还设有夹紧机构，所述夹紧机构包括固定设在引线组件夹具一侧的丝杠螺母、穿设在丝杠螺母上的螺杆、套设在螺杆上的夹紧板和固定设在螺杆远离丝杠螺母一端的旋钮。
通过采用上述技术方案，夹紧机构能够配合外夹具提高外夹具与激光器底座之间的机械结构稳定性，有利于避免将夹具和激光器底座整体放入隧道炉中或从隧道炉中取出时发生晃动的情况，降低了玻璃环的焊接成型质量受到影响的风险，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，夹紧板靠近引线组件夹具的侧面上设有弹性垫片。
通过采用上述技术方案，夹紧板上安装的弹性垫片能够以弹性支撑的方式对激光器底座进行夹紧，在夹紧激光器底座的同时为激光器底座预留了因受热膨胀而产生的相对位移的空间，有利于避免夹紧机构对激光器底座造成挤压变形的情况发生，达到了提高产品整体良品率的目的。
第二方面，本申请提供的一种高功率激光器外壳的封装工艺采用如下的技术方案：
一种高功率激光器外壳的封装工艺，包括以下步骤：
步骤a:将过渡环放入限位块上的阶梯孔中并压紧，然后将玻璃环放入过渡环中并压紧，使玻璃环与限位块接触；
步骤b:将扁头铜制引线打磨并抛光，然后从阶梯孔穿入到的通孔中，使引线、玻璃环和过渡环组装成为引线组件，最后将引线组件和烧针夹具一起放入隧道炉中烧结；
步骤c:将整体从隧道炉中取出，静置冷却至玻璃环凝固，然后拉动底壳使引线组件的底端露出，挤压引线组件的底端使其脱模；
步骤d:将内夹具安装到激光器底座上，将引线组件安装到外夹具的外限位槽中，然后将引线组件从外向内安装到激光器底座上，使引线组件的扁头端插入内夹具的内限位孔中，在引线组件与激光器底座的连接处均匀涂抹焊料，旋转旋钮使夹紧板与激光器底座的侧壁贴合，最后将整体一起放入隧道炉中烧结；
步骤e:将整体从隧道炉中取出，静置冷却至玻璃环凝固，将引线组件夹具从激光器底座上拆卸下来。
通过采用上述技术方案，引线能够与玻璃环和过渡环在烧针夹具中烧制成引线组件，引线组件能够在引线组件夹具的支撑作用下与激光器底座完成焊接，烧针夹具和引线组件夹具在引线组件的两个烧制过程对玻璃环起到了限位作用，有利于提高玻璃环的烧制成型质量，达到了提高产品整体良品率的目的。
可选的，步骤e中引线组件夹具的拆卸过程应先使用镊子将内夹具从激光器底座上取下，再沿着引线组件长度方向滑动外夹具使引线组件从外夹具中脱出。
通过采用上述技术方案，先取出内夹具在沿着引线组件长度方向滑动外夹具的拆卸方式能够最大限度降低拆卸过程中引线组件夹具对焊接好的引线组件的影响，有利于提高引线组件与激光器底座接触部分的焊接成型质量，达到了提高产品整体良品率的目的。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.本申请中的烧针夹具在将引线和玻璃环及过渡环烧制成引线组件的过程中对引线组件起到了夹持和固定的作用，引线组件夹具在引线组件安装到激光器底座的焊接过程中对引线组件起到了夹持和固定的作用，烧针夹具的底壳和限位块的分体式设计方便引线组件从烧针夹具中脱出，降低了引线组件的密封性在脱离烧针夹具的过程中收到影响的可能，提高了引线的安装质量，限位块上开设的阶梯孔的结构设计能够分别对过渡环和焊接玻璃环进行限位，有利于提高引线组件中的玻璃环的烧制成型质量，提高了引线组件玻璃塑封的密封性，达到了提高产品整体良品率的目的;
2.本申请中的支撑板对限位板起到了支撑和固定作用，支撑板与限位板的连接处能够与激光器底座的边缘贴合，从而使激光器底座的边缘对外夹具起到定位作用，限位板开设的直角限位缺口能够与激光器底座的一个直角贴合，从而使外夹具能够通过激光器底座的一个角进行限位，有利于避免出现夹具因受热膨胀系数与激光器底座不同而挤压磨损激光器底座的情况，提高了激光器底座的生产质量，达到了提高产品整体良品率的目的;
3.本申请中的夹紧机构能够配合外夹具提高外夹具与激光器底座之间的机械结构稳定性，有利于避免将夹具和激光器底座整体放入隧道炉中或从隧道炉中取出时发生晃动的情况，降低了玻璃环的焊接成型质量受到影响的风险，达到了提高产品整体良品率的目的。
附图说明
图1是本申请实施例中公开的一种高功率激光器外壳封装夹具中引线组件夹具与激光器底座配合的结构示意图。
图2是本申请实施例中烧针夹具与引线组件配合的结构示意图。
图3是本申请实施例中烧针夹具的剖面结构示意图。
图4是本申请实施例中外夹具的结构示意图。
图5是本申请实施例中内夹具的结构示意图。
附图标记说明：1、烧针夹具；11、底壳；12、限位块；13、连接组件；121、阶梯孔；122、通孔；131、扁头柱；132、滑轨；133、旋转孔；2、引线组件夹具；21、外夹具；22、内夹具；211、外限位槽；212、支撑板；213、限位板；221、内限位孔；222、凸条；223、夹持孔；3、夹紧机构；31、丝杠螺母；32、螺杆；33、夹紧板；34、旋钮；331、弹性垫片。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
目前，高功率激光器的应用愈发广泛。如何提高激光器的装配质量是一个十分具有讨论价值的问题。因激光器内部结构设计的需求，现需要将铜制扁头引线穿设在激光器底座上。为了避免引线与激光器底座发生短路，行业内通常采用玻璃塑封焊接的方式进行引线安装。但是由于存在着夹具缺少玻璃环本体的限位结构导致的玻璃环在烧制过程中成型质量无法保证、夹具本身也会因膨胀系数与激光器底座不同造成的激光器底座受压变形受损等现象，使用该工艺进行引线安装往往存在安装质量欠佳，良品率较低的问题。为了提升激光器底座的引线安装质量，提高激光器产品的整体良品率，本申请提供了一种高功率激光器外壳封装夹具及封装工艺。
本申请实施例公开一种高功率激光器外壳封装夹具。参照图1和图2，一种高功率激光器外壳封装夹具包括烧针夹具1和引线组件夹具2。其中，烧针夹具1用于将引线、玻璃环和过渡环烧制形成引线组件，引线组件夹具2用于将引线组件与激光器底座焊接成整体过程中对引线组件提供夹持和限位。
参照图2和图3，烧针夹具1包括底壳11、限位块12和连接组件13。底壳11可以是一块石墨材质的矩形块，底壳11上开设有圆形凹槽，凹槽的直径应与铜制扁头引线的圆柱端的直径大小相等。限位块12可以是一块开设有阶梯孔121和通孔122的石墨材质矩形块，限位块12上的阶梯孔121与通孔122同轴且互相连通，阶梯孔121直径较大的一段与过渡环的外径相等，阶梯孔121直径较小的一端与玻璃环的外径大小相等，阶梯孔121与通孔122和圆形凹槽同轴。连接组件13包括滑轨132和扁头柱131，其中扁头柱131固定安装在限位块12上，滑轨132的一端套设在扁头柱131上，滑轨132的另一端与底壳11固定连接，滑轨132与扁头柱131滑动连接，扁头柱131的形状能够对滑轨132的滑动方向进行限位，滑轨132靠近限位块12的一端开设有旋转孔133，当扁头柱131滑动到旋转孔133的位置时，滑轨132可以绕扁头柱131的轴线发生转动。
参照图1和图4，引线组件夹具2包括外夹具21和内夹具22。外夹具21包括支撑板212和限位板213，支撑板212和限位板213均采用和激光器底座相同的无氧铜材质，限位板213可以通过焊接或螺栓连接的方式安装在支撑板212上，支撑板212的厚度与激光器底座边缘厚度相等，限位板213上开设有两条外限位槽211，外限位槽211是半圆柱槽，外限位槽211直径大小与引线组件在激光器底座以外部分的圆柱段的直径大小相等，外限位槽211远离激光器底座的一端开设有方便镊子介入的半球形凹槽，限位板213上通过铸造成型的方式设置有直角限位缺口。
参照图1和图5，内夹具22可以是一块无氧铜材质的矩形块，内夹具22上开设有两个内限位孔221，内限位孔221的轴线与外限位槽211的轴线共线，内限位孔221的直径大小与引线组件在激光器底座以内部分的圆柱端的直径大小相等，内夹具22的下表面通过焊接的方式固定安装有凸条222，凸条222能够与激光器底座上开设的凹槽贴合，内夹具22的上表面开设有方便镊子介入的夹持孔223。
参照图1，外夹具21的一侧还安装有夹紧机构3。夹紧机构3包括丝杠螺母31、螺杆32、夹紧板33和旋钮34。其中，丝杠螺母31通过螺栓连接或者焊接的方式安装在外夹具21远离激光器底座一端的侧壁上，螺杆32穿设在丝杠螺母31上，且螺杆32与丝杠螺母31螺纹配合，夹紧板33套设在螺杆32上，且夹紧板33与螺杆32转动连接，旋钮34通过焊接的方式固定安装在螺杆32远离丝杠螺母31的一端。夹紧板33靠近激光器底座的一侧安装有弹性垫片331，弹性垫片331可以是由弹簧连接的无氧铜材质矩形薄板，弹簧可以选用耐高温弹簧。
本申请实施例公开了一种高功率激光器外壳封装夹具及封装工艺，包括如下步骤：
步骤a:将过渡环放入限位块12上的阶梯孔121中并压紧，然后将玻璃环放入过渡环中并压紧，使玻璃环与限位块12接触；
在该步骤中，过渡环可选用10号碳素钢，玻璃环可选用13号焊接玻璃，玻璃环的外径与过渡环的内径相等，应确保玻璃环和过渡环在限位块12中无晃动，玻璃环与限位块12紧密贴合。
步骤b:将扁头铜制引线打磨并抛光，然后从阶梯孔121穿入到的通孔122中，使引线、玻璃环和过渡环组装成为引线组件，最后将引线组件和烧针夹具1一起放入隧道炉中烧结；
在该步骤中，扁头铜制引线可采用4J50包铜材质，扁头铜制引线应从阶梯孔121处插入到烧针夹具1的通孔122中，装配完成的烧针夹具1应放入石墨盒中并盖好盖子，再送入隧道炉中加热，烧结温度为985摄氏度，炉速保持65毫米每分钟，烧结过程应保持炉内氮氢保护气氛。
步骤c:将整体从隧道炉中取出，静置冷却至玻璃环凝固，然后拉动底壳11使引线组件的底端露出，挤压引线组件的底端使其脱模；
在该步骤中，应沿着扁头铜制引线的长度方向拉动底壳11，减少底壳11脱出时对引线组件的挤压，拉动底壳11直至限位块12两侧的扁头柱131滑动到滑轨132的旋转孔133处，向一侧推动底壳11，为引线组件从限位块12中脱出预留操作空间。
步骤d:将内夹具22安装到激光器底座上，将引线组件安装到外夹具21的外限位槽211中，然后将引线组件从外向内安装到激光器底座上，使引线组件的扁头端插入内夹具22的内限位孔221中，在引线组件与激光器底座的连接处均匀涂抹焊料，旋转旋钮34使夹紧板33与激光器底座的侧壁贴合，最后将整体一起放入隧道炉中烧结；
在该步骤中，应保证内夹具22下表面的凸起与激光器底座的凹槽紧密贴合，应保证外夹具21的限位板213的直角限位缺口与激光器底座的直角紧密贴合，旋转旋钮34使夹紧板33与激光器底座的侧壁紧密贴合但不夹紧，激光器底座受热膨胀预留空间。钎焊焊料可以选用Ag72Cu28粉料，烧结温度为795摄氏度，炉速保持90毫米每分钟，烧结过程应保持炉内氮氢保护气氛。
步骤e:将整体从隧道炉中取出，静置冷却至玻璃环凝固，将引线组件夹具2从激光器底座上拆卸下来。
在该步骤中，应先使用镊子夹紧内夹具22上的夹持孔223，沿着斜向上的方向将内夹具22从激光器底座上脱出，然后旋转旋钮34使夹紧板33与激光器底座脱离接触，最后沿着引线组件的轴线方向水平滑动使外夹具21从引线组件上脱出，即可完成引线组件夹具2的拆卸。
以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：包括烧针夹具（1）和引线组件夹具（2）；所述烧针夹具（1）包括底壳（11）、设在底壳（11）上的限位块（12）和连接组件（13），所述连接组件（13）一端与底壳（11）相连，另一端与限位块（12）相连；所述限位块（12）开设有阶梯孔（121）和通孔（122），所述阶梯孔（121）与通孔（122）同轴且互相连通。
2.根据权利要求1所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述引线组件夹具（2）包括外夹具（21）和内夹具（22）；所述外夹具（21）上开设有两个外限位槽（211），所述内夹具（22）开设有两个内限位孔（221），所述外限位槽（211）和内限位孔（221）位置对应。
3.根据权利要求2所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述外夹具（21）包括支撑板（212）和设在支撑板（212）上的限位板（213），所述限位板（213）上开设有直角限位缺口。
4.根据权利要求2所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述内夹具（22）下表面设有限位凸条（222），所述内夹具（22）上表面开设有夹持孔（223）。
5.根据权利要求1所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述连接组件（13）包括对称设在限位块（12）两侧的扁头柱（131）和一端套设在扁头柱（131）上的滑轨（132），所述滑轨（132）的另一端与底壳（11）固定连接，所述滑轨（132）的滑槽宽度与扁头柱（131）两条平行侧边之间的厚度相等。
6.根据权利要求5所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述滑轨（132）靠近扁头柱（131）的一端设有旋转孔（133），所述旋转孔（133）与滑轨（132）的滑槽连通，所述旋转孔（133）的直径大于滑轨（132）的滑槽的宽度。
7.根据权利要求1所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述引线组件夹具（2）的一侧还设有夹紧机构（3），所述夹紧机构（3）包括固定设在引线组件夹具（2）一侧的丝杠螺母（31）、穿设在丝杠螺母（31）上的螺杆（32）、套设在螺杆（32）上的夹紧板（33）和固定设在螺杆（32）远离丝杠螺母（31）一端的旋钮（34）。
8.根据权利要求1-7所述的一种高功率激光器外壳封装夹具，其特征在于：所述夹紧板（33）靠近引线组件夹具（2）的侧面上设有弹性垫片（331）。
9.一种如权利要求8所述的一种高功率激光器外壳的封装工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a:将过渡环放入限位块（12）上的阶梯孔（121）中并压紧，然后将玻璃环放入过渡环中并压紧，使玻璃环与限位块（12）接触；
步骤b:将扁头铜制引线打磨并抛光，然后从阶梯孔（121）穿入到的通孔（122）中，使引线、玻璃环和过渡环组装成为引线组件，最后将引线组件和烧针夹具（1）一起放入隧道炉中烧结；
步骤c:将整体从隧道炉中取出，静置冷却至玻璃环凝固，然后拉动底壳使引线组件的底端露出，挤压引线组件的底端使其脱模；
步骤d:将内夹具安装到激光器底座上，将引线组件安装到外夹具（21）的外限位槽（211）中，然后将引线组件从外向内安装到激光器底座上，使引线组件的扁头端插入内夹具（22）的内限位孔（221）中，在引线组件与激光器底座的连接处均匀涂抹焊料，旋转旋钮（34）使夹紧板（33）与激光器底座的侧壁贴合，最后将整体一起放入隧道炉中烧结；
步骤e:将整体从隧道炉中取出，静置冷却至玻璃环凝固，将引线组件夹具（2）从激光器底座上拆卸下来。
10.根据权利要求9所述的一种高功率激光器外壳的封装工艺，其特征在于：所述步骤e中引线组件夹具（2）的拆卸过程应先使用镊子将内夹具（22）从激光器底座上取下，再沿着引线组件长度方向滑动外夹具（21）使引线组件从外夹具（21）中脱出。
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