CN114309864B - 一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具，它包括设置在底部的热沉定位组件，所述热沉定位组件上方设置有压针按压组件；所述热沉定位组件包括固定板，所述固定板的上表面开有若干凹槽，每个凹槽内均放置有热沉、COS、可从侧面将热沉夹紧定位在凹槽内的定位楔块以及可从侧面将COS夹紧定位在热沉上方的COS定位块，热沉与COS之间夹有焊料片。本发明的夹具可将多个芯片一起回流焊接，焊接的重复一致性较好，同时也节省了大量时间。

Description

一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具，属于半导体回流焊接夹具技术领域。

背景技术

半导体激光器由于体积小、重量轻、转换效率高、使用寿命长等优点，在医疗、显示、泵浦、工业加工等领域有广泛的应用。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有高功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。

为了获得高功率输出，芯片的回流焊接是至关重要的，半导体激光器的回流焊接，是生产厂家生产产品中一道关键流程，通过回流焊接使激光器芯片固定在产品中。

传统的激光器回流焊接的方法很多，在回流焊接工序中，一般利用回流焊接夹具将激光器的主芯片固定在镀金金属件上，然后实现回流焊接。现有的回流焊接夹具一般使用螺钉加压块的方式对激光器的芯片进行固定，然而利用螺钉难以控制对主芯片的压力，若螺钉对主芯片的压力过大，则会令主芯片碎裂；若螺钉对主芯片的压力不足，则主芯片与散热器间会产生空洞，而空洞会令芯片的散热性能受到影响，回流焊接效率低。

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。该半导体激光器芯片焊接夹具，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，通过相邻两个压块对同一个激光芯片进行固定，同时一个压块的力同时作用在两个激光芯片上，保证整个激光器内部激光芯片受力均匀性，有效提升激光芯片焊接的平整性，有效提升激光光斑压缩整形的可操作性。该芯片焊接夹具通过弹簧调节压力大小，无法保证所有的弹簧变形量是一致的，因此每个COS所受的压力都是存在差异；其次，焊接时，COS所需要的压力也不容易测量，本发明专利的压力是压针的重力，是固定不变的；然后，该发明专利需要依次将固定架通过连接轴穿过通孔固定在支架上，然后调节螺丝长度控制压力，在生产中会浪费大量时间，同时在焊接完成后，也需要依次拆解，工序复杂。

CN110961846A一种用于半导体激光器中COS焊接夹具，属于COS焊接技术领域，包括承载定位组件和至少一个的悬臂弹簧探针组件；承载定位组件用于承载和定位管壳底座；悬臂弹簧探针组件包括至少一个的定位杆、和定位杆一一对应的压簧、至少一个的弹簧探针、悬臂支架和锁紧件；定位杆设在承载定位组件上，且定位杆外套有压簧；压簧压缩在承载定位组件和悬臂支架之间；定位杆穿过悬臂支架；锁紧件用于将悬臂支架限定在离承载定位组件一定距离位置；弹簧探针设在悬臂支架上，用于将COS压在管壳底座上设有的焊料上。本发明的一种用于半导体激光器中COS焊接夹具，能够有效防止COS在焊接过程中产生位移偏差，提高COS定位准确性。该焊接夹具通过弹簧调节压力大小，同样无法保证所有的弹簧变形量是一致的，因此每个COS所受的压力都是存在差异；其次，焊接时，COS所需要的压力也不容易测量，第三，该发明专利需要依次调节螺栓长度控制压力，在生产中会浪费大量时间，同时在焊接完成后，也需要依次拆解，工序复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是现有夹具对主芯片的压力不能精确控制的难题，本发明提供一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具。

本发明的夹具回流焊接时能够快速精准装配，提高工作效率。

术语说明：

COS（chip on submount）：是指封装在次热沉上的激光器芯片；为了使文字表达简洁明了，本发明中均使用COS这一专业术语。

为解决以上技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具，包括设置在底部的热沉定位组件，所述热沉定位组件上方设置有压针按压组件；

所述热沉定位组件包括固定板，所述固定板的上表面开有若干凹槽，每个凹槽内均放置有热沉、COS、可从侧面将热沉夹紧定位在凹槽内的定位楔块以及可从侧面将COS夹紧定位在热沉上方的COS定位块，热沉与COS之间夹有焊料片；

所述压针按压组件包括压针和下定位板，所述下定位板可拆卸连接在固定板上方，下定位板上方平行设置有上导向板，上导向板与下定位板之间竖直连接有连接柱，上导向板和下定位板上均开有若干组压针孔，每组压针孔包括若干个并排的压针孔，上导向板上的压针孔与下定位板上的压针孔上下一一正对，下定位板上的每组压针孔与凹槽上下一一正对，若干压针竖直贯穿上下正对的上导向板和下定位板上的压针孔，且压针下端端部竖直按压在COS上表面。

根据本发明优选的，所述的凹槽为方形，所述定位楔块包括放置在热沉左侧的长条形的侧面定位块，所述热沉夹在侧面定位块与凹槽内右侧壁之间，侧面定位块与凹槽内左侧壁之间夹有侧面楔块；所述COS定位块为方形且放置在热沉上方，COS定位块右侧前端向前延伸出有凸块，所述COS夹在凸块左侧边沿、COS定位块前端边沿、侧面定位块右侧边沿之间。

根据本发明优选的，所述的固定板顶部边缘竖直向上延伸有导向柱，所述下定位板上设置有可插入导向柱的导向孔，下定位板与固定板通过导向柱上下插接配合。

根据本发明优选的，所述的压针包括长圆柱形的压条，所述压条下端端面中心竖直连接有顶针，所述顶针直径小于压条直径。

根据本发明优选的，所述的COS定位块与凹槽内后侧壁之间夹有后楔块。

根据本发明优选的，所述的侧面定位块左侧边与侧面楔块右侧面均为斜面且相互贴合。

根据本发明优选的，所述的凹槽内设置n个COS，与其对应的一组压针孔的个数为2n个，每个压针孔穿入1个压针。

根据本发明优选的，所述的压条采用钨铜或者钨钢材质，顶针采用钨钢或者SUS304材质。

本发明的有益效果为：

1）本发明在需要回流焊接的半导体激光器芯片时，将若干半导体激光器芯片分别放入夹具中，顶针通过导向结构，压紧芯片，实现芯片回流焊接，操作简单，一次可回流焊接多个芯片，且通过导向轴的导向作用，能够快速精准装配，提高工作效率。

2）本发明的夹具可将多个芯片一起回流焊接，焊接的重复一致性较好，同时也节省了大量时间。

3）本发明的固定板采用铝材料，铝的热传导率为237w/（m˙k），可以保证半导体激光器在回流焊接时尽快把热量吸收和散发，提高半导体激光器的回流焊接效果，同时在装配和回流焊接时便于观察，装配出现误差时，可以实现微调COS的定位位置的功能。

4）此回流焊接夹具可以适应不同高度差的热沉焊接，对于不同高度差的热沉回流焊接COS的效果一致性较好。

5）成本较低，方便操作，定位准确

附图说明

图1为本发明的半导体激光器芯片的回流焊接夹具立体结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为本发明的压针组件结构示意图；

图4为本发明的热沉定位组件结构示意图；

图5为本发明的压针结构示意图；

图6为本发明的热沉定位组件配合示意图；

图7为本发明的楔块结构示意图；

图8为采用本发明的回流焊接夹具焊接后的照片。

图中，1、上导向板，2、连接柱，3、COS定位块，4、侧面楔块，5、焊料片，6、侧面定位块，7、导向柱，8、固定板，9、把手，10、热沉，11、COS，12、后楔块，13、下定位板，14、压针。

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、2、3、5所示，一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具，包括设置在底部的热沉定位组件，热沉定位组件上方设置有压针14按压组件；

热沉定位组件包括固定板8，固定板8的上表面开有若干凹槽，每个凹槽内均放置有热沉10、COS11、可从侧面将热沉10夹紧定位在凹槽内的定位楔块以及可从侧面将COS夹紧定位在热沉10上方的COS定位块3，热沉10与COS之间夹有焊料片5；压针14按压组件包括压针14和下定位板13，下定位板13可拆卸连接在固定板8上方，下定位板13上方平行设置有上导向板1，上导向板1与下定位板13之间竖直连接有连接柱2，上导向板1和下定位板13上均开有若干组压针孔，每组压针孔包括若干个并排的压针孔，上导向板1上的压针孔与下定位板13上的压针孔上下一一正对，下定位板13上的每组压针孔与凹槽上下一一正对，若干压针14竖直贯穿上下正对的上导向板1和下定位板13上的压针孔，且压针14下端端部竖直按压在COS上表面。

凹槽为方形，定位楔块包括放置在热沉10左侧的长条形的侧面定位块6，热沉10夹在侧面定位块6与凹槽内右侧壁之间，侧面定位块6与凹槽内左侧壁之间夹有侧面楔块4；COS定位块3为方形且放置在热沉10上方，COS定位块3右侧前端向前延伸出有凸块，所述COS11夹在凸块左侧边沿、COS定位块3前端边沿、侧面定位块6右侧边沿之间。固定板8顶部边缘竖直向上延伸有导向柱7，所述下定位板13上设置有可插入导向柱7的导向孔，下定位板13与固定板8通过导向柱7上下插接配合。压针14包括长圆柱形的压条，压条下端端面中心竖直连接有顶针，顶针直径小于压条直径。COS定位块3与凹槽内后侧壁之间夹有后楔块12。侧面定位块6左侧边与侧面楔块4右侧面均为斜面且相互贴合。

安装时，首先，将热沉10放入凹槽内，然后用侧面定位块6夹紧，在热沉10上铺设焊料片5，焊料片5上方放置COS11，使最右侧COS11接触COS定位块3上的凸块边沿定位，其余两个COS11依次铺设热沉10的上方，然后放置后楔块12，最后用压针14按压COS11。最后，放置在回流炉内回流焊接。

压条采用钨铜或者钨钢材质，顶针采用钨钢或者SUS304材质。压针14重量为定量值，误差区间为1g，压针14由压条和顶针组成，压针14的重量根据COS11与焊料片5的类型不同而重量不同，对于重量过大的压针14而言，焊料片5溶化后，COS11与热沉10之间的间隙变小，会使焊料片5溢出，焊料层减小，焊接效果差；对于重量过小的压针14而言，焊料片5溶化后，COS11与热沉10之间的间隙变大，COS11受力较小，熔融的焊料与COS11和热沉10接触较差，导致焊料层减小，焊接效果差，容易出现空洞。压针14中的压条为密度较大、耐腐蚀的金属材质，顶针为耐磨、不易变形、耐腐蚀的材质，由于COS回流焊接在密闭的有一定腐蚀的环境中高温焊接完成，材质选择至关重要，压针14的接触点不能过于尖锐，容易划伤COS11表面。回流焊接夹具可实现压针14一次性取出或按压，当热沉10定位后，贴附焊料片5，然后定位COS11，把压针14上部分组件通过导向结构按压在COS11两端。回流焊接完成后，取出压针组件即可。热沉10定位组件保证热沉10定位准确、牢固。从而确保COS11位置重复位置精准。COS11的定位与热沉10定位结构不同，主要在于COS11下方附有焊料片5，焊料溶化后，COS11相对高度降低，相对而言，COS11的定位方式为两边定位和压针14垂直定位，防止由于热胀冷缩和焊料溶化高度下降导致的COS11卡在四边定位的结构。此回流焊接夹具可以适应不同高度差的热沉10焊接，对于不同高度差的热沉10回流焊接COS11的效果一致性较好。压针14的导向结构和定位结构，压针14通过导向板中的仿形孔上下移动，可以实现导向功能；顶针通过定位板中的仿形孔固定在精准位置，可以实现定位功能。回流夹具可以设计放置n个COS11，相对应的仿真孔的个数为2 n个，压针14个数为2 n个，一个COS同时被相同高度的两个压针14接触并固定。

如图4、6、7所示，不同数量的热沉10放置在固定板8的凹槽内，侧面放置侧面定位块6，热沉10上方放置COS定位块3，分别在侧面定位块6和COS定位块3周边放置侧面楔块4和后楔块12，用于定位热沉10和COS11，然后把焊料片5贴附在热沉10上，并放置COS，COS依靠侧面定位块6和热沉10固定。依次完成剩余所有的焊料片5和COS11。如图1-3所示，COS11安装固定完成后，压针组件依次对准导向柱7，慢慢向下放置，依靠压针14的重力按压COS正负极两侧，各个压针14的重力都是一致的，COS11不会发生以为重量原因导致的偏斜。如图1所示，当搬运夹具时，通过把手9搬运，减少震动，避免COS11错位；发生错位时，可以挺过固定板8与下定位板13之间的孔隙来调节COS11位置，下定位板13表面的孔是用来便于观察COS11，同时也可在回流焊接时，工艺气体进入腔体，更有利于焊接。侧面楔块4和侧面定位块6在热胀冷缩和尺寸误差改变时，始终施加给热沉10力的作用，后楔块12始终施加给COS定位块3力的作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种半导体激光器芯片的回流焊接夹具，包括设置在底部的热沉定位组件，所述热沉定位组件上方设置有压针按压组件；

所述热沉定位组件包括固定板，所述固定板的上表面开有若干凹槽，每个凹槽内均放置有热沉、COS、可从侧面将热沉夹紧定位在凹槽内的定位楔块以及可从侧面将COS夹紧定位在热沉上方的COS定位块，热沉与COS之间夹有焊料片；

所述压针按压组件包括压针和下定位板，所述下定位板可拆卸连接在固定板上方，下定位板上方平行设置有上导向板，上导向板与下定位板之间竖直连接有连接柱，上导向板和下定位板上均开有若干组压针孔，每组压针孔包括若干个并排的压针孔，上导向板上的压针孔与下定位板上的压针孔上下一一正对，下定位板上的每组压针孔与凹槽上下一一正对，若干压针竖直贯穿上下正对的上导向板和下定位板上的压针孔，且压针下端端部竖直按压在COS上表面；

所述的凹槽为方形，所述定位楔块包括放置在热沉左侧的长条形的侧面定位块，所述热沉夹在侧面定位块与凹槽内右侧壁之间，侧面定位块与凹槽内左侧壁之间夹有侧面楔块；所述COS定位块为方形且放置在热沉上方，COS定位块右侧前端向前延伸出有凸块，所述COS夹在凸块左侧边沿、COS定位块前端边沿、侧面定位块右侧边沿之间；所述的侧面定位块左侧边与侧面楔块右侧面均为斜面且相互贴合。

2.根据权利要求1所述的回流焊接夹具，其特征在于，所述的固定板顶部边缘竖直向上延伸有导向柱，所述下定位板上设置有可插入导向柱的导向孔，下定位板与固定板通过导向柱上下插接配合。

3.根据权利要求1所述的回流焊接夹具，其特征在于，所述的压针包括长圆柱形的压条，所述压条下端端面中心竖直连接有顶针，所述顶针直径小于压条直径。

4.根据权利要求1所述的回流焊接夹具，其特征在于，所述的COS定位块与凹槽内后侧壁之间夹有后楔块。

5.根据权利要求1所述的回流焊接夹具，其特征在于，所述的凹槽内设置n个COS，与其对应的一组压针孔的个数为2 n个，每个压针孔穿入1个压针。

6.根据权利要求3所述的回流焊接夹具，其特征在于，所述的压条采用钨铜或者钨钢材质，顶针采用钨钢或者SUS304材质。