CN115954760B - 一种热沉结构、制备方法及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种热沉结构、制备方法及焊接方法。该热沉结构包括第一铜基体和第二铜基体。第一铜基体的第一表面具有至少一个第一加工槽，第二铜基体的第一表面具有至少一个第一对位部。第一铜基体和第二铜基体对位焊接之后，形成至少一个第一加工通道。该第一加工通道为密封负压状态，并且内部填充有第一液体。当半导体激光器芯片温度升高时，第一液体汽化吸热升温，可以快速、高效的将半导体激光器产生的热量传递至散热器。

Description

一种热沉结构、制备方法及焊接方法

技术领域

本申请属于半导体技术领域，具体涉及一种热沉结构、制备方法及焊接方法，应用于半导体激光器的散热。

背景技术

半导体激光器作为一种高功率密度的光电器件，在工作过程中会产生很多的热量，所以对散热的要求很高，温度过高时会导致其光束质量变差，严重影响半导体激光器的工作性能。

现有技术中采用层叠设置的热沉结构将半导体激光器工作时产生的热量带出，热沉传递热量的过程是缓慢的，并不能快速的、高效的将热量带走。因此亟需提供一种热沉结构、制备方法及焊接方法，应用于半导体激光器的散热能够快速、高效的将半导体激光器产生的热量传递出去的散热结构。

发明内容

本申请的目的是为了克服现有技术存在的需要层叠设置的热沉结构将半导体激光器工作时产生的热量传递出去时，热量传递效率低的缺陷，提供一种带有导热加工通道的热沉结构、制备方法及焊接方法，带有导热加工通道的热沉结构能够快速、高效的将半导体激光器产生的热量传递至散热器。

为了实现上述目的，本申请提供了一种热沉结构，包括：

第一铜基体，对所述第一铜基体进行表面处理，以在所述第一铜基体的第一表面形成至少一个第一加工槽；

第二铜基体，在所述第二铜基体的第一表面形成至少一个第一对位部；

其中，所述第一铜基体的第一表面和所述第二铜基体的第一表面通过焊料焊接，并且所述第一加工槽和所述第一对位部对位形成第一加工通道；

所述第一加工通道为密封的加工通道，并且所述第一加工通道内部为负压状态，并填充有第一液体；

所述第一铜基体还包括：多个第二加工槽，间隔设置于所述第一铜基体的第一表面，所述第二加工槽与所述第一加工槽间隔设置；

所述第二加工槽的宽度与深度的比例为1:20-1:100。

在一个实施例中，所述第一加工通道分别延伸至所述第一铜基体和所述第二铜基体的外边缘；

所述热沉结构还包括密封栓和完全密封介质；

所述密封栓用于对延伸至所述第一铜基体和所述第二铜基体的外边缘的所述第一加工通道进行第一次密封；

所述完全密封介质用于对延伸至所述第一铜基体和所述第二铜基体的外边缘的所述第一加工通道进行第二次密封，以保证所述第一加工通道内部为密封状态。

在一个实施例中，至少一个所述第一加工槽的内表面具有抗腐蚀膜；和/或，至少一个所述第一对位部的内表面具有抗腐蚀膜。

在一个实施例中，所述第一加工槽的宽度与深度的比例为1:20，所述第一加工槽的宽度在0.001mm-0.01mm的范围内。

在一个实施例中，所述第二加工槽的宽度与深度的比例为1:100。

在一个实施例中，所述第二铜基体还包括：多个第二对位部，间隔设置于所述第二铜基体的第一表面，所述第二对位部与所述第一对位部间隔设置；

所述第二对位部用于实现所述第一铜基体和所述第二铜基体的对位焊接。

在一个实施例中，与所述第一铜基体的第一表面平行且背向设置的表面为所述第一铜基体的第二表面，所述第一铜基体的第二表面与半导体激光器接触；

与所述第二铜基体的第一表面平行且背向设置的表面为所述第二铜基体的第二表面，所述第二铜基体的第二表面与散热器接触；

所述第一铜基体的第二表面设置有台面或者导流槽，用于防止焊接过程中的焊料流淌至半导体激光器，而影响半导体激光器的性能。

本申请还提供一种热沉结构的制备方法，包括：

S10，提供第一铜基体和第二铜基体；

S20，对所述第一铜基体进行表面处理，以在所述第一铜基体的第一表面形成至少一个第一加工槽；

S30，根据所述第一加工槽的尺寸及位置关系，在所述第二铜基体的第一表面形成至少一个第一对位部；

S40，去除所述第一铜基体和所述第二铜基体表面的氧化物；

S50，将至少一个所述第一加工槽与至少一个所述第一对位部对位焊接，以形成具有第一加工通道的热沉结构；

S60，向所述第一加工通道内部填充第一液体后，将所述第一加工通道设置为负压密封状态

S21，在所述第一铜基体的第一表面内没有设置所述第一加工槽之外的区域，制备多个第二加工槽，多个所述第二加工槽间隔设置于所述第一铜基体的第一表面；所述第二加工槽的宽度与深度的比例为1:20-1:100；

所述S30之后还包括：

S31，根据多个所述第二加工槽的尺寸及位置关系，在所述第二铜基体的第一表面形成多个第二对位部；

所述S50中，将至少一个所述第一加工槽与至少一个所述第一对位部对位焊接时，包括：

S51，结合所述第二加工槽和所述第一加工槽的尺寸及位置关系，提供预设厚度的焊料；

S52，将预设厚度的所述焊料置于所述第一铜基体的第一表面和所述第二铜基体的第一表面之间，并转移至真空回流炉中加热，以完成所述第一铜基体和所述第二铜基体的焊接。

本申请还提供一种半导体激光器与热沉结构的焊接方法，包括：

S100，采用上述任一项所述的热沉结构的制备方法制备得到所述热沉结构；

S200，在所述第二铜基体的第二表面焊接散热器，以及在所述第一铜基体的第二表面焊接半导体激光器。

在一个实施例中，所述第一铜基体的第二表面设置有多个第三加工槽，所述第二铜基体的第二表面设置有多个第四加工槽；

所述S200中，在所述第二铜基体的第二表面焊接散热器时，包括：

S210，提供第一金属，将所述第一金属熔化至所述第二铜基体的第二表面，采用超声波振动所述第二铜基体，以将所述第一金属填充至所述第四加工槽，熔化后的所述第一金属填充所述第四加工槽的容积的10％-30％；

S220，提供第一焊料和散热器，按照所述第二铜基体、所述第一焊料和所述散热器的结构层叠放置于高温回流炉中，将所述第一焊料熔化至所述第二铜基体的第二表面；所述第一焊料与所述第二铜基体、所述第一金属和所述散热器均具有接触面；

所述S200中，在所述第一铜基体的第二表面焊接半导体激光器时，包括：

S230，提供第二金属，将所述第二金属熔化至所述第一铜基体的第二表面，采用超声波振动所述第一铜基体，以将所述第二金属填充至所述第三加工槽，熔化后的所述第二金属填充所述第三加工槽的容积的10％-30％；

S240，提供第二焊料和半导体激光器，按照所述第一铜基体、所述第二焊料和所述半导体激光器的结构层叠放置于高温回流炉中，将所述第二焊料熔化至所述第一铜基体的第二表面；所述第二焊料与所述第一铜基体、所述第二金属和所述半导体激光器均具有接触面。

本申请提供一种热沉结构、制备方法及焊接方法。该热沉结构包括第一铜基体和第二铜基体。第一铜基体的第一表面具有至少一个第一加工槽，第二铜基体的第一表面具有至少一个第一对位部。第一铜基体和第二铜基体对位焊接之后，形成至少一个第一加工通道。该第一加工通道为密封负压状态，并且内部填充有第一液体。当半导体激光器芯片温度升高时，第一液体汽化吸热升温，可以快速、高效的将半导体激光器产生的热量传递至散热器。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一个实施例提供的热沉结构剖面图；

图2为本申请一个实施例提供的热沉结构应用在半导体激光器散热时的结构示意图；

图3为本申请另一个实施例提供的热沉结构应用在半导体激光器散热时的结构示意图；

图4为本申请又一个实施例提供的热沉结构应用在半导体激光器散热时的结构示意图；

图5为本申请再一个实施例提供的热沉结构应用在半导体激光器散热时的结构示意图；

图6为本申请还一个实施例提供的热沉结构应用在半导体激光器散热时的结构示意图；

图7为本申请还一个实施例提供的半导体激光器与热沉结构的焊接结构示意图。

附图标记说明

热沉结构100：

第一铜基体10、第一加工槽11、第二加工槽12、第三加工槽13；

第二铜基体20、第一对位部21、第二对位部22、第四加工槽23；

第一加工通道110、第一液体111；

焊料200、第一金属211、第一焊料212、第二金属221、第二焊料222、半导体激光器300、散热器400。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例(包括不同的实施例中所包括的特征之间相互组合形成新的实施例)，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请提供一种热沉结构、热沉结构的制备方法，以及热沉结构、散热器与半导体激光器的焊接方法。该热沉结构包括第一加工通道，该第一加工通道内填充有第一液体，当半导体激光器芯片温度升高时，第一液体汽化吸热升温，可以快速、高效的将半导体激光器产生的热量传递至散热结构。

请参阅图1，本申请提供一种热沉结构100，包括：第一铜基体10和第二铜基体20。第一铜基体10和第二铜基体20均需要进行表面处理。对于第一铜基体10进行表面处理时，可以对第一铜基体10的完整表面进行处理；也可以对第一铜基体10的部分表面进行处理。

具体的，在第一铜基体10上预设至少一个焊接区。该焊接区用于焊接半导体激光器。对第一铜基体10的第一表面进行表面处理，以在第一铜基体10的第一表面形成至少一个第一加工槽11。第一铜基体10的第一表面为后续进行焊接的表面。对铜基体进行表面处理的方法并不限定，比如可以是机加工或者激光打标的方法。第一加工槽11的形状也不限定，比如可以是矩形、正梯形、倒梯形、V字形等的形状，再比如可以是椭圆状的凹槽、三角锥状的凹槽、或者其他孔洞状的凹槽。

在第二铜基体20的第一表面形成至少一个第一对位部21。第一对位部21可以是对位凹槽，第一对位部21的具体形状也不限定，比如可以是对位的椭圆状的凹槽、三角锥状的凹槽、或者其他孔洞状的凹槽等。第一对位部21的设置方法并不限定，比如可以是机加工或者激光打标的方法。在第二铜基体20的第一表面形成至少一个第一对位部21时，需要考虑第一铜基体10和第二铜基体20对位焊接时，能否形成加工通道。即，在第一铜基体10的第一表面形成至少一个第一加工槽11；在第二铜基体20的第一表面的相应位置形成至少一个第一对位部21。

以上在第一铜基体10的第一表面设置第一加工槽11，在第二铜基体20的第一表面设置第一对位部21之后，将第一铜基体10和第二铜基体20对位焊接之后，即可形成至少一个第一加工通道110。将第一加工通道110的外边缘位置密封，并且将第一加工通道110内部设置为负压状态，以及向第一加工通道110内部填充第一液体111。

具体的，第一铜基体10的第一表面和第二铜基体20的第一表面在放置焊料200进行焊接时，需要将形成第一加工通道110的空间预留出来。在第一加工槽11和/或第一对位部21的外边缘的固定长度范围内，不设置或者少设置焊料200，以保证第一加工通道110的形成，避免焊料200在高温回流焊的过程中流动至第一加工通道110。

第一加工通道110用于快速、高效的传递热量。请参阅图2，具体应用过程中可以设置为：散热器400-(第二铜基体的第二表面)第二铜基体20(第二铜基体的第一表面)-(第一铜基体的第一表面)第一铜基体10(第一铜基体的第二表面)-半导体激光器300的位置关系。当半导体激光器300产生的热量传递至第一加工通道110时，第一加工通道110中的第一液体111汽化吸热升温由液态变为气态，将热量通过第一铜基体10传递至散热器400所在面，通过散热器400将热量散出。当半导体激光器300侧温度下降，第一加工通道110内部气体冷凝由气态变为液态，如此循环直至将半导体激光器300的温度控制在合适范围内。

本实施例中，第一加工通道110靠近半导体激光器300的一侧为蒸发侧，第一加工通道110靠近散热器400的一侧为冷凝侧。当第一加工通道110的一侧受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸汽在热扩散的动力下流向另外一侧，并在冷凝侧(散热片侧)冷凝释放出热量，液体再沿第一加工通道110内壁靠毛细作用流回蒸发侧，如此循环不止，直到第一加工通道110两侧温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

在一个实施例中，在第一加工通道110内填充的第一液体111为相变材料/工质。比如，水(蒸汽)、油、熔盐或者液态金属。在一个实施例中，第一液体111为水。水可以在第一加工通道110内实现0℃-250℃之间的快速转换，以将半导体激光器300所产生的热量带走。

在一个实施例中，第一加工通道110分别延伸至第一铜基体10和第二铜基体20的外边缘。具体的，第一加工槽11的长度方向延伸至第一铜基体10和第二铜基体20的外边缘。

热沉结构100还包括密封栓和完全密封介质。第一加工通道110通过密封栓和完全密封介质实现完全密封的状态。

密封栓用于对延伸至第一铜基体10和第二铜基体20的外边缘的第一加工通道110(即，对位焊接后的第一加工槽11和第一对位部21)进行第一次密封。密封栓可以是金属或橡胶材质。

完全密封介质用于对延伸至第一铜基体10和第二铜基体20的外边缘的第一加工通道110(即，对位焊接后的第一加工槽11和第一对位部21)进行第二次密封，以保证第一加工通道110内部为密封状态。完全密封介质可以为胶水，通过高温固化将第一加工通道110完全密封。

采用胶水密封等方法对密封后的第一加工通道110进行抽真空，以使得第一加工通道110内部为负压状态。第一加工通道110内部设置为负压状态后，需进一步检查其密封状态是否为完全密封状态。

在一个实施例中，至少一个第一加工槽11的内表面具有抗腐蚀膜；和/或，至少一个第一对位部21的内表面具有抗腐蚀膜。

本实施例中，抗腐蚀膜可以是采用电镀、热镀等方法，镀上的一层不易生锈的金属，如锌、锡、铬、镍等。抗腐蚀膜的表面都能形成一层致密的氧化物薄膜，用于减少第一液体对第一铜基体10的腐蚀，延长第一铜基体的使用寿命。

在一个实施例中，第一加工槽11的宽度与深度的比例可以设置为1:2-1:20，第一加工槽11的宽度为L1，L1可以为0.001mm、0.004mm、0.005mm、0.006mm、0.008mm、0.01mm或者其他数值。更优的，第一加工槽11的宽度L1满足：0.001mm≤L1≤0.005mm，第一加工槽11的深度为H1，H1＝0.02mm。

本实施例中提供的热沉结构100，具有特定的、较小尺寸的第一加工通道110。第一加工通道110具有足够大的毛细抽吸压力、较小的液体流动阻力、良好的导热特性、良好的工艺可靠性，可以快速、高效的传递热量，并且第一加工通道110的制造简单，可重复性高。

请参阅图2，在一个实施例中，第一铜基体10还包括：多个第二加工槽12，间隔设置于第一铜基体10的第一表面，第二加工槽12与第一加工槽11间隔设置。第二加工槽12的宽度与深度的比例为1:20-1:100，最优的，第二加工槽12的宽度与深度的比例为1:100。第二加工槽12的宽度为L2，0.001mm≤L2≤0.01mm。第二加工槽12的形状设置并不限定，比如可以设置为矩形、正梯形、倒梯形、V字形等的形状，再比如可以是椭圆状的凹槽、三角锥状的凹槽、或者其他孔洞状的凹槽。

本实施例中，位于第一铜基体10的第一表面的第二加工槽12的宽度与深度的比例为1:100，设置较大的比例范围可以提供充分的焊料200流淌空间，利用焊料200在高温融化状态下具有流动性以及毛细力作用，使得焊料200在第二加工槽12中充分填充流淌，从而让第一铜基体10与第二铜基体20的粘接面积成倍数增长，粘接强度更大，焊接质量更好。按照本实施例中的设计方法，在该热沉结构100中第一铜基体10和第二铜基体20的表面无需镀镍或者镀金即可实现两者之间的高强度焊接。

在一个实施例中，第二加工槽12的宽度L2满足：0.001mm≤L2≤0.005mm，第二加工槽12的深度为H2，H2＝0.1mm。

第二加工槽12的深度为H2，可以设置H2的数值范围为：0.02mm≤H2≤1mm，具体的H2可以为0.05mm、0.4mm、0.8mm、1mm或者其他数值。在一个具体实施例中，第二加工槽12的宽度L2满足：0.001mm≤L2≤0.005mm，第二加工槽12的深度H2＝0.1mm。

本实施例中，当第二加工槽12的宽度大于0.01mm时会出现焊料200在加工槽底部填充不均，从而出现空焊的现象，且伴随着第一铜基体10与第二铜基体20之间的粘接强度降低。当第二加工槽12的深度大于1mm后容易出现焊锡融化后却无法充分填充，加工槽的底部气泡无法排出，出现空焊现象，且第一铜基体10与第二铜基体20之间的粘接强度也会出现骤降。

在一个实施例中，第二加工槽12和第一加工槽11的形状可以为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、波纹管等形状。

请参阅图3-图6，在一个实施例中，第二铜基体20还包括：多个第二对位部22。

多个第二对位部22间隔设置于第二铜基体20的第一表面，第二对位部22与第一对位部21间隔设置。第二对位部22用于实现第一铜基体10和第二铜基体20的对位焊接，第二对位部22可以设置为对位凸块(如图3、图5和图6)或者对位凹槽(如图4所示)。第二对位部22可以是对位凸块，比如可以是对位的矩形凸块、对位的三角形凸块或者对位的椭圆状凸块等。

本实施例中，在焊接前的对位过程中，可以通过定位夹具或者第二加工槽12和第二对位部22到定位点的距离相等的手段实现第一铜基体10和第二铜基体20的准确对位。本实施例中，在第二铜基体20设置第二对位部22可以使得焊接过程中的对位更简单，节约工艺过程中的对位时间。

在一个实施例中，第一铜基体10具有与第一表面平行且背向设置的第二表面，第一铜基体的第二表面与半导体激光器300接触。

第二铜基体20具有与第二铜基体的第一表面平行且背向设置的第二铜基体的第二表面，第二铜基体的第二表面与散热器400接触。

第一铜基体10的第二表面和第二铜基体20的第二表面可以设置有台面或者导流槽，用于防止焊接过程中的高温焊料200流淌至半导体激光器300，而影响半导体激光器300的性能。

本实施例中，在第一铜基体10的第二表面可以设置台面或者导流槽。同时，如图5所示，在第一铜基体10和半导体激光器300的焊接面(即第二表面)上，也可以设置多个第三加工槽13，以实现两者之间的高强度焊接。

比如台面设置于第一铜基体10的第二表面，多个第三加工槽13间隔设置于台面；台面的面积小于第二表面的面积。第一铜基体10的深度为H，H＞3mm，台面的深度为H3，0.05mm＜H3≤0.25mm。台面可以设置为凸起于第一铜基体10的第二表面，采用液态焊料实现第一铜基体10和半导体激光器300的焊接。

本实施例中，设置台面可以在第一铜基体10的第二表面产生高度差，用于存放焊接过程中从第三加工槽13中溢出的焊料200，保证焊料200不会溢出至其他位置，避免影响半导体激光器300的性能。

比如导流槽，设置于第一铜基体10的第二表面，并且以多个第三加工槽13长度方向的延伸边缘为起点，向第一铜基体10的外边缘延伸设置。导流槽的宽度与深度的比例为1:1-1:10。

本实施例中，导流槽可以是相同的深度，导流槽也可以是渐变的深度。比如，从导流槽与第三加工槽13接触处向导流槽与第一铜基体10的外边缘接触处的延伸方向，导流槽的深度逐渐变深。本实施例中，设置导流槽，可以实现将焊接过程中多余的焊液按照预先设计的导流槽流淌，不会溢出至半导体激光器300的关键位置，避免影响半导体激光器300的性能。

在一个实施例中，还可以包括：在第一铜基体10的第二表面预设焊接区。具体的，根据半导体激光器300的尺寸S1，在第一铜基体10上选取焊接区S2。一般可以设置S1＝m*n，S2＝m*(1+10％)*n*(1+10％)。在预设焊接区设置多个第三加工槽13，以便将半导体激光器300高强度焊接至第一铜基体10的第二表面。其中，m和n分别为半导体激光器与第一铜基体10接触表面的长和宽。

在其他实施例中还可以在第一铜基体10的第一表面上，设置了多个第二加工槽12之外的区域的四周加阻挡墙，以将焊接区域挡住，保证焊锡不会溢出至其他位置；亦可以在焊接区域外镀一层不易焊接的金属或者涂抹胶水等物质，以保证焊锡不会溢出至其他位置。

请参阅图6，在一个实施例中，在第二铜基体20和散热器400的焊接面(即第二铜基体的第二表面)上，也可以设置多个第四加工槽23，第四加工槽23可以成倍数的增加第二铜基体20和散热器400之间的焊接面积，以实现两者之间的高强度焊接。

本申请还提供一种热沉结构100的制备方法，包括：

S10，提供第一铜基体10和第二铜基体20。两个铜基体的体积大小及具体尺寸可以相同也可以不同。具体可以根据不同的设计需求进行选择。

S20，对第一铜基体10进行表面处理，以在第一铜基体10的第一表面形成至少一个第一加工槽11。本步骤中，第一加工槽11的宽度与深度的比例为1:20，第一加工槽11的宽度为L1，0.001mm≤L1≤0.005mm。另外，第一加工槽11的具体结构形式也可以参考上述任一实施例。

具有特定的、较小尺寸的第一加工通道110。第一加工通道110具有足够大的毛细抽吸压力、较小的液体流动阻力、良好的导热特性、良好的工艺可靠性，可以快速、高效的传递热量，并且第一加工通道110的制造简单，可重复性高。

S30，根据第一加工槽11的尺寸及位置关系，在第二铜基体20的第一表面的相应位置形成至少一个第一对位部21，每一个第一对位部21对应一个第一加工槽11。第一对位部21的具体结构形式可以参考上述任一实施例。

S40，去除第一铜基体10和第二铜基体20表面的氧化物。本步骤中，可以采用以下S510或者S520的步骤去除第一铜基体10和第二铜基体20表面的氧化物。

S510，将第一铜基体10和第二铜基体20浸泡在酸碱溶液中，去除表面的氧化物，以使得第一铜基体10和第二铜基体20的表面具有更好的浸润性，避免铜表面氧化物与焊锡粘接，导致焊接后性能不佳。

S520，使用高温氢气还原的方式，将第一铜基体10和第二铜基体20表面的氧化物还原，以使得第一铜基体10和第二铜基体20的表面具有更好的浸润性，避免铜表面氧化物与焊锡粘接，导致焊接后性能不佳。

本步骤中，对第一铜基体10和第二铜基体20的表面进行化学处理，除去表面氧化层，增大铜基板表面的浸润性，使得焊锡能够与铜基板更好的扩散、互溶，使得散热效果更好，达到一个好的焊接质量。

S50，将至少一个第一加工槽11与至少一个第一对位部21对位焊接，以形成具有第一加工通道110的热沉结构100。本步骤中，在实施对位焊接时，可以借助夹具实现第一加工槽11与第一对位部21之间的更精确的对位。

S60，向第一加工通道110内部填充第一液体111后，将第一加工通道110设置为负压密封状态。第一加工通道110分别延伸至第一铜基体10和第二铜基体20的外边缘。本步骤中，可以通过金属或橡胶材质的密封栓分别对第一加工通道110露出的两端进行封堵，进一步通过胶水或其他材质的密封物对第一加工通道110进行完全密封。在对第一加工通道110完全密封前可以填充第一液体111，并对第一加工通道110抽真空。最终使得完全密封的第一加工通道110为负压状态，并且第一加工通道110内填充有第一液体111。

本实施例中，提供一种热沉结构100的制备方法。该热沉结构100具有第一加工通道110。第一加工通道110用于快速、高效的传递热量。第一加工通道110具有足够大的毛细抽吸压力、较小的液体流动阻力、良好的导热特性、良好的工艺可靠性，可以快速、高效的传递热量，并且第一加工通道110的制造简单，可重复性高，便于在半导体激光器散热领域的大批量应用。

在一个实施例中热沉结构100的制备方法中，在S20之后还包括：

S21，在第一铜基体10的第一表面内没有设置第一加工槽11之外的区域，制备多个第二加工槽12，多个第二加工槽12间隔设置于第一铜基体10的第一表面。具体的，第二加工槽12的宽度与深度的比例可以设置为1:100，第二加工槽12的宽度可以设置为L2，0.001mm≤L2≤0.005mm。

上述热沉结构100的制备方法中，在S30之后还包括：

S31，根据多个第二加工槽12的尺寸及位置关系，在第二铜基体20第二铜基体的第一表面的相应位置形成多个第二对位部22。第二对位部22的具体结构形式可以参考上述任一实施例。

S50中，将至少一个第一加工槽11与至少一个第一对位部21对位焊接时，包括：

S51，结合第二加工槽12和第一加工槽11的尺寸及位置关系，提供预设厚度的焊料200。本步骤中，第二加工槽12的位置需要设置更多的焊料200，第一加工槽11的位置或者第一加工槽11周围预设尺寸的位置不设置焊料200或者少设置焊料200。目的是通过第二加工槽12的设置增加第一铜基体10和第二铜基体20的焊接面积，提高焊接强度；同时，不会影响第一加工通道110的通道空间。

S52，将预设厚度的焊料200置于第一铜基体10的第一表面和第二铜基体20的第一表面之间，并转移至真空回流炉中加热以完成第一铜基体10和第二铜基体20的焊接。

本步骤中，可以在真空回流炉中通入甲酸气体，依据所使用的焊料200种类，设置相应的回流曲线以完成第一铜基体10和第二铜基体20之间的焊接。本步骤中，在第一铜基体10的第一表面侧，除第一加工槽11之外的位置放置焊料。

本实施例中，在该热沉结构100中设置第二加工槽12和第二对位部22，使得第一铜基体10和第二铜基体20的表面无需镀镍或者镀金即可实现两者之间的高强度焊接。具体的，焊料200在高温融化状态下具有流动性以及毛细力作用，使得焊料200在第二加工槽12的底部充分填充流淌，让处理后的第一铜基板与第二铜基板的粘接面积成倍数增长，粘接强度更大。

本申请还提供一种半导体激光器与热沉结构的焊接方法，包括：

S100，采用如上述任一实施例的热沉结构100的制备方法制备得到热沉结构100。

S200，在第二铜基体20的第二表面焊接散热器400，以及在第一铜基体10的第二表面焊接半导体激光器300。

本步骤中，可以先在第二铜基体20的第二表面焊接散热器400，也可以先在第一铜基体10的第二表面焊接半导体激光器300，还可以同时实现散热器400(焊接至第二铜基体20的第二表面)和半导体激光器300(焊接至第一铜基体10的第二表面)的同时焊接。

在第二铜基体20的第二表面放置焊料200，在焊料200远离第二铜基体20的表面放置散热器400。在真空回流炉中通入甲酸气体，依据使用的焊料200，设置相应的回流曲线以完成第二铜基体20和散热器400之间的焊接。本步骤中，第二铜基体20的与第二铜基体的第一表面为两个背向设置的平行面。为了提高第二铜基体20和散热器400之间的焊接强度，也可以在第二铜基体的第二表面设置宽度与深度比为1:20-1:100的加工槽。

在第一铜基体10的第二表面放置焊料200，在焊料200远离第一铜基体10的表面放置半导体激光器300。在真空回流炉中通入甲酸气体，依据使用的焊料200，设置相应的回流曲线以完成第一铜基体10和半导体激光器300之间的焊接。本步骤中，第一铜基体10的第二表面与第一铜基体10的第一表面为两个背向设置的平行面。为了提高第一铜基体10和半导体激光器300之间的焊接强度，也可以在第二表面设置宽度与深度比为1:20-1:100的加工槽。

本实施例中，提供一种半导体激光器与热沉结构的焊接方法，用以实现半导体激光器、热沉结构100、散热器400之间的良好焊接。本申请提供的热沉结构100，利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，在第一加工通道110内设置第一液体111，通过第一液体111的状态变化，以及热沉结构100两表面的温度差(热沉结构100的一个表面与半导体激光器直接接触，热沉结构100的另一个表面与散热器400直接接触，半导体激光器产热，散热器400散热，热沉结构100传递热量)，将半导体激光器的产热快速带走，提高了半导体激光器的散热效率。

请参阅图7，在一个实施例中，第一铜基体10的第二表面设置有多个第三加工槽13，第二铜基体20的第二表面设置有多个第四加工槽23。

S200中，在第二铜基体20的第二表面焊接散热器400时，包括：

S210，提供第一金属211，将第一金属211熔化至第二铜基体20的第二表面，采用超声波振动第二铜基体20，以将第一金属211填充至第四加工槽23，熔化后的第一金属211填充第四加工槽23的容积的10％-30％。

S220，提供第一焊料212和散热器400，按照第二铜基体20、第一焊料212和散热器400的结构层叠放置于高温回流炉中，将第一焊料212熔化至第二铜基体20的第二表面。第一焊料212与第二铜基体20、第一金属211和散热器均具有接触面。

S200中，在第一铜基体10的第二表面焊接半导体激光器300时，包括：

S230，提供第二金属221，将第二金属221熔化至第一铜基体10的第二表面，采用超声波振动第一铜基体10，以将第二金属221填充至第三加工槽13，熔化后的第二金属221填充第三加工槽13的容积的10％-30％。

S240，提供第二焊料222和半导体激光器300，按照第一铜基体10、第二焊料222和半导体激光器300的结构层叠放置于高温回流炉中，将第二焊料222熔化至第一铜基体10的第二表面。第二焊料222与第一铜基体10、第二金属221和半导体激光器均具有接触面。

采用超声波振动第一铜基体10、第二铜基体20或热沉结构100时超声波频率范围可设置在20-35千赫兹。震动时长可设置为3-8分钟。熔化后的第一金属211填充第四加工槽23/第三加工槽13的容积的10％-30％。

金属(包括第一金属211和第二金属221)的熔点低于焊料(包括第一焊料212和第二焊料222)的熔点。金属可以为镓铷铯等低熔点金属，或者镓铷铯与其他金属的合金，合金的熔点低于焊料200的熔点。比如第一金属211和第二金属221可以是镓铝合金、镓铋合金、镓锡合金、镓铟合金等。第一焊料212和第二焊料222可以为锡焊或钎焊，锡焊的熔点为231.89℃。软钎焊的熔点低于450℃；硬钎焊的熔点高于450℃。

本实施例中，提供的半导体激光器300、热沉结构100和散热器400的焊接方法，采用该方法实现半导体激光器300、热沉结构100和散热器400之间的焊接可以大大提高焊接强度。在加工槽中先填充10％-30％的金属(第一金属211或第二金属221)，并采用超声波振动铜基体/热沉结构100，可以最大限度的减少焊接空洞。进一步提供焊料(第一焊料212或第二焊料222)实现焊料、金属和热沉结构100之间，焊料、金属和半导体激光器300之间均具有接触面，增大了焊料与热沉结构100和半导体激光器300之间的接触力，使得热沉结构100和半导体激光器300的接触/焊接更牢固。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，包括：

S100，提供热沉结构，其中，所述热沉结构的制备方法，包括：

S10，提供第一铜基体和第二铜基体；

S20，对所述第一铜基体进行表面处理，以在所述第一铜基体的第一表面形成至少一个第一加工槽；

S30，根据所述第一加工槽的尺寸及位置关系，在所述第二铜基体的第一表面形成至少一个第一对位部；

S40，去除所述第一铜基体和所述第二铜基体表面的氧化物；

S50，将至少一个所述第一加工槽与至少一个所述第一对位部对位焊接，以形成具有第一加工通道的热沉结构；

S60，向所述第一加工通道内部填充第一液体后，将所述第一加工通道设置为负压密封状态；

所述S20之后还包括：

S21，在所述第一铜基体的第一表面内没有设置所述第一加工槽之外的区域，制备多个第二加工槽，多个所述第二加工槽间隔设置于所述第一铜基体的第一表面；所述第二加工槽的宽度与深度的比例为1:20-1:100；

所述S30之后还包括：

S31，根据多个所述第二加工槽的尺寸及位置关系，在所述第二铜基体的第一表面形成多个第二对位部；

所述S50中，将至少一个所述第一加工槽与至少一个所述第一对位部对位焊接时，包括：

S51，结合所述第二加工槽和所述第一加工槽的尺寸及位置关系，提供预设厚度的焊料；

S52，将预设厚度的所述焊料置于所述第一铜基体的第一表面和所述第二铜基体的第一表面之间，并转移至真空回流炉中加热，以完成所述第一铜基体和所述第二铜基体的焊接；

S200，在所述第二铜基体的第二表面焊接散热器，以及在所述第一铜基体的第二表面焊接半导体激光器；

其中，所述第一铜基体的第二表面设置有多个第三加工槽，所述第二铜基体的第二表面设置有多个第四加工槽；

所述S200中，在所述第二铜基体的第二表面焊接散热器时，包括：

S210，提供第一金属，将所述第一金属熔化至所述第二铜基体的第二表面，采用超声波振动所述第二铜基体，以将所述第一金属填充至所述第四加工槽，熔化后的所述第一金属填充所述第四加工槽的容积的10％-30％；

S220，提供第一焊料和散热器，按照所述第二铜基体、所述第一焊料和所述散热器的结构层叠放置于高温回流炉中，将所述第一焊料熔化至所述第二铜基体的第二表面；所述第一焊料与所述第二铜基体、所述第一金属和所述散热器均具有接触面；

所述S200中，在所述第一铜基体的第二表面焊接半导体激光器时，包括：

S230，提供第二金属，将所述第二金属熔化至所述第一铜基体的第二表面，采用超声波振动所述第一铜基体，以将所述第二金属填充至所述第三加工槽，熔化后的所述第二金属填充所述第三加工槽的容积的10％-30％；

S240，提供第二焊料和半导体激光器，按照所述第一铜基体、所述第二焊料和所述半导体激光器的结构层叠放置于高温回流炉中，将所述第二焊料熔化至所述第一铜基体的第二表面；所述第二焊料与所述第一铜基体、所述第二金属和所述半导体激光器均具有接触面。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，所述热沉结构中所述第一加工通道分别延伸至所述第一铜基体和所述第二铜基体的外边缘；

所述热沉结构还包括密封栓和完全密封介质；

所述密封栓用于对延伸至所述第一铜基体和所述第二铜基体的外边缘的所述第一加工通道进行第一次密封；

所述完全密封介质用于对延伸至所述第一铜基体和所述第二铜基体的外边缘的所述第一加工通道进行第二次密封，以保证所述第一加工通道内部为密封状态。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，所述热沉结构中至少一个所述第一加工槽的内表面具有抗腐蚀膜；和/或，至少一个所述第一对位部的内表面具有抗腐蚀膜。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，所述热沉结构中所述第一加工槽的宽度与深度的比例为1:20，所述第一加工槽的宽度在0.001mm-0.01mm的范围内。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，所述第二加工槽的宽度与深度的比例为1:100。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，所述热沉结构中所述第二铜基体还包括：多个第二对位部，间隔设置于所述第二铜基体的第一表面，所述第二对位部与所述第一对位部间隔设置；

所述第二对位部用于实现所述第一铜基体和所述第二铜基体的对位焊接。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器与热沉结构的焊接方法，其特征在于，所述热沉结构中与所述第一铜基体的第一表面平行且背向设置的表面为所述第一铜基体的第二表面，所述第一铜基体的第二表面与半导体激光器接触；

与所述第二铜基体的第一表面平行且背向设置的表面为所述第二铜基体的第二表面，所述第二铜基体的第二表面与散热器接触；

所述第一铜基体的第二表面设置有台面或者导流槽，用于防止焊接过程中的焊料流淌至半导体激光器，而影响半导体激光器的性能。