CN205195040U - 一种微通道半导体激光器的烧结夹具 - Google Patents

Abstract

一种微通道半导体激光器的烧结夹具，该烧结夹具包括定位底座和可调盖板，可调盖板连接在定位底座上，定位底座上设置有凹面，凹面的两侧为凸台；可调盖板包括主体、压块和压块调节机构，主体上设置有压块槽，压块通过压块调节机构安装于压块槽内。上述装置对微通道半导体激光器烧结时，是将烧结有半导体激光器巴条芯片的微通道热沉、绝缘片和可调盖板自下至上依次连接在定位底座上，并用螺栓固定，将上述固定好的整个夹具密封在通有氮气的保护罩壳内，放于加热台上进行烧结。本实用新型结构简单，成本低廉，操作简便可靠，通过一次烧结即对微通道半导体激光器的巴条芯片、微通道热沉、绝缘片和负极片实现快速精准的固定连接。

Description

一种微通道半导体激光器的烧结夹具

技术领域

本实用新型涉及一种用于大功率激光器制造所使用的微通道半导体激光器组件封装的夹具，属于半导体激光器烧结技术领域。

背景技术

近年来，由于半导体激光器特有的体积小、重量轻、效率及可靠性高等特点，大功率半导体激光器的使用逐步扩展，在固体激光器泵浦、医疗、显示照明、激光加工和军事等领域得到了越来越广泛的应用。随着大功率半导体激光器芯片结构的逐步优化和封装技术的进步，输出功率达到千瓦以上的激光器巴条芯片阵列的制备和应用也迅速增长。采用激光器巴条芯片阵列可以大大提升半导体激光器的输出功率和封装密度，但同时也会造成芯片产热的显著增加和聚集，而为达到最优的散热效果，保证大功率半导体激光器的正常工作，阵列半导体激光器的封装主要采用微通道热沉(内置微通道的液冷散热片)，通过通入冷却水将激光器巴条芯片的工作产热有效的疏散出去。

一般工艺中，将巴条芯片P面向下贴装到微通道热沉上后，还需要将巴条芯片向上的N面通过焊料连接到负极片上，以实现电接入；负极片和微通道热沉间还需要焊接好绝缘片以保证正负极间绝缘。如图1中所示，微通道热沉1的前端烧焊有巴条芯片2，绝缘片3通过焊料层a烧焊到微通道热沉1上，负极片4一端通过焊料层b烧焊到绝缘片3上，另一端则烧焊到巴条芯片2的N面上。这样烧结后获得的激光器组件，就可以进行叠阵组合和封装，从而获得千瓦以上的激光器巴条阵列。如果负极片和管芯的高度是固定的，可以通过带有台阶的压块将负极片-绝缘片-微通道热沉和负极片-巴条N面同时压实保证接触良好，再通过加热烧结固定。但由于封装时使用的巴条、绝缘片和负极片的厚度是有变化的，而焊料的厚度在不同批次间也存在差异，导致采用固定高度台阶的压块不能保证将负极片-绝缘片-微通道热沉和负极片-巴条N面同时压实和接触良好，一旦台阶高度过低将导致巴条与负极片之间出现空隙无法烧结良好，而台阶高度过高将导致对巴条施加过高的压力并造成巴条芯片损坏。因此需要采用可微调台阶高度的压块进行烧结。

中国专利文献CN201374497Y公开的《一种微通道激光器装架夹具》，该夹具采用二级台阶形的基座，上部内侧面为斜面，在底部有与斜面垂直的凸起，在凸起上设有凹口陶瓷片，放置在斜面上的垫板压紧凹口陶瓷片，基座下部台阶面上固接有竖直的限位柱，有开有与限位柱相配合的限位孔的压块可沿限位柱上下滑动，压块侧下部为与斜面相配合的倾斜面，有静压陶瓷片与凹口陶瓷片相配合，用于将微通道组件压在垫板上。压块在不产生径向位移的同时对微通道组件施加稳定压力，使得微通道组件装配更准确，保证装架质量。该夹具的不足之处在于是针对将激光器芯片烧结到微通道热沉上，同时将负极片烧结到芯片上而设计的，无法将微通道半导体激光器组件所必须的绝缘片烧结到微通道热沉后部；此外由于施压部位是固定的平面，烧结后负极片后部并未固定于绝缘片或者微通道热沉上，处于悬空状态且并未与微通道热沉主体绝缘，因此无法获得可直接测试以及组装的微通道半导体激光器组件。

中国专利文献CN102035133A公开的《一种微通道叠层激光器封装定位装置》，包括方形基座和固定微通道单元的定位装置，还包括罗盘和调节装置，罗盘为中心开孔且可旋转的圆形结构，周边均布有圆孔，通过锁紧螺钉固定于基座的一侧，定位装置包括底部定位件、顶部定位件、后定位板、前定位板、升降杆以及升降装置底面，顶部定位件与后定位板顶部铰接配合，后定位板和前定位板并排固定于底部定位件的底面上，底部定位件底部圆孔与升降杆嵌套配合，升降杆固定于升降装置底面上，升降装置底面一端固定于所述罗盘上。此装置用于微通道叠层激光器装配、检验与微调过程，提高装配精度并改善光束指向性。该装置的不足之处在于是针对将烧结完成形成良好的固定和电连接的微通道激光器组件封装成叠阵激光器的装配和调试夹具，涉及装调的定位精度调节和各个微通道单元的组装，并未涉及将微通道热沉-激光器芯片以及绝缘片、负极片等必须的组件进行封装并烧结，无法将烧焊有激光器芯片的微通道热沉组装和烧结以形成可以进行叠阵装配的微通道激光器组件。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种结构简单、成本低、操作简便、生产效率高的微通道半导体激光器的烧结夹具。

本实用新型的微通道半导体激光器的烧结夹具，采用以下技术方案：

该烧结夹具，包括定位底座和可调盖板，可调盖板连接在定位底座上，定位底座上设置有凹面，凹面的两侧为凸台；可调盖板包括主体、压块和压块调节机构，主体上设置有压块槽，压块通过压块调节机构安装于压块槽内。

所述定位底座呈长方体。

所述凹面中设置有固定柱和螺孔。

所述压块调节机构包括调节螺栓和弹簧，调节螺栓穿过主体连接在压块上，弹簧套装在调节螺栓上并位于主体与压块之间。

所述主体上设置有定位孔和螺栓孔。

上述装置对微通道半导体激光器烧结过程如下所述：

(1)将烧结有半导体激光器巴条芯片的微通道热沉放置在定位底座的凹面中，定位底座两侧的凸台将微通道热沉的两侧卡住；

(2)将预制有绝缘焊料层的绝缘片的焊料面向下放置在微通道热沉上，绝缘片的两侧被定位底座两侧的凸台卡住；

(3)将预制有负极焊料层的负极片的焊料面向下放置在绝缘片上，负极片的两侧被定位底座两侧的凸台卡住；

(4)将可调盖板连接在定位底座上，且置于负极片上，用螺栓将可调盖板、负极片、绝缘片和微通道热沉固定到定位底座上，同时压块在压块调节机构作用下将负极片与半导体激光器巴条芯片向上的N面紧密贴合；

(5)将上述固定好的整个夹具密封在通有氮气的保护罩壳内，放于加热台上，进行烧结。

本实用新型的夹具结构简单，成本低廉，操作简便可靠，通过一次烧结即对微通道半导体激光器的巴条芯片、微通道热沉、绝缘片和负极片实现快速精准的固定连接，生产效率高；具有以下特点：

1.利用弹簧的弹力对置于定位底座上的微通道热沉、巴条和负极片施加一定的压力进行烧结，可以有效的减少负极片与巴条间的烧结空洞，提升激光器的寿命，保证产品的质量。

2.压块通过调节螺栓和弹簧能够上下移动，高度可调，从而可满足不同厚度的焊料、绝缘片、负极片和巴条芯片的烧结需要。

3.通过螺栓固定施压，对置于定位底座上的微通道热沉、绝缘片和负极片施加一定的压力进行烧结，可以有效的固定和烧结微通道热沉、绝缘片和负极片，保证激光器长期工作中通水冷却时的密封和电连接，提升可靠性和使用寿命。

4.压块的尺寸和厚度可以适当调整，便于更换，从而满足不同尺寸巴条和不同压力下进行芯片烧结的需要。

5.可以方便的置于氮气保护罩壳中，从而有效防止焊料在高温烧结时发生氧化。

6.烧结后的微通道激光器可以方便的进行激光器叠阵的组装和装配。

附图说明

图1是使用本实用新型夹具所烧结的微通道巴条激光器的结构示意图。

图2是微通道热沉的结构示意图。

图3是绝缘片的结构示意图。

图4是负极片的结构示意图。

图5是本实用新型夹具中定位底座的结构示意图。

图6为本实用新型夹具中可调盖板的结构示意图。

图7是本实用新型夹具中可调盖板的主体结构示意图。

图8是主体的仰视图。

图9为可调盖板中的压块结构示意图。

图10是半导体激光器各组件置于定位底座上的示意图。

图11是半导体激光器各组件置于本实用新型夹具上烧结时的示意图。

图中：1、微通道热沉，2、激光器巴条芯片，3、绝缘片，4、负极片，5、密封槽，6、通水孔，7、定位孔，8、定位底座，9、凹面，10、凸台，11、固定柱，12、螺孔，13、下定位固定孔，14、下通水孔开孔，15、上定位固定孔，16、上通水开孔，17、主体，18、定位固定开孔，19、螺栓孔，20、调节螺栓孔，21、压块槽，22、压块，23、螺纹孔，24、弹簧，25、调节螺栓，a、绝缘焊料层，b、负极焊料层。

具体实施方式

本实用新型的微通道半导体激光器的烧结夹具，用于图1所示微通道巴条激光器的烧结，该微通道巴条激光器是将激光器巴条芯片2设置在微通道热沉1上，在微通道热沉1上通过绝缘焊料层a烧结有绝缘片3，绝缘片3上通过负极焊料层b烧结有负极片4。其中微通道热沉1的结构如图2所示，其上设置有密封槽5、通水孔6和定位孔7，激光器巴条芯片2设置在微通道热沉1的一侧。绝缘片3的结构如图3所示，其上设置有下定位固定孔13和下通水开孔14。负极片的结构如图4所示，其上设置有上定位固定孔15和上通水开孔16。下通水开孔14和上通水开孔16，均与微通道热沉1上的通水孔6位置对应。

本实用新型的微通道半导体激光器的烧结夹具，包括定位底座8和可调盖板。定位底座8呈长方体，其结构如图5所示，其上平面设置有放置微通道热沉1的凹面9，凹面9的长度和宽度与微通道热沉1的长度和宽度一致。凹面9的两侧为凸台10，凹面9中设置有固定柱11和螺孔12。通过凸台10和固定柱11将装有激光器巴条芯片2的微通道热沉1、绝缘片3和负极片4置于定位底座8上进行加压烧结。

如图6所示，可调盖板由主体17、压块22、调节螺栓25和弹簧24组成。主体17的结构如图7和图8所示，其上设置有定位固定开孔18、螺栓孔19、压块槽21和调节螺栓孔20，调节螺栓孔20设置在压块槽21内，通过置于调节螺栓孔20内的调节螺栓25将压块22安装于压块槽21内。压块22的结构如图8所示，其上设置有连接调节螺栓25的螺纹孔23。压块22与主体17之间设置有弹簧24，弹簧24套装在调节螺栓25上，其两端分别压在主体17和压块22上。压块22通过弹簧24压在压块槽21内，向下凸出于主体17前端，并可自由上下移动。通过弹簧24的弹力的作用对烧结时的负极片4和激光器巴条芯片2间施加适当的压力。

利用上述装置对微通道半导体激光器进行烧结时，首先如图10所示，将前端烧结有半导体激光器巴条芯片2的微通道热沉1通过其定位孔7、预制有绝缘焊料层a的绝缘片3通过其下定位固定孔13、预制有负极焊料层b的负极片4通过其上定位固定孔15顺次穿过固定柱11放置于定位底座8上的凹面9中，并通过凸台10限位。此时，负极片4上的上通水开孔16、绝缘片3上的下通水开孔14以及微通道热沉1上的通水孔6对齐。

将压块22放入主体17的压块槽21内，将调节螺栓25伸入主体17的调节螺栓孔20，再在调节螺栓25上套上弹簧24，拧在压块22上的螺纹孔23中固定，组装好可调盖板。再将可调盖板通过主体17上的定位固定开孔18穿过固定柱11放置于定位底座8上，使可调盖板压在负极片4上，如图11所示。通过螺栓将负极片4、绝缘片3和微通道热沉1紧密固定，该螺栓穿过主体17上的螺栓孔19、负极片4上的上通水开孔16、绝缘片3上的下通水开孔14以及微通道热沉1上的通水孔6拧入到定位底座1上的螺孔12内。压块22在弹簧24的弹力作用下压紧在负极片4上，使负极片4与半导体激光器巴条芯片2向上的N面紧密贴合，完成夹具的组装。将通有氮气的保护罩壳盖住整个夹具后密封，放于加热台上，按照现有技术进行烧结。

具体的烧结方法，包括步骤如下

(1)用镊子或真空吸笔将前端烧结有半导体激光器巴条芯片2的微通道热沉1放置在定位底座1上，微通道热沉1上的定位孔7穿过定位底座1上的固定柱11，定位底座1两侧的凸台10恰好将微通道热沉1的两侧卡住；

(2)将预制有绝缘焊料层a的绝缘片3的有焊料一面向下放置在微通道热沉1上，绝缘片3的下定位固定孔13穿过固定柱11，绝缘片3的两侧被定位底座1两侧的凸台10卡住；

(3)将预制有负极焊料层b的负极片4的有焊料一面向下放置在绝缘片3上，负极片4的上定位固定孔15穿过固定柱11，负极片4的两侧被定位底座1两侧的凸台10卡住；

(4)将整个可调盖板通过主体17上的定位固定开孔18穿过固定柱11放置于定位底座8上，且置于负极片4上，用螺栓将可调盖板、负极片4、绝缘片3和微通道热沉1固定到定位底座1上，使负极片4、绝缘片3和微通道热沉1紧密固定，同时压块22在弹簧24的弹力作用下轻压负极片4，使其与半导体激光器巴条芯片2向上的N面紧密贴合；

(5)将上述固定好的整个夹具密封在通有氮气的保护罩壳内，放于加热台上，按照现有技术进行烧结。

Claims (5)

1.一种微通道半导体激光器的烧结夹具，包括定位底座和可调盖板，其特征是，可调盖板连接在定位底座上，定位底座上设置有凹面，凹面的两侧为凸台；可调盖板包括主体、压块和压块调节机构，主体上设置有压块槽，压块通过压块调节机构安装于压块槽内。

2.根据权利要求1所述的微通道半导体激光器的烧结夹具，其特征是，所述定位底座呈长方体。

3.根据权利要求1所述的微通道半导体激光器的烧结夹具，其特征是，所述凹面中设置有固定柱和螺孔。

4.根据权利要求1所述的微通道半导体激光器的烧结夹具，其特征是，所述压块调节机构包括调节螺栓和弹簧，调节螺栓穿过主体连接在压块上，弹簧套装在调节螺栓上并位于主体与压块之间。

5.根据权利要求1所述的微通道半导体激光器的烧结夹具，其特征是，所述主体上设置有定位孔和螺栓孔。