CN208753723U - 一种半导体激光器芯片的规正装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器芯片的规正装置，包括：机座、模条、光器芯片、遮光板、光源、模条移动机构。该规正装置结构简单，成本低廉，操作和检查方便可靠，生产效率高。采用模条移动机构驱动模条横移在工作时避免了手直接与产品接触，减少人为因素造成的产品污染与损伤，提高了产品合格率，降低了劳动强度，提高了工作效率。通过使用该装置对激光器芯片进行规正后，使激光器芯片与管座的相对位置的一致性大大提高，产品光斑位置测试合格率提升至99%以上。通过对各个管座中激光器芯片进行检查并可实时激对光器芯片进行规正，提高了激光器芯片33与管座32相对位置的一致性，操作简单，提高了效率。

Description

一种半导体激光器芯片的规正装置

技术领域

本实用新型涉及激光器封装技术领域，具体涉及一种半导体激光器芯片的规正装置。

背景技术

由于半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长和可靠性高等优点，已在通讯、医疗、显示、工业制作和安防等领域逐渐取代了气体和固体激光器的使用，其应用范围也在逐步扩展。半导体激光器也从低端应用市场逐步向医疗国防等高端市场迈进，因此过去仅对半导体激光器工作时的功率光斑等宽泛的条件，逐步向产品高度一致性，性能可重复性高的严格标准，这对半导体封装技术提出更高的要求。

目前半导体激光器封装主要采用的工艺有金锡工艺和铟工艺，金锡工艺进行半导体激光器封装，一般采用自动化固晶设备，生产效率和产品精度较高，但是对半导体芯片要求较高，因为采用金锡焊料焊接芯片镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个温度，芯片镀金层的金元素才能溶于到金锡焊料中，所以要求芯片承受温度较高，同时金锡工艺采用硬焊料容易造成芯片损伤。

在目前半导体激光器封装行业好多芯片达不到金锡封装要求，国内部分半导体激光器封装厂采用铟工艺，铟工艺封装目前大多数采用半自动化或者自动化程度较低的设备进行，常见技术手段，将芯片通过半自动固晶设备固晶到热沉上面，然后将固晶有芯片的热沉，通过手动或者半自动设备，利用银胶将芯片粘贴到TO管座上，最后将产品放入烘箱进行烘烤使银胶融化，从而将固晶后芯片通过热沉与管座焊接到一起。这种方法粘贴的芯片精度较差，很难保证芯片与管座位置的方向一致性，从而使生产出的激光器发出的光点位置出现偏差，TO封装的半导体激光器多加透镜使用，影响激光器使用效果，因此需要一种简便可操作芯片规正装置和方法，实现固晶后的芯片粘贴到管座上后进行位置规正，从而使芯片的位置控制在一个合理范围，实现在原始封装工艺下，提高封装精度的一致性，提高产品质量。

中国专利文献CN207705566U提出了一种半导体激光器芯片封装定位装置，芯片封装定位装置包括包括基座、限位块、定位组件和压块，基座两端各设有两个限位块固定机构，分别与限位块两端连接；限位块和定位组件设置于基座两端，压块设置于限位块之间，并且与基座可拆卸连接；压块宽度与基座两端限位块固定机构之间的距离相等；限位固定机构顶部设有用于固定限位块的限位连接孔；限位块设有与限位连接孔位置相对应的固定连接孔；压块在竖直方向上定位芯片，定位组件在水平放上定位芯片。该半导体激光器芯片封装定位装置，通过限位组件和压块在水平方向和垂直方向对芯组施加恒定的压力，使芯片和热沉之间不发生位移。该装置结构简单提高芯片封装定位精度，但是该装置只能实现芯片与热沉之间的定位，无法实现芯片装配到管座后的定位，且该装置只能纯机械构造，生产效率低下。

发明内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种方便操作和检查，确保激光器芯片与管座粘贴精度达到要求的半导体激光器芯片的规正装置。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种半导体激光器芯片的规正装置，包括：

机座，其上端设置有滑轨板，所述滑轨板上沿其长度方向设置有水平的滑槽；

模条，滑动设置于滑槽中，模条沿长度方向均匀间隔设置有N个与激光器的管座相匹配的安装孔，安装孔的轴线水平设置且其垂直于模条的前后端面，各个管座分别插装于对应的安装孔中，每个管座上均设置有激光器芯片；

遮光板位于滑轨板的前端，所述遮光板中设置有出光孔Ⅱ；

光源，设置于遮光板的前端，光源发出的光束与出光孔Ⅱ相同轴；

模条移动机构，其驱动模条沿滑轨板水平移动；

当模条移动至经出光孔Ⅱ射出的光束照射到对应管座上的激光器芯片的腔面时，腔面将光源发出的光反射到遮光板的背面上。

进一步的，上述模条移动机构包括滑块、通过轴承水平转动安装于滑轨板下端的丝杠、安装于机座上的伺服电机、位于滑轨板前端的压板以及分别位于压板左右两侧的钩爪，滑块上端设置有导轨，滑轨板底部沿水平方向设置有导轨槽，滑块通过导轨水平滑动安装于导轨槽内，钩爪下端通过水平设置的滑杆Ⅰ插装于滑块内，压板的下端通过水平设置的滑杆Ⅱ插装于滑块内，模条上设置有若干定位孔，钩爪上端设置有与定位孔相匹配的插针，伺服电机的输出轴与丝杠传动连接，丝杠旋合于滑块中，所述滑轨板上设置有驱动机构，当驱动机构驱动钩爪及压板向外侧移动时，压板的内端面不与模条的外端面相接触，插针位于模条的外侧，当驱动机构驱动钩爪及压板向内侧移动时，压板的内端面与模条的外端面相接触，插针插入对应的定位孔内。

进一步的，上述光源包括设置于机座上的支架、设置于支架上端面上的出光孔Ⅰ、设置于支架内的激光模组以及设置于出光孔Ⅰ上端的直角反射镜，激光模组发出的竖直方向的光束穿过出光孔Ⅰ后经直角反射镜的45°反射面反射后以水平方向射向出光孔Ⅱ。

优选的，上述机座上安装有显微镜，所述显微镜位于模条的斜上方，用于观察模条中的管座内的激光器芯片。

优选的，上述遮光板的背面设置有刻度线。

进一步的，上述驱动机构包括套装于滑杆Ⅰ上的弹簧Ⅰ、套装于滑杆Ⅱ上的弹簧Ⅱ，两个安装于滑轨板上的电机Ⅰ、安装于滑轨板上的电机Ⅱ、安装于电机Ⅰ输出轴上的凸轮Ⅰ以及安装于电机Ⅱ输出轴上的凸轮Ⅱ，弹簧Ⅰ的一端与钩爪相连，其另一端与滑块相连，弹簧Ⅱ的一端与压板相连，其另一端与滑块相连，当弹簧Ⅰ处于自由状态时插针插入定位孔中，当弹簧Ⅱ处于自由状态时压板的内端面与模条的外端面相接触，滑杆Ⅰ的头端与凸轮Ⅰ相接触，滑杆Ⅱ的头端与凸轮Ⅱ相接触。

优选的，上述激光模组采用650nm红光激光器或635nm红光激光器。

优选的，还包括设置于支架中的XY轴手动二维平移台，所述激光模组安装于XY轴手动二维平移台上端的工作台面上。

优选的，上述压板上设置有U形槽，所述U形槽的开口尺寸大于管座的外径。

一种使用所述半导体激光器芯片的规正装置对激光器芯片进行规正的方法，包括如下步骤：

a)将若干管座一一插装于模条内的安装孔中；

b)将模条置于滑槽中；

c)开启光源，模条移动机构驱动模条水平移动至光源射出的光束穿过出光孔Ⅱ后照射到最头端的管座上的激光器芯片的腔面，腔面将光源发出的光反射到遮光板的背面；

d)观察遮光板背面的反射光斑位置是否在要求范围内，如果超出要求范围，则通过扎测针移动该管座上的激光器芯片的位置，使遮光板背面的反射光斑位置在要求范围内；

e)模条移动机构驱动模条水平移动距离为两个管座之间的间距，使模条上的后一个管座运动到测量位置，执行步骤d)；

f)重复执行步骤e)直至模条上所有的管座上激光器芯片的位置完成检测规正。

本实用新型的有益效果是：该规正装置结构简单，成本低廉，操作和检查方便可靠，生产效率高。采用模条移动机构驱动模条横移在工作时避免了手直接与产品接触，减少人为因素造成的产品污染与损伤，提高了产品合格率，降低了劳动强度，提高了工作效率。通过使用该装置对激光器芯片进行规正后，使激光器芯片与管座的相对位置的一致性大大提高，产品光斑位置测试合格率提升至 99%以上。通过对各个管座中激光器芯片进行检查并可实时激对光器芯片进行规正，提高了激光器芯片33与管座32相对位置的一致性，操作简单，提高了效率。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的滑轨板部位的结构示意图；

图3为图2中的A-A向剖面结构示意图；

图4为图2中的B-B向剖面结构示意图；

图5为本实用新型的遮光板部位的立体结构示意图；

图6为本实用新型的XY轴手动二维平移台的立体结构示意图；

图7为本实用新型的激光器芯片与管座装配结构示意图；

图8为本实用新型的管座与模条装配结构示意图；

图9为本实用新型的光路结构示意图；

图10本实用新型的遮光板的背面结构示意图；

图中，1.机座 2.滑轨板 3.显微镜 4.XY轴手动二维平移台5.直角反射镜 6.遮光板 7.滑槽 8.模条 9.安装孔 10.定位孔 11.轴承 12.丝杠 13.伺服电机 14.滑块 15.钩爪 16.压板 17.U形槽 18.滑杆Ⅰ 19.插针 20.导轨 21.弹簧Ⅰ 22.电机Ⅰ 23.凸轮Ⅰ 24.滑杆Ⅱ 25.电机Ⅱ 26.凸轮Ⅱ 27.支架 28.出光孔Ⅰ 29.出光孔Ⅱ 30.旋钮 31.激光模组32.管座 33.激光器芯片 34.刻度线 35.弹簧Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图1至附图10对本实用新型做进一步说明。

如附图1、附图7、附图8所示，一种半导体激光器芯片的规正装置，包括：机座1，其上端设置有滑轨板2，滑轨板2上沿其长度方向设置有水平的滑槽7；模条8，滑动设置于滑槽7中，模条8沿长度方向均匀间隔设置有N个与激光器的管座32相匹配的安装孔9，安装孔9的轴线水平设置且其垂直于模条8的前后端面，各个管座32分别插装于对应的安装孔9中，每个管座32上均设置有激光器芯片33；遮光板6位于滑轨板2的前端，遮光板6中设置有出光孔Ⅱ 29；光源，设置于遮光板6的前端，光源发出的光束与出光孔Ⅱ 29相同轴；模条移动机构，其驱动模条8沿滑轨板2水平移动；当模条8移动至经出光孔Ⅱ 29射出的光束照射到对应管座32上的激光器芯片33的腔面时，腔面将光源发出的光反射到遮光板6的背面上。模条移动机构驱动模条8水平移动至光源射出的光束穿过出光孔Ⅱ 29后照射到最头端的管座32上的激光器芯片33的腔面，腔面将光源发出的光反射到遮光板6的背面。观察遮光板6背面的反射光斑位置是否在要求范围内，如果超出要求范围，则通过扎测针移动该管座32上的激光器芯片33的位置，使遮光板6背面的反射光斑位置在要求范围内。之后模条移动机构驱动模条8水平移动距离为两个管座32之间的间距，使模条8上的后一个管座32运动到测量位置，然后再进行观察反射光斑，对该激光器芯片33进行规正操作。重复执行上述步骤直至模条8上所有的管座32上激光器芯片33的位置完成检测规正。该规正装置结构简单，成本低廉，操作和检查方便可靠，生产效率高。采用模条移动机构驱动模条横移在工作时避免了手直接与产品接触，减少人为因素造成的产品污染与损伤，提高了产品合格率，降低了劳动强度，提高了工作效率。通过使用该装置对激光器芯片33进行规正后，使激光器芯片33与管座32的相对位置的一致性大大提高，产品光斑位置测试合格率提升至 99%以上。通过对各个管座32中激光器芯片33进行检查并可实时激对光器芯片33进行规正，提高了激光器芯片33与管座32相对位置的一致性，操作简单，提高了效率。

实施例1：

如附图2、附图3和附图4所示，模条移动机构包括滑块14、通过轴承11水平转动安装于滑轨板2下端的丝杠12、安装于机座1上的伺服电机13、位于滑轨板2前端的压板16以及分别位于压板16左右两侧的钩爪15，滑块14上端设置有导轨20，滑轨板2底部沿水平方向设置有导轨槽，滑块14通过导轨20水平滑动安装于导轨槽内，钩爪15下端通过水平设置的滑杆Ⅰ 18插装于滑块14内，压板16的下端通过水平设置的滑杆Ⅱ 24插装于滑块14内，模条8上设置有若干定位孔10，钩爪15上端设置有与定位孔10相匹配的插针19，伺服电机13的输出轴与丝杠12传动连接，丝杠12旋合于滑块14中，滑轨板2上设置有驱动机构，当驱动机构驱动钩爪15及压板16向外侧移动时，压板16的内端面不与模条8的外端面相接触，插针19位于模条8的外侧，当驱动机构驱动钩爪15及压板16向内侧移动时，压板16的内端面与模条8的外端面相接触，插针19插入对应的定位孔10内。伺服电机13转动，其驱动丝杠12旋转，丝杠12由于于滑块14旋合连接，因此其驱动滑块14在导轨20的导向下沿滑轨板2水平滑动。初次安装时，驱动机构驱动钩爪15及压板16向外侧移动时，压板16的内端面不与模条8的外端面相接触，插针19位于模条8的外侧，之后将模条8置于滑槽7内中。驱动机构驱动钩爪15及压板16向内侧移动时，压板16的内端面与模条8的外端面相接触，插针19插入对应的定位孔10内。压板16起到压紧模条8的作用，确保其在滑槽7内滑动，插针19插入定位孔10内后当滑块14滑动时即可实现驱动模条8横移的作用。

实施例2：

如附图5和附图9所示，光源包括设置于机座1上的支架27、设置于支架27上端面上的出光孔Ⅰ 28、设置于支架27内的激光模组31以及设置于出光孔Ⅰ 28上端的直角反射镜5，激光模组31发出的竖直方向的光束穿过出光孔Ⅰ 28后经直角反射镜5的45°反射面反射后以水平方向射向出光孔Ⅱ 29。利用直角反射镜5将激光模组31发出的竖直方向的光变为水平方向的光实现了光路的转换，从而可以使整个光源结构更加紧凑，不需要复杂的电气元器件，降低了制作成本，同时具有维护、维修方便的优点。

实施例3：

上述激光模组31采用650nm红光激光器或635nm红光激光器。650nm红光激光器或635nm红光激光器具有功率低。耗电少且寿命长的优点，提高了整体使用的可靠性。

实施例4：

如附图6所示，还可以包括设置于支架27中的XY轴手动二维平移台4，激光模组31安装于XY轴手动二维平移台4上端的工作台面上。通过旋转XY轴手动二维平移台4的两个旋钮30，从而使激光模组31在平面上的X轴和Y轴方向可调，从而在经直角反射镜5反射后的光束的高度位置实现可调，便于满足不同尺寸管座32与不同厚度激光器芯片33的规正需要，调节方便。XY轴手动二维平移台4为标准外购件，采购方便，易于使用。

实施例5：

驱动机构包括套装于滑杆Ⅰ 18上的弹簧Ⅰ 21、套装于滑杆Ⅱ 24上的弹簧Ⅱ 35，两个安装于滑轨板2上的电机Ⅰ 22、安装于滑轨板2上的电机Ⅱ 25、安装于电机Ⅰ 22输出轴上的凸轮Ⅰ 23以及安装于电机Ⅱ 25输出轴上的凸轮Ⅱ 26，弹簧Ⅰ 21的一端与钩爪15相连，其另一端与滑块14相连，弹簧Ⅱ 35的一端与压板16相连，其另一端与滑块14相连，当弹簧Ⅰ 21处于自由状态时插针19插入定位孔10中，当弹簧Ⅱ 35处于自由状态时压板的内端面与模条8的外端面相接触。滑杆Ⅰ 18的头端与凸轮Ⅰ 23相接触，滑杆Ⅱ 24的头端与凸轮Ⅱ 26相接触。电机Ⅰ 22转动驱动凸轮Ⅰ 23转动，当凸轮Ⅰ 23转动到最大径与滑杆Ⅰ 18相接触时，其驱动滑杆Ⅰ 18向外滑动至最大位置，此时弹簧Ⅰ 21拉伸储能，钩爪15向外移动至最大位置。电机Ⅱ 25转动驱动凸轮Ⅱ 26转动，当凸轮Ⅱ 26转动到最大径与滑杆Ⅱ 24相接触时，其驱动滑杆Ⅱ 24向外滑动至最大位置，此时弹簧Ⅱ 35拉伸储能，压板16向外移动至最大位置，此时方便将模条8安装于滑槽7内。当凸轮Ⅰ 23转动到最小径与滑杆Ⅰ 18相接触时，弹簧Ⅰ 21释放能量驱动钩爪 15向内侧滑动使插针19插入到模条8中的定位孔10中。凸轮Ⅱ 26转动到最小径与滑杆Ⅱ 24相接触时，弹簧Ⅱ 35释放能量驱动压板16压紧在模条8的外表面上。

实施例6：

优选的，机座1上安装有显微镜3，显微镜3位于模条8的斜上方，用于观察模条8中的管座32内的激光器芯片33。通过显微镜3可以方便调整观察位置，便于规正过程中对激光器芯片33的位置进行调整，防止出现移动激光器芯片33时出现损坏芯片造成产品不合格的现象，进一步提高了规正的合格率。

实施例7：

如附图10所示，优选的，遮光板的背面设置有刻度线34。通过刻度线34可以高效率的观察到光斑的偏移量，进一步提高了效率。

实施例8：

优选的，压板16上设置有U形槽17，U形槽17的开口尺寸大于管座32的外径。设置U形槽17可以防止压板16压紧模条8时对管座32的干涉，管座32位于U形槽17中可以确保光源发出的光纤射入到激光器芯片33的腔面位置。

Claims (9)

1.一种半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于，包括：

机座（1），其上端设置有滑轨板（2），所述滑轨板（2）上沿其长度方向设置有水平的滑槽（7）；

模条（8），滑动设置于滑槽（7）中，模条（8）沿长度方向均匀间隔设置有N个与激光器的管座（32）相匹配的安装孔（9），安装孔（9）的轴线水平设置且其垂直于模条（8）的前后端面，各个管座（32）分别插装于对应的安装孔（9）中，每个管座（32）上均设置有激光器芯片（33）；

遮光板（6）位于滑轨板（2）的前端，所述遮光板（6）中设置有出光孔Ⅱ（29）；

光源，设置于遮光板（6）的前端，光源发出的光束与出光孔Ⅱ（29）相同轴；

模条移动机构，其驱动模条（8）沿滑轨板（2）水平移动；

当模条（8）移动至经出光孔Ⅱ（29）射出的光束照射到对应管座（32）上的激光器芯片（33）的腔面时，腔面将光源发出的光反射到遮光板（6）的背面上。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述模条移动机构包括滑块（14）、通过轴承（11）水平转动安装于滑轨板（2）下端的丝杠（12）、安装于机座（1）上的伺服电机（13）、位于滑轨板（2）前端的压板（16）以及分别位于压板（16）左右两侧的钩爪（15），滑块（14）上端设置有导轨（20），滑轨板（2）底部沿水平方向设置有导轨槽，滑块（14）通过导轨（20）水平滑动安装于导轨槽内，钩爪（15）下端通过水平设置的滑杆Ⅰ（18）插装于滑块（14）内，压板（16）的下端通过水平设置的滑杆Ⅱ（24）插装于滑块（14）内，模条（8）上设置有若干定位孔（10），钩爪（15）上端设置有与定位孔（10）相匹配的插针（19），伺服电机（13）的输出轴与丝杠（12）传动连接，丝杠（12）旋合于滑块（14）中，所述滑轨板（2）上设置有驱动机构，当驱动机构驱动钩爪（15）及压板（16）向外侧移动时，压板（16）的内端面不与模条（8）的外端面相接触，插针（19）位于模条（8）的外侧，当驱动机构驱动钩爪（15）及压板（16）向内侧移动时，压板（16）的内端面与模条（8）的外端面相接触，插针（19）插入对应的定位孔（10）内。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述光源包括设置于机座（1）上的支架（27）、设置于支架（27）上端面上的出光孔Ⅰ（28）、设置于支架（27）内的激光模组（31）以及设置于出光孔Ⅰ（28）上端的直角反射镜（5），激光模组（31）发出的竖直方向的光束穿过出光孔Ⅰ（28）后经直角反射镜（5）的45°反射面反射后以水平方向射向出光孔Ⅱ（29）。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述机座（1）上安装有显微镜（3），所述显微镜（3）位于模条（8）的斜上方，用于观察模条（8）中的管座（32）内的激光器芯片（33）。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述遮光板的背面设置有刻度线（34）。

6.根据权利要求2所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述驱动机构包括套装于滑杆Ⅰ（18）上的弹簧Ⅰ（21）、套装于滑杆Ⅱ（24）上的弹簧Ⅱ（35），两个安装于滑轨板（2）上的电机Ⅰ（22）、安装于滑轨板（2）上的电机Ⅱ（25）、安装于电机Ⅰ（22）输出轴上的凸轮Ⅰ（23）以及安装于电机Ⅱ（25）输出轴上的凸轮Ⅱ（26），弹簧Ⅰ（21）的一端与钩爪（15）相连，其另一端与滑块（14）相连，弹簧Ⅱ（35）的一端与压板（16）相连，其另一端与滑块（14）相连，当弹簧Ⅰ（21）处于自由状态时插针（19）插入定位孔（10）中，当弹簧Ⅱ（35）处于自由状态时压板的内端面与模条（8）的外端面相接触，滑杆Ⅰ（18）的头端与凸轮Ⅰ（23）相接触，滑杆Ⅱ（24）的头端与凸轮Ⅱ（26）相接触。

7.根据权利要求3所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述激光模组（31）采用650nm红光激光器或635nm红光激光器。

8.根据权利要求3所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：还包括设置于支架（27）中的XY轴手动二维平移台（4），所述激光模组（31）安装于XY轴手动二维平移台（4）上端的工作台面上。

9.根据权利要求6所述的半导体激光器芯片的规正装置，其特征在于：所述压板（16）上设置有U形槽（17），所述U形槽（17）的开口尺寸大于管座（32）的外径。