CN210379764U

CN210379764U - 一种多个半导体激光器烧结夹具

Info

Publication number: CN210379764U
Application number: CN201921515588.9U
Authority: CN
Inventors: 顾宁宁; 邵长国; 马崇彩; 孙素娟; 徐现刚
Original assignee: Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Shandong Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2029-09-12

Abstract

本实用新型涉及一种多个半导体激光器烧结夹具，包括底座、压块和定位片；压块设置在底座上，底座中开设有大热沉限位槽，定位片设置在大热沉限位槽的前壁上，定位片上开设有若干个COS限位槽；压块的顶部设置有竖向排布的弹簧针，弹簧针设置在COS限位槽的上方，且弹簧针与COS限位槽一一对应。本实用新型具有能够提高COS定位效率和准确性，能够实现COS在烧结的过程中受力均匀，减少烧结的空洞率。

Description

一种多个半导体激光器烧结夹具

技术领域

本实用新型涉及一种多个半导体激光器烧结夹具，属于半导体激光器烧结技术领域。

背景技术

半导体激光器由于其波长范围宽、体积小、重量轻、寿命长等诸多优势，已被广泛的应用在军事、通信、投影、医疗、照明以及科研等领域，并且需求也在逐渐增加。

虽然半导体激光器材料生长和制作工艺水平在不断进步，但是单芯片功率仍然无法满足工业生产对半导体激光器的高功率需求，为了获得高功率输出，一般通过增加芯片数量的方法来实现，主要实现方式为巴条阵列封装和多管芯串联封装两种形式，巴条阵列的封装即在慢轴方向上并联多个半导体激光芯片，需要低电压高电流驱动，这在工程运用中会产生很多实际问题，另外，由于巴条阵列尺寸较大，不仅封装难度高，还易产生空洞，造成热量富集，大大降低激光器的性能及寿命。相比之下，单芯片串联封装不仅具有独立的电、热工作环境，避免了发光单元之间的热串扰，使其在寿命等方面具有很大的优势。并且单个芯片是独立封装，可以降低芯片烧结难度，提高散热能力，还可以对封装好的小单元进行筛选，剔除不良品，提高串联模块的成品率。

多管芯串联封装，即将单个芯片封装到次热沉上，然后再将封装好的单元器件COS(COS指chip on submount，是封装在次热沉上的激光器)经过二次烧结，封装到大热沉上。由于焊料在融化时会有一定的流动性，造成热沉底板与大热沉之间形成烧结空洞，还会使管芯出光方向出现偏差。因此在进行二次烧结时，需要对COS施加一定的压力。

目前常用的半导体激光器烧结夹具存在以下问题，在将COS放置到烧结夹具的过程中，需要人工在显微镜下摆放COS，导致的效率低下和COS排放的位置容易出现偏差，且一致性差；在烧结过程中，为了实现对COS的固定，多采用刚性的元件对COS进行固定，但是由于热沉厚度公差的存在，会导致每个COS受力不均匀；当单个COS底部不完全水平时，COS左右两侧的压力也不均匀，从而导致压力轻的一侧出现烧结空洞，并且激光器芯片上的应力不均。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种多个半导体激光器烧结夹具，可以提高COS定位效率和准确性，能够实现COS烧结在过程中受力均匀，减少烧结的空洞率。

本实用新型的技术方案为：

一种多个半导体激光器烧结夹具，包括底座、压块和定位片；

所述压块设置在所述底座上，所述底座中开设有大热沉限位槽，所述定位片设置在所述大热沉限位槽的前壁上，所述定位片上开设有若干个COS限位槽；

所述压块的顶部设置有竖向排布的弹簧针，所述弹簧针设置在所述COS限位槽的上方，且所述弹簧针与所述COS限位槽一一对应。

定位片上开设的COS限位槽用来固定COS，烧结过程中COS固定在定位片上，方便操作，定位片上开设的COS限位槽极大提高了COS定位效率和准确性，解决了以往人工在显微镜下摆放COS导致的效率低下和位置偏差问题，一致性较好；弹簧针用于固定COS，避免了COS在定位片的不同位置导致受力不均匀的问题；所述弹簧针的个数与所述COS限位槽的个数相同，防止因COS厚度偏差导致的下压力不均，确保每个COS受力均匀、压力可自适应，能够有效避免每一个COS在烧结过程中位置偏移；大热沉限位槽对大热沉起到限位作用。

根据本实用新型优选的，所述定位片上开设的若干个所述COS限位槽呈弧形排布。使用时，由所述COS限位槽来卡住COS。此设计的好处在于，由COS限位槽来实现对COS的准确定位。

根据本实用新型优选的，所述COS限位槽的深度为0.3-0.6mm；此设计的好处在于，能够将COS固定在COS限位槽中，防止烧结过程中COS的滑动。

进一步优选的，所述COS限位槽的深度为0.4mm。

根据本实用新型优选的，所述COS限位槽的槽底边设置有凹槽，所述凹槽的宽度小于所述COS限位槽的槽底边的宽度。此设计的好处在于，凹槽作用是防止定位片接触激光器出光面，避免损伤激光器出光面。

根据本实用新型优选的，若干个所述弹簧针的下端处于同一水平线上。此设计的好处在于，可以保证烧结时各个COS受力均匀，避免烧结空洞的出现。

根据本实用新型优选的，所述定位片上开设有上固定孔，所述前壁上开设有与所述上固定孔相对应的下固定孔，所述上固定孔与所述下固定孔通过螺栓相连接。此设计的好处在于，将定位片固定到底座上，防止烧结过程中COS发生位移，影响对COS的定位。

根据本实用新型优选的，所述压块的两个侧壁上均开设有上螺纹孔，所述大热沉限位槽的侧壁上均开设有与所述上螺纹孔相对应的下螺纹孔，所述上螺纹孔和下螺纹孔通过螺栓相连接。此设计的好处在于，螺栓将压块与底座固定在一起，从而实现弹簧针给COS施加压力；可通过螺栓的给进量调整压力的大小，减少烧结的空洞率。

根据本实用新型优选的，所述大热沉限位槽的两个侧壁均设置有定位柱，所述压块的两个侧壁上均设置有安装孔，所述定位柱套装在所述安装孔上。此设计的好处在于，定位柱的作用为将压块与底座对齐并固定。

根据本实用新型优选的，所述定位柱的直径小于所述安装孔的直径。此设计的好处在于，使压块在弹簧针的作用下有一定的下压空间，并且下压过程顺滑。

根据本实用新型优选的，所述大热沉限位槽的底面上设置有固定柱。此设计好处在于，将大热沉固定在大热沉限位槽中。

上述一种多个半导体激光器烧结夹具的工作方法，包括：

(1)将预制有焊料的大热沉放置在底座上的大热沉限位槽中，利用所述底座上的固定柱定位并固定在大热沉限位槽中；通过螺栓连接上固定孔和下固定孔，将定位片固定在底座上；

(2)将各个COS依次放置在大热沉上，并利用定位片上设置的COS限位槽定位，COS中激光器芯片位于陶瓷片的前端，且激光器芯片朝向凹槽放置在COS限位槽中；

(3)将压块与底座组装，通过定位柱将压块与底座对齐并固定；弹簧与COS一一对应，每个弹簧针的下端压到对应的COS的陶瓷片的中间，弹簧针的下端处于受压缩状态，实现对COS的定位，防止因COS厚度偏差导致的下压力不均，确保每个COS受力均匀、压力可自适应，能够有效避免每一个COS在烧结过程中位置偏移；

(4)压块的上螺纹孔和底座上的下螺纹孔通过螺栓相连接，通过螺栓的给进量调整弹簧针对COS5所施加压力大小；

(5)将整个夹具放在氮气气氛的烧结炉中进行烧结。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型通过限位片限定COS的位置，极大提高了COS定位效率和准确性，解决了以往人工在显微镜下摆放COS导致的效率低下和位置偏差问题。

2.本实用新型中每个COS对应一个弹簧针，防止因COS厚度偏差导致的下压力不均，确保每个COS受力均匀、压力可自适应。

3.定位片的弧形设计，能够将COS弧形设置在大热沉上，可将激光汇聚，增加光功率密度及亮度。本夹具可以放在氮气的保护中烧结，防止高温烧结时焊料氧化。同时可以设置多个夹具单元批量烧结，提高生产效率。

4.本实用新型提供的烧结夹具结构简单，操作方便，通过固定柱定位并固定大热沉，使激光器在烧结过程中不会出现滑动移位。

5.通过连接压块和底座的螺栓施压，可通过螺栓的给进量调整压力的大小，减少烧结的空洞率。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种多个半导体激光器烧结夹具的结构示意图。

图2为本实用新型中底座的结构示意图。

图3为本实用新型中定位片的结构示意图。

图4为本实用新型中COS的结构示意图。

图5为本实用新型中COS放置于定位片的COS限位槽的结构示意图。

图6为本实用新型中压块的结构示意图。

1、底座，2、压块，3、定位片，4、大热沉，5、COS，6、弹簧针，7、定位柱，8、固定柱，9、COS限位槽，10、激光器芯片，11、陶瓷片,12、大热沉限位槽，13、前壁，14、侧壁，15、下螺纹孔，16、上螺纹孔，17、安装孔，18、上固定孔，19、下固定孔，20、凹槽。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种多个半导体激光器烧结夹具，如图1和图2所示，包括底座1、压块2和定位片3；

压块2设置在底座1上，底座1中开设有大热沉限位槽12，定位片3设置在大热沉限位槽12的前壁13上，如图3所示，定位片3上开设有若干个COS限位槽9；

压块2的顶部设置有竖向排布的弹簧针6，弹簧针6设置在COS限位槽9的上方，且弹簧针6与COS限位槽9一一对应。

定位片3上开设的COS限位槽9用来固定COS5，烧结过程中COS5固定在定位片3上，方便操作，定位片3上开设的COS限位槽9极大提高了COS5定位效率和准确性，解决了以往人工在显微镜下摆放COS5导致的效率低下和位置偏差问题，一致性较好；弹簧针6用于固定COS5，避免了COS5在定位片3的不同位置导致受力不均匀的问题；弹簧针6的个数与COS限位槽9的个数相同，能够有效避免每一个COS5在烧结过程中位置偏移；每个COS5对应一个弹簧针6，防止因COS5厚度偏差导致的下压力不均，确保每个COS5受力均匀、压力可自适应，能够有效避免每一个COS5在烧结过程中位置偏移；大热沉限位槽12对大热沉4起到限位作用。

如图3所示，定位片3上开设的若干个COS限位槽9呈弧形排布。使用时，由COS限位槽9卡住COS5，来定位COS5。此设计的好处在于，由COS限位槽9来实现对COS5的准确定位。

COS限位槽9的深度为0.3-0.6mm。此设计的好处在于，能够将COS5固定在COS限位槽9中，防止烧结过程中COS5的滑动。

如图4所示，COS5包括激光器芯片10和基板，本实施例中基板为陶瓷片11，激光器芯片10位于陶瓷片11前端。将陶瓷基板稳定的固定在COS限位槽9中。

如图5所示，COS5放置于定位片3中。

如图3所示，COS限位槽9的槽底边设置有凹槽20，凹槽20的宽度小于COS限位槽9的槽底边的宽度。此设计的好处在于，凹槽20作用是防止定位片3接触激光器出光面，避免损伤激光器出光面。

如图6所示，若干个弹簧针6的下端处于同一水平线上。此设计的好处在于，可以保证烧结时各个COS5受力均匀。未将压块2防止在底座1上时，并且弹簧针6的下端所在的水平线低于压块2的底面，当压块2放置于底座1上时，能够使得弹簧处于被压缩的状态，从而达到固定COS5的目的。

定位片3上开设有上固定孔18，前壁13上开设有与上固定孔18相对应的下固定孔19，上固定孔18与下固定孔19通过螺栓相连接。此设计的好处在于，将定位片3固定到底座1上，防止烧结过程中COS5发生位移，影响对COS5的定位。

如图1所示，压块2的两个侧壁上均开设有上螺纹孔16，大热沉限位槽12的侧壁14上均开设有与上螺纹孔16相对应的下螺纹孔15，上螺纹孔16和下螺纹孔15通过螺栓相连接，螺栓在图1中未画出。此设计的好处在于，螺栓将压块2与底座1固定在一起，从而实现弹簧针6给COS5施加压力；可通过螺栓的给进量调整压力的大小，减少烧结的空洞率。

大热沉限位槽12的两个侧壁14均设置有定位柱7，压块2的两个侧壁上均设置有安装孔17，定位柱7套装在安装孔17上。此设计的好处在于，定位柱7的作用为将压块2与底座1对齐并固定。

定位柱7的直径小于安装孔17的直径。此设计的好处在于，使压块2在弹簧针6的作用下有一定的下压空间，并且下压过程顺滑。本实施例中，定位柱7高度略低于孔深度，在图1中未能显示出。

大热沉限位槽12的底面上设置有固定柱8。此设计好处在于，将大热沉4固定在大热沉限位槽12中。

本实用新型提供的烧结夹具的工作方法：(1)将预制有焊料的大热沉4放置在底座1上的大热沉限位槽12中，利用底座1上的固定柱8定位并固定在大热沉限位槽12中；通过螺栓连接上固定孔18和下固定孔19，将定位片3固定在底座1上；(2)将各个COS5依次放置在大热沉4上，并利用定位片3上设置的COS限位槽9定位，COS5中激光器芯片10位于陶瓷片11的前端，且激光器芯片10朝向凹槽20放置在COS限位槽9中；(3)将压块2与底座1组装，通过定位柱7将压块2与底座1对齐并固定；弹簧针6与COS5一一对应，每个弹簧针6的下端压到对应的COS5的陶瓷片11的中间，弹簧针6的下端处于受压缩状态，实现对COS5的定位，防止因COS5厚度偏差导致的下压力不均，确保每个COS5受力均匀、压力可自适应，能够有效避免每一个COS5在烧结过程中位置偏移；(4)压块2的上螺纹孔16和底座1上的下螺纹孔15通过螺栓相连接，通过螺栓的给进量调整弹簧针6对COS5所施加压力大小；5)将整个夹具放在氮气气氛的烧结炉中进行烧结。

Claims

1.一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，包括底座、压块和定位片；

2.根据权利要求1所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述定位片上开设的若干个所述COS限位槽呈弧形排布。

3.根据权利要求1所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述COS限位槽的深度为0.3-0.6mm。

4.根据权利要求3所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述COS限位槽的槽底边设置有凹槽，所述凹槽的宽度小于所述COS限位槽的槽底边的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，若干个所述弹簧针的下端处于同一水平线上。

6.根据权利要求1所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述定位片上开设有上固定孔，所述前壁上开设有与所述上固定孔相对应的下固定孔，所述上固定孔与所述下固定孔通过螺栓相连接。

7.根据权利要求1所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述压块的两个侧壁上均开设有上螺纹孔，所述大热沉限位槽的侧壁上均开设有与所述上螺纹孔相对应的下螺纹孔，所述上螺纹孔和下螺纹孔通过螺栓相连接。

8.根据权利要求1所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述大热沉限位槽的两个侧壁均设置有定位柱，所述压块的两个侧壁上均设置有安装孔，所述定位柱套装在所述安装孔上。

9.根据权利要求8所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述定位柱的直径小于所述安装孔的直径。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述大热沉限位槽的底面上设置有固定柱。

11.根据权利要求3所述的一种多个半导体激光器烧结夹具，其特征在于，所述COS限位槽的深度为0.4mm。