一種大功率激光巴條雙面封裝的方法及其封裝用燒結(jié)夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，該方法包括步驟如下：（1）將大功率激光器巴條的出光面與兩個(gè)第一熱沉的側(cè)面沿所述燒結(jié)夾具進(jìn)行端面沖齊；（2）將其中一個(gè)第一熱沉焊接至所述的大功率激光器巴條的一個(gè)側(cè)面，將其中另一個(gè)第一熱沉焊接至所述的大功率激光器巴條的另一個(gè)側(cè)面；在焊接的過程中，利用燒結(jié)夾具對(duì)齊、夾緊所述的兩個(gè)第一熱沉。本發(fā)明通過大功率激光巴條出光面垂直于燒結(jié)夾具并向下緊貼燒結(jié)夾具的加熱主體，實(shí)現(xiàn)了大功率激光巴條出光面嚴(yán)格與第一熱沉邊緣平齊，有效的避免了熱應(yīng)力處理不善導(dǎo)致的smile現(xiàn)象的發(fā)生。此封裝方法既可以用于水平GS疊陣，也可以用于垂直陣列。應(yīng)用范圍相對(duì)廣泛。
【專利說明】一種大功率激光巴條雙面封裝的方法及其封裝用燒結(jié)夾具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大功率激光巴條雙面封裝的方法及其封裝用燒結(jié)夾具，屬于半導(dǎo)體激光器封裝的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體激光器體積小，質(zhì)量輕，光電轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)，易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，使得它在工業(yè)，醫(yī)療，通訊，信息顯示，軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。高功率半導(dǎo)體激光器的研發(fā)水平影響了國(guó)防科技，工業(yè)等發(fā)展水平，它的應(yīng)用可以主要作用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)與跟蹤，武器模擬和炸彈引爆，夜視雷達(dá)監(jiān)控等方面。大功率的巴條激光器的應(yīng)用還可以作用在工業(yè)金屬切割和雕刻，金屬熔涂覆再加工。在醫(yī)療領(lǐng)域，激光美容越來越受到人們的青睞。
[0003]然而現(xiàn)有的大功率巴條產(chǎn)品的封裝，國(guó)內(nèi)少有自動(dòng)設(shè)備封裝實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的，處于研發(fā)起步階段往往采用手動(dòng)封裝，因此需要借助夾具的精密性實(shí)現(xiàn)封裝的可實(shí)現(xiàn)性。現(xiàn)有工藝下，芯片出光面和熱沉的對(duì)位不精準(zhǔn)，從而導(dǎo)致了芯片燒結(jié)后熱沉邊緣擋住光束的快軸方向，影響了激光器的發(fā)光功率和使用壽命。往往通過一個(gè)補(bǔ)償量解決熱沉邊緣擋光的現(xiàn)象，但是這樣做的弊端是芯片出光面部分裸露在熱沉邊緣外側(cè)，不僅散熱問題無法解決，在生產(chǎn)測(cè)試使用過程中極易對(duì)芯片造成損傷，因此需要一種封裝方法，即可解決激光器光束快軸方向不被熱沉邊緣遮擋，又能防止芯片的損傷和熱堆積問題。
[0004]中國(guó)專利CN201450226U公開了一種《新型低成本水平陣列液體制冷半導(dǎo)體激光器》，該對(duì)比專利中提及到的大功率激光巴條封裝，采用了單個(gè)巴條單獨(dú)封裝并進(jìn)行老化篩選的方式，避免了多個(gè)巴條一次回流成型造成因合格率問題帶來的經(jīng)濟(jì)損失，且其優(yōu)勢(shì)還在于引入了微散熱結(jié)構(gòu)，有效的的增強(qiáng)了大功率激光器件的熱傳導(dǎo)，并可更換所以可以降低生產(chǎn)成本。但是本對(duì)比專利中并未解決巴條出光面和熱沉邊緣平齊的關(guān)鍵點(diǎn)。
[0005]中國(guó)專利CN201927886U公開了《一種可替換芯片的水平陣列大功率半導(dǎo)體激光器》。該對(duì)比專利中提及的大功率激光巴條封裝，采用了多個(gè)巴條水平排布，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)巴條封裝后進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試?yán)匣?，其熱沉為通有水道的熱沉，通過傳導(dǎo)冷卻有效的對(duì)大功率激光器件進(jìn)行了熱傳導(dǎo)，但是該對(duì)比專利中巴條采用單面熱沉封裝，其巴條芯片的另一面僅通過銅電極片連接，其對(duì)于燒結(jié)過程熱應(yīng)力的釋放并未能良好的處理，因此未能有效的避免熱脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的smile效應(yīng)。
[0006]中國(guó)專利CN202004317U公開了一種高功率脈沖半導(dǎo)體激光器模組，包括上下串聯(lián)在一起的各個(gè)單模組；每個(gè)單模組包括熱沉、絕緣片、電極片和半導(dǎo)體激光器芯片巴條，熱沉作為正極，半導(dǎo)體激光器芯片巴條的P面朝下燒結(jié)在熱沉的一側(cè)邊緣，并與熱沉平齊；電極片作為負(fù)極安裝在熱沉上，電極片與熱沉之間設(shè)有絕緣片，電極片通過焊線與半導(dǎo)體激光器芯片巴條的負(fù)極相連，電極片、絕緣片和熱沉上均設(shè)有位置對(duì)應(yīng)的固定孔；下一個(gè)單模組的電極片上的焊線與上一個(gè)單模組的熱沉相連。其優(yōu)勢(shì)在于單個(gè)巴條單元可以獨(dú)立老化替換，并采用了脈沖工作方式，有效避免了微通道熱沉的高昂成本和一次回流成型造成的不可替換的經(jīng)濟(jì)損失。但是該對(duì)比專利中巴條采用單面熱沉封裝，其巴條芯片另一面通過焊線連接，對(duì)于燒結(jié)過程的熱應(yīng)力未能有效的處理，因此不能像雙面熱沉封裝方法一樣的避免smile效應(yīng)。至于對(duì)比專利提及的“半導(dǎo)體激光器芯片巴條的P面朝下燒結(jié)在熱沉的一側(cè)邊緣，并與熱沉平齊”是封裝工藝中對(duì)巴條邊緣的要求，但其未涉及如何實(shí)現(xiàn)邊緣平齊的封裝方法。而本發(fā)明恰恰是對(duì)邊緣如何平齊提出了一種有效的封裝方法。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有對(duì)比專利提及的封裝的方法中，往往注重的是芯片的散熱問題，然而由于熱沉機(jī)械加工精度和不同批次芯片的差異性，常規(guī)封裝方法難免出現(xiàn)熱沉邊緣擋光的現(xiàn)象或者巴條出光面裸露探出的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有的大功率巴條雙面封裝方法存在的不足,本發(fā)明提供一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，利用該方法封裝出來的大功率激光巴條既能嚴(yán)格保證半導(dǎo)體巴條雙面燒結(jié)后有源區(qū)出光在快軸方向不被熱沉邊緣遮擋，又能避免巴條有源區(qū)出光面探出熱沉邊緣而存在芯片損傷。該方法配合燒結(jié)夾具可實(shí)現(xiàn)大功率激光巴條的規(guī)?；可a(chǎn)。
[0009]本發(fā)明還提供一種上述封裝用的燒結(jié)夾具。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
[0011]一種大功率激光巴條雙面封裝的方法,該方法采用燒結(jié)夾具對(duì)所述的大功率激光巴條進(jìn)行封裝，該方法包括步驟如下:
[0012](I)將大功率激光器巴條的出光面與兩個(gè)第一熱沉的側(cè)面沿所述燒結(jié)夾具進(jìn)行端面沖齊；
[0013](2)將其中一個(gè)第一熱沉焊接至所述的大功率激光器巴條的一個(gè)側(cè)面，將其中另一個(gè)第一熱沉焊接至所述的大功率激光器巴條的另一個(gè)側(cè)面；在焊接的過程中，利用燒結(jié)夾具對(duì)齊、夾緊所述的兩個(gè)第一熱沉。本發(fā)明利用了燒結(jié)夾具將所述的大功率激光巴條固定在緊密封裝的第一熱沉之間，實(shí)現(xiàn)了大功率激光巴條的雙面燒結(jié):通過大功率激光巴條出光面垂直于燒結(jié)夾具并向下緊貼燒結(jié)夾具的加熱主體，實(shí)現(xiàn)了大功率激光巴條出光面嚴(yán)格與第一熱沉邊緣平齊，有效的避免了熱應(yīng)力處理不善導(dǎo)致的smile現(xiàn)象的發(fā)生。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述步驟(I)之前，按照現(xiàn)有技術(shù)將大功率激光巴條安裝在絕緣陶瓷基板的絕緣區(qū)域；所述的絕緣陶瓷基板的一面上設(shè)置有圖案金屬層，所述的圖案金屬層的圖案形狀與所述第一熱沉的排列形狀相適應(yīng)，在圖案金屬層以外的區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)域。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，利用燒結(jié)夾具沿垂直于絕緣陶瓷基板的方向壓緊所述絕緣陶瓷基板，將所述的第一熱沉與所述絕緣陶瓷基板上的圖案金屬層焊接在一起。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在絕緣陶瓷基板的另一面上設(shè)置有金屬層，在所述的金屬層上固定設(shè)置有第二熱沉。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的第一熱沉和第二熱沉為無氧銅熱沉，且表面鍍金。本發(fā)明采用的無氧銅熱沉，且熱沉表面鍍金，比起常規(guī)避免熱應(yīng)力采取的鎢銅熱沉結(jié)構(gòu)而言，成品更低廉。
[0018]一種用于上述封裝方法的燒結(jié)夾具，包括加熱主體、在加熱主體的上方固定設(shè)置有上擋板、在加熱主體的前方固定設(shè)置有前擋板、上墊板和前墊板，所述的上墊板與所述上擋板平行移動(dòng)設(shè)置，用于對(duì)第一熱沉和絕緣陶瓷基板起固定作用，所述的前墊板與前擋板平行移動(dòng)設(shè)置，用于對(duì)大功率激光巴條和第一熱沉起固定作用。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的上墊板通過固定螺絲與所述上擋板平行設(shè)置。
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的前墊板通過固定螺絲與前擋板平行設(shè)置。
[0021]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的燒結(jié)夾具的加熱主體、上擋板和前擋板均為無氧銅材質(zhì)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述前墊板和上墊板均為鋼板。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]1.本發(fā)明所述的大功率激光巴條雙面封裝的方法，保證了大功率激光巴條在雙面封裝后出光面和第一熱沉邊緣嚴(yán)格平齊，解決了第一熱沉邊緣遮擋光束的問題和巴條出光面小部分裸露的問題。此封裝方法既可以用于水平GS疊陣，也可以用于垂直陣列。應(yīng)用范圍相對(duì)廣泛。
[0025]2.本發(fā)明所述的大功率激光巴條雙面封裝的方法，在一定程度上解決了由于熱沉加工精度和芯片批次之間的差異性帶來的封裝問題。
[0026]3.本發(fā)明所述的大功率激光巴條雙面封裝的方法，通過在焊接過程中對(duì)第一熱沉和金屬化絕緣陶瓷基板進(jìn)行固定，在該方向力的作用下，減小了第一熱沉和絕緣陶瓷基板之間的封裝缺陷，增強(qiáng)了大功率激光巴條的熱傳導(dǎo)，提升了大功率激光巴條的輸出功率，保證了大功率激光巴條的正常工作。
[0027]4.本發(fā)明有效的避免了芯片和熱沉在鍵合過程因熱脹系數(shù)不同導(dǎo)致的smile現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是絕緣陶瓷基板與大功率激光巴條、第一熱沉的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是固定大功率激光巴條、第一熱沉和絕緣陶瓷基板的燒結(jié)夾具的示意圖；
[0030]圖1-2中，1、第一熱沉；2、絕緣陶瓷基板；3、燒結(jié)夾具的加熱主體；4、燒結(jié)夾具中對(duì)大功率激光巴條和第一熱沉起固定作用的前墊板；5、燒結(jié)夾具中對(duì)第一熱沉和絕緣陶瓷基板起固定作用的上墊板；6、固定前墊板4用的前擋板；7、固定上墊板5用的上擋板；8、固定螺絲。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不限于此。
[0032]實(shí)施例1、
[0033]如圖1-2所示。
[0034]一種大功率激光巴條雙面封裝的方法,該方法采用燒結(jié)夾具對(duì)所述的大功率激光巴條進(jìn)行封裝，該方法包括步驟如下:
[0035](I)將大功率激光器巴條的出光面與兩個(gè)第一熱沉I的側(cè)面沿所述燒結(jié)夾具進(jìn)行端面沖齊；所述的第一熱沉為無氧銅熱沉，且表面鍍金；
[0036](2)將其中一個(gè)第一熱沉I焊接至所述的大功率激光器巴條的一個(gè)側(cè)面，將其中另一個(gè)第一熱沉焊I接至所述的大功率激光器巴條的另一個(gè)側(cè)面；在焊接的過程中，利用燒結(jié)夾具對(duì)齊、夾緊所述的兩個(gè)第一熱沉I。
[0037]在所述步驟(I)之前，按照現(xiàn)有技術(shù)將大功率激光巴條安裝在絕緣陶瓷基板2的絕緣區(qū)域；所述的絕緣陶瓷基板2的一面上設(shè)置有圖案金屬層，所述的圖案金屬層的圖案形狀與所述第一熱沉I的排列形狀相適應(yīng)，在圖案金屬層以外的區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)域。利用燒結(jié)夾具沿垂直于絕緣陶瓷基板2的方向壓緊所述絕緣陶瓷基板2，將所述的第一熱沉I與所述絕緣陶瓷基板2上的圖案金屬層焊接在一起。
[0038]所述燒結(jié)夾具的主體3是傳導(dǎo)熱的主要部分；用于固定第一熱沉I和大功率激光巴條的墊板4通過固定螺絲8固定在擋板6上；同理，用于固定第一熱沉I和絕緣陶瓷基板2的墊板5通過固定螺絲8固定在擋板7上。其中，所述的墊板4和5起固定作用和導(dǎo)熱作用。所述燒結(jié)環(huán)境需惰性氣體和還原氣體保護(hù)。
[0039]實(shí)施例2、
[0040]如實(shí)施例1所述的一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，其區(qū)別在于，在絕緣陶瓷基板2的另一面上設(shè)置有金屬層，在所述的金屬層上固定設(shè)置有第二熱沉。所述的第二熱沉為無氧銅熱沉，且表面鍍金。
[0041]實(shí)施例3、
[0042]一種用于如實(shí)施例1所述封裝方法的燒結(jié)夾具，包括加熱主體3、在加熱主體3的上方固定設(shè)置有上擋板7、在加熱主體3的前方固定設(shè)置有前擋板6、上墊板5和前墊板4，所述的上墊板5與所述上擋板7平行移動(dòng)設(shè)置，用于對(duì)第一熱沉和絕緣陶瓷基板起固定作用，所述的前墊板4與前擋板6平行移動(dòng)設(shè)置，用于對(duì)大功率激光巴條和第一熱沉起固定作用。
[0043]所述的上墊板5通過固定螺絲8與所述上擋板7平行設(shè)置。所述的前墊板4通過固定螺絲8與前擋板6平行設(shè)置。所述的燒結(jié)夾具的加熱主體3、上擋板7和前擋板6均為無氧銅材質(zhì)。所述前墊板4和上墊板5均為鋼板。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，其特征在于，該方法采用燒結(jié)夾具對(duì)所述的大功率激光巴條進(jìn)行封裝，該方法包括步驟如下: (1)將大功率激光器巴條的出光面與兩個(gè)第一熱沉的側(cè)面沿所述燒結(jié)夾具進(jìn)行端面沖齊； (2)將其中一個(gè)第一熱沉焊接至所述的大功率激光器巴條的一個(gè)側(cè)面，將其中另一個(gè)第一熱沉焊接至所述的大功率激光器巴條的另一個(gè)側(cè)面；在焊接的過程中，利用燒結(jié)夾具對(duì)齊、夾緊所述的兩個(gè)第一熱沉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，其特征在于，在所述步驟(I)之前，按照現(xiàn)有技術(shù)將大功率激光巴條安裝在絕緣陶瓷基板的絕緣區(qū)域；所述的絕緣陶瓷基板的一面上設(shè)置有圖案金屬層，所述的圖案金屬層的圖案形狀與所述第一熱沉的排列形狀相適應(yīng)，在圖案金屬層以外的區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，其特征在于，利用燒結(jié)夾具沿垂直于絕緣陶瓷基板的方向壓緊所述絕緣陶瓷基板，將所述的第一熱沉與所述絕緣陶瓷基板上的圖案金屬層焊接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，其特征在于，在絕緣陶瓷基板的另一面上設(shè)置有金屬層，在所述的金屬層上固定設(shè)置有第二熱沉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種大功率激光巴條雙面封裝的方法，其特征在于，所述的第一熱沉和第二熱沉為無氧銅熱沉，且表面鍍金。
6.一種用于上述封裝方法的燒結(jié)夾具，其特征在于，該燒結(jié)夾具包括加熱主體、在加熱主體的上方固定設(shè)置有上擋板、在加熱主體的前方固定設(shè)置有前擋板、上墊板和前墊板，所述的上墊板與所述上擋板平行移動(dòng)設(shè)置，用于對(duì)第一熱沉和絕緣陶瓷基板起固定作用，所述的前墊板與前擋板平行移動(dòng)設(shè)置，用于對(duì)大功率激光巴條和第一熱沉起固定作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燒結(jié)夾具，其特征在于，所述的上墊板通過固定螺絲與所述上擋板平行設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燒結(jié)夾具，其特征在于，所述的前墊板通過固定螺絲與前擋板平行設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燒結(jié)夾具，其特征在于，所述的燒結(jié)夾具的加熱主體、上擋板和前擋板均為無氧銅材質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燒結(jié)夾具，其特征在于，所述前墊板和上墊板均為鋼板。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK104078834SQ201310172914
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】張騁, 王娜, 李沛旭, 湯慶敏 申請(qǐng)人:山東浪潮華光光電子股份有限公司