一種微通道半導體激光器的燒結夾具及其燒結方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于大功率激光器制造所使用的微通道半導體激光器組件封裝的夾具，及該夾具對微通道半導體激光器的燒結方法，屬于半導體激光器燒結技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，由于半導體激光器特有的體積小、重量輕、效率及可靠性高等特點，大功率半導體激光器的使用逐步擴展，在固體激光器栗浦、醫(yī)療、顯示照明、激光加工和軍事等領域得到了越來越廣泛的應用。隨著大功率半導體激光器芯片結構的逐步優(yōu)化和封裝技術的進步，輸出功率達到千瓦以上的激光器巴條芯片陣列的制備和應用也迅速增長。采用激光器巴條芯片陣列可以大大提升半導體激光器的輸出功率和封裝密度，但同時也會造成芯片產熱的顯著增加和聚集，而為達到最優(yōu)的散熱效果，保證大功率半導體激光器的正常工作，陣列半導體激光器的封裝主要采用微通道熱沉(內置微通道的液冷散熱片)，通過通入冷卻水將激光器巴條芯片的工作產熱有效的疏散出去。
[0003]一般工藝中，將巴條芯片P面向下貼裝到微通道熱沉上后，還需要將巴條芯片向上的N面通過焊料連接到負極片上，以實現(xiàn)電接入；負極片和微通道熱沉間還需要焊接好絕緣片以保證正負極間絕緣。如圖1中所示，微通道熱沉I的前端燒焊有巴條芯片2，絕緣片3通過焊料層a燒焊到微通道熱沉I上，負極片4 一端通過焊料層b燒焊到絕緣片3上，另一端則燒焊到巴條芯片2的N面上。這樣燒結后獲得的激光器組件，就可以進行疊陣組合和封裝，從而獲得千瓦以上的激光器巴條陣列。如果負極片和管芯的高度是固定的，可以通過帶有臺階的壓塊將負極片-絕緣片-微通道熱沉和負極片-巴條N面同時壓實保證接觸良好，再通過加熱燒結固定。但由于封裝時使用的巴條、絕緣片和負極片的厚度是有變化的，而焊料的厚度在不同批次間也存在差異，導致采用固定高度臺階的壓塊不能保證將負極片-絕緣片-微通道熱沉和負極片-巴條N面同時壓實和接觸良好，一旦臺階高度過低將導致巴條與負極片之間出現(xiàn)空隙無法燒結良好，而臺階高度過高將導致對巴條施加過高的壓力并造成巴條芯片損壞。因此需要采用可微調臺階高度的壓塊進行燒結。
[0004]中國專利文獻CN201374497Y公開的《一種微通道激光器裝架夾具》，該夾具采用二級臺階形的基座，上部內側面為斜面，在底部有與斜面垂直的凸起，在凸起上設有凹口陶瓷片，放置在斜面上的墊板壓緊凹口陶瓷片，基座下部臺階面上固接有豎直的限位柱，有開有與限位柱相配合的限位孔的壓塊可沿限位柱上下滑動，壓塊側下部為與斜面相配合的傾斜面，有靜壓陶瓷片與凹口陶瓷片相配合，用于將微通道組件壓在墊板上。壓塊在不產生徑向位移的同時對微通道組件施加穩(wěn)定壓力，使得微通道組件裝配更準確，保證裝架質量。該夾具的不足之處在于是針對將激光器芯片燒結到微通道熱沉上，同時將負極片燒結到芯片上而設計的，無法將微通道半導體激光器組件所必須的絕緣片燒結到微通道熱沉后部；此外由于施壓部位是固定的平面，燒結后負極片后部并未固定于絕緣片或者微通道熱沉上，處于懸空狀態(tài)且并未與微通道熱沉主體絕緣，因此無法獲得可直接測試以及組裝的微通道半導體激光器組件。
[0005]中國專利文獻CN102035133A公開的《一種微通道疊層激光器封裝定位裝置》，包括方形基座和固定微通道單元的定位裝置，還包括羅盤和調節(jié)裝置，羅盤為中心開孔且可旋轉的圓形結構，周邊均布有圓孔，通過鎖緊螺釘固定于基座的一側，定位裝置包括底部定位件、頂部定位件、后定位板、前定位板、升降桿以及升降裝置底面，頂部定位件與后定位板頂部鉸接配合，后定位板和前定位板并排固定于底部定位件的底面上，底部定位件底部圓孔與升降桿嵌套配合，升降桿固定于升降裝置底面上，升降裝置底面一端固定于所述羅盤上。此裝置用于微通道疊層激光器裝配、檢驗與微調過程，提高裝配精度并改善光束指向性。該裝置的不足之處在于是針對將燒結完成形成良好的固定和電連接的微通道激光器組件封裝成疊陣激光器的裝配和調試夾具，涉及裝調的定位精度調節(jié)和各個微通道單元的組裝，并未涉及將微通道熱沉-激光器芯片以及絕緣片、負極片等必須的組件進行封裝并燒結，無法將燒焊有激光器芯片的微通道熱沉組裝和燒結以形成可以進行疊陣裝配的微通道激光器組件。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種結構簡單、成本低、操作簡便、生產效率高的微通道半導體激光器的燒結夾具，同時提供一種該燒結夾具對微通道半導體激光器的燒結方法。
[0007]本發(fā)明的微通道半導體激光器的燒結夾具，采用以下技術方案:
[0008]該燒結夾具，包括定位底座和可調蓋板，可調蓋板連接在定位底座上，定位底座上設置有凹面，凹面的兩側為凸臺；可調蓋板包括主體、壓塊和壓塊調節(jié)機構，主體上設置有壓塊槽，壓塊通過壓塊調節(jié)機構安裝于壓塊槽內。
[0009]所述定位底座呈長方體。
[0010]所述凹面中設置有固定柱和螺孔。
[0011]所述壓塊調節(jié)機構包括調節(jié)螺栓和彈簧，調節(jié)螺栓穿過主體連接在壓塊上，彈簧套裝在調節(jié)螺栓上并位于主體與壓塊之間。
[0012]所述主體上設置有定位孔和螺栓孔。
[0013]上述裝置對微通道半導體激光器燒結的方法，包括以下步驟:
[0014](I)將燒結有半導體激光器巴條芯片的微通道熱沉放置在定位底座的凹面中，定位底座兩側的凸臺將微通道熱沉的兩側卡?。?br>[0015](2)將預制有絕緣焊料層的絕緣片的焊料面向下放置在微通道熱沉上，絕緣片的兩側被定位底座兩側的凸臺卡住；
[0016](3)將預制有負極焊料層的負極片的焊料面向下放置在絕緣片上，負極片的兩側被定位底座兩側的凸臺卡??；
[0017](4)將可調蓋板連接在定位底座上，且置于負極片上，用螺栓將可調蓋板、負極片、絕緣片和微通道熱沉固定到定位底座上，同時壓塊在壓塊調節(jié)機構作用下將負極片與半導體激光器巴條芯片向上的N面緊密貼合；
[0018](5)將上述固定好的整個夾具密封在通有氮氣的保護罩殼內，放于加熱臺上，進行作么士
[0019]本發(fā)明的夾具結構簡單，成本低廉，操作簡便可靠，通過一次燒結即對微通道半導體激光器的巴條芯片、微通道熱沉、絕緣片和負極片實現(xiàn)快速精準的固定連接，生產效率尚；具有以下特點:
[0020]1.利用彈簧的彈力對置于定位底座上的微通道熱沉、巴條和負極片施加一定的壓力進行燒結，可以有效的減少負極片與巴條間的燒結空洞，提升激光器的壽命，保證產品的質量。
[0021]2.壓塊通過調節(jié)螺栓和彈簧能夠上下移動，高度可調，從而可滿足不同厚度的焊料、絕緣片、負極片和巴條芯片的燒結需要。
[0022]3.通過螺栓固定施壓，對置于定位底座上的微通道熱沉、絕緣片和負極片施加一定的壓力進行燒結，可以有效的固定和燒結微通道熱沉、絕緣片和負極片，保證激光器長期工作中通水冷卻時的密封和電連接，提升可靠性和使用壽命。
[0023]4.壓塊的尺寸和厚度可以適當調整，便于更換，從而滿足不同尺寸巴條和不同壓力下進行芯片燒結的需要。
[0024]5.可以方便的置于氮氣保護罩殼中，從而有效防止焊料在高溫燒結時發(fā)生氧化。
[0025]6.燒結后的微通道激光器可以方便的進行激光器疊陣的組裝和裝配。
【附圖說明】
[0026]圖1是使用本發(fā)明夾具所燒結的微通道巴條激光器的結構示意圖。
[0027]圖2是微通道熱沉的結構示意圖。
[0028]圖3是絕緣片的結構示意圖。
[0029]圖4是負極片的結構示意圖。
[0030]圖5是本發(fā)明夾具中定位底座的結構示意圖。
[0031]圖6為本發(fā)明夾具中可調蓋板的結構示意圖。
[0032]圖7是本發(fā)明夾具中可調蓋板的主體結構示意圖。
[0033]圖8是主體的仰視圖。
[0034]圖9為可調蓋板中的壓塊結構示意圖。
[0035]圖10