一种半导体激光器的封装管壳及其加工工艺

技术领域

本申请涉及半导体激光器的领域，尤其是涉及一种半导体激光器的封装管壳及其加工工艺。

背景技术

半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。

其中，输出功率、转换效率和可靠性是描述半导体激光器性能的三个主要参数，而半导体激光器的封装管壳对于上述参数的确保起到关键作用。

现有的半导体激光器的封装管壳包括框体、底板、引线、玻璃绝缘子。先对框体进行机加工，以形成装配孔，然后将玻璃绝缘子和引线预先放置于装配孔中，然后利用高温烧结，烧结温度在980℃左右，玻璃绝缘子通过高温熔封以将引线固定于框体上的装配孔内，然后利用钎焊(温度在780℃左右)，以将框体与底板进行钎焊烧结，最后对底板进行CNC加工成型，以制得封装管壳。

上述可知，由于玻璃绝缘子烧结的温度远大于钎焊温度和底板的耐受温度，因此需要先对框体进行机加工，以创造玻璃绝缘子能够预安装于框体上的条件，然后先烧结玻璃以将引线固定于框体上，再将固定引线的框体和底板进行钎焊烧结，最后对底板进行CNC加工。

但是，框体在高温的玻璃烧结过程中也会发生一定形变，再加上钎焊烧结的形变，从而影响封装管壳的尺寸精度，进而影响封装管壳的使用效果。

发明内容

为了提高封装管壳的尺寸精度，本申请提供一种半导体激光器的封装管壳及其加工工艺。

本申请提供的一种半导体激光器的封装管壳，采用如下的技术方案：

一种半导体激光器的封装管壳，包括框体、底板、装配件、引线和绝缘子，所述框体的底部与所述底板钎焊连接；所述引线通过绝缘子烧结固定于所述装配件上；所述框体的侧面开设有对应所述装配件设置的装配孔，所述装配件与所述框体固定连接。

通过采用上述技术方案，通过设置装配件，以熔封固定住引线，作为独立的组件，从而无需一开始就引线安装于框体上，进而解除框体的预先机加工的限制，使得框体可以与底板一并钎焊并车加工，极大缩短了整体加工时间，并且车加工前的框体体积较大，抗形变能力强，尺寸精度保持较好，且为框体与底板后续同时车加工创造了条件，以更好消散内应力和形状修整，进而极大提高了尺寸精度。

并且装配件、绝缘子和引线作为独立组件，能够减少框体直接烧结绝缘子而导致绝缘子不良而导致的报废，从而降低报废成本。

可选的，所述装配件与所述框体钎焊连接。

通过采用上述技术方案，可以极大提高装配件与框体之间的连接强度以及密封性。

同时，由于装配件本身的尺寸精度要求不高，因此哪怕选择钎焊连接，也不会对整体结构的使用精度造成较大影响。

可选的，所述装配件的形状与所述装配孔相适配，所述装配孔的远离框体中心的孔口处设有钎焊槽，所述钎焊槽用于放置焊片；所述装配孔的靠近框体中心的孔口处凸出构造有挡边。

通过采用上述技术方案，挡边起到对装配件的定位作用，当装配件适配于装配孔内时，钎焊槽内的焊片融化时恰好覆盖住装配件与装配孔之间的间隙，从而更加提高了密封性。

可选的，所述装配件为长板，所述装配件开设有多个沿自身长度间隔排布设置的通孔，所述通孔与所述引线一一对应设置，所述装配孔为长孔。

现有的高温烧结前玻璃绝缘子的安装过程为，先将绝缘子放置于框体的所机加工的孔中，然后将引线穿过绝缘子，从而完成引线、绝缘子、框体之间的预安装。

由于，框体本身的尺寸较小，因此细小引线的穿设的操作空间较小，即该装配的难度大，其次，多个引线分别排布在框体的不同面上，因此每安装完一侧的引线，则需要对框体进行挪移，以安装另一侧的引线，如此挪移则易导致原本穿好的引线或者绝缘子松动掉出，进一步增大了装配的困难，装配效率低。

而通过采用上述技术方案，将多个引线安装至同一装配件上，然后独立对装配件进行熔封烧结，即引线在此时已经完成了固定，因此在将装好引线的装配件直接固定于框体上时则更加简单，不仅减少了对框体的无谓挪移，还减少引线或绝缘子松动，并且引线安装至装配件的操作空间较大，综合降低了装配难度，提高了装配效率。

可选的，所述装配件包括两片沿所述装配孔开设方向叠置的第一装配片和第二装配片，所述第一装配片和第二装配片均开设有穿孔，所述第一装配片和所述第二装配片错位设置，当所述第一装配片的穿孔和第二装配片的穿孔不同轴时，第一装配片的穿孔和第二装配片的穿孔组合成所述通孔。

通过采用上述技术方案，先将第一装配片和第二装配片叠置，使得二者的穿孔同轴，然后将绝缘子装入两个穿孔内，然后在熔封烧结时，绝缘子呈熔融状态，其较软，因此将第一装配片和第二装配片进行错位，从而对熔融状态的绝缘子进行一小距离的剪切，使得绝缘子分为错位的两部分，且两部分分别位于两个穿孔内。

如此一来，极大增加了通孔的曲折度，增加了外部水汽侵入管壳内部的难度，二来，还增加了绝缘子对第一装配片和第二装配片的接触面积，从而提高引线的安装稳固性。三来，错位动作对熔融状态的绝缘子产生了扰动，使得熔融状态的绝缘子更易流动填充穿孔，从而减少空洞情况。

可选的，所述第一装配片的穿孔和所述第二装配片的穿孔均为正方形孔，所述第一装配片与所述第二装配片沿第一装配片宽度方向错位设置，所述第二装配片与所述第一装配片沿第二装配片长度方向错位设置，且沿第一装配片宽度方向的错位距离和沿第二装配片长度方向的错位距离相等。

通过采用上述技术方案，绝缘子为正方形，其可以先装配于同轴设置的第一装配片和第二装配片的穿孔中，然后在熔封烧结时，绝缘子呈熔融状态，其较软，然后进行宽度方向和长度方向的错位，使得正方形的通孔尺寸按比例变小，以挤压绝缘子，使得绝缘子与通孔之间的间隙更小，减小空洞情况。

本申请还提供一种半导体激光器的封装管壳的加工工艺，采用如下的技术方案：

一种半导体激光器的封装管壳的加工工艺，包括以下步骤：

管壳毛坯加工：将框体毛坯和底板毛坯进行叠放，进行钎焊烧结，以将框体毛坯固定于底板毛坯上，以制得管壳毛坯；

管壳半成品加工：将管壳毛坯进行车加工，以制得管壳半成品；

引线组件加工：将引线通过绝缘子以预安装于装配件上的通孔内，然后进行熔封，以将绝缘子固定于装配件上；

管壳成品加工：将装配体预安装于框体上的装配孔上，然后进行钎焊烧结，以制得管壳成品。

通过采用上述技术方案，通过额外设置引线组件的独立加工，以解除框体的预先机加工的限制，使得框体可以与底板一并钎焊并车加工，极大缩短了整体加工时间。

并且，管壳毛坯进行一体式车加工，以更好消散框体毛坯和底板毛坯之间的内应力和便于整体形状修整，进而极大提高了尺寸精度。

并且车加工前的框体毛坯和底板毛坯的体积较大，抗形变能力强，尺寸精度保持较好，且为框体与底板后续同时车加工创造了精度条件。

并且装配件、绝缘子和引线作为独立组件，能够减少框体直接烧结绝缘子而导致绝缘子不良而导致的报废，从而降低报废成本。

可选的，在引线组件加工的步骤中，在熔封烧结时，利用石墨夹具对装配件、绝缘子和引线进行夹持固定。

通过采用上述技术方案，当绝缘子烧结时，石墨夹具不易粘上熔融状态的绝缘子，并且石墨夹具的耐热性较好和形变较小，能够确保夹持精度，其次，石墨夹具也不易损伤装配件，即更加适用于小尺寸工件的夹持。

可选的，所述装配件包括两片沿所述装配孔开设方向叠置的第一装配片和第二装配片，所述第一装配片和第二装配片均开设有穿孔，所述第一装配片的一长侧边设有第一弹片，所述第二装配片的一短侧边设有第二弹片；

在引线组件加工的步骤中，利用工装件和夹持具对引线组件进行固定，工装件包括两个对半设置的夹片，两个夹片之间形成有用于夹持第一装配片和第二装配片的夹持腔，对应第一装配片的夹片的夹持腔仅供第一装配片沿自身宽度方向滑移，对应第二装配片的夹片的夹持腔仅供第二装配片沿自身长度方向滑移；先两个夹片同时将叠置状态的第一装配片和第二装配片进行固定，所述第一弹片和所述第二弹片均弹性抵接于所述夹持腔的腔壁，然后迫使第一装配片和第二装配片移动，使第一装配片和第二装配片的穿孔同轴，将正方形的绝缘子同时放入第一装配片和第二装配片的同轴穿孔内，然后将所述工装件固定于所述夹持具上，所述夹持具包括座体，所述座体上设有用于夹持所述引线两端的夹头。

通过采用上述技术方案，安装阶段，利用正方形绝缘子以限制第一装配片和第二装配片的相对位移，此时，第一弹片和第二弹片均均处压缩状态，当处于烧结阶段时，绝缘子呈熔融状，较软，其对于第一装配片和第二装配片的限位效果降低，因此第一弹片和第二弹片恢复形变，以分别迫使第一装配片沿宽度方向移动一小段距离，第二装配片沿长度方向移动一小段距离，从而对熔融状态的绝缘子进行一小距离的剪切，使得绝缘子分为错位的两部分，且两部分分别位于两个穿孔内。如此一来，极大增加了通孔的曲折度，增加了外部水汽侵入管壳内部的难度，二来，还增加了绝缘子对第一装配片和第二装配片的接触面积，从而提高引线的安装稳固性。三来，错位动作对熔融状态的绝缘子产生了扰动，使得熔融状态的绝缘子更易流动填充穿孔，从而减少空洞情况，四来，第一装配片和第二装配片进行宽度方向和长度方向的移动，使得正方形的通孔尺寸按比例变小，以挤压绝缘子，使得绝缘子与通孔之间的间隙更小，减小空洞情况。

可选的，所述夹头与所述座体绕所述引线的轴心转动连接，所述座体上设有搓动组件，所述搓动组件用于带动所述引线的两个端部反向转动。

通过采用上述技术方案，通过搓动组件，使得引线加捻，从而提高对绝缘子的扰动效果，使得绝缘子与通孔之间的间隙更小，减小空洞情况，并且，加捻状的引线表面粗糙度较大，能够提高引线与绝缘子的结合度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置装配件，以熔封固定住引线，从而解除框体的预先机加工的限制，使得框体可以与底板一并钎焊并车加工，极大缩短了整体加工时间，并且车加工前的框体体积较大，抗形变能力强，尺寸精度保持较好，且为框体与底板后续同时车加工创造了条件，以更好消散内应力和形状修整，进而极大提高了尺寸精度；

2.将多个引线安装至同一装配件上，然后独立对装配件进行熔封烧结，即引线在此时已经完成了固定，因此在将装好引线的装配件直接固定于框体上时则更加简单，不仅减少了对框体的无谓挪移，还减少引线或绝缘子松动，并且引线安装至装配件的操作空间较大，综合降低了装配难度，提高了装配效率；

3.装配件、绝缘子和引线作为独立组件，能够减少框体直接烧结绝缘子而导致绝缘子不良而导致的报废，从而降低报废成本。

附图说明

图1是实施例1的封装管壳的结构示意图。

图2是实施例1的用于体现引线组件与框体配合关系的剖面图。

图3是实施例1的加工工艺的流程框图。

图4是实施例1的管壳毛坯的结构示意图。

图5是实施例1的管壳半成品的结构示意图。

图6是实施例2的用于体现夹片与装配件配合关系的爆炸图。

图7是实施例2的夹持具与夹片配合的示意图。

图8是实施例2的夹片示意图。

图9是图8中A-A方向的剖视图。

图10是图8中B-B方向的剖视图。

图11是实施例2的用于体现第一装配片和第二装配片呈错位状态的示意图。

图12是实施例3的夹持具与夹片配合的示意图。

附图标记说明：1、管壳半成品；2、引线组件；3、夹片；4、夹持具；10、框体毛坯；11、框体；111、装配孔；112、挡边；113、钎焊槽；12、底板；20、底板毛坯；21、装配件；211、第一装配片；212、第二装配片；213、穿孔；214、第一弹片；215、第二弹片；216、第一间隙；217、第二间隙；210、通孔；22、绝缘子；23、引线；30、夹持腔；31、第一凸条；32、第一凹槽；33、第二凸条；41、座体；42、支板；43、转动杆；44、夹头；51、齿轮；52、齿条；53、直线驱动件。

具体实施方式

以下结合附图1-12对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例1公开一种半导体激光器的封装管壳。

参照图1，半导体激光器的封装管壳包括包括框体11、底板12、装配件21、引线23和绝缘子22，其中框体11可以选用10#钢，其各方面性能良好，底板12可以选用无氧铜，其散热性能较好，框体11的底部与底板12通过钎焊形式进行固定，以组成管壳半成品1。

如图1、图2所示，装配件21、引线23和绝缘子22组成独立装配的引线组件2，具体为，绝缘子22为环状结构，其可以为圆形或者方形，绝缘子22可以采用玻璃和陶瓷材质，绝缘子22套设于引线23上，绝缘子22与装配件21上的通孔210进行配合，引线23通过绝缘子22烧结固定于装配件21上，以实现装配件21、引线23和绝缘子22的组装。

其中，装配件21可以选用10#钢，装配件21可以供一个或多个引线23组装，本实施例中，为了简化装配难度，装配件21设置为长板状，装配件21开设有多个沿自身长度间隔排布设置的通孔210，该通孔210与引线23和绝缘子22一一对应设置，使得一个装配件21可以组装多个引线23。

如图1所示，框体11的侧面开设有装配孔111，装配件21安装于装配孔111内，在其他实施例中，装配件21设为多个，因此装配孔111也对应设置多个，而本实施例中，装配件21为长板状，因此装配孔111对应设置为长孔。

为了增加装配件21的装配稳固性，还可以进行如下设置，装配孔111的靠近框体11中心的孔口处凸出构造有挡边112，挡边112用于对装配件21进行定位，其次，装配孔111的远离框体11中心的孔口处设有钎焊槽113，钎焊槽113用于放置焊片，从而便于实现装配件21与框体11之间的钎焊连接。

实施例1还公开一种半导体激光器的封装管壳的加工工艺，如图3所示，包括以下步骤：

管壳毛坯加工：将框体毛坯10和底板毛坯20进行叠放，二者中间垫有焊片，然后装入夹具中，此处夹具优选为10#材料的夹具，然后氮氢保护气氛的隧道炉烧结，进行钎焊烧结，烧结温度为775-795℃，炉速为65mm/min，以制得管壳毛坯(见图4)。

管壳半成品1加工：将管壳毛坯进行车加工，可采用CNC成型加工，以制得管壳半成品1(见图5)。

为了便于后续的加工，还可以增加清洗烘干步骤，具体为，将管壳半成品1放入超声波清洗表面油污，然后放入600℃氮氢保护气氛隧道炉内30min，炉冷；清洗完毕后，还可以于管壳半成品1表面预镀镍2~5μm。

引线组件2加工：将引线23通过绝缘子22以预安装于装配件21上的通孔210内，然后利用夹具对装配件21进行固定，此处优选用石墨夹具，放入氮氢保护气氛的隧道炉烧结，进行熔封，烧结温度为985℃，炉速65mm/min，以将引线23固定于装配件21上，制得引线组件2。

管壳成品加工：将引线组件2和管壳半成品1进行组装，具体为，将装配体预安装于框体11上的装配孔111上，并将焊片放入钎焊槽113内，装入夹具中，此处夹具优选为10#钢夹具，放入氮氢保护气氛的隧道炉烧结，进行钎焊烧结，烧结温度为775-795℃，炉速65mm/min，以制得管壳成品。

实施例1的实施原理为：通过设置装配件21，以熔封固定住引线23，其作为独立的引线组件2，无需一开始就将引线23安装于框体11上，进而解除框体11的预先机加工的限制，使得框体11可以与底板12一并钎焊并车加工，极大缩短了整体加工时间，同时，管壳毛坯进行一体式车加工，以更好消散框体毛坯10和底板毛坯20之间的内应力和便于整体形状修整，进而极大提高了尺寸精度。

并且，并且框体毛坯10和底板毛坯20的体积较大，因此在钎焊烧结时，框体毛坯10和底板毛坯20抗形变能力强，尺寸精度保持较好，为框体11与底板12后续同时车加工创造了精度条件。

并且装配件21、绝缘子22和引线23作为独立组件，能够减少框体11直接烧结绝缘子22而因绝缘子22不良而造成的报废，从而降低报废成本。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于，如图6所示，装配件21包括两片沿装配孔111开设方向叠置的第一装配片211和第二装配片212，第一装配片211和第二装配片212均开设有一一对应绝缘子22设置的穿孔213，穿孔213为正方形，其对应的绝缘子22也设置为正方形；第一装配片211的一长侧边设有第一弹片214，第二装配片212的一短侧边设有第二弹片215，第一弹片214和第二弹片215的弹性系数一致。

在引线组件2加工的步骤中，还会使用到工装件和夹持具4，如图6、图7所示，工装件包括两个对半设置的夹片3，其中一个夹片3的侧面凸出构造有第一凸条31，另一个夹片3开设有第一凹槽32，通过第一凸条31和第一凹槽32的配合，以实现两个夹片3的组装，两个夹片3的相对面均开设有夹持腔30，两个夹持腔30分别用于容纳第一装配片211和第二装配片212，并且，对应第一装配片211的夹片3的夹持腔30仅供第一装配片211沿自身宽度方向滑移，即该夹持腔30的宽度大于第一装配片211的宽度，对应第二装配片212的夹片3的夹持腔30仅供第二装配片212沿自身长度方向滑移，即该夹持腔30的长度大于第二装配片212的长度。

如图7所示，夹持具4包括座体41，两个夹片3的底部均固定有第二凸条33，座体41上表面开设有供第二凸条33插入的插槽（图中未示出），座体41上固定有夹头44，两个夹头44与一个引线23对应设置，夹头44用于夹持引线23的端部，以使引线23保持位置的稳定。

在引线组件2加工的步骤中，将第一装配片211和第二装配片212分别置入两个夹持腔30，然后合上夹片3，此时，第一装配片211的第一弹片214弹性抵接于夹持腔30的腔壁上，第二装配片212的第二弹片215弹性抵接于夹持腔30的腔壁上，第一装配片211的穿孔213与第二装配片212的穿孔213错位设置，然后掰动第一装配片211和第二装配片212，使得第一装配片211和第二装配片212的穿孔213同轴(第一弹片214和第二弹片215处于压缩状态)，以将正方形的绝缘子22放入第一装配片211和第二装配片212的同轴穿孔213内，利用正方形绝缘子22以限制第一装配片211和第二装配片212的相对位移，此时，如图9、图10所示，第一装配片211的一长侧边与对应夹持腔30的腔壁之间具有第一间隙216，第二装配片212的一短侧边与对应夹持腔30的腔壁之间具有第二间隙217。

然后通过第二凸条33与插槽的配合，以将夹片3安装在座体41上，然后利用夹头44以固定住引线23的端部。

然后将整体结构放入隧道炉中进行熔封烧结，该过程中，绝缘子22呈熔融状，较软，其对于第一装配片211和第二装配片212的限位效果降低，因此第一弹片214和第二弹片215恢复形变，以分别迫使第一装配片211沿宽度方向移动一小段距离，第二装配片212沿长度方向移动一小段距离，以分别缩短第一间隙216和第二间隙217(见图11)，从而对熔融状态的绝缘子22进行一小距离的剪切，使得绝缘子22分为错位的两部分，且两部分分别位于两个穿孔213内。

如此一来，极大增加了通孔210的曲折度，增加了外部水汽侵入管壳内部的难度，二来，还增加了绝缘子22对第一装配片211和第二装配片212的接触面积，从而提高引线23的安装稳固性。三来，第一装配片211和第二装配片212进行宽度方向和长度方向的移动距离相等，使得正方形的通孔210尺寸按比例变小，以挤压绝缘子22，使得绝缘子22与通孔210之间的间隙更小，减小空洞情况，进而起到密封性。

实施例3

实施例3在实施例2的基础上做出如下设置，如图12所示，夹头44固定有转动杆43，座体41上设有支板42，转动杆43与支板42绕引线23轴心转动连接。

座体41上设有搓动组件，搓动组件用于带动引线23的两个端部的夹头44反向转动。具体为，搓动组件包括齿轮51、齿条52和直线驱动件53，其中齿轮51固定于转动杆43上，齿条52沿自身长度方向与支板42滑移连接，齿条52同时与多个齿轮51啮合，直线驱动件53用于带动齿条52直线往复移动，直线驱动件53可以为电动推杆或者气缸。

在熔封烧结时，直线驱动件53启动，以带动转动杆43转动，同一引线23的两端的夹头44反向转动，使得引线23加捻，加捻状的引线23表面粗糙度较大，能够提高引线23与绝缘子22的结合度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。