一种半导体激光器多面烧结夹具及方法

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器多面烧结夹具及方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

半导体激光器因具有体积小、重量轻、寿命长、效率高等特点被广泛应用于固体激光器泵浦和光纤激光器泵浦，以及直接用于激光加工、医疗美容、材料处理、夜视照明等领域。半导体激光器阵列封装时通常将阵列和正负电极同时封装，为合理利用半导体激光器空间，减小半导体激光器封装体积，一般电极和巴条位于热沉不同面的封装方式。巴条阵列封装半导体激光器电流大，通电时热量高，封装空洞会影响热量及时散出，热量富集会影响器件寿命严重可烧毁模块，并且，烧结过程半导体激光器阵列的压力可能不一致，不能保证烧结质量。

发明专利CN105244756A提出了一种微通道半导体激光器的烧结夹具及其烧结方法，该烧结夹具包括定位底座和可调盖板，可调盖板连接在定位底座上，定位底座上设置有凹面，凹面的两侧为凸台；可调盖板包括主体、压块和压块调节机构，主体上设置有压块槽，压块通过压块调节机构安装于压块槽内。上述装置对微通道半导体激光器的烧结方法，是将烧结有半导体激光器巴条的微通道热沉、绝缘片和可调盖板自下至上依次连接在定位底座上，并用螺栓固定，将上述固定好的整个夹具密封在通有氮气的保护罩壳内，放于加热台上进行烧结。该结构采用螺钉加压块的方式对模块进行固定，然后烧结，该方式存在的问题是在焊料熔化后厚度变薄，从而螺丝对压块的压力变小，容易产生烧结空洞。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种半导体激光器多面烧结夹具及方法，可实现阵列和电极异面烧结，且烧结过程压力恒定，保证烧结质量。

本发明采用如下技术方案：

一种半导体激光器多面烧结夹具，包括热沉限位框、热沉、半导体激光器阵列、阵列绝缘片、电极片、电极绝缘片、电极压块、阵列压块限位框和阵列压块；

所述热沉限位框上部为凹字形，凹字形凹槽内设置有限位槽，用于放置热沉；所述热沉上方依次为阵列绝缘片和半导体激光器阵列，在热沉侧面的正负极位置设置有电极绝缘片和电极片，在电极片与热沉限位框凹字形侧壁之间设置电极压块，电极压块一端与电极片接触，一端与热沉限位框凹字形侧壁接触，电极压块的一端抵在电极块的一侧，另一端抵在热沉限位框上，实现对电极块的侧面压紧，对电极片施加水平方向的压力；

所述热沉限位框的上部两端固定安装阵列压块限位框，阵列压块限位框中部设置有通孔，阵列压块穿过通孔压在半导体激光器阵列上方；电极片正上方的阵列压块限位框上设置有弹簧，用于对两侧的电极片施压持续的压力。

优选的，半导体激光器阵列封装的巴条数量n≥1个，巴条的波长为200-2000nm，巴条的长度为2-15mm。

优选的，所述电极压块为直角三角形或直角梯形。

优选的，所述电极片表面镀金，材料为无氧铜或黄铜等导电材料，形状为片状或L型或S型或Z型等其他形状。

优选的，所述电极绝缘片为PVC、氮化铝或氧化铝等绝缘材料，表面有镀金层或焊料层。

优选的，电极片两侧的弹簧数量各为一根，相对于通孔对称分布，两侧弹簧的弹簧系数相同，且均处于压缩状态。

优选的，所述热沉限位框的上部两端设置有凹槽，用于放置阵列压块限位框，热沉限位框与阵列压块限位框之间通过螺丝固定。

优选的，所述热沉为长方体结构，通过传导冷却或内部加工散热锯齿，低温水通过通水孔进入热沉内部，对半导体激光器进行散热。

一种上述的半导体激光器多面烧结夹具的封装方法，包括如下步骤：

(1)将热沉放在热沉限位框凹字形凹槽内的限位槽，然后在热沉上方依次放置焊料片、阵列绝缘片、焊料片、半导体激光器阵列；

(2)将焊料片、电极绝缘片、电极片依次放置在热沉侧面正负极位置，然后将直角三角形或直角梯形的电极压块放在电极片和热沉限位框之间，对电极片施加一个水平方向的压力；

(3)将阵列压块限位框放在热沉限位框上方两端的凹槽内，阵列压块限位框下方弹簧压在电极片正上方，用螺丝将阵列压块限位框和热沉限位框固定；

(4)将阵列压块放入阵列压块限位框的通孔中，穿过通孔压在半导体激光器阵列上方，用来对半导体激光器阵列施加竖直向下的压力；

(5)将装配后的夹具放在真空回流炉中进行烧结。

优选的，焊料片为熔点在100-300℃的InAg、InSn等。

本发明未详尽之处，均可参见现有技术。

本发明的有益效果为：

本发明将电极片和半导体激光器阵列在热沉不同表面一体烧结，阵列压块通过通孔压在半导体激光器阵列上，通过自重给阵列施加竖直向下的压力，阵列压块限位框下方组装有弹簧，对电极片上方施加持续压力，本发明采用重力块及弹簧施压的方式保证电极片压力、阵列压力在烧结过程的一致性，从而保证良好的焊接质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的半导体激光器多面烧结夹具的整体结构示意图；

图2为图1中A部分的放大图；

图中：1、半导体激光器阵列，2、热沉，3、阵列绝缘片，4、电极片，5、电极绝缘片，6、热沉限位框，7、电极压块，8、阵列压块限位框，9、阵列压块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本说明书中的技术方案，下面结合本说明书实施中的附图，对本发明书实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1

一种半导体激光器多面烧结夹具，如图1-2所示，包括热沉限位框6、热沉2、半导体激光器阵列1、阵列绝缘片3、电极片4、电极绝缘片5、电极压块7、阵列压块限位框8和阵列压块9；

热沉限位框6上部为凹字形，凹字形凹槽内设置有限位槽，用于放置热沉2；热沉2上方依次为阵列绝缘片3和半导体激光器阵列1，在热沉2侧面的正负极位置设置有电极绝缘片5和电极片4，在电极片4与热沉限位框凹字形侧壁之间设置电极压块7，电极压块7一端与电极片4接触，一端与热沉限位框6凹字形侧壁接触，电极压块的一端抵在电极块的一侧，另一端抵在热沉限位框上，实现对电极块的侧面压紧，对电极片施加水平方向的压力；

热沉限位框6的上部两端固定安装阵列压块限位框8，阵列压块限位框8中部设置有通孔，阵列压块9穿过通孔压在半导体激光器阵列1上方；电极片4正上方的阵列压块限位框上设置有弹簧，用于对两侧的电极片施压持续的压力。

实施例2

一种半导体激光器多面烧结夹具，如实施例1所述，所不同的是，半导体激光器阵列1封装的巴条数量n≥1个，巴条的波长为200-2000nm，巴条的长度为2-15mm。

实施例3

一种半导体激光器多面烧结夹具，如实施例2所述，所不同的是，电极压块7为直角三角形。

电极片4表面镀金，材料为无氧铜，形状为L型。

电极绝缘片5为PVC，表面有焊料层。

实施例4

一种半导体激光器多面烧结夹具，如实施例3所述，所不同的是，电极片两侧的弹簧数量各为一根，相对于通孔对称分布，两侧弹簧的弹簧系数相同，且均处于压缩状态。

实施例5

一种半导体激光器多面烧结夹具，如实施例4所述，所不同的是，热沉限位框的上部两端设置有凹槽，用于放置阵列压块限位框，热沉限位框与阵列压块限位框之间通过螺丝固定。

实施例6

一种半导体激光器多面烧结夹具，如实施例5所述，所不同的是，热沉2为长方体结构，通过传导冷却或内部加工散热锯齿，低温水通过通水孔进入热沉内部，对半导体激光器进行散热。

实施例7

一种上述的半导体激光器多面烧结夹具的封装方法，包括如下步骤：

(1)将热沉2放在热沉限位框凹字形凹槽内的限位槽，然后在热沉2上方依次放置焊料片、阵列绝缘片3、焊料片、半导体激光器阵列1；焊料片为熔点在100-300℃的InAg；

(2)将焊料片、电极绝缘片5、电极片4依次放置在热沉侧面正负极位置，然后将直角三角形或直角梯形的电极压块7放在电极片4和热沉限位框6之间，对电极片4施加一个水平方向的压力；

(3)将阵列压块限位框8放在热沉限位框上方两端的凹槽内，阵列压块限位框8下方弹簧压在电极片4正上方，用螺丝将阵列压块限位框8和热沉限位框6固定；

(4)将阵列压块9放入阵列压块限位框的通孔中，穿过通孔压在半导体激光器阵列1上方，用来对半导体激光器阵列施加竖直向下的压力；

(5)将装配后的夹具放在真空回流炉中进行烧结。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。