大功率激光二极管钯条封焊夹具的制作方法

激光二极管板条与热沉机械件之间的熔焊封装技术及使用的工模夹具。

技术背景

激光二极管板条通常需经熔焊贴装于相应的热沉机械结构上，再提供给终端使用客户使用。熔焊贴装过程中，如何保证二极管板条机械上不产生翘曲变形，不产生对二极管发光端面的污染破坏，板条与热沉机械件之间有良好的热传导结合是需要面对的主要技术挑战。

一个典型的方法如发明专利申请201310172914所示，它采用一个工模夹具，用调节螺钉类的紧固件将二极管板条与热沉机械件对齐后顶紧于一起，再加热进行熔焊。此类方法简便易行，缺点在於紧固件产生的顶紧压力取决于二极管板条及焊料及热沉机械件的机械总厚度。一旦在加热熔焊过程中，因焊料熔化而使上述总厚度变化，则原来的顶紧压力会产生相应的变化。有时此顶紧压力的变化会足够大，而导致熔焊贴装质量的下降甚至导致废品。

因此需要有一种简易实用的封装工模夹具及封装方法，在封装熔焊进程中，可使作用于二极管板条及焊料及热沉机械件组合上的顶紧力维持稳定不变，以保证熔焊贴装质量稳定。

技术实现要素：

本发明利用一个倾角可调的光滑斜面、一个重量可调的压块在该光滑斜面上下滑所产生的压力作为在熔焊封装过程中作用于二极管板条及焊料和热沉机械件组件上的顶紧力。调节斜面的倾角，或者改变压块的重量，可以简便的调节所产生的顶紧力，与操作员工的操作相关性小，尤其是在熔焊封装过程中，当焊料熔化而使二极管板条及焊料和热沉机械件组件的总厚度产生变化时，压块在光滑斜面上下滑所产生的顶紧力维持不变。从而可靠保证了熔焊封装的质量。

附图说明

图1.一种现有的激光二极管板条封装夹具。

图2.二极管板条及焊料和热沉机械件组合示意图。

图3.本发明激光二极管板条封装夹具示意图。

a)，夹具的三维立体图，

b)，夹具的剖视图。

具体实施方案

图1为一种发明专利申请201310172914所示的激光二极管板条封焊夹具。其中010为该夹具的基体。011为压块012的调节顶紧螺钉。压块012用来在上下方向上顶紧固定住待焊的二极管板条018及其前后两个封焊热沉块016及017的组合(称为组合的厚度方向)。通常还要用两片相当薄的焊料，如铟片，分别夹在二极管板条及两热沉块之间(图1中未示出，详见图2)。二极管板条018及两个热沉块016及017的组合宽度为d，即020。014为在上述组合的宽度方向上的顶紧压块，015为调节顶紧压块014在封焊组合d方向上的顶紧压力的螺钉。

该封焊夹具简易、成本低，通过调节螺钉015即可以调节施加到待焊二极管板条及两个热热沉块组合上的顶紧压力。但是这一顶紧压力的调节在生产实践中高度依赖于操作人员的手感，重复性差。该顶紧压力过大，易于将二极管板条压裂，或在封焊组件中产生过大的机械形变及机械应力。而若压力过小，则易在熔焊层中产生空隙，气泡或熔焊不良的区域，导致二极管板条与热尘快016和017之间热接触不良，二极管板条018产生弯曲等质量问题。这些问题的存在，均会导致封焊后的二极管成品工作不正常，工作寿命短等严重问题。让问题更为复杂的是，在封焊加热进程中，一旦夹在二极管板条及热沉块之间的焊料(图中未示出)熔化时，该组合的宽度d会产生微小的变化，此时由调节螺钉015产生的通过压块014施加于组合016、017、018上的顶紧力会相应的产生变化。这一变化在批量生产中具有极强的随机性，从而影响激光二极管板条封焊的质量一致性，导致例如板条与热沉块之间的最终焊料层厚度不一致，板条与热沉块之间的封焊中残留气泡或封焊局部有热接触不良区域等封焊质量问题，甚至产生废品。

图2为二极管板条及焊料和热沉机械件组合示意图。

其中033为激光二极管板条，034为激光二极管板条的发光区，035表示激光二极管板条发出的激光束。031和037为两个热沉块，032和036为焊料片。该激光二极管板条封焊组合的宽度为d。

图3为本发明所采用的激光二极管板条封装夹具示意图。其中图a)为夹具的三维立体图，b)为夹具的剖视图。

其中041及050组成该夹具的基座。通过调节螺钉040及053可以调整该基座与水平面060之间的倾角α，即065。

047为激光二极管板条，046及048为两热沉块。通常在激光二极管板条047及热尘块046及048之间采用薄的铟片作为熔焊料(图中未示出)。047、046、048组合的宽度为d。

该组合在其厚度方向上由滑块051顶定至封装夹具基座块041上。052和055为滑块051的滑动导向定位机构，可以是螺钉或定位销，或其它滚动式定位机构，原则上需保证该定位导向机构对滑块051的向下滑动不致产生明显的阻滞作用。滑块051的底面经磨平，并可镀上个铬或金层，同样夹具座块050的上表面亦经磨平并镀上铬或金，故滑快051在基座块050上，由于倾角(90°-α)下滑时，两表面间的摩擦力尽量小。此时根据滑快051的重量m(mg)，滑块051作用于047、046及048组合厚度方向上的压力近似为：

f＝msin(90-α)(1)

通过选择滑块027的重量m(mg)，及基座倾角α，可以对该压力的大小进行调节。

对激光二极管板条熔焊封装质量影响更为关键的是熔焊封装过程中对激光二极管板条熔焊封装组合在其宽度d方向上的顶紧压力。043为对047、046及048组合在d方向上施加顶紧压力的滑块，044及049为相应的滑动导向定位螺钉或定位机构。043及底座041的两滑动接触面同样经磨平及镀复处理。由于对激光二极管板条熔焊封装组合在其宽度d方向上的顶紧压力对于熔焊封装质量影响更为关键，故特别增加一个重量选择可变的附加滑块042，以达到容易改变控制滑块043和042的总重量n(mg)。

此时滑块043和042对组合047、046及048组合在d方向上的顶紧力为：

fd＝nsinα(2)

显然，本发明的优点在于：

顶紧力fd可以通过调节滑快043的重量及封焊基座的倾角α进行精细调节，该顶紧力与操作人员的操作相关性较小，重复性及可控性强。尤其是在加热熔焊进程中，因焊料熔化引起组合的厚度d产生一定变化时，该顶紧力并不因d的变化而变化，它基本上仍保持为由上述公式(2)所决定的大小。从而大大提高了整个封焊工艺的一致性及封焊的质量。

技术特征：

技术总结
大功率激光二极管钯条封焊夹具。利用倾角可调，重量可调的压块在斜面上下滑产生的特定的推压力对封焊激光二极管钯条组件施压的封焊夹具。该推压力在封焊过程中自动保持稳定，不会因焊料熔化等导致的封焊组件尺寸变化而改变，人工误差小，操作使用简便。

技术研发人员：常峰;王力
受保护的技术使用者：道中道激光科技有限公司
技术研发日：2016.09.22
技术公布日：2017.07.25