一种板条激光晶体的双面封装方法与流程

本发明涉及激光器领域，特别涉及一种板条激光晶体的双面封装方法。

背景技术：

固体激光器的大尺寸板条激光晶体(≥100mm²)在工作时产生大量热量，使板条激光晶体本身的温度迅速升高，如果不及时将热量带走，将直接导致板条激光晶体性能下降及破裂，因此必须对板条激光晶体进行冷却。

目前，板条激光晶体的散热方法主要有：在上、下热沉的焊接面镀铟或金锡合金焊料，和板条激光晶体进行夹持，然后将夹持的板条激光晶体模块进行加热焊接。这种方法在一定程度上能够降低板条激光晶体与热沉的热阻，但是焊接层容易出现大尺寸空洞(≥1mm²)及大面积虚焊，对于较大泵浦功率注入时，热效应加重，产生严重的热透镜效应、热致应力双折射、热致衍射损坏、热致晶体碎裂等效应，直接影响固体激光器的光束质量和可靠性。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的板条激光晶体的双面封装方法。

本发明提供的板条激光晶体的双面封装方法，包括以下步骤：

自下至上依次放置焊接面向上的上热沉、金锡焊片、金锡焊柱、板条激光晶体，组成第一焊接体；其中，所述金锡焊片的尺寸小于板条激光晶体的表面尺寸，在所述金锡焊片的边缘紧贴金锡焊片放置有第一厚度控制薄片，第一厚度控制薄片的厚度小于金锡焊片的厚度；

将第一焊接体在设定的真空度、设定的焊接温度下保温设定时间后冷却至室温，得到半成品；

自下至上依次放置焊接面向上的下热沉、铟柱、所述半成品，组成第二焊接体；其中，所述半成品的板条激光晶体的一侧朝下，所述下热沉的焊接面镀有铟层，所述铟层边缘放置有第二厚度控制薄片；

将第二焊接体在设定的真空度、设定的焊接温度下保温设定时间后冷却至室温，即得。

本发明的有益效果如下：

本发明利用金锡合金焊料和纯铟焊料具有不同的焊接温度区的特点，对板条激光晶体双面的封装进行两次焊接过程，避免了板条激光晶体与上、下热沉焊接时，焊料因受重力和表面张力作用而被引滴到下热沉的焊接面上，导致上热沉的焊接层焊料不足，从而出现大面积的虚焊；通过厚度控制薄片控制板条激光晶体和热沉焊接面之间的距离，利用金属液态时张力作用，使熔融态的焊料均匀地铺满整个焊接面，焊接结束后可以获得均匀的焊接层；通过在金锡焊片与板条激光晶体之间增加金锡焊柱、在下热沉的铟层与半成品之间增加铟柱，为板条激光晶体焊接面和焊料之间留出适当空隙，利用抽真空的方法，消除板条激光晶体焊接面和焊料之间的空气，从而大大降低焊接层孔洞的产生。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明方法实施例的板条激光晶体双面封装方法的流程图；

图2是根据本发明实施例得到的封装后的板条激光晶体的结构示意图；

图中，1、下热沉；2、铟焊接层；4、板条激光晶体；5、金锡焊接层；6、上热沉。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术板条激光晶体与热沉封装时容易出现大尺寸空洞及大面积虚焊的问题，本发明提供了一种板条激光晶体的双面封装方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

根据本发明的方法实施例，提供了一种板条激光晶体的双面封装方法，图1是本发明方法实施例的板条激光晶体双面封装方法的流程图，如图1所示，根据本发明方法实施例的板条激光晶体的双面封装方法包括如下处理：

步骤101：自下至上依次放置焊接面向上的上热沉、金锡焊片、金锡焊柱、板条激光晶体，组成第一焊接体；其中，所述金锡焊片的尺寸小于板条激光晶体的表面尺寸，在所述金锡焊片的边缘紧贴金锡焊片放置有第一厚度控制薄片，第一厚度控制薄片的厚度小于金锡焊片的厚度；

步骤102：将第一焊接体在设定的真空度、设定的焊接温度下保温设定时间后冷却至室温，得到半成品；

步骤103：自下至上依次放置焊接面向上的下热沉、铟柱、所述半成品，组成第二焊接体；其中，所述半成品的板条激光晶体的一侧朝下，所述下热沉的焊接面镀有铟层，所述铟层边缘放置有第二厚度控制薄片；

步骤104：将第二焊接体在设定的真空度、设定的焊接温度下保温设定时间后冷却至室温，即得。

在本发明中，所述板条激光晶体选取Nd:YAG板条激光晶体，Yb:YAG板条激光晶体，Nd:YVO₄板条激光晶体，Nd:GdVO₄板条激光晶体，Nd:YLF板条激光晶体，Yb:YLF板条激光晶体中的一种。

具体的，在自下至上依次放置焊接面向上的上热沉、金锡焊片、金锡焊柱、板条激光晶体，组成第一焊接体之前还包括：

在板条激光晶体的表面镀上光学膜和金属膜；

在上、下热沉的焊接面镀上金膜。

更加具体的，所述光学膜为厚度2～5μm的二氧化硅膜；所述金属膜为钛铂金膜，其中钛膜厚度为100～300nm，铂膜厚度为100～300nm，金膜厚度为300～800nm；所述热沉金膜的厚度为300～500nm。

在步骤101中，所述金锡焊片的厚度为20～150μm，所述第一厚度控制薄片为厚度为15～100μm的铝合金薄片；所述金锡焊柱的高度为50～200μm。在焊接时，至少使用三个金锡焊柱，形成一个稳定的平面，避免板条激光晶体在焊接过程中滑动。

具体的，步骤102具体包括以下步骤：将第一焊接体在真空度为6×10^-3～8×10^-4Pa、温度为320～380℃的条件下保温5～10分钟后冷却至室温，得到半成品。

更加具体的，所述铟层的厚度为20～150μm。

具体的，在步骤103中，所述第二厚度控制薄片为厚度为15～100μm的铝合金薄片；所述铟柱的高度为50～200μm。在焊接时，至少使用三个铟柱，形成一个稳定的平面，避免板条激光晶体在焊接过程中滑动。

具体的，步骤104具体包括以下步骤：将第二焊接体在真空度为6×10^-3～8×10^-4Pa、温度为180～230℃的条件下保温5～10分钟后冷却至室温。

图2是根据本发明实施例得到的封装后的板条激光晶体的结构示意图，在图2中，金锡焊片与金锡焊柱经焊接后组成金锡焊接层，铟层和铟柱经焊接后组成铟焊接层。

本发明方法实施例板条激光晶体的双面封装方法，可以防止板条激光晶体与上热沉焊接层中的焊料滴流出，实现在焊接后板条激光晶体和上、下热沉之间具有足够且均匀的焊接层，大大减少板条激光晶体和上、下热沉之间的焊接层中大尺寸孔洞及虚焊的产生，提高固体板条激光晶体模块的散热效果，从而提高板条激光晶体模块的光束质量及可靠性。本发明操作简单，易于实现。

为了详细的说明本发明板条激光晶体的双面封装方法，给出实例1～实例2。

实例1

实例1中板条激光晶体的双面封装方法包括以下步骤：

(1)自下至上依次放置焊接面向上的热沉1、金锡焊片和铝合金厚度控制薄片、金锡焊柱、Nd:YAG板条激光晶体，以上组成焊接体1；所述Nd:YAG板条激光晶体的尺寸为3mm×40mm×140mm，Nd:YAG板条激光晶体的光学膜厚为4μm，金属钛膜厚为300nm，铂膜厚为300nm，金膜厚为800nm；金锡焊片厚度为120μm，面积为38mm×126mm；铝合金厚度控制薄片的厚度为80μm，金锡焊柱的高度为120μm；热沉金膜的厚度为500nm。

(2)将焊接体1放入真空焊接炉中，对真空焊接炉抽真空至6×10^-3Pa，焊接温度为340℃，并保温8分钟后，关掉加热电源，真空状态下冷却至室温，将焊接体1拿出真空炉。

(3)自下至上依次放置铟层向上的热沉2、铝合金厚度控制薄片、铟柱、Nd:YAG板条激光晶体焊接面向下的焊接体1，以上组成焊接体2；所述铟层的厚度为120μm，面积为38mm×126mm；铝合金厚度控制薄片的厚度为80μm；铟柱高度为120μm。

(4)将焊接体2放入真空焊接炉中，对真空焊接炉抽真空至8×10^-4Pa，焊接温度为190℃，并保温5分钟后，关掉加热电源，真空状态下冷却至室温，焊接过程结束。

实例2

实例1中板条激光晶体的双面封装方法包括以下步骤：

(1)自下至上依次放置焊接面向上的热沉1、金锡焊片和铝合金厚度控制薄片、金锡焊柱、Yb:YAG板条激光晶体，以上组成焊接体1；其中Yb:YAG板条激光晶体的尺寸为1.3mm×10mm×50mm，Yb:YAG板条激光晶体的光学膜厚为3μm，金属钛膜厚为100nm，铂膜厚为300nm，金膜厚为500nm。金锡焊片厚度为100μm，面积为9mm×48mm；铝合金厚度控制薄片的厚度为60μm；金锡焊柱的高度为120μm；热沉金膜的厚度为400nm。

(2)将焊接体1放入真空焊接炉中，对真空焊接炉抽真空至6×10^-3Pa，焊接温度为320℃，并保温5分钟后，关掉加热电源，真空状态下冷却至室温，将焊接体1拿出真空炉。

(3)自下至上依次放置铟层向上的热沉2、铝合金厚度控制薄片、铟柱、Yb:YAG板条激光晶体焊接面向下的焊接体1，以上组成焊接体2；其中，铟层厚度为100μm，面积为9mm×48mm；铝合金厚度控制薄片的厚度为60μm，铟柱的高度为120μm。

(4)将焊接体2放入真空焊接炉中，对真空焊接炉抽真空至8×10^-4Pa，焊接温度为180℃，并保温5分钟后，关掉加热电源，真空状态下冷却至室温，焊接过程结束。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。