用于半导体激光器自动打线的固定装置的制作方法

本发明属于半导体激光器制造技术领域，特别涉及一种用于半导体激光器自动打线的固定装置。

背景技术：

半导体激光器(LD，Laser Diode)由于体积小、光电转化效率高、可直接调制、可选择波长范围广等特点，其应用领域越来越广泛。特别是近年在光纤激光器泵浦、3D打印、医疗美容等领域的应用，使得半导体激光器越来越得到了行业乃至国家的重视。由于半导体激光器不是100％光电转效率，使用时会产生一定的热量，如果不及时将这些热量从芯片有源层带走，会影响芯片性能和使用寿命，因此行业内通常会对激光芯片进行封装，保证使用的可靠性和方便性。一般我们经常接触到大功率半导体激光器单管芯片封装形式包括COS(Chip On Submount)，C-mount，F-mount等，其中COS是最常见的。

请一并参阅图1和图2，其中，图1是一种半导体激光器未打线时的结构示意图；图2是图1所示的半导体激光器打线后的结构示意图。

如图1和图2所示，半导体激光器20包括热沉21、设于热沉21上的芯片22，在芯片22侧边的是热沉21上的电极24，芯片22和电极24之间通过金线23连接。

COS的封装主要分为两步，第一步是贴片(die bond)，第二步是打线(wire bond)。如图2所示，打线一般采用的是热超声金丝球焊方式，其中焊点一231为球焊，焊点二232为楔焊，金线23打线的过程描述如下：

上一个打线过程结束后，打火杆在瓷嘴下预留出的金线23进行放电打火形成金球。

瓷嘴带着金球到运到焊点一231的位置，在一定下压力下，瓷嘴在超声波激励下振动，金球在焊接界面形成金属间化合物，使焊点一231固定在焊接面上。

瓷嘴带着金线23，在预先设置的轨迹下，进行运动到焊点二232。

当瓷嘴运动到焊点二232位置后，瓷嘴再次下压，同时在超声波作用下形成焊点二232，瓷嘴带着金线23向上运动，金线23断裂，同时预留出部分金线23用作下一个焊点一231的金球焊接。

以上为一个打线过程的简述，实际过程还会涉及到很多其他机械结构来配合这一过程。

为保证焊点一231和焊点二232焊接的顺序进行，会对待打线产品进行加热，一般温度控制在100～150℃。

金线23打线工艺根据使用设备的自动化程度，可分为手动打线和自动打线。手动打线是人工定位焊点一231和焊点二232的位置，同时金线23运动的轨迹也可以是人工控制。自动打线是设备通过图像识别方式，定位焊点位置，金线23运动轨迹可以通过设备内设置的程序提前预先编辑好。由于半导体激光器20越来越向着大功率方向发展，对于芯片22的输入电流也越来越高，这就要求金线23数量增多。如采用1mil直径的金线23，打线金线23的数量一般为30根左右。为了保证金线23的焊点一231和焊点二232定位的准确性和外观的一致性，金线23打线通常要求使用自动打线机进行。

自动打线机对打线产品有如下几个要求：

1.打线产品需要被牢固固定从打线的过程可以看出，瓷嘴和待打线产品之间有力和位移运动的相互作用，如果产品不能被牢固固定住，则焊点的稳定性和一致性将不能保证；

2.打线产品需要成等距的矩阵分布自动打线机导轨运动一般是平面二维的步进式运动，这就需要待打线产品左右是等距的，上下是等距的；

3.打线产品需要可以被加热加热可以去除界面之间的氧化物和杂质，更加利于焊接的顺利进行和焊点的稳定性。

根据上面的几项要求，光电子行业内用的自动打线机，如LED打线，通常会采用引线框架形式(Lead frame)，每个引线框架上会包含十几或者几十个打线产品，框架一般会采用金属铝，具有一定的韧性也有利于传热。同时还有一个配合的下压板(Clamp)，将打线产品压紧固定住。下压板一般会直接与待打线产品的表面直接接触。对于大功率半导体激光器COS封装形式，以上固定方式有以下几个缺点：

由于COS的贴片工艺要求很高，贴片完成后的COS是一颗颗零散分布，非类似LED的引线框架形式。COS的这种缺点，使得无法顺利的一次性完成多颗COS打线，无法最大利用自动打线机快速定位和打线的优势。

为方便保护热沉(Submount)金属层和后续打线的需要，热沉表面会蒸镀几层很薄的金属层。如采用上面下压板的直接接触方式，虽然保证了打线产品的牢固固定，但是同时会对热沉造成划伤，不利于COS下一步的电连接和出货的外观要求。

在缺乏引线框架基础上，设备加热源缺乏传输路径将热量从设备传导到COS上，从而不能保证COS打线时温度要求。

技术实现要素：

本发明提供一种用于半导体激光器自动打线的固定装置，以解决现有技术中会对半导体激光器的外观造成划伤、不能够一次性完成多个产品打线的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于半导体激光器自动打线的固定装置，包括：

导轨；

夹具，滑动性设置在所述导轨上，用于装夹待打线的半导体激光器；

真空泵，用于透过所述夹具的底部真空吸附所述半导体激光器的底面以使所述半导体激光器固定。

根据本发明一优选实施例，所述夹具包括面板，所述面板的表面上下、左右等距阵列设置有多个凹槽，所述半导体激光器放置于所述凹槽内，所述凹槽的底部设有贯通的真空吸附孔。

根据本发明一优选实施例，所述凹槽的前侧壁设有躲避孔以避开所述半导体激光器芯片的前端面，所述凹槽的上下侧壁设有镊子孔以便于通过镊子伸入所述凹槽取放所述半导体激光器，所述凹槽的端角设有避让孔以避开所述半导体激光器的端角。

根据本发明一优选实施例所述真空吸附孔为5个，其中4个构成矩形分布，另1个位于中心。

根据本发明一优选实施例，所述面板上设有螺孔，所述螺孔用于在打线作业完成后，通过螺杆旋入所述螺孔将所述夹具取走。

根据本发明一优选实施例，所述固定装置还包括加热平台，所述加热平台设于所述夹具的下方，用于在打线作业时对所述夹具进行加热。

根据本发明一优选实施例，所述夹具还包括基座，所述基座连接于所述面板的下方，所述基座将所述加热平台的热量传导至所述面板进而加热所述半导体激光器以便于进行打线作业。

根据本发明一优选实施例，所述固定装置还包括定位杆，所述定位杆设置在所述加热平台上，用于在流水打线作业时伸入所述导轨中终止并挡住所述夹具。

根据本发明一优选实施例，所述真空泵包括泵体和气体管路，所述气体管路一端与所述泵体连接，所述气体管路的另一端与所述加热平台连接。

根据本发明一优选实施例，所述滑轨由两条平行的轨道构成，包括承托部、侧壁部以及上压板，所述面板由所述承托部承托，所述侧壁部连接在所述承托部的外侧边以对所述面板的外侧边进行限位，所述上压板与所述侧壁部连接并与所述承托部的表面平行以对所述面板的上侧进行限位。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供的固定装置采用真空吸附方式对半导体激光器进行固定，不会对半导体激光器的热沉表面造成任何损伤，夹具使得待打线品等距离分布，使得半导体激光器能够被自动打线机充分利用，适于批量化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是一种半导体激光器未打线时的结构示意图；

图2是图1所示的半导体激光器打线后的结构示意图；

图3是本发明提供的用于半导体激光器自动打线的固定装置的立体结构示意图；

图4是图3中所示的夹具的放大立体结构示意图；

图5是图4中夹具的底部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

请参阅图3，图3是本发明提供的用于半导体激光器自动打线的固定装置的立体结构示意图。

如图3所示，本发明提供一种用于半导体激光器自动打线的固定装置10，该固定装置10包括导轨100、夹具200、真空泵300、加热平台400以及定位杆500。

其中，夹具200滑动性设置在导轨100上，用于装夹待打线的半导体激光器20；真空泵300用于透过夹具200的底部真空吸附半导体激光器20的底面以使半导体激光器20固定；加热平台400设于夹具200的下方，用于在打线作业时对夹具200进行加热；定位杆500设置在加热平台400上，用于在流水打线作业时伸入导轨100中终止并挡住夹具200。

具体而言，请一并参阅图4和图5，其中图4是图3中所示的夹具的放大立体结构示意图；图5是图4中夹具的底部结构示意图。

如图4和图5所示，夹具200可采用金属材料，如铝或不锈钢等，也可以采用陶瓷类材料，例如氧化铝、氮化铝、氧化锆等。

夹具200为一体结构，包括面板210和基座220，其中，面板210的表面上下、左右等距阵列设置有多个凹槽211，例如图3中所示的4×4共16个，当然，凹槽211的数量并不限于此，可根据实际需要进行设置，满足多个凹槽211的左右距离和上下距离相同即可，半导体激光器20放置于凹槽211内，凹槽211的底部设有贯通的真空吸附孔212，真空吸附孔212可是以任意个数，例如图3中所示的五个，其中4个构成矩形分布，另1个位于中心，该布局方式吸附效果较好。通过真空吸咐方式不会损坏半导体激光器20表面。

为了保护半导体激光器20的芯片22的前端面25，凹槽211的前侧壁设有躲避孔213以避开半导体激光器20的芯片22的前端面，如图2中所示，半导体激光器20具有前端面25和后端面26，其中前端面25的芯片腔面区域非常脆弱，受到碰撞摩擦时极容易损坏，需要特别保护，故在凹槽211的前侧壁设有躲避孔213。

此外，凹槽211的上下侧壁设有镊子孔214以便于通过镊子伸入凹槽211取放半导体激光器20。

进一步地，为了保护半导体激光器20的四个端角，凹槽211的端角设有避让孔215以避开半导体激光器20的四个端角。

在完成打线后，夹具200具有一定的温度，不便于徒手取走，因此，本发明一实施例中，在面板210上设有螺孔216，螺孔216用于在打线作业完成后，通过螺杆旋入螺孔216将夹具200取走。

基座220位于面板210的下方，基座220将加热平台400的热量传导至面板210进而加热半导体激光器20以便于进行打线作业。

为了使得夹具200在导轨100上定位准确，本发明提供的固定装置10还包括定位杆500，定位杆500设置在加热平台400上，用于在流水打线作业时伸入导轨100中以终止并挡住夹具200。定位杆500可以为个或多个，优选地，固定位杆500具有接触平面以与夹具200平面接触。

在本发明实施例中，真空泵300包括泵体310和气体管路320，气体管路320一端与泵体310连接，气体管路320的另一端与加热平台400连接。

请继续参阅图3，本发明提供的滑轨100由两条平行的轨道构成，每一轨道包括承托部110、侧壁部120以及上压板130。

其中，夹具200的面板210由承托部110承托，侧壁部120连接在承托部110的外侧边以对面板210的外侧边进行限位，上压板130与侧壁部120连接并与承托部110的表面平行以对面板210的上侧进行限位，其中，上压板130只需在工作区设置即可，上料区和下料区无需设置以方便上下料。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本发明提供的固定装置10采用真空吸附方式对半导体激光器20进行固定，不会对半导体激光器20的热沉表面造成任何损伤，可以将独立分散的COS排列的等距离矩阵分布形式，使得打线能够批量进行，其夹具具有独特的凹槽和开孔设计，可保证真空吸附COS的稳定性，而且还能对COS热沉表面不造成任何损伤，同时COS上下料也非常方便。

金线打线的焊点之间可靠性和一致性得到保证，可稳定的提升产品质量。本发明提供的固定装置结构简单，操作方便，非常利于大功率半导体激光器批量化的生产。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。