一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置及方法与流程

本发明涉及微机械加工领域，尤其涉及一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置及方法。

背景技术：

高功率半导体激光器在工业、医疗、军事及显示领域均有广泛的应用，而随着其应用范围的逐渐扩展，对半导体激光器的输出光功率的要求也越来越高，这也相应的带来高的耗散功率。如果不及时消除因耗散功率所转化的热量，势必引起势必造成结温升高，从而使激光器的阈值电流升高，效率降低，激光波长发生严重温漂，更致命的是使激光器的寿命下降。目前应用于高功率半导体激光器散热的主要是液体冷却的微通道热沉。

液体冷却的微通道热沉通常是由五层形态各异的薄片组成，如图1所示。五层薄片通常可以由线切割、电化学刻蚀等方法获得，然后焊接成一个内部具有微通道的热沉。然而五层薄片的焊接质量很难保证，故对制备具有良好焊接质量的微通道热沉的焊接技术提出了需求。

焊接热沉薄片的方法主要包括扩散焊和真空钎焊等。

扩散焊的原理如图2所示，在一定的温度和压力作用下，使母材与合材相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接的过程。

真空钎焊过程基本原理如图3所示，在真空炉中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔融温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

扩散焊热循环时间长，生产率低。因为其本身是靠原子之间的扩散形成金属键，从而实现连接的，周期比较长，而且不一定均匀稳定。

真空钎焊对焊接表面制备和装配要求较高，对结合表面要求特别严格。一次性投入比较大，维修费用很高。钎焊前预抽真空以及在冷却时需花费大量时间，在真空中的热量传递比较困难，因此生产周期长。

因此，无论是扩散焊还是真空钎焊，都不能满足生产要求，而且焊接可能不均匀，造成虚焊、假焊等问题。再者，这些焊接方式加热时间长，生产效率低，成本高。

综上所述，现有的焊接方式焊接不均匀，加热时间长，生产效率低，成本高，导致不能满足生产要求是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置及方法，用于解决现有的焊接方式焊接不均匀，加热时间长，生产效率低，成本高，导致不能满足生产要求的技术问题。

本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置，包括：热沉叠片、上电极块、下电极块、电源、检测模块；

所述热沉叠片夹紧于所述上电极块与所述下电极块之间；

所述电源连接所述上电极块与所述下电极块，用于通过所述上电极块与所述下电极块加载电流至所述热沉叠片；

所述检测模块与所述热沉叠片对齐，用于检测所述热沉叠片的接触面之间是否为熔融状态或者塑性状态。

优选地，所述热沉叠片具体为五层热沉叠片。

优选地，本发明实施例还包括移动模组、伺服电机；

所述上电极块固定于所述移动模组，

所述伺服电机连接所述移动模组，用于通过控制所述移动模组移动将所述上电极块压紧于所述热沉叠片，使得所述热沉叠片夹紧于所述上电极块与所述下电极块之间。

优选地，本发明实施例还包括定位销；

所述定位销穿过所述热沉叠片与所述下电极块固定连接，用于将所述热沉叠片固定于所述下电极块。

优选地，所述上电极块还包括凸台；

所述凸台设置于所述上电极块的正方形凸起，用于顶住所述热沉叠片。

优选地，所述上电极块还包括定位孔；

所述定位孔与所述定位销固定连接，用于固定所述定位销。

本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接方法，包括：

将热沉叠片压紧至电极之间；

加载电流至所述电极，使得所述电流通过所述热沉叠片；

检测所述热沉叠片是否为熔融状态或者塑性状态，若是，则结束所述电流的加载，持续夹紧热沉叠片预设时间后，释放电极，取出热沉叠片。

优选地，所述电极包括上电极块和下电极块，所述将热沉叠片压紧至两电极之间包括：

通过定位销将热沉叠片固定于所述下电极块；

通过伺服电机控制所述上电极块将所述热沉叠片夹紧于所述上电极块与所述下电极块之间。

优选地，所述加载电流之前或所述加载电流之后，通过伺服电机根据预设的电极的预压压力控制所述上电极块将所述热沉叠片夹紧于所述上电极块与所述下电极块之间。

优选地，所述加载电流之前或所述加载电流之后，通过连接所述电极的电源根据预设的电流大小和预设的通电时间控制所述加载电流的电流大小和通电时间。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例通过将热沉叠片夹紧于上电极块与下电极块之间，使电源、上电极块、下电极块和夹紧的热沉叠片形成回路，加载电流于回路中，由于热沉叠片之间的接触面上有较大的接触电阻，根据焦耳定律q＝i²rt产生焦耳热来进行加热，通过检测模块检测热沉叠片的接触面之间是否为熔融状态或者塑性状态，若是，则停止加载电流，继续在上电极块和下电极块之间施加压力，持续一段时间后即可取出热沉叠片，最终热沉叠片之间形成了金属结合，达到了焊接的目的。并且，通电之后产生电阻热很快，从而提高了生产效率。此外，本发明实施例通过上电极块、下电极块、凸台和定位销将热沉叠片固定，使得热沉叠片保持很平整的状态，使其受热均匀，进而使得焊接均匀。因此，本发明实施例解决了现有的焊接方式焊接不均匀，加热时间长，生产效率低，成本高，导致不能满足生产要求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例用于说明热沉叠片的示意图；

图2为本发明实施例用于说明扩散焊的示意图；

图3为本发明实施例用于说明真空钎焊的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的一个实施例的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的另一个实施例的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的另一个实施例中上电极块的结构图；

图7为本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的另一个实施例中下电极块的结构图；

图8为本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接方法的一个实施例的示意图；

其中，附图标记如下：

1、热沉叠片；2、下电极块；3、上电极块；4、移动模组；5、定位销；6、凸台；7、定位孔。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置及方法，用于解决现有的焊接方式焊接不均匀，加热时间长，生产效率低，成本高，导致不能满足生产要求的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图4，本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的一个实施例，包括：热沉叠片1、上电极块3、下电极块2、电源、检测模块；

热沉叠片1夹紧于上电极块3与下电极块2之间；

电源连接上电极块3与下电极块2，用于通过上电极块3与下电极块2加载电流至热沉叠片1；

检测模块与热沉叠片1对齐，用于检测热沉叠片1的接触面之间是否为熔融状态或者塑性状态。

本发明实施例通过将热沉叠片1夹紧于上电极块3与下电极块2之间，使电源、上电极块3、下电极块2和夹紧的热沉叠片1形成回路，加载电流于回路中，由于热沉叠片1之间的接触面上有较大的接触电阻，根据焦耳定律q＝i²rt产生焦耳热来进行加热，通过检测模块检测热沉叠片1的接触面之间是否为熔融状态或者塑性状态，若是，则停止加载电流，继续在上电极块和下电极块之间施加压力，持续一段时间后即可取出热沉叠片1，最终热沉叠片1之间形成了金属结合，达到了焊接的目的。并且，通电之后产生电阻热很快，从而提高了生产效率。此外，本发明实施例通过上电极块3、下电极块2、凸台6和定位销5将热沉叠片1固定，使得热沉叠片1保持很平整的状态，使其受热均匀，进而使得焊接均匀。因此，本发明实施例解决了现有的焊接方式焊接不均匀，加热时间长，生产效率低，成本高，导致不能满足生产要求的技术问题。

以上是对本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图5，本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的另一个实施例，包括：热沉叠片1、上电极块3、下电极块2、电源、检测模块；

热沉叠片1夹紧于上电极块3与下电极块2之间；

电源连接上电极块3与下电极块2，用于通过上电极块3与下电极块2加载电流至热沉叠片1；

检测模块与热沉叠片1对齐，用于检测热沉叠片1的接触面之间是否为熔融状态或者塑性状态。

热沉叠片1具体为五层热沉叠片1。

本发明实施例还包括移动模组4、伺服电机；

上电极块3固定于移动模组4，

伺服电机连接移动模组4，用于通过控制移动模组4移动将上电极块3压紧于热沉叠片1，使得热沉叠片1夹紧于上电极块3与下电极块2之间。

本发明实施例还包括定位销5；

定位销5穿过热沉叠片1与下电极块2固定连接，用于将热沉叠片1固定于下电极块2。

请参阅图7，需要说明的是，图7为俯视图，其中定位销5垂直于下电极块2，图中是三个定位销5的例子，也可以是一个、两个或者多个定位销5来固定热沉叠片1。

请参阅图6，上电极块3还包括凸台6；

凸台6设置于上电极块3的正方形凸起，用于顶住热沉叠片1。

需要说明的是，上电极块3具有凸台6的一面用于顶住热沉叠片1。

上电极块3还包括定位孔7；

定位孔7与定位销5固定连接，用于固定定位销5。

需要说明的是，定位孔7具体可以是三个对定位销5匹配的孔，当定位销5穿过热沉叠片1与下电极块2固定连接时，也可以与定位孔7匹配连接，插进对应的定位孔7中，使得热沉叠片1牢牢固定，且此时凸台6与下电极块2夹紧热沉叠片1，使得热沉叠片1非常平整，受热均匀且焊接均匀。

本发明实施例针对热沉叠片1焊接过程中焊接可能不均匀，造成虚焊、假焊等问题，设计专门的电极块，使其不论受压还是产生电阻热都更均匀；本发明实施例利用电阻焊产生的电阻热进行焊接，加热时间短，热量比较集中，生产效率比较高，而且电阻焊没有填充材料以及保护气体，成本较低。

在本发明中主要是利用电阻焊是将被焊工件压紧与两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及临近区域产生的电阻热将其加工到熔融或塑性状态，使之形成金属结合，达到焊接的目的。通过调节电极预压压力、通电电流、通电时间等参数可以达到控制叠片焊接状态的目的。

本发明实施例首先把叠片依次通过定位销5固定在下电极块2上。通过伺服电机控制移动模组4带动与叠片尺寸相配套的上电极块3运动，给叠片一定的预压压力紧固一下，凸台6顶住叠片，使其完全固定在下电极块2上，定位更加精确。然后通过电源通电，电源，电极块、叠片之间形成回路。电极块与叠片、叠片与叠片之间的接触面之间有很大的接触电阻，利用电流流经工件接触面及临近区域产生的电阻热将其加工到熔融或塑性状态，使之形成金属结合，达到焊接的目的。通过调节电极预压压力、通电电流、通电时间等参数可以达到控制叠片焊接状态的目的。通电之后产生电阻热很快，从而提高了生产效率。

本发明实施例利用电阻焊热量集中产热快的特点来焊接叠片；通过电源及伺服电机可以精确的控制预压压力、通电电流、通电时间等参数，可以控制能量的大小来控制焊接的状态；本发明实施例中与叠片配套的电极可以使叠片保持很平整的状态，使其受热均匀，提高焊接质量。

本发明实施例利用电阻焊作为加工能量源，产热快速集中，大大地提高叠片的焊接效率；针对叠片尺寸设计的电极夹具，可以实现精确定位，同时提高表面的平整度，受热均匀，提高焊接质量；能够通过伺服电机、电源等，控制各个电参数及压力，保证更好的焊接质量。

以上是对本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接装置的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图8，本发明实施例提供的一种半导体激光器微通道热沉叠片的焊接方法的一个实施例，包括：

101：将热沉叠片压紧至电极之间；

102：加载电流至所述电极，使得所述电流通过所述热沉叠片；

103：检测所述热沉叠片的接触面之间是否为熔融状态或者塑性状态，若是，则结束所述电流的加载，持续夹紧热沉叠片预设时间后，释放电极，取出热沉叠片。

电极包括上电极块和下电极块，

上述将热沉叠片压紧至两电极之间具体包括：

通过定位销将热沉叠片固定于所述下电极块；

通过伺服电机控制所述上电极块将所述热沉叠片夹紧于所述上电极块与所述下电极块之间。

加载电流之前或加载电流之后，通过伺服电机根据预设的电极的预压压力控制所述上电极块将所述热沉叠片夹紧于所述上电极块与所述下电极块之间。

需要说明的是，电极的预压压力是指电极与热沉叠片之间的压力。

持续夹紧热沉叠片预设时间后是指结束电流加载之后，要继续通过伺服电机在电极之间施加压力一段时间，然后才可以释放电极，取出样件。

加载电流之前或加载电流之后，通过连接所述电极的电源根据预设的电流大小和预设的通电时间控制所述加载电流的电流大小和通电时间。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。