专利名称：半导体激光器及激光列阵管芯下电极烧结方法及其键合机的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光电子学技术领域，尤其是半导体激光器激光列阵管芯下电极烧结方法及其键合机。
目前国内半导体激光器下电极的键合普遍采用手工操作的方式，即人工用摄子夹起激光器管芯，在显微镜下与激光器热沉对准，或用气摄子吸起管芯然后放到热沉上适当的位置，再加热键合。手工操作存在两个严重问题，第一手工摆放误差大，致使成品率下降，第二在烧结过程中，当铟熔化时，由于表面张力比较大，而管芯非常轻，致使管芯不能很均匀地与热沉接触，使激光器稳定性、可靠性和寿命都受到严重影响。国际上虽然有采用机械和气体吸起和移动激光器管芯，对准热沉后摆放，再加热键合的方法和设备，但每次只能烧结一个管芯，待粘接金属冷却后再取出，然后再放另一个管芯，再通氮气保护并重复上述过程，生产效率较低。
ZL97246535.9中公开了一种采用多维调节和吸针转移方法的键合机。虽然该设备可以实现机械化生产，但是也存在每次只能加工一个管芯，且必须在激光器冷却后才能取出的局限，大大降低了生产率。
本发明的目的是提供一种半导体激光器激光列阵管芯下电极烧结方法，采用该方法可以一次烧结多个激光器管芯下电极，并提高激光器管芯下电极烧结质量、成品率和生产效率。
本发明的另一个目的是为提高生产效率满足其烧结方法的要求提供一种半导体激光器及激光列阵管芯下电极键合机，该键合机可以一次烧结多个激光器下电极。
为了实现上述目的，本发明对半导体激光器下电极的烧结方法包括以下步骤将半导体激光器的数个管芯P面向下，依次摆放在键合机的管芯托盘上；采用具有摄子功能内孔径30μm外径80μm的吸针将管芯托盘上的一个管芯吸住，通过键合机的多维微调把管芯准确地摆放在上面具有粘合剂层的热沉上的理想位置，并配以吸针作360°转动的功能使横向、纵向、垂直方向的误差在2μm之内，角度偏差为1°以内；借助吸针上部的弹簧套装置，可控制管芯对热沉的压力大小，一般此压力为7克左右。在加热过程中吸针始终以7克压力压住管芯，使它不至于因为粘合剂的熔化漂移，可使管芯与热沉良好接触，又不会对晶体造成破坏；热沉在一分钟内加热至166℃后停止加热，经2分钟，温度可降低至70℃，即可完成烧结，然后，快速拉动热沉固定加热器下的纵向拖板，经位置粗调后，再按上述步骤进行下一个管芯下电极的烧结，依此类推；加热和降温过程密封箱体内要充惰性气体，在隋性气体保护下进行，以防止粘合剂铟在熔化过程中氧化，影响键合质量和成品率。
半导体激光器及激光列阵管芯下电极烧结方法所采用的专用设备，是一种半导体激光器及激光列阵管芯下电极键合机，它包括键合机底座、带有氮气入口和出口的密封箱体、显微镜及其活动架部、热沉固定加热器部、吸针及其三维调节架部，密封箱体固定于键合机底座上，其特征在于所述显微镜及其活动架部设于密封箱体前方，显微镜连接于可使显微镜纵向调节的活动架上，该活动架下部与导轨滑接，导轨固定于键合机底座上，导轨外端部设有可使活动架在导轨内滑动并带丝杆的纵向调节扭，纵向调节扭的丝杆与活动架螺接，活动架中部开有U形槽口，槽口中置有可前后摆动角度的显微镜架，于活动架侧面设有一可控制显微镜架摆动角度的调节扭；所述热沉固定加热器部设于密封箱体内部，其数个热沉固定加热器按需要设于可快速拖动粗调的纵向拖板上平面上，纵向拖板下面滑接于一固定在密封箱体底部的导轨，纵向拖板右端设有一拉杆穿过密封箱体上的密封孔而露出箱外并锁固于密封箱体的箱壁上，纵向拖板上平面还设有一与热沉固定加热器相应位置的管芯托盘；所述吸针及其三维调节架部，包括固设于密封箱体后部可横向、纵向、垂直方向移动的三维调节架，该三维调节架横向、纵向、垂直方向的构成分别包括可精调的丝杆和与其相匹配的丝母以及拖板和与相其匹配的导轨，丝杆的外端部分别设有横向调节扭、纵向调节扭和垂直方向调节扭，其垂直方向调节架的拖板前部平面上固接有支承臂，该支承臂通过密封箱体的上方向前部延伸连接可使吸针转360°的转台及其转台精调扭，转台上部固接具有中空可装压力弹簧的外套，该外套中心部设有一可装入压力弹簧内孔的内套，内套下部设有一可托起压力弹簧的凸台，内套中心孔插有可伸入密封箱体内部的真空吸管和吸针，于内套上部侧面设有一吸管拉动调节扭，压力弹簧的外套上部外侧面设有一弹簧压力调节扭。
本发明由于是通过键合机的多维微调功能调节管芯与热沉的相对位置，压力装置压住管芯，加热系统加热使管芯与热沉准确均匀粘合。摆放误差极小，一致性好，成品率高，烧结过程中管芯不漂移，能与热沉良好接触，使激光器稳定性和可靠性及使用寿命都有很大提高。
本发明由于将原来的单一加热器改为多个加热器能连续工作，提高工效6倍以上。更改后的三维调节由于全部改为丝杆丝母传动，因而使位置调节更准确且稳定性好，显微镜镜架也改为多维调节，使之方便快捷。吸针部分由原有的波纹管改为内装可调压力弹簧，使压力可以随意调节，更精确更便捷。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地描述。
图1是本发明半导体激光器及激光列阵管芯下电极键合机总体结构示意图。
本发明半导体激光器管芯下电极烧结方法是通过其键合机实现的，如图1所示，首先将半导体激光器的管芯P面向下，依次摆在键合机的管芯托盘8上，管芯托盘8可以根据需要摆放数个管芯；第二，采用具有摄子功能的吸针23将管芯托盘8上的一个管芯吸住，吸针内孔径为30μm，外径为80μm。通过键合机的多维微调，即横向、纵向、垂直方向三维微调和热沉固定加热器24下面的纵向拖板25快速拖动粗调，以及吸针23依靠转台21具有360°转动角度的功能可把管芯准确地摆放在热沉固定加热器24的理想位置，使横向、纵向、垂直方向的误差在2μm之内，角度误差为1°以内，其热沉加热器24的上表面具有粘合剂层，此粘合剂层可以用金属铟，其涂层厚度为1μm，其熔化温度为156℃；第三，借助吸针23上部的压力弹簧10及其内套12、外套11、弹簧压力调节扭16的调节，便可控制管芯对热沈的压力大小，一般此压力为7克左右。在加热过程中吸针23始终以7克压力压住管芯，使它不至于因为粘合剂金属铟的熔化而漂移，可使管芯与热沉良好接触，又不会对晶体造成过压而破坏；第四，起动热沉固定加热器24，使热沉在一分钟内加热至166℃后停止加热，经2分钟，其温度可降低至70℃，即可完成烧结而不需取出，然后，用拉杆26快速拉动热沉固定加热器下的纵向拖板25经位置粗调后，再按上述步骤进行下一个管芯下电极的烧结而连续工作，依此类推，便可达到一次烧结多个高质量激光器管芯下电极的目的。第五，加热和降温过程密封箱体7内要充惰性气体，本实施例采用氮气，在氮气保护下进行，以防止粘合剂铟在熔化过程中氧化，影响键合质量和成品率。
实现上述半导体激光器及激光列阵管芯下电极烧结方法所采用的专用键合机，详细结构如图1所示，该键合机包括键合机底座1、带有氮气入口5和氮气出口27的密封箱体7、显微镜及其活动架部3、热沉固定加热器部29和吸针及其三维调节架部19，密封箱体7固定于键合机底座上。所述显微镜及其活动架部3设于密封箱体7的前方，显微镜9连接于可使显微镜纵向调节的活动架30上，该活动架30的下部与导轨31滑接，导轨31固定于键合机底座1上，导轨31的外端部设有纵向调节扭2，该调节扭2带有丝杆并可使活动架30在导轨31内滑动，其丝杆与活动架30为螺纹连接，活动架30的中部开有U形槽口，槽口中置放可前后摆动角度的显微镜架32，显微镜架32的上方具有显微镜升降调节扭6，于活动架30的侧面设有一可控制显微镜架32摆动角度的调节扭4；所述热沉固定加热器部29设于密封箱体7的内部，其数个热沉固定加热器24(图中只给出2个，未全部划出)按需要布设于纵向拖板25上，纵向拖板25右端设有一拉杆26穿过密封箱体上的密封孔而露出箱外，并用拉杆锁紧件28将其锁固在密封箱体的箱壁上，借助拉杆的拉动可快速拖动纵向拖板25而实现粗调，在纵向拖板25的上平面还设有一管芯托盘8，其放置位置与热沉固定加热器24的位置相适应，管芯托盘8上可放置数个管芯；所述吸针及其三维调节架部19，包括固设于密封箱体7后部可横向、纵向、垂直方向移动的三维调节架，该三维调节架横向、纵向、垂直方向的构成分别包括拖板和与其相匹配的导轨以及丝杆和与其相匹配的丝母(图中未标出)，丝杆的外端部分别设有横向调节扭18、纵向调节扭22和垂直方向调节扭15，在其垂直方向调节架的拖板前部平面上用螺钉固接有支承臂17，该支承臂17通过密封箱体7的上方向前部延伸连接可使吸针23转360°的转台21及其转台精调扭20，转台21的上部固接具有中空可装压力弹簧10的外套11，该外套11的中心部设有一可装入压力弹簧10内孔的内套12，内套12的下部设有一可托起压力弹簧10的凸台，内套12的中心孔插有可伸入密封箱体7内部的真空吸管13和吸针23，于内套12的上部侧面设有一真空吸管13的拉动调节扭14，压力弹簧10的外套11的上部外侧面设有一弹簧压力调节扭16。
本发明半导体激光器及激光列阵管芯下电极烧结方法及其键合机，集多维微米量级精密调节，角度调节，快速升、降温，压力控制，真空吸带管芯，惰性气体保护于一体足以保证提高激光器管芯下电极烧结质量和成品率及生产效率。
权利要求
1.一种半导体激光器管芯下电极烧结方法，包括以下步骤1)将半导体激光器的数个管芯P面向下，依次摆放在键合机的管芯托盘上；2)采用具有摄子功能内孔径30μm外径80μm的吸针将管芯托盘上的一个管芯吸住，通过键合机的多维微调把管芯准确地摆放在上面具有粘合剂层的热沉上的理想位置，并配以吸针作360°转动的功能使横向、纵向、垂直方向的误差在2μm之内，角度偏差为1°以内；3)借助吸针上部的弹簧套装置，可控制管芯对热沉的压力大小，一般此压力为7克左右。在加热过程中吸针始终以7克压力压住管芯，使它不至于因为粘合剂的熔化漂移，可使管芯与热沉良好接触，又不会对晶体造成破坏；4)热沉在一分钟内加热至166℃后停止加热，经2分钟，温度可降低至70℃，即可完成烧结，然后，快速拉动热沉固定加热器下的纵向拖板，经位置粗调后，再按上述2)以后的步骤进行下一个管芯下电极的烧结，依此类推；5)加热和降温过程密封箱体内要充惰性气体，在隋性气体保护下进行，以防止粘合剂铟在熔化过程中氧化，影响键合质量和成品率。
2.根据权利要求1所述的一种半导体激光管芯下电极烧结方法，其特征在于所述热沉上面的粘合剂是熔化温度为156℃的金属铟，其涂层厚度为1μm。
3.一种为实现权利要求1所述的半导体激光器及激光列阵管芯下电极烧结方法所采用的专用设备，是一种半导体激光器及激光列阵管芯下电极键合机，包括键合机底座、带有氮气入口和出口的密封箱体、显微镜及其活动架部、热沉固定加热器部、吸针及其三维调节架部，密封箱体固定于键合机底座上，其特征在于1)所述显微镜及其活动架部设于密封箱体前方，显微镜连接于可使显微镜纵向调节的活动架上，该活动架下部与导轨滑接，导轨固定于键合机底座上，导轨外端部设有可使活动架在导轨内滑动并带丝杆的纵向调节扭，纵向调节扭的丝杆与活动架螺接，活动架中部开有U形槽口，槽口中置有可前后摆动角度的显微镜架，于活动架侧面设有一可控制显微镜架摆动角度的调节扭；2)所述热沉固定加热器部设于密封箱体内部，其数个热沉固定加热器按需要设于可快速拖动粗调的纵向拖板上平面上，纵向拖板下面滑接于一固定在密封箱体底部的导轨，纵向拖板右端设有一拉杆穿过密封箱体上的密封孔而露出箱外并锁固于密封箱体的箱壁上，纵向拖板上平面还设有一与热沉固定加热器相应位置的管芯托盘；3)所述吸针及其三维调节架部，包括固设于密封箱体后部可横向、纵向、垂直方向移动的三维调节架，该三维调节架横向、纵向、垂直方向的构成分别包括可精调的丝杆和与其相匹配的丝母以及拖板和与相其匹配的导轨，丝杆的外端部分别设有横向调节扭、纵向调节扭和垂直方向调节扭，其垂直方向调节架的拖板前部平面上固接有支承臂，该支承臂通过密封箱体的上方向前部延伸连接可使吸针转360°的转台及其转台精调扭，转台上部固接具有中空可装压力弹簧的外套，该外套中心部设有一可装入压力弹簧内孔的内套，内套下部设有一可托起压力弹簧的凸台，内套中心孔插有可伸入密封箱体内部的真空吸管和吸针，于内套上部侧面设有一吸管拉动调节扭，压力弹簧的外套上部外侧面设有一弹簧压力调节扭。
全文摘要
本发明公开了一种半导体激光器及激光列阵管芯下电极烧结方法及其键合机,该键合机包括键合机底座、密封箱体、显微镜及其活动架部、热沉固定加热器部、吸针及其三维调架部。利用该键合机的多维微米量级精度调节、角度调节、快速升降温控制、压力控制、真空吸带管芯、惰性气体保护,并有多个加热器能连续工作,确保烧结过程中管芯能与热沉良好接触,使其烧结质量和成品率明显提高,工效提高六倍以上。
文档编号H01S5/00GK1339856SQ0012280
公开日2002年3月13日 申请日期2000年8月25日 优先权日2000年8月25日
发明者王立军 申请人:深圳市众量激光器高技术有限公司