一种大功率半导体激光器烧结装置及其烧结方法
【专利摘要】一种大功率半导体激光器烧结装置及其烧结方法，该装置包括底座、定位台、压片和连接杆，定位台固定在底座上，定位台上至少设置有两个用于放置激光器热沉的定位槽，压片通过连接杆连接到底座上。上述装置烧结半导体激光器的方法是使用本发明所述的装置，在真空室内进行或者氮气保护氛围下进行。本发明结构简单合理、使用方便，成本低；使用该装置可以一次烧结多个激光器，通过定位槽对各个芯片进行定位，同时通过压片固定，保证了芯片与热沉有良好接触，同时能够防止焊料融化过程中导致的芯片位置偏移；可以有效提高激光器芯片的烧结质量和烧结效率。
【专利说明】一种大功率半导体激光器烧结装置及其烧结方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可对位批量烧结半导体激光器的装置及其烧结方法，属于半导体激光器烧结【技术领域】。
【背景技术】
[0002]由于半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、波长覆盖范围广等优点，广泛应用于工业、医疗、通讯和军事等领域，逐步取代了传统气体和固体激光器。但是，由于半导体激光器体积小、功率高，芯片的散热是影响半导体激光器寿命和稳定性的关键因素。半导体激光器芯片需要通过热沉对其进行散热，这就要求热沉与管芯的之间满足连接牢固、导热性好、抗疲劳、低阻值等条件。目前最普遍的方法是将单个芯片直接烧结在热沉上。
[0003]目前，国内大功率半导体激光器的芯片烧结，普遍是在显微镜下采用手工吸取摆放芯片的方式。手工操作一般是指人工用镊子或者吸头夹或吸取激光器芯片，在显微镜下与热沉对准并把芯片放到合适的位置，再通过合金炉或者加热平台等设备进行加热烧结。
[0004]在此类烧结方法中，焊料融化时，由于表面张力的原因，在芯片上没有适当的压力的情况下，会造芯片位置发生偏移，同时芯片与热沉之间的也无法均匀接触从而出现烧结空洞。使激光器的稳定性、可靠性及成品率受到严重影响。为了改进此种情况，逐步发展出另一种烧结方式:即采用吸嘴加压的烧结设备，如中国专利文献CN101515702公开的《一种半导体激光器管芯烧结装置及其使用方法》，是用第一吸针将热沉吸到装置的前挡板处，然后在显微镜的辅助下，用第二吸针将管芯吸到热沉上并与热沉的边缘摆放对准，将压杆的压针压住管芯，在氮气保护的环境下进行烧结。另如CN101515702A公开的《一种对准加压烧结的工具》。在这些方法中存在的明显缺点是效率低，每次只能烧结一个管芯，同时装置设计复杂，其使用精度的重复性难以保证。
[0005]中国专利文献CN203135209U公开了一种多芯片无应力半导体激光器封装夹具，包括底座，底座上对称设置有两个可以左右滑动的滑块，两个滑块之间放置顶部压块，顶部压块的上表面与固定的施压弹片接触，采用弹片的施压方式对多个芯片进行加压烧结。该夹具可实现多个巴条的同时烧结，但上面通过弹片施力，弹片易变形，影响力的均匀性。
【发明内容】
[0006]针对现有大功率半导体激光器烧结技术存在的不足，本发明提供一种结构简单、可对位批量烧结半导体激光器芯片的装置及其烧结方法。
[0007]本发明的大功率半导体激光器烧结装置，采用以下技术方案:
该装置，包括底座、定位台、压片和连接杆，定位台固定在底座上，定位台上至少设置有两个用于放置激光器热沉的定位槽，压片通过连接杆连接到底座上。
[0008]底座为定位台提供支撑。定位台用于对大功率半导体激光器热沉的烧结位置定位。
[0009]定位台的厚度等同于激光器芯片和热沉的总厚度。
[0010]连接杆为螺杆，其上设置有弹簧。
[0011]上述大功率半导体激光器烧结装置的烧结方法，在真空室内进行或者氮气保护氛围下进行，步骤如下:
(1)在定位台上的每个定位槽内放置大功率半导体激光器的热沉，热沉上事先蒸镀好In焊料或者AuSn焊料；
(2)通过粘着机，在每个热沉的预定位置放置大功率半导体激光器的芯片；
(3)在粘着机上保持定位台不动，通过连接杆压片压在芯片上，使芯片和热沉固定住；
(4)将固定好芯片的整个装置放到真空合金炉或者有氮气保护氛围的合金炉中，根据热沉上焊料控制加热温度，In焊料加热到180-220摄氏度，AuSn焊料加热到290-330摄氏度，并恒温2-5分钟，然后降到60摄氏度以下，取出烧结好的激光器。
[0012]本发明结构简单合理、使用方便，成本低；使用该装置可以一次烧结多个激光器，通过定位槽对各个芯片进行定位，同时通过压片固定，保证了芯片与热沉有良好接触，同时能够防止焊料融化过程中导致的芯片位置偏移；可以有效提高激光器芯片的烧结质量和烧结效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明大功率半导体激光器烧结装置的结构示意图。
[0014]图中:1、底座，2、定位台，3、压片，4、连接杆。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本发明的大功率半导体激光器烧结装置，包括底座1、定位台2、压片3和压片固定杆4。底座I为定位台2提供支撑，为平底板，底座I采用无氧铜制成，表面可镀金。为了接触良好，底座I的上表面抛光处理。
[0016]定位台2固定在底座I上，可以采用螺纹连接、胶粘等固定方式，也可以将定位台2与底座I制成一体。定位台2采用无氧铜或者陶瓷材料制成。定位台2上开有至少两个定位槽，用于对激光器热沉烧结位置的定位。定位槽的大小根据热沉尺寸确定，定位台厚度等同于激光器芯片和热沉的总厚度。大功率半导体激光器的芯片位置由其热沉上带有的焊料位置确定。
[0017]压片3通过连接杆4连接到底座I上，连接杆4可以为螺栓，其上设置有弹簧，以防止松动及便于松开。压片3采用刚性材料制作，可以保证在较高温度下不易变形，可以采用陶瓷片、Si片、SiC片、石英片、钢片等。
[0018]上述大功率半导体激光器烧结装置对大功率半导体激光器的烧结方法，包括使用本发明所述的装置，可以在真空室内进行或者氮气保护氛围下进行，步骤如下:
(1)将大功率半导体激光器的热沉放置在定位台2的定位槽内，热沉上事先蒸镀好In焊料或者AuSn焊料；
(2)在粘着机上的显微镜下，在每个热沉的预定位置放置上大功率半导体激光器芯片;
(3)保持位置不动，通过连接杆4将压片3压在大功率半导体激光器芯片上，使芯片固定在热沉上，同时使热沉固定在底座I上。此过程可以在粘着机的显微镜下进行，保证压片3下压的过程中不造成芯片移位，并压片位置适中；
(4)将固定好芯片的整个装置放到真空合金炉或者有氮气保护氛围的合金炉中，如果热沉上事先蒸镀的是In焊料，则加热到180-220摄氏度，如果热沉焊料为AuSn焊料，烧结加热温度为290-330摄氏度，恒温2-5分；随后使装置降温到60摄氏度以下(至室温)，取出烧结装置，完成激光器芯片烧结。
【权利要求】
1.一种大功率半导体激光器烧结装置，包括底座、定位台、压片和连接杆，其特征是，定位台固定在底座上，定位台上至少设置有两个用于放置激光器热沉的定位槽，压片通过连接杆连接到底座上。
2.如权利要求1所述的大功率半导体激光器烧结装置，其特征是，连接杆为螺杆，其上设置有弹簧。
3.—种权利要求1所述大功率半导体激光器烧结装置的烧结方法，其特征是，在真空室内进行或者氮气保护氛围下进行，步骤如下: (1)在定位台上的每个定位槽内放置大功率半导体激光器的热沉，热沉上事先蒸镀好In焊料或者AuSn焊料； (2)通过粘着机，在每个热沉的预定位置放置大功率半导体激光器的芯片； (3)在粘着机上保持定位台不动，通过连接杆压片压在芯片上，使芯片和热沉固定住； (4)将固定好芯片的整个装置放到真空合金炉或者有氮气保护氛围的合金炉中，根据热沉上焊料控制加热温度，In焊料加热到180-220摄氏度，AuSn焊料加热到290-330摄氏度，并恒温2-5分钟，然后降到60摄氏度以下，取出烧结好的激光器。
【文档编号】H01S5/022GK104518423SQ201410845400
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】李沛旭, 苏建, 江建民, 孙素娟, 史国柱, 徐现刚 申请人:山东华光光电子有限公司