线阵激光器散热结构以及封装方式的制作方法

1.本发明涉及激光器技术领域，具体为线阵激光器散热结构以及封装方式。


背景技术：

2.激光器是能发射激光的装置，按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器四大类，还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。
3.对于半导体激光器而言，使用过程中的散热是个无法回避的问题，常规的线阵激光器，采用单水孔式散热方式，散热面积小，长时间使用后，容易产生热积累，会导致芯片功率不良，现有线阵激光器的封装工艺中，单巴条采用单个镀金绝缘垫片封装，后再加装单个透镜，封装工艺复杂，并且现有工艺钨铜片加工时有两种规格，因为单巴条的钨铜片电极缺口固定不通用，在常规封装工艺中，放置时要注意摆放方向以及使用规格，整体封装采用多步骤的封装方式，焊接时采用手工焊接的方式，不利于大批量生产，基于对上述资料的检索，特提出线阵激光器散热结构以及封装方式，增大散热面积和散热速度的同时，采用封装一次性焊接治具提高了封装效率与产品质量。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了线阵激光器散热结构以及封装方式，解决了采用单水孔式散热方式，散热面积小，单巴条采用单个镀金绝缘垫片封装，后再加装单个透镜，封装工艺复杂，单巴条的钨铜片电极缺口固定不通用，整体封装采用多步骤的封装方式，焊接时采用手工焊接的方式，不利于大批量生产的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：线阵激光器散热结构，包括激光阵列条、与激光阵列条相适配的第一电极片和第二电极片，所述激光阵列条的下方设置有散热组件，所述散热组件包括热沉上盖和热沉底壳，所述热沉上盖和热沉底壳之间粘合固定，且热沉上盖正面的左右两侧通过开设预留槽粘合固定有与第二电极片相适配的绝缘垫片，所述激光阵列条的底部通过高导热绝缘片与热沉上盖的顶部固定连接，所述热沉上盖的底部固定安装有若干个均匀排列的菱形散热片，所述菱形散热片的底部开设有通孔，所述热沉底壳的顶部开设有与热沉上盖相适配的流道，且流道内腔的底部固定连接有与通孔相适配的密封管，所述热沉底壳顶部的左右两侧分别开设有与流道相连通的进水道和出水道，所述进水道的内部主转动连接有水轮，所述热沉底壳底部的左侧且位于进水道的前后两侧均开设有产风腔，所述水轮包括转轴和叶片，所述转轴的两端分别贯穿进水道并延伸至两个产风腔中，且转轴的两端均固定安装有风轮，其中转轴贯穿进水道处作密封处理，所述热沉底壳底部的右侧开设有散热槽，所述散热槽的左侧开设有与产风腔连通的导风道，所述散热槽的顶部开设有若干个与密封管相适配的倾斜孔。
8.通过采用上述技术方案，在传统水通道的基础上增加菱形散热条，散热面积增加三倍，对激光阵列条所产生的热量进行有效的分散，菱形散热条改变水流的流动方向，进行扰流，增加水流的雷诺数，增大散热面积的同时，能强化水流的流动，从层流变为湍流，更有效地带走热量，配合通孔和密封管的设置，进一步提高菱形散热条的散热速度，且以水轮作为动力推动风轮转动，加速产风腔中的空气从导风道中流向散热槽中，在倾斜孔的设置下，加速菱形散热片的内部热量散发，从而保证激光阵列条的有效散热。
9.本发明进一步设置为：所述激光阵列条包括若干个串联设置的激光单元，所述激光单元包括两个激光巴条和芯片，两个所述激光巴条设置在芯片的前后两侧，且激光巴条的顶部设置有双边电极焊接槽，相邻两个所述激光巴条的电极焊接槽分别与第一电极片的表面焊接固定。
10.通过采用上述技术方案，保证了芯片在同一直线上，并且在激光巴条上设置双边电极焊接槽，保证了激光巴条物料的一致性，在封装工艺中不用去注意巴条的摆放方向，使用更加方便。
11.本发明进一步设置为：所述激光巴条焊接固定在高导热绝缘片上，且高导热绝缘片的顶部开设有与芯片相适配的应力缓释槽，且应力缓释槽的宽度设置为芯片宽度的1.25-1.5倍。
12.通过采用上述技术方案，缓解芯片所受到的应力，保证芯片的稳定。
13.本发明进一步设置为：所述热沉上盖的顶部且位于激光阵列条的左右两侧均固定安装有绝缘支架，两个所述绝缘支架的顶部均开设有凹槽，两个所述凹槽之间粘合固定有准直镜。
14.通过采用上述技术方案，保证了芯片的出光点的同一直线性，其中将复数个激光阵列条对应复数个准直透镜的工艺简化为单根准直透镜，使得调光工艺简单化，大大提高了封装效率，为企业节约成本，保证光源的直线性的同时，也能避免污染物对激光芯片的直接污染。
15.本发明还公开了线阵激光器散热结构的封装方式，线阵激光器散热结构采用如下方式进行封装，具体封装方式包括以下步骤：
16.步骤一、热沉装配：将热沉上盖沿着流道放置在热沉底壳中，使得菱形散热片的通孔套在密封管上方，对热沉上盖和热沉底壳进行熔接固定后，进行表面抛光镀金，最终制得散热组件；
17.步骤二、线阵封装：将步骤一中获得的散热组件放置于工作台上，使用耐高温ab胶将绝缘垫片固定在散热组件正面的两个预留槽处，将治具主体放置在散热组件上，以治具主体的后面与左侧面为基准面，将高导热绝缘片放置于热沉上盖上，中间放置220℃高温硬焊料，高导热绝缘片上放置复数个激光阵列条，中间放置220℃高温硬焊料，将第一电极片与第二电极片按照串联的方式放置在复数个激光阵列条的电极焊接槽上，中间放置300℃的高温硬焊料片，将产品间距隔断件放置在治具主体上，将复数个激光阵列条均匀间隔开，在压块上安装好弹簧钢针后，放置在激光阵列条上，采用压块的重力压住复数个激光阵列条，弹簧钢针固定住第一电极片与第二电极片的上表面，再将平面锁紧螺丝锁紧固定住第一电极片和第二电极片的侧面，同时将治具主体的后面基准定位好，再将整体放置于回流加热炉中，焊接固定后，完成线阵激光器的整体封装；
18.步骤三、透镜装配：依次拆除压块、弹簧钢针、产品间距隔断件、平面锁紧螺丝和治具主体后，直接使用ab胶在热沉上盖上激光阵列条的两端粘合固定绝缘支架，在绝缘支架的凹槽中放置准直镜，再使用胶水对准直镜进行固定，完成线阵激光器的装配。
19.通过采用上述技术方案，利用平面锁紧螺丝、治具主体、产品间距隔断件、压块和弹簧钢针的配合，构成焊接冶具，提高了封装效率与产品质量，保证了产品精度的一致性与准确性，缩短了封装工序，为企业节约了用工成本与时间成本。将封装工艺的高导热绝缘片与散热模块封装步骤，高导热绝缘片与复数个激光阵列条封装步骤，复数个激光阵列条与电极片与电极片的封装步骤，电极片与绝缘垫片的封装步骤，统一用焊接治具代替，保证了线阵激光器的稳定性。
20.本发明进一步设置为：所述治具主体的内表面与热沉上盖的外表面相适配，且治具主体的顶部开设有与产品间距隔断件相适配的插槽。
21.本发明进一步设置为：所述压块的底部开设有与芯片相适配的避让槽。
22.本发明进一步设置为：所述治具主体正面的左右两侧均开设有与平面锁紧螺丝相适配的螺纹孔。
23.(三)有益效果
24.本发明提供了线阵激光器散热结构以及封装方式。具备以下有益效果：
25.(1)该线阵激光器散热结构，通过在传统水通道的基础上增加菱形散热条，散热面积增加三倍，对激光阵列条所产生的热量进行有效的分散，菱形散热条改变水流的流动方向，进行扰流，增加水流的雷诺数，增大散热面积的同时，能强化水流的流动，从层流变为湍流，更有效地带走热量，配合通孔和密封管的设置，进一步提高菱形散热条的散热速度，且以水轮作为动力推动风轮转动，加速产风腔中的空气从导风道中流向散热槽中，在倾斜孔的设置下，加速菱形散热片的内部热量散发，从而保证激光阵列条的有效散热。
26.(2)该线阵激光器散热结构，保证了芯片在同一直线上，并且在激光巴条上设置双边电极焊接槽，保证了激光巴条物料的一致性，在封装工艺中不用去注意巴条的摆放方向，使用更加方便，且在应力缓释槽的设置下，缓解芯片所受到的应力，保证芯片的稳定。
27.(3)该线阵激光器散热结构，通过绝缘支架和准直镜的设置，保证了芯片出光点的同一直线性，其中将复数个激光阵列条对应复数个准直透镜的工艺简化为单根准直透镜，使得调光工艺简单化，大大提高了封装效率，为企业节约成本，保证光源的直线性的同时，也能避免污染物对激光芯片的直接污染。
28.(4)该线阵激光器散热结构的封装方式，利用平面锁紧螺丝、治具主体、产品间距隔断件、压块和弹簧钢针的配合，构成焊接冶具，提高了封装效率与产品质量，保证了产品精度的一致性与准确性，缩短了封装工序，为企业节约了用工成本与时间成本。将封装工艺的高导热绝缘片与散热模块封装步骤，高导热绝缘片与复数个激光阵列条封装步骤，复数个激光阵列条与电极片与电极片的封装步骤，电极片与绝缘垫片的封装步骤，统一用焊接治具代替，保证了线阵激光器的稳定性，采用治具一次成型焊接方式，不仅保证了焊料的均匀性，产品精度的一致性与准确性，还使下道工序的封装装调工艺的简单化。
29.(5)该线阵激光器散热结构的封装方式，通过在压块上设置弹簧钢针，能够缓解高温硬焊料在高温熔化时所产生的热应力，保证芯片的稳定性。
附图说明
30.图1为本发明的外部结构示意图；
31.图2为本发明的爆炸示意图；
32.图3为本发明热沉上盖、热沉底壳、菱形散热片和密封管的结构示意图；
33.图4为本发明热沉上盖结构的仰视图；
34.图5为本发明热沉底壳的内部结构示意图；
35.图6为本发明热沉底壳、水轮、风轮、散热槽、倾斜孔、导风道和产风腔的结构示意图；
36.图7为本发明的处于封装状态时的结构示意图；
37.图8为本发明平面锁紧螺丝、治具主体、产品间距隔断件、压块和弹簧钢针的结构示意图。
38.图9为本发明热沉底壳部分结构的仰视图。
39.图中，1、激光阵列条；2、第一电极片；3、第二电极片；4、高导热绝缘片；5、散热组件；6、热沉上盖；7、热沉底壳；8、菱形散热片；9、密封管；10、水轮；11、风轮；12、散热槽；13、倾斜孔；14、激光巴条；15、芯片；16、应力缓释槽；17、绝缘支架；18、准直镜；19、平面锁紧螺丝；20、治具主体；21、产品间距隔断件；22、压块；23、弹簧钢针；24、绝缘垫片。
具体实施方式
40.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，都属于本发明保护的范围。
41.请参阅图1-9，本发明实施例提供一种技术方案：线阵激光器散热结构，包括激光阵列条1、与激光阵列条1相适配的第一电极片2和第二电极片3，作为详细说明，第一电极片2和第二电极片3均为采用纯铜镀金工艺的制作而成的电极片，具体的，激光阵列条1包括若干个串联设置的激光单元，激光单元包括两个激光巴条14和芯片15，作为详细说明，激光单元是由两个激光巴条14夹住芯片15加以300℃左右的高温硬焊料以底部高导热绝缘片4通过回流炉一次性焊接而成，保证了芯片15在同一直线上，两个激光巴条14设置在芯片15的前后两侧，且激光巴条14的顶部设置有双边电极焊接槽，相邻两个激光巴条14的电极焊接槽分别与第一电极片2的表面焊接固定，其中，激光单元中激光巴条14采用钨铜片镀金且两端留有相同的电极焊接区域即双边电极焊接槽，使其焊接时不用再注意激光巴条14的方向。
42.进一步的，激光巴条14焊接固定在高导热绝缘片4上，且高导热绝缘片4的顶部开设有与芯片15相适配的应力缓释槽16，且应力缓释槽16的宽度设置为芯片宽度的1.25-1.5倍。
43.作为优选方案，激光阵列条1的下方设置有散热组件5，散热组件5包括热沉上盖6和热沉底壳7，热沉上盖6和热沉底壳7之间粘合固定，且热沉上盖6正面的左右两侧通过开设预留槽粘合固定有与第二电极片3相适配的绝缘垫片24，作为详细说明，绝缘垫片24是采用单面覆铜镀金工艺制作而成，保证一侧的焊接性能，另一侧的绝缘不导电性能，激光阵列
条1的底部通过高导热绝缘片4与热沉上盖6的顶部固定连接，进一步的，高导热绝缘片4采用氮化铝陶瓷片或者石墨材料制作而成，并且高导热绝缘片4两面都采用覆铜镀金工艺，起到焊接固定激光单元和高热量传导散热的作用，热沉上盖6的底部固定安装有若干个均匀排列的菱形散热片8，菱形散热片8的底部开设有通孔，菱形散热片8的高度设置为2.3mm,长度设置为1.2mm，宽度设置为0.6mm，通孔直径设置为0.4mm,热沉底壳7的顶部开设有与热沉上盖6相适配的流道，且流道内腔的底部固定连接有与通孔相适配的密封管9，具体的，在密封管9和通孔配合时，先在密封管9外周涂抹密封胶，用于保证菱形散热片8与密封管9配合后的密封质量，热沉底壳7顶部的左右两侧分别开设有与流道相连通的进水道和出水道，进一步说明，进水道与循环水道(为冷却水循环通道，图中未示出，作为常规技术手段，下文不再赘述)出水口相连，出水道与循环水道进水口相连，形成一个水循环，进水道的内部主转动连接有水轮10，热沉底壳7底部的左侧且位于进水道的前后两侧均开设有产风腔，如附图9所示，热沉底盖7的底部粘合固定有与产风腔相适配封堵底盖，水轮10包括转轴和叶片，转轴的两端分别贯穿进水道并延伸至两个产风腔中，其中水轮10被带有一定压力的循环冷区水冲击，发生转动，从而带动转轴使得风轮11发生转动，且转轴的两端均固定安装有风轮11，其中转轴贯穿进水道处作密封处理，热沉底壳7底部的右侧开设有散热槽12，散热槽12的左侧开设有与产风腔连通的导风道，作为进一步说明，如附图6所示，热沉底壳7的前后两侧均开设有与产风腔相适配的导气通道，并且在导气通道中设置有滤网块，用于避免外界杂质进入到产风腔中，散热槽12的顶部开设有若干个与密封管9相适配的倾斜孔13。
44.作为优选方案，热沉上盖6的顶部且位于激光阵列条1的左右两侧均固定安装有绝缘支架17，两个绝缘支架17的顶部均开设有凹槽，两个凹槽之间粘合固定有准直镜18。
45.上述的线阵激光器散热结构的封装方式，包括平面锁紧螺丝19、治具主体20、产品间距隔断件21、压块22和弹簧钢针23组成的焊接冶具，线阵激光器散热结构采用如下方式进行封装，具体封装方式包括以下步骤：
46.步骤一、热沉装配：将热沉上盖6沿着流道放置在热沉底壳7中，使得菱形散热片8的通孔套在密封管9上方，对热沉上盖6和热沉底壳7进行熔接固定后，进行表面抛光镀金，最终制得散热组件5，进一步的，热沉上盖6和热沉底壳7均采用无氧铜材质制作而成，且焊接方式采用铜熔接，并且焊接完成后进行耐压值测试，保证在设定水压内工作时不会出现漏水情况；
47.步骤二、线阵封装：将步骤一中获得的散热组件5放置于工作台上，使用耐高温ab胶将绝缘垫片24固定在散热组件5正面的两个预留槽处，将治具主体20放置在散热组件5上，以治具主体20的后面与左侧面为基准面，将高导热绝缘片4放置于热沉上盖6上，中间放置220℃高温硬焊料，高导热绝缘片4上放置复数个激光阵列条1，中间放置220℃高温硬焊料，保证焊接强度以及高热传导能力，如附图1和2所示，将第一电极片2与第二电极片3按照串联的方式放置在复数个激光阵列条1的电极焊接槽上，中间放置300℃的高温硬焊料片，将1mm厚产品间距隔断件21放置在治具主体20上，将复数个激光阵列条1均匀间隔开，在压块22上安装好弹簧钢针23后，放置在激光阵列条1上，采用压块22的重力压住复数个激光阵列条1，压块22中间有避让槽避让开芯片15位置，弹簧钢针23固定住第一电极片2与第二电极片3的上表面，再将平面锁紧螺丝19锁紧固定住第一电极片2和第二电极片3的侧面，同时将治具主体20的后面基准定位好，再将整体放置于回流加热炉中，焊接固定后，完成线阵激
光器的整体封装；
48.步骤三、透镜装配：依次拆除压块22、弹簧钢针23、产品间距隔断件21、平面锁紧螺丝19和治具主体20后，直接使用ab胶在热沉上盖6上激光阵列条1的两端粘合固定绝缘支架17，在绝缘支架17的凹槽中放置准直镜18，再使用胶水对准直镜18进行固定，完成线阵激光器的装配。
49.作为优选方案，为了保证产品间距隔断件21安装的稳定性，治具主体20的内表面与热沉上盖6的外表面相适配，且治具主体20的顶部开设有与产品间距隔断件21相适配的插槽。
50.作为优选方案，为了保证芯片15结构的稳定性，压块22的底部开设有与芯片15相适配的避让槽。
51.作为优选方案，治具主体20正面的左右两侧均开设有与平面锁紧螺丝19相适配的螺纹孔。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。