[發明專利]一種消除激光疊陣單元光束不均的焊接方法

有效

• 申請號: 201611065870.2
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106425099B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 堯舜;成健;王智勇;邱運濤;賈冠男;羅校迎
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及激光焊接技術，特別是一種從焊接技術出發消除激光疊陣單元光束不均以利于提高激光疊陣光束質量的自動化高精準焊接方法，屬于激光技術應用領域。

背景技術

半導體激光器以其高效率、長壽命、高穩定性、高光束質量及結構緊湊等優點，引起人們廣泛的關注，成為當今國際激光領域的研究熱點之一。在半導體激光器的研究中，為了獲得較高的出光功率，將激光巴條組裝成激光疊陣，這是實現大功率或超大功率輸出的一種重要方式。當需要半導體激光器產生較高功率時，單個巴條的功率受限，無法達到應用需求，所以需要將多個激光巴條組裝成疊陣以獲得更高的功率輸出。

但是,在將半導體激光巴條組裝成疊陣系統的過程中，對疊陣各單元出光方向、光束形狀有著高的要求，一個合格的疊陣應保證各單元出光光束位置均勻，形狀均勻，不會出現光束錯位或者光斑嚴重變形等現象，否則將會大大影響疊陣總體出光質量和其應用。

目前對于半導體激光疊陣的焊接，主要依靠人力手工集成，利用特制夾具制作，整體一次回流成型。但其方法不能避免手工制作所帶來的單元相對位置不精確，單元受力控制不均勻等因素，制造的激光疊陣出光效率低，光束質量差，成品率低，單元出光一致性差，局限了激光巴條疊陣結構及封裝方法的自動化，精準化，并制約了激光疊陣的光電性能和壽命特征。

發明內容

本發明要解決的技術問題是消除激光疊陣單元光束不均勻的問題，實現自動化高精度焊接。

為實現上述的發明目的，本發明提供了一種消除激光疊陣單元光束不均的焊接方法，該方法首先通過焊接儀器設定焊接溫度曲線，焊接壓力以及焊接對準位置等參數，然后對焊接子層和焊接母層的對準位置進行焊接，焊接形成新的焊接母層，循環操作，層層重疊。

所述的焊料材料為銦等軟焊料和金錫等硬焊料，焊料狀態為鍍層、膏狀或片狀等。

所述的焊接子層為單獨的熱沉體或單獨的芯片體或者為不同數量搭配所組成的熱沉-芯片組合體。

所述的焊接母層為已完成焊接的激光疊陣部分。

所述的熱沉為無氧銅熱沉或鎢銅熱沉等金屬熱沉，所述的芯片為半導體激光芯片。

本發明通過分層次焊接半導體激光疊陣單元，以此消除半導體激光疊陣在手工排放中的單元相對位置不精確，單元受力控制不均勻等問題，最終實現激光疊陣的自動化高精度層層對接，達到激光疊陣單元均勻、光斑整齊、出光平直、成品率高的要求。層與層之間完成精準焊接，實現激光疊陣自動化高精度焊接，解決激光疊陣單元位置不齊、出光不均勻的問題。

附圖說明

圖1為根據本發明的實施例，焊接方法流程圖；

圖2為根據本發明的實施例，焊接方案一示意圖；

圖3為根據本發明的實施例，焊接方案二示意圖；

圖4為根據本發明的實施例，焊接子層組合示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

實施例一

如圖2、3所示，本發明提出的一種消除激光疊陣單元光束不均的焊接方法，實現該焊接方法的焊接系統包括焊接儀器、激光疊陣單元，焊接儀器對準激光疊陣單元；激光疊陣單元包括焊料1、焊接子層2、焊接母層3。

首先通過焊接儀器設定焊接溫度曲線、焊接壓力以及對準位置等參數，并在整個循環焊接過程中保持各參數一致，以確保激光疊陣單元所受溫度、壓力及位置控制的相同。

在焊接子層2和焊接母層3之間使用焊料1作為焊接連接材料，焊料1材料為銦等軟焊料或金錫等硬焊料，狀態為涂抹均勻的焊膏，壓制成型的焊片或者電鍍焊接層等，焊接儀器設定溫度與壓力等參數后，對準焊接子層2與焊接母層3，通過焊料1進行焊接子層2與焊接母層3的對齊焊接。

焊接子層2為金屬熱沉4單體或半導體激光芯片5單體，或者為兩者組成的“金屬熱沉4-半導體激光芯片5”組合焊接單元，如圖4所示。焊接母層3為已經焊接好的疊陣部分。

完成一個階段層層焊接后焊接子層2和焊接母層3組成下一階段焊接的焊接母層3。循環以上過程，完成整個自動化高精度焊接，形成圖2、3所示的激光疊陣。

實施例二

實施例1中所述焊接子層2的“金屬熱沉4-半導體激光芯片5”組合焊接單元，金屬熱沉4與半導體激光芯片5組合而成的一個金屬熱沉4和一個半導體激光芯片5的“A-B”結構，或者為兩個金屬熱沉4和一個半導體激光芯片5的三明治夾層結構等，如圖4所示。