[發明專利]一種多個半導體激光器管芯燒結夾具及其燒結方法

有效

• 申請號: 201710644312.X
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN109326951B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉成成;邵慧慧;于果蕾;李沛旭;肖成峰
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/022
• 分類號: H01S5/022;H01S5/024
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 王書剛

一種多個半導體激光器管芯燒結夾具及其燒結方法，該燒結夾具包括底座、固定塊和重力桿，底座中設置有側向開口槽，開口槽下底面設置有階梯熱沉的定位槽，底座在開口槽的上部對應階梯熱沉的每一個臺階面設置一個定位孔，固定塊連接在底座上，每個定位孔中設置一個重力桿。燒結方法，包括步驟如下：（1）將階梯熱沉放置在底座的定位槽內并固定住；（2）將底座加熱，在階梯熱沉的臺階面上放置焊料，將COS芯片放置在融化焊料上；（3）將重力桿從底座上部的定位孔插入，壓在COS芯片上；（4）將底座從熱爐上取下，降至室溫；（5）依次取下重力塊和重力桿，取下階梯熱沉，完成燒結。本發明一次燒結多個激光器處于不同高度的COS，既可以對各個熱沉進行固定，防止焊料融化過程中導致的位置偏移，又保證了高度差的一致性。

技術領域

本發明涉及一種在階梯熱沉上燒結多個半導體激光器管芯的夾具及其燒結方法，屬于半導體光電子學技術領域。

背景技術

由于半導體激光器具有體積小、重量輕、轉換效率高、壽命長、波長覆蓋范圍廣等優點，廣泛應用于工業、醫療、通訊和軍事等領域，逐步取代了傳統氣體和固體激光器。近年來，隨著工業加工、醫療、激光打印等領域的發展，對高功率半導體激光器的需求也在逐年增加。

目前，由于半導體激光器材料生長和制作工藝水平的進步，單芯片功率已達近20W，但是仍然無法滿足工業生產對高功率激光的需求，為了得到高功率半導體激光輸出，只能通過增加芯片數量的方法來實現。目前，主要有巴條陣列封裝和多管芯串聯封裝兩種形式，巴條陣列的封裝即在慢軸方向上橫向并聯集成多個半導體激光單元，這也是長期以來高功率半導體激光器中最常用的封裝形式。但由于此種封裝形式是多個芯片的并聯，需要低電壓高電源進行驅動，在工程運用中，該電壓電流組合會產生眾多實際問題，另外，由于巴條陣列尺寸較大，不僅給封裝帶來了很大的難度，空洞的產生會造成熱量的富集，大大降低激光器的性能及壽命，而且對于后期的光學整形也存在很大的難度。與之相比，單芯片封裝不僅具有獨立的電、熱工作環境，避免了發光單元之間的熱串擾，使其在壽命等方面具有很大的優勢，而且，該種封裝形式也便于后期對光束進行光學整形輸出。

多個管芯串聯封裝，管芯之間需要進行電隔離，這就需要將單個芯片封裝到絕緣的次熱沉上，然后再將封裝好的單元器件COS(COS指chip on submount，是封裝在次熱沉上的激光器)經過二次燒結，封裝到大熱沉上。我們知道焊料融化后會在絕緣熱沉和熱沉底板之間聚集，且焊料在融化時會有一定的流動性，會造成絕緣熱沉與熱沉底板之間的燒結空洞，還會使管芯出光方向一致性難以控制。所以，在進行二次燒結時，需要對COS施加一定的壓力。

中國專利文獻CN204680901U提出了一種半導體激光器多芯片燒結夾具，該燒結夾具包括主體、下壓條、上壓條、帶有壓柱的頂塊和彈簧，所述下壓條和上壓條上均有分布均勻的孔，分別用于限定頂塊壓柱和給進螺絲，彈簧套在頂塊壓柱上，主體底面有激光器限位槽。該方法的不足之處是，通過給進螺絲來對COS進行加壓，一是在轉動給進螺絲時壓柱下端容易晃動，影響COS對位方向一致性，二是無法控制下壓力度的大小，影響COS高度的一致性。

CN104409964A提出了一種半導體激光器燒結夾具及其燒結方法，該夾具包括底座、支撐板和壓塊，支撐板固定在底座上，支撐板上設置有壓緊螺栓，底座上設置有固定柱，壓塊通過固定柱定位于底座上，壓塊底部一側設有凸臺，壓塊底部另一側固定排布有豎向的彈簧針。首先將預制完焊料的熱沉放置在底座上，并通過底座上的固定柱對熱沉進行定位，然后將COS沿熱沉的弧形邊緣放置在熱沉上，將壓塊放置在熱沉上，彈簧針與COS一一對應，轉動壓緊螺栓，使其壓緊壓塊，使燒結過程中不移位。該方法的不足之處是COS在大熱沉上處于同一平面上，當大熱沉上有梯度，要求COS具有一定的高度差進行排列時，對每個COS施加的力大小不同，從而無法保證高度差一致性。

發明內容

針對現有半導體激光器燒結技術存在的不足，本發明提供一種高度差一致性好的多個半導體激光器管芯燒結夾具。本發明還提供一種利用上述夾具對半導體激光器管芯進行燒結的方法。