一种半导体激光器管芯自对准烧结夹具及管芯烧结方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于半导体激光器管芯的自对准烧结夹具及其使用方法，属于半导体激光器管芯烧结技术领域。
【背景技术】
[0002]半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长和可靠性高等优点，正逐步取代了传统的气体和固体激光器的应用市场，在工业加工、通讯、医疗、显示和安防等领域的应用逐步扩展。半导体激光器工作时管芯产生的废热需要及时排出，否则会造成器件过热，诱发激光器的失效。因而广泛应用的技术方案是将半导体激光器管芯烧结到散热能力强的热沉上，通过热沉对管芯的产热进行有效疏散。热沉与管芯间的连接需满足高热导率、低电阻、牢固可靠、抗疲劳等特性，烧结质量是影响半导体激光器的散热性能乃至激光器的寿命和可靠性的关键因素。
[0003]目前常用的烧结设备有两类，一类是合金炉或回流炉等，将管芯放置在热沉上而后直接加热烧结，对管芯不施加压力。由于热沉上的焊料在熔化时具有一定的流动性，管芯与热沉间容易出现烧结空洞，还可能导致管芯位置的偏移，使得发光位置和方向偏转，激光器的合格率和寿命下降。另一类是采用真空吸嘴吸起管芯放置于热沉上，再进行加热烧结的设备。所采用吸嘴加压的方式使得每个温度循环只能烧结一个激光器管芯，待烧结完成和冷却后再更换下一组管芯和热沉进行烧结，效率较低，且设备复杂，不利于将烧结环境密闭，焊料容易被氧化。
[0004]中国专利文献CN201238153Y提出了一种半导体激光器烧结装置及使用方法，该装置将热沉及管芯放置在底座的固定槽内，安装好上体后，将压力针放入上体的定位孔中，下压到管芯上进行烧结。该方法的不足之处在于使用时需要在显微镜下将热沉精确放置在底座固定槽的相应位置，以保证正对压力针；并且利用压力针的重力压住管芯，在移动烧结装置到烧结炉中以及高温烧结过程中，压力针可能因振动和焊料的熔化而发生移位，使得管芯发生偏移，降低了烧结的合格率和激光器的可靠性。
[0005]中国专利文献CN101515702A提出了一种半导体激光器管芯烧结装置及其使用方法，烧结装置包括底支座、前挡板、热沉、压簧柱、弹簧、拨扳、压针、支柱、翘压杆、弹性支柱和滑足；该方法首先移开翘压杆至空位处，使用吸针将待烧热沉放于装置的前挡板处，移开吸针后拉动拨扳，将热沉固定于压簧柱和前挡板之间，在显微镜观察下用吸针将待烧结的管芯吸到热沉的边缘摆放对准，吸针移开后，在显微镜观察下移动翘压杆，将翘压杆的压针准确落在管芯的上方；在真空以及氮气保护下完成烧结。该方法的不足之处在于需要在显微镜下摆放热沉、管芯和落下压针，使用不便且效率较低；并且整个装置部件较多，加工和组装所需的精密部件较为困难，制造成本高，不适用于批量烧结。
[0006]中国专利文献CN104409964A提出了一种半导体激光器烧结夹具及其烧结方法，包括底座、支撑板和压块，支撑板固定在底座上，底座上设置有固定柱，压块通过固定柱定位置于底座上，压块底部一侧设有凸台，另一侧固定排布有竖向的弹簧针。将预制完焊料的热沉放置在底座上，通过固定柱对热沉定位；然后将封装在次热沉上的激光器沿热沉的弧形边缘放置在热沉上；将压块放置在热沉上，弹簧针与激光器一一对应，转动压紧螺栓，使其压紧压块，进行烧结。该夹具需在显微镜观察下将封装在次热沉上的激光器定位和放置到热沉上，由于缺少相应的定位装置而无法实现自对准，操作不便；压块上的弹簧针在施力时是倾斜于底面的，在接触到激光器时可能导致激光器管芯的滑动移位，使烧结后的激光器发生偏移，降低烧结良率和光斑质量。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有的半导体激光器管芯烧结技术存在的问题，提出一种具有自对准功能的结构简单、操作简便、生产效率高的半导体激光器管芯烧结夹具。
[0008]本发明还提供一种利用该夹具进行半导体激光器管芯烧结的方法。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种半导体激光器管芯自对准烧结夹具，包括支架、对位底座、压柱和弹簧；所述支架具有底支座和悬臂，底支座上有与对位底座适配的定位卡槽，使对位底座能在定位卡槽内移动且贴合在所述定位卡槽内壁上；所述悬臂上有压柱导孔，使压柱上端能在其中上下移动；所述压柱中部有凸缘，该凸缘能挡住套在压柱上部的弹簧；所述对位底座有热沉载置台，使热沉上的管芯在对位底座完全推抵底支座上的定位卡槽内时能够正对准所述压柱下端，以使压柱在弹簧弹力下能压紧在管芯上。
[0011]根据本发明优选的，所述悬臂平行于底支座，悬臂和底支座之间连有连接臂。进一步优选连接臂与悬臂和底支座垂直连接。
[0012]根据本发明优选的，所述底支座上的定位卡槽是一侧开口的长方形或正方形卡槽；在此基础上的变形亦可采用，例如与开口一侧相对一边也可以是为圆弧形，相应的对位底座上与该边对应的一边也为圆弧形，两者应当相适配。
[0013]根据本发明优选的，所述对位底座为长方形或正方形阶梯状，台阶上正对热沉管芯位置开槽，以保护激光器管芯前腔面。
[0014]根据本发明进一步优选的，所述对位底座具有第一平面和第二平面，第一平面高于第二平面，第二平面设为热沉载置台与热沉尺寸相适配，第一平面与热沉上表面平齐。
[0015]根据本发明进一步优选的，所述对位底座具有第一平面、第二平面和第三平面，第一平面高于第二平面，第二平面为热沉载置台与热沉尺寸相适配，第二平面高于第三平面，第三平面尺寸与定位卡槽相适配。用于尺寸较小的热沉。
[0016]根据本发明优选的，所述压柱中部的凸缘是环形凸台。凸缘下方是压柱下部。
[0017]根据本发明优选的，所述压柱下部的直径小于压柱上部的直径；进一步优选的，压柱下部的直径与热沉管芯尺寸相适配，使压柱下端能压住管芯即可。
[0018]根据本发明，所述支架、对位底座、压柱和弹簧均采用金属材料制成，优选的，采用无氧铜制成。
[0019]本发明的夹具使用时，放有管芯的热沉置于对位底座上的热沉载置台上，压柱上部套上适配的弹簧，弹簧下端抵于凸缘上且被挡住，然后将压柱顶部置于支架悬臂的导孔中，压柱通过导孔上下移动并压住热沉上的管芯。弹簧被夹在所述压柱中部凸缘与支架悬臂之间的压柱上。底支座上的定位卡槽与对位底座及热沉尺寸适配，载置有热沉的对位底座恰好能推入开槽内，在抵到卡槽底端时热沉上管芯的位置正对于压柱底端，从而实现自对准。
[0020]利用上述夹具进行半导体激光器管芯烧结的方法，包括如下步骤:
[0021](I)将带有焊料的热沉放置在对位底座的热沉载置台上，在显微镜下用吸附机将半导体激光器管芯放置在热沉的焊料上；
[0022](2)将压柱套上适配的弹簧，将压柱上端插入到支架悬臂上的压柱导孔中并上提;
[0023](3)将载放有热沉及管芯的对位底座插入到支架底支座的定位卡槽中，并推抵到底；
[0024](4)将压柱下放，使压柱下端正对住激光器管芯并压紧，完成夹具夹持；
[0025](5)重复上述步骤(I)?(4)，设置其他若干个相同的夹具夹持热沉及管芯；然后将夹持热沉及管芯的夹具排列整齐，将通有氮气的保护罩壳盖住所述摆放好的夹具后密封，放于加热台上烧结。
[0026]所述烧结过程按照现有技术进行。
[0027]本发明的有益效果:
[0028]本发明夹具结构简单，成本低廉，操作简便可靠，可实现自行对准。利用弹簧施加于压柱的弹力，对管芯施加一定的压力进行烧结，可以有效的减少管芯与热沉间的烧结空洞，提升激光器的寿命，保证产品的质量；对位底座可以保证在插入支架开槽后实现自对准，压柱下压时正对管芯，不需进行观察和调整，压柱放下后在弹簧弹力的作用下能保持热沉及管芯稳定不动，提升烧结的良率。
[0029]本发明夹具的压柱能够上下移动，从而可满足不同高度热沉和不同厚度管芯的烧结需要。通过更换对位底座，调整对位底座上热沉载置台上部的尺寸和位置，可以对不同尺寸的热沉进行烧结。如需烧结较小的热沉，可使对位底座热沉载置台上部尺寸与热沉尺寸一致，其余部分自然形成凸台保持与底支座的定位卡槽适配。
[0030]本发明简化了管芯烧结的准确定位；压柱施加给管芯的弹力有效降低了激光器管芯的串联电阻和热阻，解决了因热沉上焊料熔化时管芯移位造成的发光效率低的问题；工艺简单实用，制作成本低，生产效率高。
[0031]本发明的夹具可以方便的置于氮气保护罩壳中，有效防止焊料