阅读说明：本技术 一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具及其烧结方法 (Sintering clamp and sintering method for high-power micro-channel structure bar laser ) 是由 姚爽 孙素娟 开北超 夏伟 徐现刚 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具及其烧结方法,属于半导体激光器制造领域,该烧结夹具包括定位底座、热沉压块和巴条压块,所述定位底座包括第一面和第二面,所述第一面用于放置热沉压块,所述第二面用于放置巴条压块,所述第一面和第二面上均设置有朝向定位底座内部的斜坡,所述第一面的斜坡和第二面的斜坡相互垂直；所述第一面上设置有用于对所述热沉压块限位的热沉压块宽限位槽,所述第二面上设置有用于对所述巴条压块限位的巴条压块宽限位槽,所述巴条压块与所述巴条接触面与所述巴条上表面尺寸对应。本发明不仅可以减少甚至避免“smile”现象的发生,而且提高了巴条烧结的一致性和稳定性。(The invention relates to a sintering clamp of a high-power microchannel structure bar laser and a sintering method thereof, belonging to the field of semiconductor laser manufacturing, wherein the sintering clamp comprises a positioning base, a heat sink pressing block and a bar pressing block, the positioning base comprises a first surface and a second surface, the first surface is used for placing the heat sink pressing block, the second surface is used for placing the bar pressing block, slopes facing the inside of the positioning base are arranged on the first surface and the second surface, and the slope of the first surface is vertical to the slope of the second surface; the bar pressing block width limiting groove is used for limiting the bar pressing block, and the bar pressing block contact surface correspond to the upper surface of the bar in size. The method can reduce or even avoid smile phenomenon, and improve the consistency and stability of bar sintering.)

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具及其烧结方法

技术领域

本发明涉及一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具及其烧结方法，属于半导体激光器制造领域。

背景技术

随着材料外延技术和激光器封装工艺技术的大幅提升，大功率激光二极管器件和阵列器件在国内外得到了迅速发展，成为当前激光产业应用拓展的主要方向，具有体积小、效率高、成本低等优点，因此被广泛应用于激光医疗、工业加工、军事武器、固体激光器和光纤激光器泵浦等技术领域。输出光功率、光电转换效率和可靠性是衡量激光器性能的三个主要参数，而限制三者发展的最主要因素是热量，其决定激光器输出光功率的大小、光电转换效率的高低以及可靠性。除了半导体激光器本身的性质，激光器的封装质量也是影响散热的关键因素，要求激光器与热沉之间的焊接具有牢固、无空洞、导热性好、抗疲劳、低热阻等特点。因此，将半导体激光器烧结到热沉上的工艺和方法是大功率半导体激光器应用的关键技术之一。

目前大功率微通道巴条激光器的封装大多利用烧结夹具在回流焊设备当中烧结，如中国专利文献CN205282874U公开的《一种大功率激光器条形芯片烧结夹具》，利用五根弹簧探针对巴条施压，并设有螺纹和可调螺栓来调节扭力大小，但是在调节平衡以改善“smile”效应的过程中没有一个参照标准，需要不断调节五根探针的扭力大小，操作过程较复杂；另外，巴条烧结的一致性难以保证，可能会影响烧结合格率。

中国专利文献CN105244756A公开的《一种微通道半导体激光器的烧结夹具及其烧结方法》提出的巴条烧结夹具包括定位底座和可调盖板，通过螺杆调节可调盖板中的压块对巴条施加压力，压块尺寸与巴条尺寸相当保证施加的压力均匀，但是通过螺杆调节压力的方式难以保证每次施压的一致性，即巴条烧结的重复性相对较低，除非通过扭力改锥调节螺杆来定量施压。

发明内容

本发明提供一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具及其烧结方法，不仅可以减少甚至避免“smile”现象的发生，而且提高了巴条烧结的一致性和稳定性。

本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，包括定位底座、热沉压块和巴条压块，其中：

所述定位底座包括用于放置所述热沉压块的第一面和用于放置所述巴条压块的第二面，所述第一面和第二面上均设置有朝向定位底座内部的斜坡，所述第一面的斜坡和第二面的斜坡相互垂直，即第一面和第二面的斜坡夹角为90°，既能避免热沉压块和巴条压块在施压过程中滑动，又能严格控制巴条出光面相对于热沉前端的突出量；

所述第一面上设置有用于对所述热沉压块限位的热沉压块宽限位槽，所述热沉压块能够在热沉压块宽限位槽内滑动实现对热沉的压紧，所述第二面上设有用于对巴条压块限位的巴条压块宽限位槽，所述巴条压块能够在巴条压块宽限位槽内滑动实现对巴条的压紧，当烧结需要更大的压力时，可增大热沉压块和巴条压块的重量来增加施压压力，为了施压均匀，所述巴条压块与巴条接触面，与所述巴条上表面尺寸对应。

根据本发明优选的，为保证热沉压块对热沉施压均匀，热沉压块与热沉的接触面的宽度与热沉宽度对应，所述热沉压块的宽度与所述热沉压块宽限位槽相适应，可以通过热沉压块宽限位槽的两侧对热沉实现精准定位；所述热沉压块的底面设置有第一圆柱杆，所述热沉压块宽限位槽内设置与所述第一圆柱杆相配合的热沉压块窄限位槽，所述热沉压块窄限位槽为长圆孔，第一圆柱杆的直径优选与热沉压块窄限位槽的宽度相当，二者相匹配对热沉压块进行限位，第一圆柱杆能够在热沉压块窄限位槽内滑动实现对热沉压块的限位，通过热沉压块宽限位槽和热沉压块的第一圆柱杆的两侧对热沉压块进行限位，保证热沉压块的重力均匀施加在热沉上，实现对热沉的精确定位。

根据本发明优选的，所述巴条压块为长方体，长方体下方设置有尺寸与巴条上表面对应的梯形压块，便于施压均匀，所述巴条压块的底面中部设置有与所述巴条压块宽限位槽相配合的凸条，凸条可以在巴条压块宽限位槽内滑动，使定位更加精准。

进一步的，所述巴条压块的底面两侧均设置有第二圆柱杆，所述第二面上在所述巴条压块宽限位槽的两侧均设置有用于与所述第二圆柱杆相配合的巴条压块窄限位槽，所述巴条压块窄限位槽为长圆孔，第二圆柱杆优选为对称分布的两根，其直径优选与巴条压块窄限位槽的宽度相当，二者相匹配对巴条压块进行限位，巴条压块宽限位槽和巴条压块窄限位槽根据巴条和第二圆柱杆的尺寸而设计，在显微镜下将巴条放在热沉前端的上表面，调整巴条在所述热沉的中间位置，巴条出光面与巴条压块宽限位槽表面紧密接触，通过巴条压块宽限位槽和巴条窄限位槽对巴条压块进行限位，保证巴条压块的重力均匀施加在巴条上，实现对巴条的精确定位。

进一步的，所述定位底座为L形，所述第一面的斜坡与水平面的夹角为30°，所述第二面的斜坡与水平面的夹角为60°，第一面的30°角给热沉提供了一个平行第一面向下和垂直第二面的力，以保证热沉与第二面紧密接触；第二面的60°角提供给巴条一个垂直向下的力以保证充分施压。

优选的，所述第一面上设置有对所述热沉限位的热沉限位槽，所述热沉限位槽位于热沉压块宽限位槽的前端，热沉放入热沉限位槽，前端紧贴巴条压块宽限位槽，热沉压块放入热沉压块宽限位槽，同时，热沉压块的第一圆柱杆***热沉压块窄限位槽，热沉压块沿着热沉压块宽限位槽下滑直至与热沉接触，靠热沉压块的重力定位热沉；在热沉前端上表面摆放巴条，巴条的出光面紧贴巴条压块宽限位槽，巴条压块放入巴条压块宽限位槽，同时，第二圆柱杆***巴条压块窄限位槽内，巴条压块沿着巴条压块宽限位槽下滑直至与巴条上表面接触，靠巴条压块的重力压住巴条，保证巴条与热沉之间接触良好。

所述热沉限位槽的宽度与所述热沉的宽度相适应，根据热沉的尺寸而设计，在显微镜下将热沉放入热沉限位槽，调整热沉前端与巴条压块宽限位槽表面紧密接触，通过热沉限位槽的两侧对热沉实现精确限位。

优选的，所述定位底座采用不锈钢或铝材料，热沉压块和巴条压块均采用不锈钢材料。

优选的，所述巴条压块与所述巴条的N面相接触面的尺寸与所述巴条尺寸相当，确保巴条压块施压的均匀性，所述巴条压块上与所述巴条的N面相接触的表面进行抛光处理，保证二者接触的紧密性。

另一方面，本发明提供一种上述大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具的烧结方法，包括：

步骤1：将蒸铟端顶在巴条压块宽限位槽表面，将所述热沉压块放置于热沉压块宽限位槽内，所述热沉压块沿着所述热沉压块宽限位槽下滑直至顶在所述热沉的尾端将所述热沉定位；

步骤2：将所述巴条放置于热沉蒸铟处，在显微镜下调整巴条位于热沉蒸铟面中间，所述巴条的出光面紧靠在所述巴条压块宽限位槽表面；

步骤3：将巴条压块放置于巴条宽限位槽内，所述巴条压块沿着所述巴条压块宽限位槽下滑直至压在所述巴条的N面；

步骤4：将整个夹具放置于真空回流焊接设备里面，载入设置好的烧结曲线进行烧结。

进一步的，所述步骤1中，先将蒸铟后的微通道热沉放置于定位底座的热沉限位槽内，再将蒸铟端顶在巴条压块宽限位槽表面；

所述步骤1中，将热沉压块的第一圆柱杆***热沉压块窄限位槽内，所述热沉压块沿着热沉压块宽限位槽下滑直至顶在热沉的尾端将热沉定位；

所述步骤3中，先将巴条压块的第二圆柱杆***所述巴条压块窄限位槽内，巴条压块沿着巴条压块宽限位槽下滑直至压在巴条的N面。

本发明的有益效果为：

1)本发明的大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具中，定位底座的第一面的斜坡和第二面的斜坡相互垂直，既能避免热沉压块和巴条压块在施压过程中滑动，又能严格控制巴条出光面相对于热沉前端的突出量。

2)本发明的大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构简单，成本低廉，操作简便，可靠性高，利用定位底座上第一面和第二面的斜坡以及多个限位槽对热沉压块和巴条压块进行限位，经过限位的热沉压块可精确定位热沉，经过限位的巴条压块能够精确对准巴条的N面并利用自身重力对巴条进行均匀施压，保证了施压的一致性、均匀性和稳定性。

3)本发明的在烧结过程中，利用根据巴条和热沉尺寸设计的限位槽对各个部件进行限位，在烧结时利用热沉压块和巴条压块的重力分别对热沉和巴条进行定位并施压，烧结时可通过调整巴条压块的重量调整施压压力，巴条压块与巴条接触面与所述巴条上表面尺寸对应，施压均匀，在保证一致性和精确性的同时提高了效率，适于批量生产。

4)本发明的夹具能够对热沉和巴条进行精确定位，巴条压块为烧结提供均匀的压力，所以避免了受力不均导致的烧结应力的产生，从而减少甚至避免“smile”现象。

5)使用本发明的大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具配合封装工艺，封装整体合格率在98％以上，并大大减少烧结空洞的发生。

附图说明

图1为本发明的大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具的整体结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中定位底座的结构示意图；

图4为图1中热沉压块的结构示意图；

图5为图1中巴条压块的结构示意图；

其中：1-定位底座，2-热沉压块，3-巴条压块，301-梯形压块，4-热沉，5-巴条，6-热沉限位槽，7-热沉压块宽限位槽，8-热沉压块窄限位槽，9-巴条压块宽限位槽，901-凸条，10-巴条压块窄限位槽，11-第一圆柱杆，12-第二圆柱杆。

具体实施方式

：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

如图1-5所示，一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，包括定位底座1、热沉压块2和巴条压块3，其中：

定位底座1包括用于放置热沉压块2的第一面和用于放置巴条压块3的第二面，第一面和第二面上均设置有朝向定位底座1内部的斜坡，第一面的斜坡和第二面的斜坡相互垂直，即第一面和第二面的斜坡夹角为90°，既能避免热沉压块2和巴条压块3在施压过程中滑动，又能严格控制巴条5出光面相对于热沉4前端的突出量；

第一面上设置有用于对热沉压块2限位的热沉压块宽限位槽7，热沉压块2能够在热沉压块宽限位槽7内滑动实现对热沉4的压紧，第二面上设有用于对巴条压块3限位的巴条压块宽限位槽9，巴条压块3能够在巴条压块宽限位槽9内滑动实现对巴条5的压紧，当烧结需要更大的压力时，可增大热沉压块2和巴条压块3的重量来增加施压压力，为了施压均匀，巴条压块3与巴条5接触面，与巴条5上表面尺寸对应。

实施例2：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，为保证热沉压块2对热沉4施压均匀，热沉压块2与热沉4的接触面的宽度与热沉4宽度对应，热沉压块2的宽度与热沉压块宽限位槽7相适应，可以通过热沉压块宽限位槽7的两侧对热沉4实现精准定位；热沉压块2的底面设置有第一圆柱杆11，热沉压块宽限位槽7内设置与第一圆柱杆11相配合的热沉压块窄限位槽8，热沉压块窄限位槽8为长圆孔，第一圆柱杆11的直径优选与热沉压块窄限位槽8的宽度相当，二者相匹配对热沉压块2进行限位，第一圆柱杆11能够在热沉压块窄限位槽8内滑动实现对热沉压块2的限位，通过热沉压块宽限位槽7和热沉压块2块的第一圆柱杆11的两侧对热沉压块2进行限位，保证热沉压块2的重力均匀施加在热沉4上，实现对热沉4的精确定位。

实施例3：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，巴条压块3为长方体，长方体下方设置有尺寸与巴条上表面对应的梯形压块301，便于施压均匀，巴条压块3的底面中部设置有与巴条压块宽限位槽9相配合的凸条901，凸条901可以在巴条压块宽限位槽9内滑动，使定位更加精准。

实施例4：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构如实施例3所示，所不同的是，巴条压块3的底面两侧均设置有第二圆柱杆12，第二面上在巴条压块宽限位槽9的两侧均设置有用于与第二圆柱杆12相配合的巴条压块窄限位槽10，巴条压块窄限位槽10为长圆孔，第二圆柱杆12优选为对称分布的两根，其直径优选与巴条压块窄限位槽10的宽度相当，二者相匹配对巴条压块3进行限位，巴条压块宽限位槽9和巴条压块窄限位槽10根据巴条5和第二圆柱杆12的尺寸而设计，在显微镜下将巴条5放在热沉4前端的上表面，调整巴条5在热沉4的中间位置，巴条5出光面与巴条压块宽限位槽9表面紧密接触，通过巴条压块宽限位槽9和巴条压块窄限位槽10对巴条压块3进行限位，保证巴条压块3的重力均匀施加在巴条5上，实现对巴条5的精确定位。

实施例5：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，定位底座1优选为L形，第一面的斜坡与水平面的夹角为30°，第二面的斜坡与水平面的夹角为60°，第一面的30°角给热沉4提供了一个平行第一面向下和垂直第二面的力，以保证热沉4与第二面紧密接触；第二面的60°角提供给巴条5一个垂直向下的力以保证充分施压。

实施例6：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，第一面上设置有对热沉进行限位的热沉限位槽6，热沉限位槽6位于热沉压块宽限位槽7的前端，热沉5放入热沉限位槽6，前端紧贴巴条压块宽限位槽9，热沉压块2放入热沉压块宽限位槽7，同时，热沉压块2的第一圆柱杆11***热沉压块窄限位槽8，热沉压块2沿着热沉压块宽限位槽7下滑直至与热沉4接触，靠热沉压块2的重力定位热沉4；在热沉4前端上表面摆放巴条5，巴条5的出光面紧贴巴条压块宽限位槽9，巴条压块3放入巴条压块宽限位槽9，同时，第二圆柱杆12***巴条压块窄限位槽10内，巴条压块3沿着巴条压块宽限位槽9下滑直至与巴条5上表面接触，靠巴条压块3的重力压住巴条5，保证巴条5与热沉4之间接触良好。热沉限位槽6的宽度与热沉4的宽度相适应，根据热沉4的尺寸而设计，在显微镜下将热沉4放入热沉限位槽6，调整热沉4前端与巴条压块宽限位槽9表面紧密接触，通过热沉限位槽6的两侧对热沉4实现精确限位。

实施例7：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具，结构如实施例1所示，所不同的是，定位底座1采用不锈钢或铝材料，热沉压块2和巴条压块3均采用不锈钢材料；巴条压块3上与巴条1的N面相接触的表面进行抛光处理，保证二者接触的紧密性。

实施例8：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具的烧结方法，包括：

步骤1：将蒸铟端顶在巴条压块宽限位槽9表面，将热沉压块2放置于热沉压块宽限位槽7内，热沉压块2沿着热沉压块宽限位槽7下滑直至顶在热沉4的尾端将热沉4定位；

步骤2：将巴条5放置于热沉蒸铟处，在显微镜下调整巴条位于热沉蒸铟面中间，巴条5的出光面紧靠在巴条压块宽限位槽9表面；

步骤3：将巴条压块3放置于巴条压块宽限位槽9内，巴条压块3沿着巴条压块宽限位槽9下滑直至压在巴条5的N面；

步骤4：将整个夹具放置于真空回流焊接设备里面，载入设置好的烧结曲线进行烧结。

实施例9：

一种大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具的烧结方法，方法如实施例9所示，所不同的是，步骤1中，先将蒸铟后的微通道热沉放置于定位底座1的热沉限位槽6内，再将蒸铟端顶在巴条压块宽限位槽9表面；

步骤1中，将热沉压块2的第一圆柱杆11***热沉压块窄限位槽8内，热沉压块2沿着热沉压块宽限位槽7下滑直至顶在热沉4的尾端将热沉4定位；

步骤3中，先将巴条压块3的第二圆柱杆12***巴条压块窄限位槽10内，巴条压块3沿着巴条压块宽限位槽9下滑直至压在巴条5的N面。

对比例1：

中国专利文献CN105244756A公开的《一种微通道半导体激光器的烧结夹具及其烧结方法》，其烧结环境与实施例1相同。

使用本发明的大功率微通道结构巴条激光器烧结夹具配合封装工艺，封装整体合格率在98％以上，并可大大减少烧结空洞的发生，经过超声波扫描验证烧结质量，得到如表1所示数据对比：

表1

巴条编号	对比文件1的烧结空洞率	实施例1的烧结空洞率
			1	3.3％	0.9％
2	2.9％	0.6％
			3	3.2％	0.5％
4	3％	0.8％
			5	3.3％	0.7％
6	2.5％	0.9％

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。