[发明专利]一种多个半导体激光器管芯烧结夹具及其烧结方法

说明书

一种多个半导体激光器管芯烧结夹具及其烧结方法，该烧结夹具包括底座、固定块和重力杆，底座中设置有侧向开口槽，开口槽下底面设置有阶梯热沉的定位槽，底座在开口槽的上部对应阶梯热沉的每一个台阶面设置一个定位孔，固定块连接在底座上，每个定位孔中设置一个重力杆。烧结方法，包括步骤如下：（1）将阶梯热沉放置在底座的定位槽内并固定住；（2）将底座加热，在阶梯热沉的台阶面上放置焊料，将COS芯片放置在融化焊料上；（3）将重力杆从底座上部的定位孔插入，压在COS芯片上；（4）将底座从热炉上取下，降至室温；（5）依次取下重力块和重力杆，取下阶梯热沉，完成烧结。本发明一次烧结多个激光器处于不同高度的COS，既可以对各个热沉进行固定，防止焊料融化过程中导致的位置偏移，又保证了高度差的一致性。

技术领域

本发明涉及一种在阶梯热沉上烧结多个半导体激光器管芯的夹具及其烧结方法，属于半导体光电子学技术领域。

背景技术

由于半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、寿命长、波长覆盖范围广等优点，广泛应用于工业、医疗、通讯和军事等领域，逐步取代了传统气体和固体激光器。近年来，随着工业加工、医疗、激光打印等领域的发展，对高功率半导体激光器的需求也在逐年增加。

目前，由于半导体激光器材料生长和制作工艺水平的进步，单芯片功率已达近20W，但是仍然无法满足工业生产对高功率激光的需求，为了得到高功率半导体激光输出，只能通过增加芯片数量的方法来实现。目前，主要有巴条阵列封装和多管芯串联封装两种形式，巴条阵列的封装即在慢轴方向上横向并联集成多个半导体激光单元，这也是长期以来高功率半导体激光器中最常用的封装形式。但由于此种封装形式是多个芯片的并联，需要低电压高电源进行驱动，在工程运用中，该电压电流组合会产生众多实际问题，另外，由于巴条阵列尺寸较大，不仅给封装带来了很大的难度，空洞的产生会造成热量的富集，大大降低激光器的性能及寿命，而且对于后期的光学整形也存在很大的难度。与之相比，单芯片封装不仅具有独立的电、热工作环境，避免了发光单元之间的热串扰，使其在寿命等方面具有很大的优势，而且，该种封装形式也便于后期对光束进行光学整形输出。

多个管芯串联封装，管芯之间需要进行电隔离，这就需要将单个芯片封装到绝缘的次热沉上，然后再将封装好的单元器件COS(COS指chip on submount，是封装在次热沉上的激光器)经过二次烧结，封装到大热沉上。我们知道焊料融化后会在绝缘热沉和热沉底板之间聚集，且焊料在融化时会有一定的流动性，会造成绝缘热沉与热沉底板之间的烧结空洞，还会使管芯出光方向一致性难以控制。所以，在进行二次烧结时，需要对COS施加一定的压力。

中国专利文献CN204680901U提出了一种半导体激光器多芯片烧结夹具，该烧结夹具包括主体、下压条、上压条、带有压柱的顶块和弹簧，所述下压条和上压条上均有分布均匀的孔，分别用于限定顶块压柱和给进螺丝，弹簧套在顶块压柱上，主体底面有激光器限位槽。该方法的不足之处是，通过给进螺丝来对COS进行加压，一是在转动给进螺丝时压柱下端容易晃动，影响COS对位方向一致性，二是无法控制下压力度的大小，影响COS高度的一致性。

CN104409964A提出了一种半导体激光器烧结夹具及其烧结方法，该夹具包括底座、支撑板和压块，支撑板固定在底座上，支撑板上设置有压紧螺栓，底座上设置有固定柱，压块通过固定柱定位于底座上，压块底部一侧设有凸台，压块底部另一侧固定排布有竖向的弹簧针。首先将预制完焊料的热沉放置在底座上，并通过底座上的固定柱对热沉进行定位，然后将COS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COS一一对应，转动压紧螺栓，使其压紧压块，使烧结过程中不移位。该方法的不足之处是COS在大热沉上处于同一平面上，当大热沉上有梯度，要求COS具有一定的高度差进行排列时，对每个COS施加的力大小不同，从而无法保证高度差一致性。

发明内容

针对现有半导体激光器烧结技术存在的不足，本发明提供一种高度差一致性好的多个半导体激光器管芯烧结夹具。本发明还提供一种利用上述夹具对半导体激光器管芯进行烧结的方法。