CN1300902C - 半导体激光线阵及迭阵条双面烧结方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体激光线阵和迭阵双面烧结方法及装置。需要在密封箱内进行，加热和降温中密封箱内充氢氮混合气，在氢氮气保护下进行；用吸针将第一、第二块热沉和N个Bar条吸到热沉滑动加热器上固定，对第一和第二块热沉加热至150℃-200℃后停止加热，然后降温完成N个Bar条的烧结。装置包括活动架1、底座2、纵向调节钮3、导轨4、显微镜底座5、固定钮6、显微镜架7、氢氮气入口8、显微镜升降调节钮9、密封箱10、显微镜11、真空吸针12、Bar条烧结装置13、氢氮气出口14。本发明采用双面烧结属于面接触式，可一次性完成多个Bar条及上下电极的烧结，提高了Bar条烧结质量、成品率和生产效率，有效降低Bar条热阻。工艺简单实用、制作成本低、生产效率高。

Description

半导体激光线阵及迭阵条双面烧结方法及装置

技术领域：

本发明属于半导体光电子学技术领域，涉及半导体激光线阵和迭阵的Bar条组装及双面烧结方法。

背景技术：

高功率半导体激光线阵、迭阵以其广阔的应用前景和巨大的潜在市场而成为各国竞相追逐的热点，目前高功率半导体激光线阵和迭阵所面临的主要问题是其低的性能价格比，即激光线阵、迭阵的性能低(功率、效率、可靠性和稳定性、一致性等)，而制作成本(即售价)却很高，这在很大程度上限制了其实际应用。激光线阵和迭阵的性能除与外延材料有关以外，还与激光线阵和迭阵的组装工艺有关，如Bar条的组装和烧结等工艺。

目前国内半导体激光线阵、迭阵Bar条的烧结普遍采用手工操作方式或者机械式单面烧结工艺。手工操作即人工用镊子夹起Bar条，在显微镜下与激光器热沉对准，或用气镊子吸起Bar条后放到热沉适当的位置，再加热烧结。手工操作存在的缺点是摆放误差大，致使成品率下降；在烧结过程中，当焊料融化时，由于表面张力较大，而Bar条非常轻，不能与热沉均匀接触，使激光线阵、迭阵的稳定性、可靠性和寿命都受到严重影响。机械式单面烧结工艺采用机械和气体吸起来移动Bar条，虽然克服了手工操作的缺点，但是只能完成下电极的焊接；上电极的烧结是采用金丝球焊，属于点接触式烧结，这种烧结方式会使器件的热阻变大，而且点接触式烧结方式容易对Bar条有源层造成损伤，另外需要对每个Bar条上再烧结上过度电极、过度引线等，大大降低了生产率，提高了子模块成本。因此要获得高稳定性、高可靠性、高功率的半导体激光线阵和迭阵就必须设计制作高效的烧结方式。

本发明的详细内容：

由于背景技术中激光列阵、迭阵的Bar条烧结技术不理想、焊接热阻大、寿命短、生产效率低，为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体激光线阵和迭阵Bar条双面烧结方法，采用该方法可以一次性完成Bar条上下电极的烧结，并且可以一次烧结多个激光Bar条，提高Bar条烧结质量、成品率和生产效率。为此，本发明将要公开一种有效的Bar条烧结方法，提供用于高功率半导体激光线阵和迭阵的烧结方法及装置。

为了实现上述目的，本发明半导体激光线阵和迭阵Bar条的双面烧结方法需要在密封箱内进行，在加热和降温过程中密封箱内要充氢氮混合气，在氢氮气保护下进行；其特点包括以下步骤：

1)用第一吸针将第一块热沉吸到热沉滑动加热器的端部上，第一吸针离开第一块热沉；

2)用第二吸针分别将N个Bar条吸到热沉滑动加热器上，使每个Bar条的底部与热沉滑动加热器上表面接触，并使第一个Bar条的侧面靠近步骤1)中的第一块热沉，第二吸针离开Bar条；

3)用第一吸针将第二块热沉吸到热沉滑动加热器上，并使第N个Bar条的侧面靠近第二块热沉，第一吸针离开第二块热沉；

4)用Bar条烧结装置将步骤1)、2)、3)中第一块热沉、第二块热沉和Bar条固定；

5)对第一块热沉、第二块热沉加热至150℃-200℃后停止加热，使第一块热沉、第二块热沉温度降到70℃-10℃，即完成N个Bar条的烧结。

半导体激光线阵、迭阵的Bar条双面烧结方法所采用的装置是一种半导体激光线阵和迭阵Bar条键合机，包括：活动架、底座、纵向调节钮、导轨、显微镜底座、固定钮、显微镜架、氮气入口、显微镜升降调节钮、密封箱、显微镜、真空吸针、Bar条烧结装置、氮气出口，活动架的底面与显微镜底座的上面固定连接，活动架、底座、纵向调节钮、导轨、显微镜底座、固定钮、显微镜架、显微镜升降调节钮、显微镜位于密封箱外部，显微镜底座与密封箱的外侧面和底座固定连接，显微镜连接在显微镜架上，显微镜升降调节钮与显微镜架固定连接，活动架的侧面设有调整显微镜架摆动角度的固定钮，氢氮气入口的孔和氢氮气出口的孔分布在密封箱上，密封箱的内部固定有真空吸针，Bar条烧结装置位于密封箱内并两者固定连接，纵向调节钮固定在活动架上，导轨位于显微镜底座内并与活动架的下面接触。

本发明半导体激光线阵、迭阵bar条烧结是通过键合机实现的，首先将Bar条和热沉放置到Bar条烧结装置的管件处，通过真空吸针来完成Bar条和热沉的放置，由高倍显微镜来监测Bar条和热沉的精确定位，通过热沉滑动加热器对Bar条和热沉进行加热，借助焊料将热沉和Bar条焊接在一起，然后降温，即完成Bar条的烧结过程，操作中要通保护气体即氢氮混合气。

本发明的优点：

由于本发明采用热沉和Bar条底部与滑板上表面接触的技术方案，保证热沉和Bar条同时被加热，由于本发明采用面接触式烧结方式，完成多个Bar条及其上下电极的双面烧结，提高Bar条烧结质量、成品率和生产效率。从而解决了背景技术中手工操作热沉和Bar条，使其摆放误差大，致使成品率下降问题；机械式单面烧结工艺只能完成下电极的焊接，上电极的烧结采用点接触式，使半导体激光线阵及迭阵的热阻变大，而且由于压力的影响容易对Bar条造成损伤；由于每个Bar条是由十多个单管并联在一起，需要对每个Bar条上电极引出几十根金丝引线进行焊接，本发明解决了生产效率低的问题，减少半导体线阵及迭阵的损伤并可以提高半导体线阵及迭阵的寿命，双面烧结方式可以有效的减少半导体线阵及迭阵的热阻。

由于本发明的热沉与Bar条在同一个平面，解决烧结过程中，Bar条不能与热沉均匀接触，带来激光线阵、迭阵的稳定性、可靠性和寿命都受到严重影响的问题。

本发明工艺具有简单实用、制作成本低、生产效率高的特点、适用于高功率半导体激光线阵、迭阵的制作。

附图说明：

图1是本发明装置立体结构示意图

图2是本发明Bar条烧结装置主视图

具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1：

本发明如图1所示：活动架1、底座2、纵向调节钮3、导轨4、显微镜底座5、固定钮6、显微镜架7、氢氮气入口8、显微镜升降调节钮9、密封箱10、显微镜11、真空吸针12、Bar条烧结装置13、氢氮气出口14。

活动架1、纵向调节钮3、导轨4、显微镜底座5、固定钮6、显微镜架7、显微镜升降调节钮9、显微镜11均可由金属材料制成如铸铁和、或铜和、或无氧铜。

底座2可由绝热材料制成。密封箱10的本体上有氢氮气入口8和出口14，密封箱10由不锈钢制成。真空吸针12由硅胶制成。

固定Bar条烧结装置13由铝和、或不锈钢和、或铜和、或钼和、或钨和、或锰钢和、或聚四氟己烯材料制成。

如图2所示：Bar条烧结装置13包括：热沉滑动加热器15、弹簧16、滑道17、滑板18、顶丝架19、顶丝20、管件21、压片22、垫板23、挡板24，热沉滑动加热器15的下面与滑板18的上面固定连接，弹簧16与滑板18固定连接，滑板18的下面与滑道17的上面固定连接，顶丝20固定在顶丝架19上并与滑板18的侧面接触，管件21位于热沉滑动加热器15的上面并与压片22的侧面相接触，压片22位于第一块热沉、第二块热沉的外侧，压片22的下面固定在垫板23上，挡板24的侧面与弹簧16和滑道17的侧面连接。第一块热沉、第二块热沉和Bar条通过压片22固定。

热沉滑动加热器15由钼和、或者钨材料制成。弹簧16由锰钢制成。滑道17、滑板18、顶丝架19、顶丝20由铝和、或不锈钢和、或铜制成。管件21包括：第一块热沉、第二块热沉和N个Bar条。压片22由铝和、或铜制成。垫板23由聚四氟己烯制成。挡板24由铝和、或不锈钢材料制成。

对第一块热沉、第二块热沉加热的温度可选择150℃或160℃或170℃或180℃或200℃后停止加热，使第一块热沉、第二块热沉温度降到70℃或50℃或30℃或20℃或10℃。

第一吸针是直径为300或400或500或600微米的针头或者其它形式，第二吸针是直径为100或200或300或微米的针头或者其它形式，第一和第N个Bar条分别与第一块热沉和第二块热沉接触，其余的Bar条之间靠焊料连接。

实施例2：本发明可应用于半导体发光二极管列阵中，将实施例1中的管件21中N个Bar条换成半导体发光二极管列阵即可。

实施例3：本发明可应用于光电探测器列阵中，将实施例1中的管件21中N个Bar条换成光电探测器件列阵即可。

Claims (2)

1、半导体激光线阵及迭阵条双面烧结方法，需要在密封箱内进行，在加热和降温过程中密封箱内要充氢氮混合气，在氢氮气保护下进行；其特征在于包括以下步骤：

1)用第一吸针将第一块热沉吸到热沉滑动加热器的端部上，第一吸针离开第一块热沉；

2)用第二吸针分别将N个Bar条吸到热沉滑动加热器上，使每个Bar条的底部与热沉滑动加热器上表面接触，并使第一个Bar条的侧面靠近步骤1)中的第一块热沉，第二吸针离开Bar条；

3)用第一吸针将第二块热沉吸到热沉滑动加热器上，并使第N个Bar条的侧面靠近第二块热沉，第一吸针离开第二块热沉；

4)用Bar条烧结装置中的压片(22)将步骤1)、2)、3)中第一块热沉、第二块热沉和Bar条固定，使其位于热沉滑动加热器(15)的上方；所用的Bar条烧结装置中的热沉滑动加热器(15)的下面与滑板(18)的上面固定连接，弹簧(16)与滑板(18)固定连接，滑板(18)的下面与滑道(17)的上面固定连接，顶丝(20)固定在顶丝架(19)上并与滑板(18)的侧面接触，管件(21)位于热沉滑动加热器(15)的上面并与压片(22)的侧面相接触，其中管件(21)包括：第一块热沉、第二块热沉和N个Bar条，压片(22)的下面固定在垫板(23)上，挡板(24)的侧面与弹簧(16)和滑道(17)的侧面连接。

5)热沉滑动加热器对第一块热沉、第二块热沉加热150℃-200℃后停止加热，使第一块热沉、第二块热沉温度降到70℃-10℃，即完成N个Bar条的烧结。

2、半导体激光线阵及迭阵条双面烧结装置，包括：显微镜底座(5)、显微镜架(7)、显微镜升降调节钮(9)、显微镜(11)、真空吸针(12)，显微镜(11)连接在显微镜架(7)上，显微镜升降调节钮(9)与显微镜架(7)固定连接，其特征在于还包括：活动架(1)、底座(2)、纵向调节钮(3)、导轨(4)、固定钮(6)、氮气入口(8)、密封箱(10)、Bar条烧结装置(13)、氮气出口(14)，活动架(1)的底面与显微镜底座(5)的上面固定连接，活动架(1)、底座(2)、纵向调节钮(3)、导轨(4)、显微镜底座(5)、固定钮(6)、显微镜架(7)、显微镜升降调节钮(9)、显微镜(11)位于密封箱(10)外部，显微镜底座(5)与密封箱(10)的外侧面和底座(2)固定连接，活动架(1)的侧面设有调整显微镜架(7)摆动角度的固定钮(6)，氢氮气入口(8)的孔和氢氮气出口(14)的孔分布在密封箱(10)上，密封箱(10)的内部固定有真空吸针(12)，Bar条烧结装置(13)位于密封箱(10)内并两者固定连接，纵向调节钮(3)固定在活动架(1)上，导轨(4)位于显微镜底座(5)内并与活动架(1)的下面接触；Bar条烧结装置(13)包括：热沉滑动加热器(15)、弹簧(16)、滑道(17)、滑板(18)、顶丝架(19)、顶丝(20)、管件(21)、压片(22)、垫板(23)、挡板(24)，热沉滑动加热器(15)的下面与滑板(18)的上面固定连接，弹簧(16)与滑板(18)固定连接，滑板(18)的下面与滑道(17)的上面固定连接，顶丝(20)固定在顶丝架(19)上并与滑板(18)的侧面接触，管件(21)位于热沉滑动加热器(15)的上面并与压片(22)的侧面相接触，压片(22)的下面固定在垫板(23)上，挡板(24)的侧面与弹簧(16)和滑道(17)的侧面连接。

Images