一种用于半导体激光芯片的焊接治具的制作方法

本实用新型涉及半导体激光技术领域，具体为一种用于半导体激光芯片的焊接治具。

背景技术：

激光行业是本世纪最为热门也是最为前沿的行业，而半导体激光正是其中重要的一部分，半导体激光器在照明、工业、医疗、泵浦等方面都有着广泛的应用，比如激光测距、激光熔覆、激光脱毛、光纤激光等行业。

在半导体激光器的生产制作中，封装焊接是决定其质量寿命的重要环节。由于半导体芯片本身的转换效率限制，会有大量的能量不能转换为光，进而转化为热量通过热沉传导出去。由于不同激光器的封装形式不同，相互结构之间需要用不同的焊料焊接固定。进行焊接时都会用一定重量的压块压在待焊接的芯片上方，使其融化时能尽量地贴合，增加其焊接的牢固度和散热的速率。但是焊接过程中不同的压块重量会形成不用的焊接效果，并且不均匀的配重会使芯片形成虚焊、空洞和焊接效果不一致等现象，严重影响器件的散热进而影响其寿命。因此在焊接过程中使其均匀配重合适是非常重要的。

另外，焊接过程中焊料融化成液态时会有位置的移动，而且由于表面张力往往会沿腔面往上蔓延，而半导体激光器芯片腔面对洁净程度要求非常高，这往往会导致半导体激光芯片在焊接之后产生不可逆的损坏，在批量生产时成为制约合格率的重要因素。

所以设计高可靠性的焊接封装治具是改进半导体激光芯片质量的重要工艺技术。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供了一种用于半导体激光芯片的焊接治具，其能改善焊接过程中出现的焊料爬腔、配重不均匀和位置移动的问题，使芯片焊接的过程更加便捷高效的同时有可靠优良的焊接效果。

其技术方案是这样的：一种用于半导体激光芯片的焊接治具，包括底板，所述底板的上表面从后往前向下倾斜，所述底板的两侧分别设有侧板，所述侧板的上端分别设有导柱，所述导柱上套装有能够沿所述导柱移动的配重板，所述底板的后端设有垂直于所述底板的背板，所述背板的前表面上设有呈纵向布置的导向槽，所述配重板的下端对应所述导向槽设有配重块，所述配重块通过弹簧安装在所述配重块的下端，所述配重块的下端的两侧对应芯片设有压板，其还包括定位块，所述定位块的后端设有限位部，所述限位部与所述导柱贴合将所述配重块限制在所述导向槽内。

进一步的，所述侧板上端设有从后往前向下倾斜的斜面，所述定位块的两端分别置于所述斜面上。

进一步的，所述底板的上表面与水平面的夹角为5度至20度。

进一步的，所述底板为石墨底板。

进一步的，所述配重块的侧壁上设有凹槽。

进一步的，所述侧板和所述底板之间通过螺丝连接。

进一步的，所述背板和所述底板之间通过螺丝连接。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具使用配重块定位，配重块通过弹簧和配重板连接，使配重板的自重均匀且固定地施加到各个芯片上面，长期生产过程中不用担心配重的变化所带来的焊接效果改变，背板的导向槽的设计能保证配重在均匀独立的同时位置能保持不变，相对于传统的单个芯片加配重施加压力，本实用新型在配重板实现了同时对多个芯片进行定位，通过弹簧的力的转换，巧妙地将重力均衡地施加在各个芯片上，且弹簧将配重块和配重板连接为一体，整个焊接夹具集成度高，能给长期的批量的生产节约时间，提高效率。

2、本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具在利用配重进行左右方向定位的同时利用定位块将前后位置限制，使得芯片在整个焊接过程中始终保持在初始的位置，在焊片由固态变成液态时，配重由于定位块的作用，只能在垂直于芯片的方向下沉，其他方向不会发生位置的改变。这样的结构能够使芯片在焊接过程中保持位置不动，在焊料融化之后形成一致的焊接位置和焊接效果。

3、本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具的底板加工成倾斜的角度而不是传统的平面治具，在具体的应用过程中能解决焊接过程焊料沿前端腔面蔓延的问题，使得激光芯片焊接之后能保持洁净的腔面，利用导热性能突出的石墨材料作为底板而不是传统的金属材料，传导更快且温度更均匀，对于多个芯片同时焊接能保持一致的焊接效果。

综合来讲，本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具能改善焊接过程中出现的焊料爬腔、配重不均匀和位置移动的问题，使芯片焊接的过程更加便捷高效的同时有可靠优良的焊接效果。

附图说明

图1为本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具的结构示意图；

图2为本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具的爆炸图；

图3为本实用新型的底板的结构示意图；

图4为本实用新型的背板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1、图2，本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具，包括底板1，底板1为石墨底板，底板1的上表面从后往前向下倾斜，在本实施例中，底板1的上表面与水平面的夹角为10度，底板1的两侧分别设有侧板2，侧板2和底板1之间通过螺丝12连接，侧板2的上端分别设有导柱3，导柱3上套装有能够沿导柱3移动的配重板4，底板1的后端设有垂直于底板1的背板5，背板5和底板1之间通过螺丝连接，背板5的前表面上设有呈纵向布置的导向槽6，在本实施例中中导向槽设置有6个，配重板4的下端对应导向槽6设有配重块7，配重块7通过弹簧8安装在配重块7的下端，配重块7的下端的两侧对应芯片设有压板8，配重块7的侧壁上设有凹槽12，方便使用镊子夹取配重块，其还包括定位块9，定位块9的后端设有限位部10，限位部10与导柱11贴合将配重块7限制在导向槽6内，侧板2上端设有从后往前向下倾斜的斜面11，定位块9的两端分别置于斜面11上。

本实用新型的用于半导体激光芯片的焊接治具，热沉13置于底板1上，预成型的焊片14放置在芯片15和热沉13之间，通过上面加配重和底部的焊片14，融化后将芯片15焊接在热沉13上。

底板由导热性能突出的石墨板制成，增加其焊接温度的一致性，背板与底板后面用螺丝组合且和底板呈 90°贴合，背板前面有导向槽，导向槽的宽度略大于配重块的宽度，每一个配重块对应一个芯片，配重块既能定位又能自由垂直下降，配重块对应芯片宽度设置，使得配重块的下端两侧的压板压在氮化铝芯片的两边，保护芯片不被破损，两边的侧板和底板用螺丝组合，侧板顶端有导柱，配重块通过弹簧和配重板相连接，配重板是一整块，配重板两端穿过两侧板的导柱自由均匀地通过弹簧将自身重力均匀一致地施加到待焊接芯片的表面。这样的配重方式，既能保证焊接位置不会在融化过程中变动，又能保证芯片受到均匀且一致的压力，在长期使用过程中配重的重力不变，焊接芯片的压力也不变，所以每一次的焊接效果都能保持一致，并且在焊接过程中能形成良好的焊接面。

另外，焊料融化过程中，由于配重的压力，会导致焊料外溢，前腔面的焊料很可能会顺着氮化铝往腔面蔓延，由此导致芯片腔面损坏而失效，此损伤是不可逆的。因此为了使焊料融化时不往上爬到腔面，经过多次实验验证，将底板加工成前面高后面低的角度，焊料融化时由于其自身重力和流动性，靠近芯片前端腔面的焊料处于较高的位置，在融化的过程中会慢慢流向两边而减少往前蔓延。试验过程中发现，将底板前后做成前面高后面低的倾斜面之后，焊接完成之后只有少量的焊料留在芯片前端，并未到达芯片腔面高度，进而改善焊料对激光芯片腔面的损伤。

另外，在现有技术中在加配重的情况下，由于配重有一定角度的倾斜，在焊料融化瞬间，会有一个往前的力的分量，进而会使得芯片在融化瞬间往前位移，进而使得芯片与热沉之间发生位置移动、形成较大区域的空洞或虚焊。本实用新型中在夹具的前端配置定位块，定位块两侧和侧板的斜面贴合，限位部和配重块及导向槽贴合。焊料在融化瞬间配重在定位块的定位作用下垂直于芯片下沉，保证在焊接过程中芯片不会往前位移，进而保证焊接位置的一致性。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。