一种微型固体激光器多段温度焊接的封装装置及封装方法

摘要

本发明提供一种微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置，包括基板、陶瓷加热片、固定件；所述固定件包括光学元件及支架，所述光学元件固定于支架上；所述陶瓷加热片紧贴基板下表面；所述基板固定于具有冷却功能且耐高温的操作平台上，基板上设有至少一个凹槽，每一凹槽内填充有熔点不同焊锡材料，所述固定有光学元件的支架通过焊锡材料固定于凹槽内；所述基板的侧壁安装有热敏电阻。每个凹槽内采用的焊锡材料温度不同，在焊接每一个固定件时都不会影响前一个焊好的固定件，使固定件与基板永久性一体化，结构稳定牢固。

权利要求

1.一种微型固体 激光器的多段温度焊接封装方法，应用一封装装置，所述封装装置包括基板、陶瓷加热片以及固定件；所述固定件包括光学元件及支架，所述光学元件固定于支架上；所述陶瓷加热片紧贴基板下表面；所述基板固定于具有冷却功能且耐高温的操作平台上，基板上设有至少一个凹槽，每一凹槽内填充有熔点不同焊锡材料，所述固定有光学元件的支架通过焊锡材料固定于凹槽内；所述基板的侧壁设有圆孔，所述圆孔内安装热敏电阻；其特征在于包括如下步骤：在基板的每一凹槽内填充焊锡材料，第N凹槽内焊锡材料熔点大于第N+1凹槽焊锡材料熔点，N为大于 等于1的整数；

将一固定件悬置于第N凹槽上方；

陶瓷加热片开始加热，利用热敏电阻探测基板温度，当基板温度达到第N凹槽内焊锡材料熔点时，陶瓷加热片保持恒温至所有凹槽内焊锡材料熔化；

微调固定件使之固定于第N凹槽内，冷却陶瓷加热片完成固定件的固定，并保持第N+1凹槽内焊锡材料处于融化状态；循环这一步骤至所有固定件固定完。

2.根据权利要求1所述的微型固体 激光器的多段温度焊接封装方法，其特征在于：最早焊锡使用的焊锡材料熔点为250°，第二顺序焊锡材料的熔点为180°，第三顺序焊锡材料的熔点为80°。

3.根据权利要求2所述的微型固体 激光器的多段温度焊接封装方法，其特征在于：所述光学元件采用熔点大于250°的高温胶固定于支架上；所述凹槽的深度为0.5-1mm；所述凹槽的数量为3个；所述基板的材料为铝，其表面镀有金层。

说明书

一种微型固体激光器多段温度焊接的封装装置及封装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学装配封装领域，尤其涉及一种微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置及封装方法。

背景技术

[0002] 激光技术已经渗透到各个领域当中，如工业加工，医疗设备，军事武器，生物探测，科学研究等。随着科学技术的发展，激光技术也逐渐走进了我们的生活。激光显示，追求亮丽的超大画面、纯真的色彩、高分辨率的显示效果，历来是人们对视觉感受的一种潜在要求。大到指挥监控中心、网管中心的建立，小到视频会议、学术报告、技术讲座和多功能会议的进行，对大画面、多色彩、高亮度、高分辨率显示效果的渴望越来越强烈，而传统的电视墙、投影硬拼接屏和箱体拼接墙等很难满足人们在这方面的要求。激光显示技术是利用半导体泵浦固态激光工作物质，产生红绿蓝三种波长的连续激光作为彩色激光显示的光源，通过孔三基色就干光源在DMD芯片上反射成像。作为激光显示的光源，激光器的稳定性和可靠尤其重要，决定了显示的效果和寿命。

[0003] 激光显示仪，作为移动式投影仪，要求体积要尽可能小，便于移动和携带。在小体积情况下，还要有较高的输出功率。通常，功率要求输出越高，产生的热量就越大，体积小的话会不利于散热，从而导致功率不稳定或者下降的现象。对于传统光学元件装配工艺，一般采用AB导热银胶将各光学元件粘到基板上，但是作为银胶，其导热系数不如金属本身大，当泵浦功率过高时，热量出现积累，输出功率不稳定或者下降。同时，采用胶粘工艺，胶干时间要达4个小时以上，转配周期很长，效率低。本发明针对传统装配方法的不足，提出一种装配周期短，带热效果好的光学元件封装装置以及封装方法，所有光学元件均以焊接的方式固定在基板上，达到导热效果好，牢固紧凑的结构。本发明提出的封装装置以及封装方法对微型激光器的稳定性和可靠性以及能够实现更高功率的输出有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题，在于提供一种微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置及其封装方法，解决了现有的装配效率不高、稳定性不好、功率低的问题。

[0005] 本发明是这样实现的：一种微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置，包括基板、陶瓷加热片、固定件；所述固定件包括光学元件及支架，所述光学元件固定于支架上；所述陶瓷加热片紧贴基板下表面；所述基板固定于具有冷却功能且耐高温的操作平台上，基板上设有至少一个凹槽，每一凹槽内填充有熔点不同焊锡材料，所述固定有光学元件的支架通过焊锡材料固定于凹槽内；所述基板的侧壁安装有热敏电阻。

[0006] 其中，所述光学元件采用熔点大于250°的高温胶固定于支架上。

[0007] 其中，所述基板的侧壁设有圆孔，所述圆孔内安装热敏电阻。

[0008] 其中，所述凹槽的深度为0.5-1mm。

[0009] 其中，所述凹槽的数量为3个。

[0010] 其中，所述基板的材料为铝，其表面镀有金层。

[0011] 本发明还公开一种微型固体 激光器的多段温度焊接封装方法，应用所述的封装装置，包括如下步骤：

[0012] S001：在基板的每一凹槽内填充焊锡材料，第N凹槽内焊锡材料熔点大于第N+1凹槽焊锡材料熔点，；

[0013] S002：将一固定件悬置于第N凹槽上方；

[0014] S003：陶瓷加热片开始加热，利用热敏电阻探测基板温度，当基板温度达到第N凹槽内焊锡材料熔点时，陶瓷加热片保持恒温至所有凹槽内焊锡材料熔化；

[0015] S004：微调固定件使之固定于第N凹槽内，冷却陶瓷加热片完成固定件的固定，并保持第N+1凹槽内焊锡材料处于融化状态；循环步骤S004;

[0016] S005：结束。

[0017] 其中，最早焊锡使用的焊锡材料熔点为250°，第二顺序焊锡材料的熔点为180°，第三顺序焊锡材料的熔点为80°。

[0018] 本发明的优点在于：

[0019] 将光学元件固定在支架上形成固定件，将基板紧贴陶瓷加热片并将基板固定于具有冷却功能且耐高温的操作平台上，向凹槽内填充焊锡材料，将固定件悬置在目标凹槽的上方，给陶瓷加热片供电加热，使焊锡材料熔化，微调固定件位置使之固定于目标凹槽内，冷却陶瓷加热片，完成固定件的固定，固定下一个固定件时只需等待陶瓷加热片温度冷却至下一个凹槽的熔点，并继续冷却陶瓷加热片固定下一个固定件。每个凹槽内采用的焊锡材料温度不同，在焊接每一个固定件时都不会影响前一个焊好的固定件，这样就可以使所有固定件均牢固的固定在基板上，使固定件与基板永久性一体化，结构稳定牢固。

[0020] 同时，整个操作过程简单易行，周期短，效率高，传统工艺采用AB导热银胶，导热性能不佳，当激光器泵浦功率过大时废热不易被转移，在较低功率下才能稳定工作。

附图说明

[0021] 图1 为本发明微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置的整体视图；

[0022] 图2为本发明微型固体激光器的多段温度焊接的封装方法流程图。

[0023] 标号说明：

[0024] 基板-1  陶瓷加热片-2 凹槽-3  支架-4  光学元件-5  热敏电阻-6。

具体实施方式

[0025] 为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

[0026] 参阅图1所示的一种微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置，包括基板1、陶瓷加热片2、固定件；所述固定件包括光学元件5及支架4，所述光学元件5固定于支架4上；所述陶瓷加热片2紧贴基板1下表面；所述基板1固定于具有冷却功能且耐高温的操作平台上，基板1上设有至少一个凹槽3，每一凹槽3内填充有熔点不同焊锡材料，所述固定有光学元件5的支架4通过焊锡材料固定于凹槽3内；所述基板1的侧壁安装有热敏电阻6。

[0027] 所述的固定件由光学元件5及支架4组合而成，所述光学元件5可采用高温胶粘结在支架4上，所述高温胶的熔点大于250°，高于焊锡材料的熔点。所述支架4材料可以采用导热、散热性能好的铝材料，并且在其表面镀有金层方便焊接、固定。

[0028] 将承载激光谐振腔的基板1紧压在陶瓷加热片2上，并将基板1采用螺丝固定在具有冷却功能且耐高温的操作平台上。所述基板1为较长的长方体，可以采用导热、散热性能较佳的铝材料等金属材料，并在金属材料表面镀有金层，方便焊接、固定。所述基板1的上表面设有若干凹槽3，优选的设置3个凹槽3，所述凹槽的深度为0.5-1mm，凹槽的深度应该适当控制，过深、过浅均不利于固定件的固定。

[0029] 所述基板的侧壁设有圆孔，圆孔内固定有热敏电阻，热敏电阻6用来探测基板的温度，这里每个光学元件5焊接所用的焊锡材料熔点不同，所以必须对温度进行检测控制。所使用的陶瓷加热片2可以实现短时间内达到凹槽3内焊锡材料的熔点温度，实现快速完成焊接过程，使激光器整机实现一体化，提高激光器制造效率的同时使激光器整体可靠性和稳定性得到提高。所述的陶瓷加热片2能够将电能转换为热能，从而给基板1加热。

[0030] 所采用的焊锡材料可以为焊锡片或者焊锡膏，每个凹槽3内所填充的焊锡材料的熔点不同，第一固定件焊接使用的熔点最高，焊接下一个所使用的焊锡材料熔点逐渐降低，从而能够使固定件与基板1永久一体化，使其结构更加牢固紧凑。

[0031] 如图2所示，所述微型固体 激光器的多段温度焊接封装装置，其封装方法包括如下步骤：

[0032] S001：在基板的每一凹槽内填充焊锡材料，第N凹槽内焊锡材料熔点大于第N+1焊锡材料熔点，N为大等于1的整数；

[0033] S002：将第一固定件悬置于第N凹槽上方；

[0034] S003：陶瓷加热片2开始加热，利用所述热敏电阻6探测基板1温度，当基板1温度达到第N凹槽的熔点时，陶瓷加热片2保持恒温至焊锡材料熔化；

[0035] S004:微调第一固定件使之固定于第N凹槽内，冷却陶瓷加热片2完成第一固定件的固定，并保持第N+1凹槽内焊锡材料处于融化状态；

[0036] S005：将第二固定件固定于第N+1凹槽中，冷却陶瓷加热片使基板温度低于第N+1凹槽内焊锡材料的熔点且高于第N+2凹槽中焊锡材料熔点，完成第二固定件固定。

[0037] S006：将第三固定件固定于第N+2凹槽中，冷却陶瓷加热片使基板温度低于第N+2凹槽内焊锡材料的熔点，完成第三固定件固定。

[0038] 按照上述方法逐渐降低陶瓷加热片温度，并依次将固定件固定于凹槽内，直至完成所有光学元件5的焊接，激光器谐振腔所有光学元件5均采用焊接的方法固定使谐振腔牢固且稳定，该方法适用于结构简单的激光器，与原有工艺相比焊接方法更利于散热，更利于实现高功率，同时激光器整体体积不变。上述实施方式中每个固定件焊接时采用的焊锡材料熔化温度不同，按照焊接顺序采用焊锡材料的熔点逐渐降低，这样可以在焊接下一个固定件时不会影响前面焊接的固定件。利用多段温度焊接方法所有固定件都可以采用焊接方法焊接在同一个基板1上，实现永久性一体化。该方法装配紧凑牢固，操作简单效率高，该方法装配的微型激光器比传统的胶黏工艺更加牢固可靠并且稳定，在体积不变的情况下可以实现更高功率的输出，该装配方法对微型固体激光器的可靠性的提高有重要意义。

[0039] 如上所述的封装方法，当所述基板1上设有三个凹槽，用于封装三个固定件的实施例中，其具体装配过程如下：

[0040] S101：在凹槽内填充焊锡材料，所述第一凹槽内填充的焊锡材料其熔点为250°，第二凹槽内填充的焊锡材料熔点为180°，第三凹槽内填充的焊锡材料熔点为80°。

[0041] S102：将第一固定件悬置于第一凹槽上方；

[0042] S103：陶瓷加热片通电开始加热，利用所述热敏电阻6探测基板1温度，当基板1温度达到第一凹槽内焊锡材料熔点250°时，陶瓷加热片保持恒温至所有凹槽内焊锡材料熔化；

[0043] S104:微调第一固定件使之固定于第一凹槽内，冷却陶瓷加热片完成第一固定件的固定；此时基板的温度低于250°，大等于180°。

[0044] 固定完第一固定件后继续进行第二固定件的固定

[0045] S205：将第二固定件固定于第二凹槽内，冷却陶瓷加热片，使基板温度低于180度大等于80°，完成第二固定件的固定；

[0046] S106：将第三固定件固定于第三凹槽内，冷却陶瓷加热片，使基板温度低于80°，完成第第三固定件的固定；

[0047] S107：结束。

[0048] 以上所述仅为本发明一种微型固体激光器的多段温度焊接的封装装置及封装方法的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。