專利名稱：激光晶體板條與熱沉焊接的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及全固態(tài)激光器(DPSSL)，特別是一種固體板條激光器中 激光晶體板條與熱沉悍接的方法。
背景技術：
固體激光器由于體積小、效率高以及壽命長等優(yōu)點，備受人們關注。 由激光二極管泵浦的固體激光器稱為全固態(tài)激光器，全固態(tài)激光器既結 合了半導體激光器和固體激光器的優(yōu)點，又克服了各自的不足，由于其 效率高、結構緊湊、性能穩(wěn)定、使用壽命長，而且具有比半導體激光器 更窄的輸出光譜線寬、更小的發(fā)散角和更穩(wěn)定的輸出波長，所以目前已 成為激光器件研究中的一個重要方向。
然而全固態(tài)激光器的固體激光器中激光晶體因吸收泵浦輻射而發(fā) 熱，產(chǎn)生熱透鏡效應和熱致雙折射等不良熱效應，從而導致輸出的激光 束發(fā)生畸變。因此對于高平均功率的激光系統(tǒng)，高效率的散熱是至關重 要的。
傳統(tǒng)的固體激光器的封裝是用助焊劑或銦等軟焊料等實現(xiàn)的。助焊 劑有去除氧化物、降低表面張力、防止再氧化等作用，但它同時會導致 熱導率降低，殘留的焊劑殘渣也會造成很多問題，清洗成本高，另外某 些電子設備禁止使用助焊劑。而傳統(tǒng)軟焊料如銦具有良好的延展性，但 它的強度低，在焊接過程中易被氧化，并且在高溫焊接時，銦會長出須 狀物，即銦須，這對于激光器有非常大的損害。
而金錫(AuSn)焊料的共晶合金的熔點(28(TC)適中，強度高，無需助焊劑，導熱和導電性能好，浸潤性優(yōu)良，低粘性，易焊接，抗腐蝕， 抗蠕度等，正越來越引起人們的關注。目前在微電子器件和光電子器件 的陶瓷封裝封蓋、芯片粘接、金屬封裝的陶瓷絕緣子悍接、大功率半導
體激光器的芯片焊接中，AuSn都有著廣泛的應用，它可明顯提高這些 器件的封裝可靠性和導電/導熱性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種固體板條激光器的激光晶體板條與熱沉 焊接的方法。該方法的優(yōu)點是成本低、易于實現(xiàn)、焊接效果好。
本發(fā)明的技術解決方案如下
一種適用于固體激光器的激光晶體板條與熱沉焊接的方法，其特點 是該方法包括下列步驟
① 激光晶體板條表面鍍金；
② 熱沉處理所述的熱沉是用紫銅材料加工的內(nèi)部具有微通道水冷 結構的熱沉，所述的熱沉與所述的激光晶體板條相對的悍接的表面要求 達到清潔度〈=0. lmg/cm2，面形〈=40/20，光潔度<=入/2， X =632. 8nm;
③ 金錫焊片是具有一定厚度的，大小與所述的激光晶體板條尺寸相 當?shù)慕疱a薄片；
④ 自下而上依次放置下熱沉、金錫焊片、激光晶體板條、金錫焊片、 上熱沉，然后用螺栓壓緊且均勻受力，所述的上熱沉和下熱沉的兩側用 銅片連接，組成焊接體；
⑤ 焊接前，密封柜通高純N2置換出柜中的空氣，創(chuàng)造一個無氧的環(huán) 境，將所述的加熱平臺置于密封柜內(nèi)，先將加熱平臺加熱到34(TC 360°C，將所述的焊接體置于所述的加熱平臺上，并保溫6 9分鐘后， 然后關掉所述的加熱平臺的電源，自然降溫至室溫，焊接過程結束。所述的密封柜由可控制流量的進氣口和出氣口及密封柜體組成。
所述的金錫焊片是用厚度為5um 25pm的Au80。/。Sn20。/。合金片制 成的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點
本發(fā)明不僅具有AuSn焊導熱性好、強度高、易焊接等優(yōu)點，能實現(xiàn) 無氧焊接，并且相對一般大型真空釬焊爐的無氧焊接，本發(fā)明的裝置簡 單、體積小、易于實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明激光晶體板條與熱沉焊接裝置實施例的示意圖。 圖2是本發(fā)明實施例焊接體的結構示意圖。
圖中1 —密封柜，101—進氣口，可控制N2的流量，102—出氣口， 2 —加熱平臺，3 —焊接體，301—上熱沉，302 —下熱沉，305 —激光晶體 板條，303、 304—金錫焊片,306、 307—螺栓。
具體實施例方式
以下結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但不應以此限制 本發(fā)明的保護范圍。
請先參閱圖1、圖2。圖1是本發(fā)明激光晶體板條與熱沉焊接裝置實 施例的示意圖，圖2是本發(fā)明實施例焊接體的結構示意圖。密封柜l內(nèi) 徑為W598XH602XD687 (mm3)，兩側各開一個進氣口 IOI和一個出氣口 102，進氣口 101可控制進氣流量。本實施例的焊接體3的構成是自下 而上依次放置下熱沉302、金錫焊片304、激光晶體板條305、金錫焊片 303、上熱沉301，然后用螺栓306、 307壓緊且均勻受力，所述的上熱 沉301和下熱沉302的兩側用銅片連接，組成焊接體3。上熱沉301、下 熱沉302用紫銅材料加工而成，采用微通道水冷結構，控制熱沉表面的 清潔度<0. lmg/cm2、面形〈20/10，光潔度〈入/5 (波長632.8nm)，以避免焊接過程中產(chǎn)生氣孔、夾渣、開裂等不良焊接情況而導致焊接失敗。激
光晶體板條305上下表面各鍍一層2 u m厚的金，以增加其與AuSn原子 間的相互作用力即潤濕力。金錫焊片303、 304為兩塊厚度5 u m 25 P m、 大小與激光晶體相當?shù)膬蓧KAuSn預成型焊片。
本發(fā)明適用于固體激光器的激光晶體板條與熱沉焊接的方法，包括 下列步驟
① 激光晶體板條表面鍍金，以增加其與AuSn原子間的相互作用力即 潤濕力；
② 熱沉處理所述的熱沉是用紫銅材料加工的內(nèi)部具有微通道水冷
結構的熱沉，所述的熱沉與所述的激光晶體板條相對的焊接的表面要求
達到清潔度<=0. lmg/cm2，面形〈=40/20，光潔度<=^/2，入=632, 8nm;
③ 金錫焊片304、 303是具有一定厚度的，大小與所述的激光晶體板 條305尺寸相當?shù)慕疱a薄片；
自下而上依次放置下熱沉302、金錫焊片304、激光晶體板條305、 金錫焊片303、上熱沉301，然后用螺栓306、 307壓緊且均勻受力，所 述的上熱沉301和下熱沉302的兩側用銅片連接，組成焊接體3，所述 的上下熱沉兩側用銅片連接，以使焊接過程中傳熱良好，各焊接面同時 成功焊接；
⑤悍接前，密封柜1通高純N2置換出柜中的空氣，創(chuàng)造一個無氧的 環(huán)境，將所述的加熱平臺2置于密封柜1內(nèi)，先將加熱平臺2加熱到 34(TC 360。C，將所述的焊接體3置于所述的加熱平臺2上，并保溫6 9分鐘后，然后關掉加熱平臺2的電源，自然降溫至室溫，焊接過程結 束，關掉加熱平臺電源，使自然緩慢降溫至室溫，以防止由于晶體、AuSn、 熱沉三者間的熱膨脹系數(shù)的差異而導致的焊接裂縫甚至晶體炸裂等情 況。所述的金錫焊片用厚度為5 u m 25 n m的Au80。/。Sn20。/。合金片制成的。
實施例1
Nd:YAG激光器的晶體和熱沉的焊接。按本發(fā)明所述的實施方式對 Nd:YAG激光器的晶體和熱沉進行焊接，加熱平臺的峰值溫度為340°C， 加熱時間為9分鐘，AuSn焊片厚度為5um，焊接結果良好。用掃描顯微 鏡觀察焊接面，縫隙、氣孔、夾渣等情況較In焊有明顯改善，在其他條 件相同情況下AuSn焊Nd: YAG激光器較In焊Nd: YAG激光器輸出功率 提高6. 5%。
實施例2
Nd:YAG激光器的晶體和熱沉的焊接。按本發(fā)明所述的實施方式對 Nd:YAG激光器的晶體和熱沉進行焊接，加熱平臺的峰值溫度為35(TC， 加熱時間為8分鐘，AuSn焊片厚度為12.5ym，焊接結果良好。用掃描 顯微鏡觀察悍接面，縫隙、氣孔、夾渣等情況較In焊有明顯改善，且較 實施例1亦有所改善，在其他條件相同情況下AuSn悍Nd: YAG激光器較 In焊Nd: YAG激光器輸出功率提高7.90/0。
實施例3
Tm: YAP激光器的晶體和熱沉的焊接。按本發(fā)明所述的實施方式對 Tm: YAP激光器的晶體和熱沉進行焊接，加熱平臺的峰值溫度為36(TC， 加熱時間為6分鐘，AuSn焊片厚度為25 P m，焊接結果良好。用掃描顯 微鏡觀察焊接面，縫隙、氣孔、夾渣等情況較In焊有明顯改善，在其他 條件相同情況下AuSn焊Tm: YAP激光器較In焊Tm: YAP激光器輸出功 率提高6. 0%。
權利要求
1、一種適用于固體激光器的激光晶體板條與熱沉焊接的方法，其特征是該方法包括下列步驟①激光晶體板條表面鍍金；②熱沉處理所述的熱沉是用紫銅材料加工的內(nèi)部具有微通道水冷結構的熱沉，所述的熱沉與所述的激光晶體板條相對的表面要求達到清潔度<＝0.1mg/cm2，面形<＝40/20，光潔度<＝λ/2，λ＝632.8nm；③金錫焊片是具有一定厚度的，大小與所述的激光晶體板條尺寸相當?shù)慕疱a薄片；④自下而上依次放置下熱沉、金錫焊片、激光晶體板條、金錫焊片、上熱沉，然后用螺栓壓緊且均勻受力，所述的上熱沉和下熱沉的兩側用銅片連接，組成焊接體；⑤焊接前，密封柜通高純N2置換出柜中的空氣，創(chuàng)造一個無氧的環(huán)境，將所述的加熱平臺置于密封柜內(nèi)，先將加熱平臺加熱到340℃～360℃，將所述的焊接體置于所述的加熱平臺上，并保溫6～9分鐘后，關掉加熱平臺的電源，自然降溫至室溫，焊接過程結束。
2、 根據(jù)權利要求1所述的激光晶體板條與熱沉焊接的方法，其特 征在于所述的密封柜由可控制流量的進氣口和出氣口及密封柜體組成。
3、 根據(jù)權利要求1所述的激光晶體板條與熱沉焊接的方法，其特 征在于所述的金錫焊片是用厚度為5ixm 25um的Au80y。Sn20。/。合金片 制成的。
全文摘要
一種適用于固體激光器的激光晶體板條與熱沉焊接的方法，主要是利用置于充滿N₂的密封柜中的加熱平臺對熱沉、金錫焊片以及激光晶體板條組成的焊接體進行加熱而將所述的激光晶體板條與熱沉焊接在一起。本發(fā)明具有成本低、易于實現(xiàn)、焊接效果好等優(yōu)點。本發(fā)明應用于固體激光器封裝，相比于傳統(tǒng)的In等軟焊料焊接有很大的優(yōu)勢，能大大提高固體激光器的散熱效果。
文檔編號H01S3/04GK101431207SQ20081020390
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者張帥一, 林 徐, 徐儉秋, 凡 陳 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所