УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРКИ И ПАЙКИ МАТРИЦЫ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ
DEVICE FOR ASSEMBLING AND SOLDERING LASER DIODE MATRIX

Изобретение относится к способам и устройствам, специально предназначенным для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей, а именно к креплению полупроводникового прибора на опоре для сборки и пайки матриц лазерных диодов.
Известен способ и устройство для матрицы лазерных диодов, описанные в патенте US на изобретение №6927086, опубл. 09.08.2005 г., МПК H01L 21/58. Устройство для сборки матрицы состоит из двух основных частей: оснастка-ограничитель, блок для загрузки субмодулей. Данное изобретение включает использование вакуума и биметаллического зажима с целью обеспечения необходимого совмещения субмодулей и диэлектрического основания в течение всей операции пайки.
К недостаткам следует отнести:
- необходимость специальной конфигурации основания (подложки) для надежного закрепления субмодулей во время операции пайки;
- сложность в эксплуатации устройства, поскольку для надежной фиксации всех конструкционных элементов необходимо дополнительно использовать вакуум.
Известно устройство и способ сборки линеек лазерных диодов с целью получения равнотолщинных покрытий на их гранях, описанные в патенте US на изобретение №7268005, МПК H01L 21/58, опубл. 11.09.2007 г. Данный способ и устройство предназначены для обеспечения единовременного нанесения покрытий на множество линеек лазерных диодов, а также минимизации вероятности избыточного распыления и неравномерности получаемых покрытий. Устройство для сборки включает в себя оснастку для сборки, подсоединенную к вакуумному насосу, состоящую из основания, на верхней части которого установлены направляющие, при этом разница высот между и может составлять 25-50 микрон, подпоров, предназначенных для защиты граней лазерных диодов от истирания со стороны основания, вакуумной направляющей, установленной на основание.
К недостаткам технического решения следует отнести то, что данное устройство может быть применено только для сборки матрицы лазерных диодов и требует существенно доработки для ее дальнейшей пайки; конструкция устройства не предусматривает возможности сборки получаемой стопы субмодулей с диэлектрическим основанием; сложность в эксплуатации устройства, поскольку для надежной фиксации всех конструкционных элементов необходимо использовать вакуумное оборудование.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является устройство для сборки и пайки матрицы лазерных диодов, описанное в патенте US на изобретение №6352873, МПК H01L 21/00, опубл. 05.03.2002 г под названием «Способ сборки матрицы лазерных диодов», состоящее из основания с ограничителем, прижимным элементом с образованием внутреннего угла фиксации и фиксирующим элементом.
К недостаткам устройства следует отнести:
- отсутствие надежной фиксации всех конструктивных элементов матрицы лазерных диодов между собой, поскольку используемое устройство не ограничивает элементы по одной из сторон;
- сложность в эксплуатации, поскольку устройство предполагает использование и установку дополнительных средств для сборки конструкционных элементов - предметных стекол.
Задачей заявляемого изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей, а именно удобство и надежность сборки субмодулей матриц лазерных диодов с повышением качества паяных соединений в матрице лазерных диодов.
Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в обеспечении надежной фиксации субмодулей матрицы лазерных диодов при их сборке и дальнейшей пайке в устройстве за счет приложения горизонтальной нагрузки вдоль стопы субмодулей матрицы лазерных диодов и одновременно вертикальной нагрузки, а также за счет наклона основания на подпоре, обеспечивающего надежное прилегание последующих смежных субмодулей друг к другу в процессе их размещения в устройстве; в исключении вероятности повреждения зеркал лазерных диодов в процессе сборки и пайки, а также предотвращении шунтирования смежных линеек лазерных диодов из-за натекания припоя в процессе пайки матриц.
Это достигается тем, что устройство для сборки и пайки матрицы лазерных диодов, состоящее из основания с ограничителем, прижимным элементом с образованием внутреннего угла фиксации и фиксирующим элементом, согласно изобретению, снабжено подпором, выполненным с наклоном рабочей поверхности в сторону ограничителя, на который установлено основание, выполненное с внутренним пазом ступенчатого профиля в поперечном сечении, а фиксирующий элемент выполнен с элементами крепления к основанию и пазами для электрических выводов матрицы лазерных диодов.
Кроме того, с целью обеспечения надежного прилегания смежных субмодулей матрицы лазерных диодов, прижимной элемент выполнен в виде подпружиненного ползуна.
Кроме того, с целью обеспечения вертикальной нагрузки для фиксации всей сборки, элементы крепления выполнены в виде подпружиненных винтов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена схема устройства для сборки и пайки матрицы лазерных диодов.
На фиг. 2 представлена схема паза ступенчатого профиля с установленным в него субмодулем матрицы лазерных диодов (МЛД).
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - основание;
2 - паз ступенчатого профиля;
3 - субмодули матрицы лазерных диодов;
4 - линейка лазерных диодов;
5 - ограничитель;
6 - подпор;
7 - прижимной элемент
8 - гайка;
9 - единое диэлектрическое основание матрицы лазерных диодов;
10 - фиксирующий элемент;
11 - элементы крепления;
12 - электрические выводы матрицы лазерных диодов;
13 - специальные пазы под электрические выводы матрицы лазерных диодов.
Устройство для сборки и пайки матрицы лазерных диодов (МЛД) (фиг. 1) включает основание 1, в котором сформирован паз ступенчатого профиля 2 (фиг. 2) под установку субмодулей 3 МЛД, состоящих из линеек лазерных диодов 4 (ЛЛД) и теплоотводов (не указан), ограничитель 5, к которому вплотную устанавливают первый субмодуль 3 (фиг. 1), подпор 6, выполненный с наклонной рабочей поверхностью (угол α), на которую устанавливают основание 1, прижимной элемент 7, расположенный в пазу ступенчатого профиля 2, гайка 8 обеспечивает перемещение прижимного элемента 7 в сторону ограничителя 5, поверх субмодулей 3 МЛД, на которые предварительно установлено единое диэлектрическое основание 9 МЛД устанавливают фиксирующий элемент 10, который закрепляют при помощи элементов крепления 11. Под электрические выводы 12 МЛД в фиксирующем элементе 10 выполнены специальные пазы 13.
Устройство работает следующим образом. Субмодули 3 МЛД устанавливают вертикально, таким образом, чтобы выходное зеркало (на чертежах не показано) линейки лазерных диодов 4 было направлено вниз. Паз ступенчатого профиля 2 выполнен таким образом, чтобы выходное зеркало ЛЛД не касалось стенок основания 1, исключив тем самым загрязнения и повреждения выходного зеркала линейки лазерных диодов 4. В паз ступенчатого профиля 2 последовательно устанавливают все субмодули 3 МЛД, образуя стопу субмодулей МЛД. Субмодули 3 МЛД в стопе могут чередоваться с промежуточными пластинами либо фольгой; ограничитель 5, к которому вплотную устанавливают первый субмодуль 3 МЛД; подпор 6, выполненный с наклонной рабочей поверхностью под углом а, на которую устанавливают основание 1 с целью исключения переворота и падения субмодулей 3 МЛД внутри паза ступенчатого профиля 2. Наклонная поверхность подпора 6 обеспечивает наклон основания 1, за счет чего обеспечивают прилегание первого субмодуля 3 МЛД к ограничителю 5 и прилегание последующих смежных субмодулей 3 друг к другу в процессе их размещения в пазу ступенчатого профиля 2 основания 1. Прижимной элемент 7, расположенный в пазу ступенчатого профиля 2, осуществляет надежную фиксацию стопы субмодулей 3 МЛД за счет приложения горизонтальной нагрузки вдоль стопы субмодулей 3 МЛД. Гайка 8 обеспечивает перемещение прижимного элемента 7 в пазу ступенчатого профиля 2 в сторону ограничителя 5 для освобождения места для стопы субмодулей 3 МЛД. После установки всех субмодулей 3 МЛД прижимной элемент 7 перемещают в пазу ступенчатого профиля 2 основания 1 в сторону стопы субмодулей 3 МЛД и обеспечивают необходимое усилие для надежного прилегания смежных субмодулей 3 МЛД. С целью исключения выгибания вверх стопы субмодулей 3МЛД при приложении горизонтальной нагрузки, предварительно выполняется операция установки единого диэлектрического основания 9 МЛД. Единое диэлектрическое основание 9 МЛД размещают над стопой субмодулей 3 МЛД. С целью надежной фиксации единого диэлектрического основания 9 МЛД и собранной стопы субмодулей 3 МЛД поверх единого диэлектрическим основанием 9 МЛД размещают фиксирующий элемент 10, за счет чего обеспечивают вертикальную нагрузку для фиксации всей сборки во время процесса пайки. Фиксирующий элемент 10 крепят к основанию 1 при помощи элементов крепления 11. Под электрические выводы 12 МЛД в фиксирующем элементе 10 выполнены специальные пазы 13.
На предприятии был создан экспериментальный образец устройства для сборки и пайки матрицы лазерных диодов, содержащий основание 1, в котором сформирован паз ступенчатого профиля 2 под установку субмодулей 3 МЛД, состоящих из линеек лазерных диодов 4 ЛЛД и теплоотводов, ограничитель 5, к которому вплотную устанавливают первый субмодуль 3 (фиг. 1), подпор 6, выполненный с наклонной рабочей поверхностью под углом 5-10°, на которую устанавливают основание 1, прижимной элемент 7, выполненный в виде подпружиненного ползуна, гайку 8, обеспечивающую перемещение прижимного элемента 7 в пазе ступенчатого профиля 2 в сторону ограничителя 5. Поверх стопы субмодулей 3 МЛД и предварительно установленного единого диэлектрического основания 9 МЛД устанавливают фиксирующий элемент 10, который закрепляют при помощи элементов крепления 11, выполненных в виде подпружиненных винтов. Под электрические выводы 12 матрицы ЛД в фиксирующем элементе 10 выполнены специальные пазы 13.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют об обеспечении надежной фиксации элементов матрицы лазерных диодов в процессе пайки и, как следствие, улучшении качества паяных соединений элементов матрицы лазерных диодов, исключении вероятности повреждения зеркал лазерных диодов в процессе сборки и пайки, а также предотвращении шунтирования смежных линеек ЛД из-за натекания припоя в процессе пайки матрицы.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получено устройство для сборки и пайки матрицы лазерных диодов.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».