激光芯片的貼片裝置和方法與流程
本發(fā)明涉及半導體封裝技術領域，特別涉及一種激光芯片的貼片裝置以及一種激光芯片的貼片方法。
背景技術：
半導體激光芯片焊接到熱沉的過程對溫度特性曲線要求較高，同時對溫控精度、超調量也有嚴格要求。在相關技術中，半導體激光芯片封裝設備的加熱方式大多采用電阻爐溫度控制方式，即利用電流通過電熱體元件將電能轉換為熱能。但是，相關技術存在的問題是，采用可控硅作為執(zhí)行元件，導致設備體積大、溫控精度不高、超調量大、使用不方便、需要復雜的散熱設計以及系統(tǒng)成本高，降低激光芯片的封裝良品率。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種結構簡單、低成本、溫控精度高且超調量低的激光芯片的貼片裝置。
本發(fā)明的另一個目的在于提出一種激光芯片的貼片方法。
為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出的激光芯片的貼片裝置，包括：固定基座；設置在所述固定基座頂部的導熱基板，其中，所述激光芯片放置在所述導熱基板上；設置在所述導熱基板下方的至少一個鹵素燈，所述至少一個鹵素燈用于對所述導熱基板進行加熱；至少一個鹵素燈控制組件，所述至少一個鹵素燈控制組件分別與所述至少一個鹵素燈對應相連，每個鹵素燈控制組件用于控制對應的鹵素燈開啟和關閉；溫度檢測單元，所述溫度檢測單元用于檢測所述導熱基板的當前溫度以生成當前溫度檢測值；控制單元，所述控制單元與所述至少一個鹵素燈控制組件和所述溫度檢測單元分別相連，所述控制單元用于獲取設定溫度曲線，并根據所述設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和所述當前溫度檢測值控制所述至少一個鹵素燈控制組件，以使所述導熱基板的溫度變化符合所述設定溫度曲線。
根據本發(fā)明實施例提出的激光芯片的貼片裝置，將激光芯片放置在導熱基板上，并通過至少一個鹵素燈對導熱基板進行加熱，然后通過溫度檢測單元檢測導熱基板的當前溫度以生成當前溫度檢測值，控制單元獲取設定溫度曲線，并根據設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和當前溫度檢測值控制至少一個鹵素燈控制組件，以使導熱基板的溫度變化符合設定溫度曲線。由此，該裝置結構簡單、低成本、溫控精度高、超調量低、一致性好以及使用方便。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個鹵素燈固定在所述固定基座的內部，且所述至少一個鹵素燈緊貼所述導熱基板設置。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述固定基座上開有氮氣進氣孔、氧氣進氣孔和出氣孔，所述裝置還包括：氮氣管路，所述氮氣管路與所述氮氣進氣孔相連，所述氮氣管路用于向所述固定基座的內部充入氮氣，所述氮氣管路上設置有第一進氣閥；氧氣管路，所述氧氣管路與所述氧氣進氣孔相連，所述氧氣管路用于向所述固定基座的內部充入氧氣，所述氧氣管路上設置有第二進氣閥；其中，所述固定基座內部的氮氣或氧氣通過所述出氣孔排出，所述第一進氣閥和所述第二進氣閥分別與所述控制單元相連，所述控制單元用于在所述至少一個鹵素燈對所述導熱基板進行加熱之前控制所述第一進氣閥開啟，并在降溫時控制所述第二進氣閥開啟。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述氮氣進氣孔和所述氧氣進氣孔設置所述固定基座的第一側面，所述出氣孔設置在所述固定基座的第二側面，其中，所述第一側面和所述第二側面相對設置。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述控制單元進一步用于獲取pid控制模型，并根據所述當前設定溫度值與所述當前溫度檢測值之間的差值以及所述pid控制模型獲取當前控制量，以及根據所述當前控制量計算當前占空比，并按照計算出的當前占空比輸出pwm控制信號至所述至少一個鹵素燈控制組件，以對所述至少一個鹵素燈控制組件進行控制。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述控制單元還用于在所述當前控制量大于或等于第一預設閾值h時輸出占空比為100％的pwm控制信號；所述控制單元還用于在所述當前控制量大于第二預設閾值l且小于所述第一預設閾值h時輸出占空比為
根據本發(fā)明的一個實施例，所述控制單元通過與上位機進行通信，以獲取所述設定溫度曲線。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述每個鹵素燈控制組件包括：并聯(lián)連接的第一開關管和第二開關管；第一驅動電路，所述第一驅動電路的輸入端與所述控制單元相連，所述第一驅動電路的輸出端與所述第一開關管的控制端相連，所述第一驅動電路包括第一高速光耦，所述第一驅動電路通過所述第一高速光耦驅動所述第一開關管導通或關斷；第二驅動電路，所述第二驅動電路的輸入端與所述控制單元相連，所述第二驅動電路的輸出端與所述第二開關管的控制端相連，所述第二驅動電路包括第二高速光耦，所述第二驅動電路通過所述第二高速光耦驅動所述第二開關管導通或關斷；其中，所述控制單元通過控制所述第一開關管和第二開關管導通以控制對應的鹵素燈開啟，且所述控制單元通過控制所述第一開關管和第二開關管關斷以控制對應的鹵素燈關閉。
根據本發(fā)明的一個實施例，所述溫度檢測單元包括：固定在所述導熱基板上的熱電偶傳感器，所述熱電偶傳感器用于根據所述導熱基板的當前溫度生成溫度檢測信號；信號調理電路，所述信號調理電路分別與所述熱電偶傳感器和所述控制單元相連，所述信號調理電路用于對所述溫度檢測信號進行調理以生成所述當前溫度檢測值，并所述當前溫度檢測值輸出給所述控制單元。
為達到上述目的，本發(fā)明的另一方面實施例提出了一種激光芯片的貼片方法，包括以下步驟：通過至少一個鹵素燈對放置有激光芯片的導熱基板進行加熱，檢測導熱基板的當前溫度以生成當前溫度檢測值；獲取設定溫度曲線；根據所述設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和所述當前溫度檢測值控制至少一個鹵素燈控制組件以通過所述至少一個鹵素燈控制組控制至少一個鹵素燈的開啟和關閉，以使所述導熱基板的溫度變化符合所述設定溫度曲線。
根據本發(fā)明實施例提出的激光芯片的貼片方法，通過至少一個鹵素燈對放置有激光芯片的導熱基板進行加熱，檢測導熱基板的當前溫度以生成當前溫度檢測值，獲取設定溫度曲線，并根據所述設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和所述當前溫度檢測值控制至少一個鹵素燈控制組件以通過所述至少一個鹵素燈控制組控制至少一個鹵素燈的開啟和關閉，以使所述導熱基板的溫度變化符合所述設定溫度曲線。由此，該方法能夠使激光芯片的貼片裝置的結構簡單、低成本、溫控精度高、超調量低、一致性好以及使用方便。
附圖說明
圖1是根據本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片裝置的方框示意圖；
圖2是根據本發(fā)明一個實施例的激光芯片的貼片裝置的結構示意圖；
圖3是根據本發(fā)明一個實施例的激光芯片的貼片裝置中設定溫度曲線的示意圖；
圖4是根據本發(fā)明一個實施例的激光芯片的貼片裝置的方框示意圖；
圖5是根據本發(fā)明一個實施例的激光芯片的貼片裝置的控制原理的示意圖；
圖6是根據本發(fā)明一個實施例的溫度階躍信號模型的曲線示意圖；
圖7是根據本發(fā)明另一個實施例的激光芯片的貼片裝置的方框示意圖；以及
圖8是根據本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片方法的流程圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
下面參考附圖描述本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片裝置以及激光芯片的貼片方法。
圖1是根據本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片裝置的方框示意圖。如圖1-2所示，該激光芯片的貼片裝置包括：固定基座10、導熱基板20、鹵素燈30、鹵素燈控制組件40、溫度檢測單元50和控制單元60。
其中，導熱基板20設置在固定基座10的頂部，激光芯片放置在導熱基板10上。具體地，激光芯片和熱沉可放置于導熱基板20的固定焊接區(qū)a，并通過夾具和頂蓋固定，使激光芯片和熱沉緊密貼合導熱基板20，其中，夾具可為金屬夾具。更具體地，可通過外置機械臂將激光芯片放置于導熱基板20上的固定焊接區(qū)a。
鹵素燈30為至少一個，至少一個鹵素燈30設置在導熱基板20的下方，至少一個鹵素燈30用于對導熱基板20進行加熱。具體地，至少一個鹵素燈30例如四個鹵素燈30可構成鹵素燈陣列，通過鹵素燈陣列可對導熱基板20進行加熱，以將激光芯片和熱沉焊接。在本發(fā)明的一個具體示例中，鹵素燈30可為大功率鹵素燈，例如可為150w/25v的鹵素燈。
鹵素燈控制組件40為至少一個，至少一個鹵素燈控制組件40分別與至少一個鹵素燈30對應相連，每個鹵素燈控制組件40用于控制對應的鹵素燈30開啟和關閉；溫度檢測單元50用于檢測導熱基板20的當前溫度以生成當前溫度檢測值；控制單元60與至少一個鹵素燈控制組件40和溫度檢測單元50分別相連，控制單元60用于獲取設定溫度曲線，并根據設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和當前溫度檢測值控制至少一個鹵素燈控制組件40，以使導熱基板20的溫度變化符合設定溫度曲線。也就是說，控制單元60通過控制鹵素燈30的開啟和關閉來控制導熱基板20的溫度。
需要說明的是，設定溫度曲線可為溫度-時間曲線，設定溫度曲線可包括多個溫度段，每個溫度段均具有對應的斜率。舉例來說，如圖3所示，坐標系的橫坐標為時間(s)，坐標系的縱坐標為溫度(℃)，該坐標系中設定溫度曲線可包括5個溫度段，分別為第一升溫段d1、第一溫度保持段d2、第二升溫段d3、第二溫度保持段d4和降溫段d5，其中，第一升溫段d1的斜率可為k1(k1大于0)，第一溫度保持段d2的斜率可為0，第二升溫段d3的斜率可為k2(k2大于0)，第二溫度保持段d4的斜率可為0，降溫段d5的斜率可為k3(k3小于0)。
具體而言，控制單元60在獲取到設定溫度曲線之后，可每隔預設時間例如1s獲取每個采樣時間點對應的設定溫度值并存儲存儲器，更具體地，控制單元60可根據每個溫度段的斜率每隔預設時間計算出每個采樣時間點對應的設定溫度值。并且，控制單元60還可通過spi接口(serialperipheralinterface，串行外設接口)獲取的設定溫度值存儲到外部存儲器例如flash閃存中。
進而在對激光芯片進行焊接時，控制單元60接收到溫度檢測單元50在當前時刻k檢測到的當前溫度檢測值之后，可確定當前時刻k對應的當前設定溫度值，并將當前設定溫度值與當前溫度檢測值進行比較，根據比較結果通過至少一個鹵素燈控制組件40控制鹵素燈30的開啟和關閉，從而導熱基板20的溫度按照設定溫度曲線變化，激光芯片和熱沉通過導熱基板20按照設定溫度曲線加熱而完成焊接。
由此，本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片裝置的系統(tǒng)架構簡單、具有較高的成本經濟性，通過將控制復雜度轉移到軟件而不是硬件，因而降低了系統(tǒng)硬件成本，加熱部件通過采用大功率鹵素燈，因而成本低廉、采購和更換方便。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，控制單元60與至少一個鹵素燈控制組件40可設置在同一電路板上，至少一個鹵素燈控制組件40可通過絕緣線纜分別與至少一個鹵素燈30對應相連。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖2所示，激光芯片的貼片裝置處于操作臺200內，導熱基板20處于操作臺200頂部，操作臺200的殼體側面設置有風扇201，風扇201對操作臺200內進行散熱，以將操作臺200內包括激光芯片的貼片裝置散發(fā)的熱量導出到操作臺200外。
下面結合圖2、圖4和圖7進一步介紹本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片裝置進行。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖2所示，至少一個鹵素燈30固定在固定基座10的內部，且至少一個鹵素燈30緊貼導熱基板20設置。換言之，導熱基板20可緊貼至少一個鹵素燈30的上方插入固定基座10。
具體地，固定基座可設置有至少一個插口，至少一個鹵素燈30可分別通過對應的至少一個插口固定在固定基座10上。
進一步地，至少一個鹵素燈30可固定在固定基座10的側面。其中，當鹵素燈30為多個時，多個鹵素燈30可并行固定在固定基座10的側面。
更具體地，如圖2所示，至少一個鹵素燈30可為4個，其中的兩個鹵素燈30可并行固定在固定基座10的第一側面，其中的另外兩個鹵素燈30可并行固定在固定基座10的第二側面，第一側面與第二側面相對，例如第一側面與第二側面可分別為左側面和右側面。換言之，4個大功率鹵素燈30可并行插入固定基座10。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖2所示，固定基座10上可開有氮氣進氣孔、氧氣進氣孔和出氣孔。氮氣進氣孔和氧氣進氣孔可設置固定基座10的第一側面，出氣孔設置在固定基座10的第二側面，其中，第一側面和第二側面相對設置，例如第一側面與第二側面可分別為左側面和右側面。
如圖2、圖4和圖7所示，裝置還包括：氮氣管路和氧氣管路。其中，氮氣管路與氮氣進氣孔相連，氮氣管路用于向固定基座10的內部充入氮氣，氮氣管路上設置有第一進氣閥71；氧氣管路與氧氣進氣孔相連，氧氣管路用于向固定基座10的內部充入氧氣，氧氣管路上設置有第二進氣閥72。
固定基座10內部的氮氣或氧氣通過出氣孔排出，第一進氣閥71和第二進氣閥72分別與控制單元60相連，控制單元60用于在至少一個鹵素燈30對導熱基板20進行加熱之前時控制第一進氣閥71開啟，并在降溫時控制第二進氣閥72開啟。
應當理解的是，由于氮氣極度的穩(wěn)定性，因而，可防止固定基座10的加熱腔在加熱過程中被氧化，同時因為氮氣的導熱系數很小，所以有利于保溫，即保持溫度穩(wěn)定，避免因外界環(huán)境溫度影響導熱基板20的溫度。
也就是說，固定基座10的第一側面安裝有第一進氣閥71和第二進氣閥72，在加熱之前可通過第一進氣閥71充入氮氣，從而通過氮氣可以在加熱段和保溫段(如圖3所示的d1-d4)時實現(xiàn)保溫，在降溫時，可通過第二進氣閥72充入氧氣，從而沖走之前充入的用于保溫的高溫氮氣，實現(xiàn)降溫。
換言之，氣體控制用于實現(xiàn)保溫和降溫，在焊接之前，控制單元60用于控制第一進氣閥71打開以充入氮氣，從而實現(xiàn)保溫，在焊接完畢后，進行降溫，即進入圖3所示的降溫段d5，此時控制第二進氣閥72打開以充入氧氣，從而實現(xiàn)降溫。
根據本發(fā)明的一個具體實施例，如圖4和圖7所示，控制單元60可通過第一控制組件81控制第一進氣閥71，通過第二控制組件82控制第二進氣閥72。具體地，控制單元60通過控制第一控制組件81導通以控制第一進氣閥71開啟，并通過控制第一控制組件81關斷以控制第一進氣閥71關閉，以及通過控制第二控制組件82導通以控制第二進氣閥72開啟，并通過控制第二控制組件82關斷以控制第二進氣閥72關閉。其中，第一進氣閥71和第二進氣閥72可為電磁閥，第一控制組件81和第二控制組件82可包括mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金氧半場效晶體管)。
進一步地，如圖2所示，裝置還包括：出氣管路。其中，出氣管路與出氣進氣孔相連，出氣管路用于將固定基座10內部充入的氮氣或氧氣排出，出氣管路上設置有出氣閥73。也就是說，控制單元60可控制出氣閥73打開以將固定基座10內部的氣體排出。例如在充入氧氣時，控制單元60可控制第二進氣閥72和出氣閥73開啟以及第一進氣閥71關閉，以向固定基座10的內部充入氧氣，并將固定基座10內部充入的氮氣排出，即言，控制單元60在開啟制第二進氣閥72以充入氧氣的同時，還開啟出氣閥73以排出原來充入的氮氣。其中，出氣閥73可為電磁閥。
根據本發(fā)明的一個實施例，控制單元60可通過絕緣線纜101與第一進氣閥71相連，控制單元60還可通過絕緣線纜101與第二進氣閥72相連，控制單元60還可通過絕緣線纜101與出氣閥73相連。
下面結合圖5對控制單元60的控制流程進行詳細描述。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖5所示，控制單元60進一步用于獲取pid控制模型，并根據當前設定溫度值與當前溫度檢測值之間的差值e以及pid控制模型獲取當前控制量u(k)，以及根據當前控制量u(k)計算當前占空比，并按照計算出的當前占空比輸出pwm控制信號至至少一個鹵素燈控制組件40，以對至少一個鹵素燈控制組件40進行控制。
需要說明的是，占空比可至每個周期開啟控制信號的持續(xù)時間與周期的總時間之比，例如，pwm控制信號在每個周期輸出1s的開啟控制信號和1s的關閉控制信號，那么占空比為1/2。
具體來說，每個鹵素燈控制組件40可根據接收到的pwm控制信號控制對應的鹵素燈30開啟時間和關閉時間，例如，每個鹵素燈控制組件40接收到占空比為1/2的pwm控制信號時，每個鹵素燈控制組件40可在每個周期控制對應的鹵素燈30開啟時間1s，并關閉時間1s。
具體地，根據本發(fā)明的一個實施例，控制單元60還用于在當前控制量大于或等于第一預設閾值h時輸出占空比為100％的pwm控制信號；控制單元60還用于在當前控制量大于第二預設閾值l且小于第一預設閾值h時輸出占空比為
根據本發(fā)明的一個具體實施例，pid控制模型可采用pid位置算法公式，可如下式：
其中，kp為比例系數，ki為積分系數，kd為微分系數，
需要說明的是，當前設定溫度值與當前溫度檢測值之間的差值e可看作是pid控制模型的輸入，當前控制量u(k)可看作是pid控制模型的輸出，pid控制模型可根據當前設定溫度值與當前溫度檢測值之間的差值e計算出pid控制模型的輸出。換言之，當前控制量u(k)可為k時刻通過上述pid位置算法公式進行采樣量化獲取的溫度電壓值。
根據本發(fā)明的一個具體示例，第一預設閾值h可為第一溫度差例如20℃對應的控制量，第二預設閾值l可為第二溫度差例如0.4℃對應的控制量。舉例來說，h可以設置為：設定溫度值與溫度檢測值之間的溫度誤差為20℃且只考慮比例環(huán)節(jié)時pid控制模塊的輸出值，即kp*20℃時對應的控制量)，l可以設置為：設定溫度值與溫度檢測值之間的溫度誤差為0.4℃且只考慮比例環(huán)節(jié)時pid控制模塊的輸出值，即kp*0.4℃時對應的控制量。
具體而言，控制單元60可按照下式設定占空比：
當l<u(k)<h時，
當u(k)≥h時，占空比＝100％，即控制鹵素燈30持續(xù)開啟；
當u(k)≤l時，占空比＝0％，即控制鹵素燈30持續(xù)關閉。
也就是說，控制單元60可采用上述公式確定pid控制模型輸出的當前控制量和pwm控制信號的占空比之間的關系。其中，當設定溫度值與溫度檢測值之間的溫度誤差高于第一溫度差例如20℃時控制鹵素燈30連續(xù)通電，以使鹵素燈30持續(xù)開啟(占空比為100％)，當設定溫度值與溫度檢測值之間的溫度誤差為第一溫度差低于第二溫度差例如0.4℃時控制鹵素燈30連續(xù)斷電，即以使鹵素燈30持續(xù)關閉(占空比為0％)。
當開始正常對激光芯片進行焊接之后，控制單元60可按照pid控制模型輸出的當前控制量和pwm控制信號的占空比之間的關系以及導熱基板20的當前溫度檢測值與對應的設定溫度值之間的差值動態(tài)調整pwm控制信號的占空比，從而控制至少一個鹵素燈30的亮滅時間百分比，進而導熱基板20的溫度按照設定溫度曲線變化，激光芯片和熱沉通過導熱基板20的加熱完成焊接。
由此，可實現(xiàn)實際溫度曲線(溫度檢測單元50連續(xù)采集的溫度檢測值構成的曲線)與設定溫度曲線的紋波低于0.4攝氏度、實際溫度曲線的超調量低于1％、實際溫度曲線的回歸時間低于0.5秒的加熱溫度曲線，完成對激光芯片10焊接的理想溫度特性曲線的精確復現(xiàn)。其中，紋波可以指實際溫度曲線與設定溫度曲線擬合時的溫度差；超調量可以指在恒溫加熱階段，實際溫度曲線的最大值減去穩(wěn)態(tài)溫度值后再與穩(wěn)態(tài)溫度值之比的百分數；回歸時間可以指實際溫度曲線偏離設定溫度曲線后，回歸到設定溫度曲線所用的時間。
進一步地，根據本發(fā)明的一個實施例，控制單元60可通過自校準確定pid控制模型中的比例系數、積分時間和微分時間。
具體而言，在貼片裝置上電開始使用時，控制單元60可先控制貼片裝置工作于校準模式，即先進行自校準，然后，在校準完畢后，控制單元60可按照設定溫度曲線開始對導熱基板20進行加熱。
在校準模式下，貼片裝置進行開環(huán)預加熱(此時導熱基板10上無激光芯片)，控制單元60可自動調整pid控制模型中的比例系數、積分時間和微分時間，并在每次調整后通過溫度檢測單元50檢測導熱基板20的溫度以計算導熱基板20的實際溫度曲線，并將實際溫度曲線與目標溫度曲線(進行比較，如果滿足預設條件例如實際溫度曲線與目標溫度曲線的紋波低于0.4℃、回歸時間低于0.5秒，則停止校準；否則，將重復進行預加熱校準，直至滿足前述預設條件。其中，目標溫度曲線可理解為校準時采用的設定溫度曲線，與前面實施例中焊接時所用的設定溫度曲線可以不一樣，例如可采用圖6所示的溫度階躍信號模型。
更具體地，校準其實是確定圖5中pid控制模型中比例系數、積分時間和微分時間三個參數。參數調整可按照先比例、后積分、再微分的整定步驟。如圖6所示，采用溫度階躍信號模型對三個參數進行測試，首先整定比例部分，獲取目標溫度曲線即溫度階躍信號模型，將比例系數kp由小變大，在每個比例系數kp，檢測導熱基板20的溫度以記錄相應的溫度響應曲線，直至得到反應快、超調小的響應曲線，暫存該比例參數；然后整定積分時間ti，獲取目標溫度曲線即溫度階躍信號模型(單調上升段)，將積分時間ti按照由大到小的方式變化，在每個積分時間ti，檢測導熱基板20的溫度以記錄相應的溫度響應曲線，直至得到在系統(tǒng)保持良好動態(tài)性能的情況下靜態(tài)誤差低于0.4℃的響應曲線，暫存該比例系數和積分時間；最后整定微分時間td，在整定比例系數和積分時間的情況下，逐步增大微分時間，檢測導熱基板20的溫度以記錄相應的溫度響應曲線，直至得到溫度響應曲線與溫度階躍曲線擬合的回歸時間在0.5秒以內的響應曲線。由此，整定完畢，可將三個參數存儲在flash閃存中。
應當理解的是，當自校準無法得到滿足要求的比例系數、積分時間和微分時間時，也可以手動輸入三個參數。
由此，本發(fā)明實施例的裝置采用pwm+pid的控制方式控制大功率鹵素燈進行加熱，相比相關技術中的電阻爐加熱方式，溫控精度高(誤差不高于正負0.4℃)、超調量小(不高于1％)。并且自校準方式使得裝置工作不受溫漂和器件老化等因素的影響。
下面結合圖7對控制單元60獲取設定溫度曲線的方式進行說明。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖7所示，控制單元60通過與上位機100進行通信，以獲取設定溫度曲線。具體地，控制單元60可通過串口例如uart與上位機100進行通信。
具體地，上位機100可提供圖形用戶界面，并接收用戶通過圖形用戶界面輸入的設定溫度曲線，以及將設定溫度曲線發(fā)送給控制單元60。其中，上位機100可使用vc++設計圖形用戶界面。另外，上位機100還可通過圖形用戶界面接收用戶輸入的控制指令例如校準和焊接指令等。也就是說，用戶可通過圖形用戶界面實現(xiàn)對貼片裝置的工作狀態(tài)控制、曲線設置等功能。
具體而言，可通過獲取設定溫度曲線中每個溫度段的起始溫度、結束溫度和溫度段時間以獲取設定溫度曲線。也就是說，用戶可在上位機10打開圖形用戶界面，在圖形用戶界面的溫控參數部分設置激光芯片焊接所需的設定溫度曲線(其中，激光芯片焊接使用設定溫度曲線通常為固定斜率)，設置每個溫度段的起始溫度、結束溫度和溫度段時間，在設置結束后，圖形用戶界面將用戶設置的設定溫度曲線完整地呈現(xiàn)出來。之后，上位機100在接收到用戶的確認指令后，將設定溫度曲線發(fā)送給控制單元60。
另外，根據本發(fā)明的一個實施例，控制單元60還用于將獲取的溫度檢測值和時間參數通過串口實時發(fā)送給上位機100，以使上位機100根據溫度檢測值和時間參數生成并顯示實際溫度曲線。這樣，用戶在上位機可對比設定溫度曲線與實際溫度曲線之間的差異，檢查裝置溫控精度。
由此，通過上位機可任意設置溫控曲線即設定溫度曲線，適應性更好，能適應各種不同功率的半導體激光芯片，從溫控曲線到溫度范圍變化(0～450℃)，本發(fā)明實施例的貼片裝置都能很好地根據特定芯片產品規(guī)格設置和實現(xiàn)。
下面結合圖7對溫度檢測單元獲取溫度檢測單元50和鹵素燈控制組件40的具體結構進行說明。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖2和7所示，溫度檢測單元50包括：熱電偶傳感器51和信號調理電路52。
其中，熱電偶傳感器51固定在導熱基板20上，熱電偶傳感器51用于根據導熱基板的當前溫度生成溫度檢測信號；信號調理電路52分別與熱電偶傳感器51和控制單元60相連，信號調理電路52用于對溫度檢測信號進行調理以生成當前溫度檢測值，并當前溫度檢測值輸出給控制單元60。
具體而言，溫度檢測單元50完成溫度到電壓的轉換，其中，熱電偶傳感器51完成溫度到電流的精確轉換，由于電流很小，因此，將電流經過信號調理電路52(包括電壓跟隨、放大和濾波)處理，信號調理電路52將電流轉化為電壓后再輸入到控制單元60中的adc轉換器，以通過adc轉換器進行模數轉換。
根據本發(fā)明的一個具體示例，熱電偶傳感器51可為三線制pt100熱電偶傳感器，該傳感器精度高。
根據本發(fā)明的一個實施例，如圖7所示，每個鹵素燈控制組件40包括：第一開關管q1和第二開關管q2以及第一驅動電路41和第二驅動電路42。
其中，第一開關管q1和第二開關管q2并聯(lián)連接；第一驅動電路41的輸入端與控制單元60相連，第一驅動電路41的輸出端與第一開關管q1的控制端相連，第一驅動電路41包括第一高速光耦u1，第一驅動電路41通過第一高速光耦u1驅動第一開關管q1導通或關斷；第二驅動電路42的輸入端與控制單元60相連，第二驅動電路42的輸出端與第二開關管q2的控制端相連，第二驅動電路42包括第二高速光耦u2，第二驅動電路42通過第二高速光耦u2驅動第二開關管q2導通或關斷；其中，控制單元60通過控制第一開關管q1和第二開關管q2導通以控制對應的鹵素燈30開啟，且控制單元60通過控制第一開關管q1和第二開關管q2關斷以控制對應的鹵素燈30關閉。其中，第一開關管q1和第二開關管q2可為mosfet。
也就是說，鹵素燈控制組件40完成加熱溫度的精確控制，即控制單元通過定時器輸出可調占空比的pwm控制信號給每個鹵素燈控制組件40，以控制每個鹵素燈30的通電或斷電，從而控制每個鹵素燈30輸出的熱量和導熱基板20的溫度。
應當理解的是，通過高速光耦可以避免大功率電路對數字基帶電路產生影響；采用大功率、低阻抗、雙并聯(lián)的mosfet可以盡量降低熱損耗，避免設計復雜的散熱系統(tǒng)如風冷或水冷等，提高輸出功率。
由此，相比相關技術中的電阻爐加熱方式，本發(fā)發(fā)明實施例的裝置采用大功率、低阻抗、雙并聯(lián)的mosfet以及pwm數控控制方式，加熱控制部分產生熱量少，無需復雜的散熱設計，如風冷或水冷，進一步降低了裝置總成本，延長了器件使用壽命。
還需說明的是，控制單元60作為裝置的控制核心，完成溫度檢測的模數轉換、加熱控制、參數校準、與上位機交互等功能，考慮到溫度檢測的模數轉換和溫控電路數據涉及到浮點乘除、迭代等運算，而且溫控精度和實時性能要求較高，控制單元60可采用帶dsp和fpu的stm32f401。
與上述幾種實施例提供的激光芯片的貼片裝置相對應，本發(fā)明的一種實施例還提供一種激光芯片的貼片方法，由于本發(fā)明實施例提供的激光芯片的貼片方法與上述幾種實施例提供的激光芯片的貼片裝置相對應，因此前述激光芯片的貼片裝置的實施方式也適用于本實施例提供的激光芯片的貼片方法，在本實施例中不再詳細描述。
圖8是根據本發(fā)明實施例的激光芯片的貼片方法的流程圖。如圖8所示，激光芯片的貼片方法，包括以下步驟：
s1：通過至少一個鹵素燈對放置有激光芯片的導熱基板進行加熱；
s2：檢測導熱基板的當前溫度以生成當前溫度檢測值；
s3：獲取設定溫度曲線；
s4：根據設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和當前溫度檢測值控制至少一個鹵素燈控制組件以通過至少一個鹵素燈控制組控制至少一個鹵素燈的開啟和關閉，以使導熱基板的溫度變化符合設定溫度曲線。
根據本發(fā)明實施例提出的激光芯片的貼片方法，通過至少一個鹵素燈對放置有激光芯片的導熱基板進行加熱，檢測導熱基板的當前溫度以生成當前溫度檢測值，獲取設定溫度曲線，并根據所述設定溫度曲線對應的當前設定溫度值和所述當前溫度檢測值控制至少一個鹵素燈控制組件以通過所述至少一個鹵素燈控制組控制至少一個鹵素燈的開啟和關閉，以使所述導熱基板的溫度變化符合所述設定溫度曲線。由此，該方法能夠使激光芯片的貼片裝置的結構簡單、低成本、溫控精度高、超調量低、一致性好以及使用方便。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)定制邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本發(fā)明的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。
在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是用于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實現(xiàn)在任何計算機可讀介質中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備(如基于計算機的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備或結合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備而使用的裝置。計算機可讀介質的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個或多個布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器(ram)，只讀存儲器(rom)，可擦除可編輯只讀存儲器(eprom或閃速存儲器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存儲器(cdrom)。另外，計算機可讀介質甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質，因為可以例如通過對紙或其他介質進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲在計算機存儲器中。
應當理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。如，如果用硬件來實現(xiàn)和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數據信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等。
本技術領域的普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
此外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。
上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
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