[實(shí)用新型]一種半導(dǎo)體激光器陣列連接界面表征裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420479133.7
• 申請(qǐng)日: 2014-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN204088272U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張普;劉興勝;熊玲玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H01L21/66
• 分類號(hào): H01L21/66
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體激光器連接界面特性的測(cè)試，尤其是一種半導(dǎo)體激光器陣列連接界面特性表征裝置。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、電光轉(zhuǎn)換效率高、波長范圍廣、可靠性高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為光電行業(yè)中最有發(fā)展前途的領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)(主要是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸入輸出設(shè)備)、影視、制造業(yè)、航天、航空、材料處理、醫(yī)療、娛樂、科研、安全防護(hù)、軍事、反恐、工藝品、顯示和印刷等行業(yè)。目前半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步提高功率、亮度及可靠性。一方面，需要在芯片外延生長方面開展研究工作，發(fā)展新的芯片材料及外延生長技術(shù)；另外一方面，需要研究新型封裝方法，從熱管理、熱應(yīng)力管理、光譜控制、無空洞貼片等提高半導(dǎo)體激光器的性能及可靠性。

目前的單發(fā)光點(diǎn)半導(dǎo)體激光器連續(xù)波輸出功率僅為十幾瓦，為了實(shí)現(xiàn)大功率輸出，通常需要將半導(dǎo)體激光器做成陣列的形式(即所謂的“巴條”)，其長度大多為1cm，包含幾個(gè)至幾十個(gè)發(fā)光點(diǎn)，其連續(xù)波輸出功率可達(dá)幾百瓦。在幾百瓦的輸出功率下，電流密度將超過10³W/cm²，因此對(duì)封裝技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。

圖2給出了一個(gè)典型的大功率半導(dǎo)體激光器陣列封裝結(jié)構(gòu)示意圖，其采用倒裝芯片封裝形式，主要包括半導(dǎo)體激光器陣列芯片(巴條)、焊料層、熱沉(正極)、絕緣層、負(fù)極幾部分，其中焊料層起著電、熱及機(jī)械連接的作用，對(duì)于大功率半導(dǎo)體激光器陣列的性能及可靠性具有決定性的影響。

在大功率半導(dǎo)體激光器回流焊接過程中，由于熱沉表面的不平整、雜質(zhì)的侵入、表面氧化等不確定因素導(dǎo)致焊料層形成空洞；由于金屬間化合物的形成及生長，會(huì)形成Kirkendall空洞。

根據(jù)電流及溫度導(dǎo)致的物質(zhì)擴(kuò)散公式：

▿·J=ND0kT(r)Z*qρ0[1+αΔT(r)][j(r)-jc]ΔYe-Q0/kT(r)---(1)]]>

式中N為原子濃度，D₀為內(nèi)稟擴(kuò)散率，k為波爾茲曼常數(shù)，T(r)為不同位置的溫度分布，Z*q為有效電荷，△Y為結(jié)構(gòu)常數(shù)，j(r)為不同位置的電流密度分布，j_c為與應(yīng)力導(dǎo)致質(zhì)量回流相關(guān)的閾值電流密度，Q₀為活化能，α為電阻率溫度系數(shù)，ρ₀為電阻率。當(dāng)▽·J>0時(shí)在焊料層中物質(zhì)消耗，導(dǎo)致了空洞的進(jìn)一步擴(kuò)展。電遷移及電熱遷移速率主要與電流密度、溫度梯度及溫度有關(guān)。