[發(fā)明專利]一種高功率半導(dǎo)體激光器芯片焊裝方法

在審

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• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107809055A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薄報學(xué);高欣;喬忠良;張晶;李輝
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: H01S5/022
• 分類號: H01S5/022
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高功率半導(dǎo)體激光器芯片焊裝方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高功率半導(dǎo)體激光器的電光效率雖然較高，仍有40-50％的電功率轉(zhuǎn)化為熱量，熱功率密度高達(dá)約每平方厘米5000瓦的水平。通常高功率半導(dǎo)體激光器芯片通過金屬焊料倒裝在高導(dǎo)熱的次熱沉表面，熱量通過熱傳導(dǎo)方式經(jīng)過焊料層、次熱沉散發(fā)出去。因此，激光器芯片與次熱沉之間的焊料焊裝質(zhì)量成為影響高功率半導(dǎo)體激光器芯片可靠工作的重要因素。通常的半導(dǎo)體激光器芯片焊裝是在制備有金屬焊料層的次熱沉表面放置激光器芯片，在惰性氣氛或真空環(huán)境下加熱熔化焊料層，使激光器芯片與熱沉焊接在一起。然而，由于焊料層表面難以避免的污染和氧化現(xiàn)象，使得焊料熔化時很難與激光器芯片的焊接面完全浸潤，造成焊接面上存在局部的空洞效應(yīng)，使高功率半導(dǎo)體激光器的散熱能力受到嚴(yán)重影響，從而造成激光器輸出功率降低、可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，見附圖所示，將焊接面鍍金的半導(dǎo)體激光器芯片1放在鍍金的次熱沉3的表面上。在半導(dǎo)體激光器芯片1的上面施加一定壓力使其位置固定，同時也使得半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的縫隙較小。然后，在半導(dǎo)體激光器芯片1的側(cè)面或后面的次熱沉表面上放置金屬焊料2，惰性氣氛或真空環(huán)境中加熱使金屬焊料熔化。當(dāng)熔化焊料在次熱沉表面上擴(kuò)展至芯片時，由于金屬焊料在鍍金層上較低的表面張力，所形成的毛細(xì)作用使得金屬焊料從半導(dǎo)體激光器芯片1的側(cè)面或后面擴(kuò)展進(jìn)半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的縫隙中，并很快填充整個縫隙，實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的高質(zhì)量焊裝。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，金屬焊料2熔化并沿次熱沉3的表面擴(kuò)展時，未被氧化或污染的焊料具有更高的擴(kuò)展能力，因此填充縫隙的焊料純度高，具有與焊接面更好的浸潤性，避免了由于焊料氧化、污染造成的焊料層空洞的產(chǎn)生，從而可明顯改善激光器芯片的散熱特性，提高了半導(dǎo)體激光器芯片的輸出功率，并能夠改善激光器工作的可靠性。

附圖說明

所附圖1為基于焊料毛細(xì)作用的高功率半導(dǎo)體激光器芯片焊裝方法示意圖，1為焊接面鍍金的半導(dǎo)體激光器芯片，2為金屬焊料，3為次熱沉。

具體實施方式

如附圖1所示，將焊接面鍍金的半導(dǎo)體激光器芯片1放在鍍金的次熱沉3的表面上。在半導(dǎo)體激光器芯片1的上面施加一定壓力使其位置固定，同時也使得半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的縫隙較小。然后，在半導(dǎo)體激光器芯片1的側(cè)面或后面的次熱沉表面上放置金屬焊料2，惰性氣氛或真空環(huán)境中加熱使金屬焊料熔化。當(dāng)熔化焊料在次熱沉表面上擴(kuò)展至芯片時，由于金屬焊料在鍍金層上較低的表面張力，所形成的毛細(xì)作用使得金屬焊料從半導(dǎo)體激光器芯片1的側(cè)面或后面擴(kuò)展進(jìn)半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的縫隙中，并很快填充整個縫隙。由于金屬焊料2熔化并沿次熱沉3的表面擴(kuò)展時，未被氧化或污染的焊料具有更高的擴(kuò)展能力，因此填充縫隙的焊料純度高，具有與焊接面更好的浸潤性，避免了由于焊料氧化造成的焊料層空洞的產(chǎn)生，從而可明顯改善激光器芯片的散熱特性，實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的高質(zhì)量焊裝。

下面結(jié)合實例說明本發(fā)明，半導(dǎo)體激光器芯片1采用4毫米腔長的976nm波長量子阱結(jié)構(gòu)激光器芯片，芯片P面鍍2微米厚的金層，次熱沉3為厚度為0.5毫米的Ti/Pt/Au覆蓋AlN基片，金屬焊料2為4毫米長、寬0.5毫米、高0.1毫米的高純AuSn焊料條，熔點約為280度。將半導(dǎo)體激光器芯片1放在次熱沉3的表面上。在半導(dǎo)體激光器芯片1的上面施加2克壓力使其位置固定，同時也使得半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的縫隙較小。然后，在半導(dǎo)體激光器芯片1的側(cè)面的次熱沉表面上放置金屬焊料2，真空環(huán)境中加熱使金屬焊料2熔化。當(dāng)熔化焊料在次熱沉3表面上擴(kuò)展至芯片時，由于AuSn焊料在鍍金層上較低的表面張力，所形成的毛細(xì)作用使得AuSn焊料從半導(dǎo)體激光器芯片1的側(cè)面擴(kuò)展進(jìn)半導(dǎo)體激光器芯片1與次熱沉3之間的縫隙中，并很快填充整個縫隙。經(jīng)測試，相比傳統(tǒng)的激光器芯片焊裝方法，激光器熱阻降低約20％，激光器的最大輸出功率提高約30％，可靠性提高50％以上。