CN102576975B - 半导体组件装置的热接触式反向电连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种热接触式半导体组件装置(10/40)，其藉由金属层(52)在力(53)的作用下使设置在半导体组件装置(10/40)的相对侧上的两个导热体(20，30)的至少其中之一(20/30)与半导体组件装置(10/40)的接触表面(12/46)接触，其中，金属层(52)在接合剂的凝固期间不熔化，以在其全部区域之上两个导热体(20，30)之间形成黏合键结。

Description

半导体组件装置的热接触式反向电连接的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产半导体模块的方法，例如，二极管激光组件，其中例如激光二极管条的半导体组件装置的电连接方式是热接触。

背景技术

激光二极管条的两侧的热接触和电接触的方法已经从Dirk Lorenzen等人发表的国际光学工程学会6104-04(2006)的项目“由铟与金锡封装的二极管激光条的比较性能研究”获知，其中，在每种情况中，形成作为冷却组件的铜导电导热体藉由铟焊接体被焊接至激光二极管条的每一个相反的电接触表面。

这种方法的优点为仅需要少量的组件以生产二极管激光组件。价格合理并且高导热的导热体材料的使用也是有利的。这种方法的缺点为机械应力，该机械应力是在从焊锡的凝固温度(157℃)冷却至室温时而被热导性优越的铜引进至激光二极管条，并负面地影响了其光学性能。

从公告的欧洲专利申请第EP 1 341 275 A2号获知了激光二极管条的热接触的电连接的进一步方法，该专利申请实现了激光二极管条的机械低应力接触的目的，其中省略了焊接层，激光二极管条在两侧上藉由在每种情况中的导电导热体以摩擦锁定的方式电接触和热接触。

这种方法的优点以及用这种方法生产的装置与用导热体进行的焊锡连接相比较，其优点是低机械应力，以及透过激光二极管条的膨胀所造成热不匹配确保了自激光二极管条的发射器的光辐射的功率的高均匀性。

这种方法的缺点是激光二极管条的不充分的热接触，其体现在过低的光电转换效率以及过低的光最大功率。

这种方法的另一个缺点是需要提供固定的工具，以保证摩擦锁定连接在二极管激光组件中不仅是为了形成连接而且是为了保持摩擦锁定连接，并且必须保持。

发明内容

本发明的目的是描述一种激光二极管条的热接触式电连接的方法，该方法不具有上面指出的缺点。

这个目的通过根据权利要求1的用于生产半导体模块的方法来实现。根据本发明的方法的发明是从属权利要求的主题。

根据本发明，在第一方法步骤中，对根据本发明的半导体模块的生产必要的组件被提供为具有本发明的特定的特征。这些包括：(i)半导体组件装置，其在第一侧上具有与至少一个第一电连接连接的第一接触表面，并且在与第一侧相对的第二侧上具有与至少一个第二电连接连接的第二接触表面，(ii)第一导热体，(iii)至少一个第二导热体，(iv)第一金属层，(v)至少一个第二金属层，以及(vi)至少一个接合工具。

在最简单的情况下，半导体组件装置可以为单个的半导体组件，例如激光二极管组件，其中在半导体组件的第一侧上通过至少一个第一导电接触层，例如第一金属层，以及在半导体组件的第二侧上通过至少一个第二导电接触层，例如第二金属层而形成电连接，并且第一接触表面排列在背对半导体组件的第一导电接触层的一侧上，第二接触表面排列在背对半导体组件的第二导电层的一侧上。根据本发明的激光二极管组件包括：具有单个发射器的激光二极管、具有数个并排排列及/或在每一个的顶部上排列的发射器的激光二极管、以及具有大量的连续并排排列的发射器的激光二极管条。

或者，半导体组件装置可以通过具有如一个或多个激光二极管组件的至少一个半导体组件而形成为如二极管激光子总成的半导体模块的子总成，以及提供第一电连接的第一导电接触体和提供第二电连接的第二导电接触体。第一导电连接装置的第一导电接触体以材料锁定的方式固定于半导体组件的第一侧，第二导电接触体凭借第二导电连接装置以材料锁定的方式固定于与半导体组件的第一侧相对的半导体组件的第二侧，其中，第一接触表面排列在背对半导体组件的第一导电接触体的一侧上，第二接触表面排列在背对半导体组件的第二导电接触体的一侧上。

根据本发明，仅具有一个接触体的子总成当然也是可能的，并且可用于实施根据本发明的方法。

接触体的导电性可以通过接触体的核心体的导电材料或者通过电绝缘核心体上的导电层来提供，电绝缘核心体如由电绝缘材料制成的核心体。

然而，在半导体组件装置形成为半导体组件的情况下，第一接触表面被提供为用于半导体组件的第一电接触和第一热接触的第一电接触表面，第二接触表面被提供为用于半导体组件的第二电接触和第二热接触的第二电接触表面；在半导体组件装置形成为半导体模块的子总成的情况下，第一接触体的第一接触表面最初基本上被提供为用于子总成的第一热接触的第一热接触表面，但是也可以选择结合电接触，第二接触体的第二接触表面最初基本上被提供为用于子总成的第二热接触的第二热接触表面，但是也可以选择结合电接触。

导电接触体最好具有不同于半导体组件且与其之差不大于2ppm/K的热膨胀系数。考虑重量比、原子比、及/或体积比，如果导电接触体包含钨、钼、碳、氮化硼及/或金刚砂，主要由砷化镓、磷化铟、氮化镓、氧化锌或硅构成的半导体组件可选择性地与较高的热膨胀系数的金属如铜、银或铝相结合。在这种方式中，就考虑半导体组件的膨胀而言，匹配的导电接触体允许导电接触体使用可靠的硬焊锡如金-锡焊锡以半导体组件的材料锁定的方式进行低应力接触。

然而，出于成本的原因，导电接触体在半导体模块中不占用热膨胀所需的足够的空间。因此，制造者或用户最好关注导热体，更多地考虑其体积，尤其是导电接触体或通常是半导体组件装置。

优选地，第一导热体在其延伸的至少其中之一方向上大于半导体组件装置，半导体组件装置在与第一及/或第二接触表面平行的其中之一方向上延伸；同样地，第二导热体在其延伸的至少其中之一方向上大于半导体组件装置，半导体组件装置在与第一及/或第二接触表面平行的其中之一方向上延伸。

为了准备半导体组件装置与导热体的热接触，在根据本发明的第二方法步骤中，半导体组件装置排列在第一导热体与第二导热体之间，从而使第一导热体的第一接触部分位于与第一接触表面相对，第二导热体的第二接触部分位于与第二接触表面相对。较佳地，第一导热体具有第一连接部分，而第二导热体具有第二连接部分，其中，第一导热体的第一连接部分位于与远离半导体组件装置的第二导热体的第二连接部分相对。根据本发明，至少部分第一金属层排列在第一接触部分与第一接触表面之间，至少部分第二金属层排列在第二接触部分与第二接触表面之间。

远离半导体组件装置是指与半导体组件装置的接触表面垂直的投影的外部区域。在这种程度上，导热体的接触部分不是远离半导体组件装置。

在第一或第二方法步骤中，第一金属层可被设置于第一接触部分的第一接触表面或面向半导体组件装置的第一入热表面，及/或第二金属层可被设置于第二接触部分的第二接触表面或面向半导体组件装置的第二入热表面。这种设置的方式可以通过气相淀积(蒸发、溅射、化学气相淀积)以及电解质等的电淀积等来实现。

此外，可在每种情况中提供两个表面，即分别为接触表面和入热表面，以及一个或多个金属层。

第一和第二金属层也可交替地或选择地单独为箔或片，例如所谓的预成型品。

在根据本发明的第三方法步骤中，至少有一个力产生，至少其组件在其它导热体的方向中被两个导热体的其中之一有效地定位。

这种力最好被应用为自外部至两导热体的至少其中之一上的外力，因此，至少其组件在其它导热体的方向中被定位。然而，也可能造成产生内力，例如通过收缩导热体之间插入的接合工具的体积来产生内力。

根据本发明的力因此施加压力于半导体组件装置、第一金属层以及第二金属层上。当第二导热体以及其背对半导体组件装置的一侧位于支撑表面上时，该力可被应用为外力，例如在与背对半导体组件装置的第一导热体的一侧上的第一接触表面垂直的一侧上。相反，当第一导热体以及其背对半导体组件装置的一侧位于支撑表面上时，该外力也可被施加于与第二导热体的第二接触表面垂直的一侧上以及背对半导体组件装置的一侧。再者，两个大小相等、方向相反的外力可被施加于第一和第二导热体的背对半导体组件装置的外侧，所述第一和第二导热体共同施加压力于半导体组件装置、第一金属层以及第二金属层上。

根据本发明的典型的力位于自0.1N至1kN的范围内，并且可以在该方法期间变化。

此外，在根据本发明的第三方法步骤中，两个导热体的材料锁定连接(胶接)通过接合工具的凝固而实现。根据本发明，所述接合工具明确地涉及形成连接，换句话说，对引起两个导热体的材料锁定连接是必要的。在以上所述的连接部分存在的情况下，至少部分接合工具最好排列在第一连接部分与第二连接部分之间。

第二方法步骤中，接合工具在第一与第二连接部分之间已经可以被引进，即，在根据本发明的压力已被施加于一个或两个导热体之前。然而，也可在第一与第二连接部分之间不施加压力直至第三方法步骤，其中至少就质量而论，根据本发明的压力可以在引进期间或在引进和保持之前已经存在。

在凝固之前，接合工具可以液态、糊状或固态存在。如果以液态存在，然后，为了获得湿润的第一及/或第二连接部分，最好在物理及/或化学效应的基础上暴露于力或热，使其达到液态或糊状，当所述力或热被保持时或者在消除之后，其再次凝固。

优选地，接合工具的特征在于较低的弹性以及较高的抗弯强度的凝固态，因此，其对内部剪切力和剥离应力保持抗龟裂性，因而可承受高剪切力和剥离应力。

这种接合工具包括：例如热硬化，如含有环氧化物的黏合剂、金属焊锡、玻璃焊锡以及胶合剂。

尤其是，所指定的接合工具的其中之一因此在第二接触部分与第二接触表面之间的摩擦锁定位置中被保持为凝固态，因此，即使在消除外力之后，在进一步的选择方法步骤中，在第二接触部分与第二接触表面之间保持充分的热接触。

对本发明的第三方法步骤必要的特征是在应用及/或外力的保持及/或接合工具的凝固期间，第二金属层的金属材料不熔化。这意味着第三方法步骤中的第二金属层的温度不超过第二金属层的金属材料的熔化温度以及最低的熔化温度。

在材料锁定连接形成于第二接触部分与半导体组件装置之间的情况下，这意味着通过固态地扩散第二金属层的至少一个金属材料至第二接触部分及/或第二电连接的金属表面区域，及/或通过固态地扩散第二接触部分及/或第二电连接的表面区域的至少一个金属材料至不具有第二金属层的金属材料、第二接触部分或第二电连接的表面区域的金属材料的其中之一的第二金属层而进行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或与其形成的化合物的一个或多个混合的其中之一变为液态。作为这种化合物的例子，金属间相是从金属及/或其金属间相中被指定作为这种化合物、共晶体的例子。

因此，根据本发明的接触方法用原理“由补偿材料锁定保持的金属层支撑钳制”表示，在下文缩写为“钳制”，它与根据现有技术的状态的焊接的不同之处在于，包含在形成的连接中的金属层在焊接的情况下熔化，而不是在根据本发明的钳制的情况下熔化。

本发明的优点为当涉及第二金属层形成力或材料锁定连接时，第二金属层的温度，因此也为即将连接的组件的温度低于在焊接材料变为液态并且在固化温度下凝固的焊接方法的情况的温度，所述固化温度高于根据本发明许可的温度。因此，根据本发明，当在形成化合物之后，通过不同的热膨胀系数冷却时，对施加压力有效的温度差小于根据现有技术的状态进行焊接期间的温度差。当使用高于半导体组件装置的热膨胀系数的导热体时，用本发明的方法施加的压应力为横向，即在半导体组件装置沿与第一及/或第二接触表面平行延伸的最大方向，有利地大体上低于焊接的情况。

当将根据本发明的方法应用于激光二极管条时，发明者惊奇地发现，与通常的焊接方法(请参考第一实施例)相比较，当选择相应的材料和工艺参数时，仅能获得类似的光电转换系数。

虽然用于热接触的第二金属层不熔化，可能获得激光条的热接触，其在原理上等同于在焊接工艺中熔化的第二金属层的情况。

同时，还惊奇地发现，在横向中被钳制引进的压应力仅仅在激光二极管条的发射的辐射的光学特性上具有负面的影响，所述横向即为与第一及/或第二接触表面垂直的方向。在另一方面，在钳制的情况中，通过激光二极管条的发射器的功率的均匀性比相同情况下的焊接更加清晰地分布(请参考第一实施例)。

此外，根据本发明的钳制的有利效果是被如在两连接部分之间藉由接合工具居间产生的材料锁定，在第二导热体与半导体组件装置之间的热连接上施加不可反转的支撑效果，在一方面，一些对摩擦锁定的钳制是必要的，在另一方面，从有害的剥离应力中保存材料锁定的钳制所形成的柔软的材料锁定。

再者，所述材料锁定使摩擦锁定连接及/或固定工具的使用是过时的，其以较小的结构表示并且降低了半导体模块的成本。

总之，本发明的必要的优点在于，尤其是具有合理的价格、高导热性的导热体的铜及/或铝，即使与半导体组件装置相比较，其热膨胀系数有很大地不同。此外，在激光二极管组件确保激光二极管条的各自的发射器的辐射的非常相同的光学特性的情况下，可以实现半导体组件装置良好的、可靠的热接触。

同时影响第二金属层的温度的接合工具的温度的增加本质上当然也可以提供在根据本发明的第三方法步骤中，例如为了获得接合工具的液化及/或凝固。然而，在接合工具的加工期间，根据本发明，第二层的温度保持为低于其组分的每一个的熔点。即使超过延长的周期，例如1秒至10分钟，接合工具的温度高于第二层的材料的最低熔化温度，通过冷却第二层可以在接合工具与第二层之间建立固定的温度梯度，其中第二层低于其材料的其中之一的最低熔点。在接合工具中，没有这种冷却的温度可以保持在高于第二层的材料的最低熔化温度一较短的周期，例如1毫秒至1秒，通过延迟的时间的热扩散所形成的不稳定的温度梯度在第二层的任何区域从不具有高于连接的区域的熔点的温度。

此外，如果在第三方法步骤中，第二层的温度至少有时高于室温，可以是有利的。由于大部分材料的强度特性随着温度的增加而降低，在第二接触部分与第二接触表面之间形成力锁定连接的情况下，其之间的热接触可以通过增加的第二层的塑料变形而改善。这种情形类似于在第二接触部分与半导体组件装置之间通过固态地扩散而形成材料锁定连接的情形。用于决定第一物质在第二物质中的扩散行为的扩散系数的行为与阿伦尼乌斯方程中的情形相似，即当温度增加时，扩散增加及/或加速。因此，当温度增加而形成材料锁定的化合物时，也改善了热接触。

为了改善半导体组件装置的第二接触表面上的第二金属层的材料的湿度或者第二接触部分与第二接触表面相对的入热侧上的第二金属层的材料的湿度，至少第三方法步骤最好应该在真空中或对于第一及/或第二金属层的金属材料不易发生化学反应或降低发生化学反应的概率的气氛中进行。如果半导体组件装置或导热体在真空中被设置金属层，然后在第二方法部分中彼此相关的组件的排列最好也在真空中进行，其不允许涂层与周围的大气接触。

为了在第二金属层与半导体组件装置之间及/或在第二金属层与第二接触部分之间形成材料锁定，第二接触表面及/或入热表面最好具有无害扩散的金属表面涂层，例如贵金属。该扩散层最好为金层，其厚度最好在50nm至1μm的范围内。根据本发明不需要位于其下的扩散膜，例如镍、钯、铂或耐熔金属层，但可以提供，例如为了改善半导体组件装置或第二接触部分上的扩散层的黏着强度。

根据本发明，至少半导体组件装置的第二侧的热接触遭受由不均匀材料锁定保持的金属层支撑钳制。

半导体组件装置的第一侧可以通过传统的焊接接触，尤其是，当半导体模块操作时，如果这是半导体组件装置的一侧，在其上会产生大部分热量。在激光二极管组件的情况下，这是半导体组件装置的外延侧，其中第二侧对应基板侧。在外延侧上，在大多数情况下，关于热、电及机械可靠性的需要较高，由于考虑热最好是同时进行热电接触，例如，可被金-锡硬焊锡接触，假若第一导热体的热膨胀系数与半导体组件装置的热膨胀系数的差异最好不超过2ppm/K。关于其重量/原子及/或体积比，这种第一导热体最好主要由含有金属的化合物如金刚石-银化合物构成。

在另一方面，半导体组件装置的第一侧也可以与第二侧类似且与第二侧一起通过由补偿材料锁定保持的金属层支撑钳制进行热接触，其中在第三方法步骤中，第一与第二金属层的温度最好不超过各自层中材料的熔化温度以及各自的最低熔化温度。

在第三方法步骤中，可以发生在第二接触部分与第二接触表面之间摩擦锁定连接的形成与在第一接触部分与第一接触表面之间摩擦锁定连接的形成，其在第一与第二连接部分之间被固化的接合工具保持。

在另一方面，在第三方法步骤中，在第二接触部分与半导体组件装置之间材料锁定连接的形成可以通过固态地扩散第二金属层的至少一个金属材料至第二接触部分及/或第二电连接的金属表面区域，及/或通过固态地扩散第二接触部分及/或第二电连接的表面区域的至少一个金属材料至不具有第二金属层的金属材料、第二接触部分或第二电连接的表面区域的金属材料的其中之一的第二金属层而进行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或与其形成的化合物的一个或多个混合的其中之一变为液态；以及在第一接触部分与半导体组件装置之间材料锁定连接的形成通过固态地扩散第一金属层的至少一个金属材料至第一接触部分及/或第一电连接的金属表面区域，及/或通过固态地扩散第一接触部分及/或第一电连接的表面区域的至少一个金属材料至不具有第一金属层的金属材料、第一接触部分或第一电连接的表面区域的金属材料的其中之一的第一金属层而进行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或与其形成的化合物的一个或多个混合的其中之一变为液态。

优选地，由第一金属层或第二金属层的材料所构成的连接部件的湿度是形成材料锁定连接的条件。湿的表面具有材料易扩散性额外地支持材料锁定连接的形成工艺。贵金属以及相对柔软的、低熔点的金属是优良的湿部件(wetting partners)。因此，第一及/或第二层最好包含至少一个具有化学元素的材料，所述化学元素来自铟、锡、铅、以及镉群组。该材料在一方面可以仅仅由所述化学元素的其中之一构成，尤其是，关于重量、原子及/或体积比，第一及/或第二金属层可以主要地或完全地由锡、铅、镉或者尤其是最好由铟构成。在另一方面，该材料可以由所述化学元素以及其它化学元素或指定的化学元素的共晶化合物构成，尤其是，关于重量、原子及/或体积比，第一及/或第二金属层可以主要地或完全地由共晶的铅-锡、镉-锡或者尤其最好是铟-锡构成。

为了改善在材料锁定连接的情况或在第三方法步骤期间的湿度及/或扩散，第一及/或第二层的温度至少有时超过室温。在第三方法步骤期间，第一及/或第二层的温度最好至少有时超过30℃。例如，其有时在50℃与100℃之间。该接合工具的凝固在这种温度范围中也可被促进，其中，在时间方面加速凝固及/或增加固化的接合工具的强度。

附图说明

下面参考5个实施例对本发明进行详细描述。所附图式为示意性地显示，并且对尺寸是没有必要的。图式中：

图1a为根据本发明，用于生产根据本发明的二极管激光组件的第一实施例的第二方法步骤中组件的布置的侧视图；

图1b为根据本发明的第一实施例的第三方法步骤中组件的布置的侧视图；

图1c为焊接的二极管激光组件的电流-光图以及电流-电压图；

图1d为根据第一实施例生产的二极管激光组件的电流-光图以及电流-电压图；

图1e为焊接的二极管激光组件的发射器的光功率分布的近场分布图；

图1f为根据第一实施例生产的二极管激光组件的发射器的光功率分布的近场分布图；

图2a为根据本发明，通过用于实现生产根据本发明二极管激光组件的第二实施例的第二方法步骤的第一部分的组件的布置的侧视图；

图2b为根据本发明，通过用于实现第二实施例的第二方法步骤相对于第一部分而时间延迟的第二部分的组件的布置的侧视图；

图2c为根据本发明第二实施例的第三方法步骤中的组件的布置的侧视图；

图3a为根据本发明，用于生产根据本发明二极管激光组件的第三实施例的第二方法步骤中的组件的布置的主视图；

图3b为根据本发明的第三实施例的第三方法步骤的第一部分中组件的布置的主视图；

图3c为根据本发明的第三实施例的第三方法步骤中通过第一部分而时间延迟的第二部分中组件的布置的主视图；

图4a为根据本发明的方法的第四实施例，在生产二极管激光组件中使用的二极管激光子组件的组件的侧视图；

图4b为图4a的二极管激光子组件的侧视图；

图4c为根据本发明，用于生产根据本发明二极管激光组件的第四实施例的第二方法步骤中的组件的布置的侧视图；

图4d为根据本发明第四实施例的第三方法步骤中的组件的布置的侧视图；

图5a为根据本发明的方法的第五实施例，在生产二极管激光组件中使用的二极管激光子组件的组件的主视图；

图5b为图5a的二极管激光子组件的主视图；

图5c为根据本发明，用于生产本发明二极管激光组件的第五实施例的第二方法步骤中的组件的布置的侧视图；

图5d为根据本发明第五实施例的第三方法步骤中的组件的布置的主视图。

使用的阴影表示连接方式，并且不被解释为剖视图。

在激光二极管组件10的相对侧上作为镀金属17和18而形成的接触层仅在第一实施例的图1a和图1b中显示，并且为了清晰起见，在所有其它的图式中均被省略。

相同的附图标记表示相同或相似的物体。关于说明书中未说明的附图标记可参考下面的附图标记表。

具体实施方式

第一实施例

根据本发明的方法的第一实施例，提供铜制的第一导热体20与铜制的第二导热体30，用于生产二极管激光组件。第一导热体20和第二导热体30的外部均涂布镍与金层。第一导热体20具有第一连接部分26、第一接触部分25、以及第一连接表面21。第二导热体30具有第二连接部分36、第二接触部分35、以及第二连接表面31。第一铟层51被涂布于第一连接表面21，第二铟层52被涂布于第二连接表面31。

第一导热体20在第二方法步骤中相对于第二导热体30被定向，以使第一连接表面21与第二连接表面31彼此相对(图1a)。

此外，在第一方法步骤中，激光二极管条10被提供为半导体组件装置，其中所述激光二极管条10在第一侧具有第一金属层17以及镀金的外部电接触表面11，在第二侧具有第二金属层18以及镀金的外部接触表面12。在第二方法步骤中，激光二极管条10插入第一接触部分25与第二接触部分35之间，以使其第一电接触表面11与第一连接表面21相对，其与第一电接触表面11相对的第二电接触表面12与第二连接表面31相对。接合工具55插入第一连接部分26与第二连接部分36之间，所述接合工具55在插入时不需要必须地表现为层，而是可以被应用为滴落至第一连接部分26及/或与各自的其它连接部分相对的第二连接部分36的表面上的滴状物或滴状场。在这种情况中，填充有陶瓷颗粒的环氧树脂黏合剂(简称为“环氧”)被用作为电绝缘接合工具55。在背对接合工具的一侧，激光二极管条10具有与两电接触表面11和12垂直的辐射发射表面13。

在第三方法步骤中，压应力53施加于背对第二接触部分35的激光二极管条的一侧。第一导热体20及其侧22在图1b未显示的静止的或未被移动的反向件上背对激光二极管条，并且作为阻挡物。在该阻挡物中，建立与压应力53相对的反作用力，并且该反作用力与压应力53一起确保铟层51与52的压力负荷。装置的温度从室温增加至70℃，以影响、支持、或加速接合工具55的固化以及凝固，并且增加金属层51和52的铟的趋势，以扩散至镀金属17和18的金。在第三方法步骤期间，铟层的温度不超过70℃，直至完成作为半导体模块的二极管激光组件80。然而，激光二极管条10与导热体20和30的材料锁定连接通过将固态铟扩散至固态金而实现。二极管激光组件80的生产通过接合工具55的凝固而完成，其在远离激光二极管组件10的第一导热体20与第二导热体30之间形成稳定的材料锁定连接，并且将装置的温度冷却至室温。通过接合工具55而形成的材料锁定在铟层51与52上至少部分地保持导热体20与30的压力负荷，因此，铟层51与52被保护，以免受张力、剪切力以及剥离应力，并且在二极管激光组件80的操作期间，也可保证激光二极管组件10的充分的电接触和热接触。为了在操作中冷却二极管激光组件，在背对第一导热体的激光二极管条10的一侧上，冷却组件(图未示)与接触表面22连接。在操作期间发射的二极管激光辐射的发射方向为图1b中的箭头15所示的方向。

由于铟层51与52也可为焊接层，但是在本发明中未被用作为焊接层，因为在二极管激光模块的生产期间，没有一点是铟的熔化温度，即157℃，该温度超过了两铟层51与52的任意一个，这种生产方法可以被描述为激光二极管条10的钳制。

相比之下，一种生产方法被描述为激光二极管条10的焊接，其中一个或两个铟层51与52的温度超过熔化温度。作为规定，焊接应该具有比钳制更好的二极管激光组件的热学特性，例如热阻。焊接的缺点是在焊锡的熔化温度(最好是凝固温度)产生的材料锁定，特别是在两铟层51与52的两侧的焊接，尤其利用超过从发射器至发射器的激光二极管条10的宽度的不均匀的过程，将高机械应力导入于激光二极管条10。由于发射器的辐射的光学特性很大程度上取决于各自的发射器中的压力状态，相应的激光二极管条10的不同区域的不均匀的辐射特性是可以被预期的。

将在两侧上用铟焊锡焊接的激光二极管条10与在两侧上用在940nm区域中的发射波长的铟层51和52钳制的激光二极管条10进行比较，两种变换的数个二极管激光组件80被生产并且相互比较。图1c至图1f再现了在每种变换的120W的光学功率用最高的光电效率表示的各自的特性。图1c显示了在两侧焊接的相应的二极管激光组件80的电流-光图以及电流-电压图，图1d显示了在根据本发明生产的两侧上钳制的相应二极管激光组件80的电流-光图以及电流-电压图。两种变换的光电特性、机械特性以及热学特性的比较结果如表1所示：

	阈值电流	跨导	效率	热阻	微笑曲线
						焊接的	14.4A	1.1W/A	63％	0.38K/W	1.5μm
钳制的	15.3A	1.1W/A	63％	0.37K/W	0.6μm

表1：在两侧上焊接的与在两侧上钳制的激光二极管条的比较。

可以看出，钳制的变换具有可与焊接的变换比较的光电效率。热学特性也非常相似。关于热阻，需要指出的是，热阻的建立受热力机械机制的影响，因此，假设系统误差为+/-0.03K/W。微笑曲线表示激光二极管条10沿其横轴的曲率，所述横轴表示为与自测量值插入的直线的两最大正负偏差的总和。这里，钳制明显地较焊接的变换为佳，考虑在光纤中数个发射器的辐射的耦合期间的效率，其效果尤其为正。

图1e显示了焊接的二极管激光组件80的发射器的光功率分布的近场分布图，图1f显示了在两侧上钳制的二极管激光组件80的发射器的光功率分布的近场分布图。由于已经在本发明的说明书中进行了上述强调，钳制的激光二极管条10的发射器的功率的均匀性以及光功率值明显地优于焊接的激光二极管条10的发射器。

第二实施例

与第一实施例不同，本实施例不进行双侧钳制，以生产第二实施例的二极管激光组件，在激光二极管条10的外延侧11已被焊接在第一导热体20上之后，只有激光二极管条10的单侧(基板侧)钳制。

由外部的银-金刚石复合材料核构成的第一导热体20至少在激光二极管条10上以及背对激光二极管条10的一侧上具有易制造的铜层，以生产光滑的连接表面。第一导热体的银与金刚石是以混合比例，其中给出了第一导热体20与热膨胀系数，两者仅以大于激光二极管条10的热膨胀系数的0.5至1.5ppm/K进行混合。因此，在导热体20上进行激光二极管条10的低应力外延侧硬焊接是可能的。为此，在第一方法步骤中，金-锡焊接层51被涂抹于面向第一导热体20的接触部分25的激光二极管条10的一侧，其在80∶20的金-锡的重量比中具有共晶金-锡(图2a)。在第二方法步骤的第一部分，激光二极管条10因此通过其外延侧接触表面11被焊接至第一导热体20。在第二方法步骤的下述第二部分中，5μm至100μm厚度的铟箔52被涂抹于第二铜导热体30的激光二极管条10与第二接触部分35之间，以及第一导热体20与第二导热体30的彼此相对的连接部分26与36之间的电绝缘接合工具55(图2b)。在第三方法步骤中，施加压应力53及热量，其中铟层52的温度不超过100℃。一些铟扩散至激光二极管条的第二接触表面12的基板侧金层，一些扩散至第二导热体30的铜，其表面至少在扩散区域已被预先充分地释放氧气。

二极管激光组件80的生产过程用接合工具55的固化而完成。

第三实施例

具有激光器13a的激光二极管10在第三实施例中被用作激光二极管组件。由于图3a的深度方向中共振器的长度大于激光二极管10的宽度，具有优势地，热量散布至平行于激光二极管10的接触表面11与12的左侧或右侧，以及垂直于共振器方向或光发射方向15的两侧。在该意义中，第一导热体20与第二导热体30的每一个均具有位于各自的接触部分25和35之间的两个相对的连接部分26和36，一个在左边，一个在右边。

在真空中，接触部分25与35的连接表面21与31通过适当的方法，以用由铝构成的导热体20与30将天然氧化铝层去除。然后，不遭受氧周围的大气，接触部分25与36的接触表面21与31在每种情况中分别用铟层51和52在真空中被金属化(图3a)。各自的连接表面21或31被保护，以免受铟层51或52的氧化。因此，甚至在氧周围的大气中，铟层51或52与各自的导热体20或30之间的低阻电连接可以建立并保持。

在根据本发明的第三方法步骤的第一部分中，首先，包含第一导热体20、激光二极管10以及第二导热体30的装置被暴露于压力53，以在导热体20与30的连接部分26与36之间获得不具有接合工具55的组件的摩擦锁定连接(图3b)。当保持压力53时，所述接合工具55未插入连接部分26与36之间，直至根据本发明的第三方法步骤期间。因此，在其凝固期间，它在连接部分26与36之间不存在直至根据本发明的第三方法步骤的第二部分，然而保持压力53，并且在导热体20与30之间保持材料锁定。所述接合工具不必要电绝缘，因为导热体20与30的表面天然氧化铝层已经确保电绝缘，因此所需的导热体20与30的电势相互分离。

在第一选择性生产变换中，在真空中将天然氧化铝层去除之后，连接表面21或31在真空中被提供为具有钛-铂-金镀金属，其起保护以免受氧化的作用。该铟层被插入装置中，代替在每种情况中，在连接表面21或31与电接触表面11或12之间气相淀积、嵌入铟箔51或52。

在第二选择性生产变换中，在真空中清洗铝表面的连接表面21或31之后，在相同的真空中，激光二极管10被插入接触部分25或35之间，并且在激光二极管10的两侧上与铟箔51或52被分别设置于各自的接触部分25或35与激光二极管10之间。力53同样也被施加于真空中。在工艺的消除期间，保持力53直至最后接合工具被引进连接部分26与36之间，并且被固化。

第四实施例

在第四实施例中，与之前的三个实施例不同的是，半导体组件装置不是通过激光二极管组件来提供，而是通过具有激光二极管条10的二极管激光子总成40被提供至共轴侧接触表面11，其中第一导电接触体41以材料锁定的方式固定于基板侧接触表面12，第二导电接触体42以材料锁定的方式固定(图4a，图4b)。导电接触体41与42通过金属化的金而提供，包含铜-钨化合物的300μm厚度的铜-钨基板(CuW基板)以特定比例的铜部分与钨部分来呈现，从而使不同于激光二极管条10的热膨胀系数由于铜-钨基板而不超过2ppm/K。对于GaAs激光二极管条10，铜部分与钨部分的重量比最好为10∶90。

CuW基板41和42凭借包含重量比为80∶20的金锡的金-锡焊锡被焊接至激光二极管条10。与铟不同，金-锡焊锡在比较高的热机和电机交替荷载下是稳定的，因此，通过使用接触体41和42，当有高功率要求时，激光二极管条的直接电接触也是被保护的以防止劣化。

二极管激光子总成40在其第一接触体41上具有背对激光二极管条10的第一热接触表面45，在其第二接触体42上具有背对激光二极管条10且与第一热接触表面45相对的第二热接触表面46。

第一热接触表面45准备通过第一铜导热体20而进行电连接和热连接(图4c)。第二热接触表面46准备通过第二铜导热体30进行电连接和热连接。根据本发明，第一导热体20与第二导热体30在二极管激光子总成40分别朝向其激光二极管条10的pn迁移的垂直的投影中分别具有接触部分25和35以及分别面向二极管激光子总成40的连接表面21和31。根据本发明，导热体20和30分别具有连接部分26和36，其在所述垂直投影的外部彼此相对地延伸。

首先，50μm厚度的铟箔51插入第一连接表面21与第一热接触表面45之间。其次，50μm厚度的铟箔52插入第二连接表面31与第二热接触表面46之间。在环氧化物树脂黏着层55和56的两侧上提供的750μm厚度的氧化铝或陶瓷板插入第一连接部分26与第二连接部分之间。

在生产方法的连接步骤中，力53在外部上被施加于背对第二导热体30的二极管激光子总成40的一侧，而背对第一导热体20的二极管激光子总成40的一侧坚固地停留在烤箱的热板上。该生产温度超过70℃。然而，其不超过100℃。材料锁定的二极管激光组件单元通过固态地扩散铟箔51和52的铟至第一导热体20和第一导热体30的近表面铜以及CuW基板的金属化的金而实现，其中材料锁定的二极管激光组件单元由于两连接部分之间的黏着层55和56也被材料锁定稳固。

第五实施例

第五实施例与第四实施例的不同之处在于，用120μm厚度且具有2x3个场发射器的称为迷你条10来替代具有很多发射器的激光二极管条，该迷你条10以两行排列，每一行具有三个发射器，使用为一个建立在另一个之上，其中两行之间的距离为2μm至5μm。这种在彼此的顶部上排列的发射器的结构可以凭借分子束外延(MBE)的金属有机物化学气相淀积(MOCVD)而外延生成。

作为接触体41和42的在两侧设置铜并且每一个的总厚度为50μm的钼条使用金-锡焊锡而贴附于迷你条的相对接触面11与12，以使其在平行于接触表面且垂直于辐射方向15的迷你条的相对侧上的自由端部投影在迷你条10之外(图5b)。

第一导热体20和第二导热体30为具有表面的、天然的或人工加强的具有电绝缘特性的氧化层的铝立方体。在每种情况中的氧化层上，薄的、10μm厚度的铟层51和52被涂抹于导热体20和30的接触部分25和35的每一个上(图5c)。250μm厚的导电填银环氧化物树脂黏合剂层55插入导热体20与30的连接部分26与36之间。通过铝导热体20和30的表面氧化层来防止迷你条10的接触表面11与12之间的短路。用于防止导热体20和30在连接工艺中相互倾斜的230μm厚的间隔58位于背对二极管激光子总成40的一侧。由于在之前的实施例中，暴露于力并且发生热，但是具有不同的结果，即铝导热体20和30与二极管激光子总成40仅以力锁定的方式连接，因为铟层51和52的铟未将导热体的(铝)氧化层浸湿。这种摩擦锁定在受固化黏合剂55影响的导热体20和30的连接部分26与36之间被材料锁定稳固。

当第一导热体20和第二导热体30单独地需要热焊接时，钼条41和42的自由端部横向地投影在第一导热体20和第二导热体30之外的相对侧，并且表现为电焊接。

可以理解地是，在不超出本发明的内容的范围的情况下，实施例的一个或数个特征可以相互替换并且相互结合。

符号说明

10激光二极管组件

11第一电接触表面

12第二电接触表面

13辐射发射表面

13a辐射发射部分，发射器

15辐射发射方向标志

16第一接触层

17第二接触层

20第一导热体

21第一连接表面/入热表面

22第一导热体20的连接表面

25第一导热体20的接触部分

26第一导热体20的连接部分

30第二导热体

31第二连接表面/入热表面

32第二导热体30的连接表面

35第二导热体30的接触部分

36第二导热体30的连接部分

40二极管激光子总成

41第一接触体

42第二接触体

45第一热接触表面

46第二热接触表面

50中间部分

51第一金属层

52第二金属层

53力方向标志

55第一接合工具层

56第二接合工具层

58间隔

80二极管激光组件

Claims (20)

1.一种用于生产半导体模块(80)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)提供

i)半导体组件装置(10/40)，其中

-在第一侧上具有与至少一个第一电连接(16/41)连接的第一接触表面(11/45)；以及

-在与所述第一侧相对的第二侧上具有与至少一个第二电连接(17/42)连接的第二接触表面(12/46)，

ii)第一导热体(20)；

iii)至少一个第二导热体(30)；

iv)第一金属层(51)；

v)至少一个第二金属层(52)；以及

vi)至少一个接合工具(55)；

b)将所述半导体组件装置(10/40)排列在所述第一导热体(20)与所述第二导热体(30)之间，以使所述第一导热体(20)的第一接触部分(25)与所述第一接触表面(11/45)相对，使所述第二导热体(30)的第二接触部分(35)与所述第二接触表面(12/46)相对，其中至少一部分的所述第一金属层(51)排列在所述第一接触部分(25)与所述第一接触表面(11/45)之间，而至少一部分的所述第二金属层(52)排列在所述第二接触部分(35)与所述第二接触表面(12/46)之间；

c)产生至少一个力(53)，藉由所述第一导热体(20)及所述第二导热体(30)的其中之一在所述第一导热体(20)及所述第二导热体(30)中另一个的方向中，将至少一组件有效地定位；以及

d)藉由所述接合工具(55)的固化来产生所述第一导热体(20)及第二导热体(30)的材料锁定连接，

其中，

在步骤c)中，所述第二金属层(52)的温度不超过具有最低熔化温度的所述第二金属层(52)的金属材料的熔化温度，并且

在步骤c)中，在所述材料锁定连接生成的同时产生至少一个力(53)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导热体(20)的第一连接部分(26)设置于与远离所述半导体组件装置(10/40)的所述第二导热体(30)的第二连接部分(36)相对，

并且至少一部分的所述接合工具(55)排列在所述第一连接部分(26)与所述第二连接部分(36)之间。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在方法步骤c)中产生的力(53)为自外部施加于所述第一导热体(20)及所述第二导热体(30)的至少其中之一上的外力，并且至少一组件在所述第一导热体(20)及所述第二导热体(30)的另一个的方向上被定位，

其中，方法步骤d)在方法步骤c)之后进行，其中所述外力(53)部分或完全地被消除。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在方法步骤b)中，所述材料锁定连接发生在所述第一接触部分(25)与所述半导体组件装置(10/40)之间，所述半导体组件装置(10/40)包含在所述第一接触部分(25)与所述半导体组件装置(10/40)之间排列的所述第一金属层(51)的至少一个金属材料。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在方法步骤c)中，在所述第二接触部分(35)与所述第二接触表面(12/46)之间形成被固化的所述接合工具(55)保持的力锁定连接。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在方法步骤c)中，所述第二接触部分(35)与所述半导体组件装置(10/40)之间所述材料锁定连接的形成通过固态地扩散所述第二金属层(52)的至少一个金属材料至所述第二接触部分(35)及/或所述第二电连接(17/42)的金属表面区域，及/或通过固态地扩散所述第二接触部分(35)及/或所述第二电连接(17/42)的表面区域的至少一个金属材料至不具有所述第二金属层(52)的金属材料、所述第二接触部分(35)或所述第二电连接(17/42)的表面区域的金属材料的其中之一的所述第二金属层(52)而进行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或与其形成的化合物的一个或多个混合的其中之一变为液态。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在方法步骤c)中，所述第一金属层(51)和所述第二金属层(52)的温度不超过所述第一金属层(51)和所述第二金属层(52)中各自的材料的熔化温度以及各自的最低熔化温度。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

在方法步骤c)中，发生在所述第二接触部分(35)与所述第二接触表面(12/46)之间摩擦锁定连接的形成和在所述第一接触部分(25)与所述第一接触表面(11/45)之间摩擦锁定连接的形成，所述摩擦锁定连接的形成均被固化的所述接合工具(55)保持。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

在方法步骤c)中，所述第二接触部分(35)与所述半导体组件装置(10/40)之间所述材料锁定连接的形成通过固态地扩散所述第二金属层(52)的至少一个金属材料至所述第二接触部分(35)及/或所述第二电连接(17/42)的金属表面区域，及/或通过固态地扩散所述第二接触部分(35)及/或所述第二电连接(17/42)的表面区域的至少一个金属材料至不具有所述第二金属层(52)的金属材料、所述第二接触部分(35)或所述第二电连接(17/42)的表面区域的金属材料的其中之一的所述第二金属层(52)而进行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或与其形成的化合物的一个或多个混合的其中之一变为液态，以及

所述第一接触部分(25)与所述半导体组件装置(10/40)之间所述材料锁定连接的形成通过固态地扩散所述第一金属层(51)的至少一个金属材料至所述第一接触部分(25)及/或所述第一电连接(16/41)的金属表面区域，及/或通过固态地扩散所述第一接触部分(25)及/或所述第一电连接(16/41)的表面区域的至少一个金属材料至不具有所述第一金属层(52)的金属材料、所述第一接触部分(25)或所述第一电连接(16/41)的表面区域的金属材料的其中之一的所述第一金属层而进行，其形成的化合物的其中之一或者其形成的相互混合或与其形成的化合物的一个或多个混合的其中之一变为液态。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

至少方法步骤c)在真空中进行或在对于所述第一金属层(51)及/或所述第二金属层(52)的所述第一及/或第二金属材料不易发生化学反应或降低的气氛中进行。

11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述第一导热体(20)和所述第二导热体(30)由至少一个金属材料所构成，而所述接合工具(55)为硬塑料和胶接剂的群组所形成的电绝缘接合工具。

12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在方法步骤a)或b)中，所述第一金属层(51)设置于面向所述半导体组件装置(10/40)的所述第一接触部分(25)的所述第一接触表面(11/45)或第一入热表面(21)；及/或所述第二金属层(52)设置于面向所述半导体组件装置(10/40)的所述第二接触部分(35)的所述第二接触表面(12/46)或第二入热表面(31)。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一金属层(51)及/或所述第二金属层(52)的至少一个材料包含自铟、锡、铅、以及镉群组的化学元素。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，

考虑重量、原子及/或体积比，所述第一金属层(51)及/或所述第二金属层(52)主要由铟构成，并且在方法步骤c)期间，所述第一金属层(51)及/或所述第二金属层(52)的温度至少有时超过30℃。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述半导体组件装置(10)形成为半导体组件(10)，并且所述第一电连接(16)和所述第二电连接(17)通过在所述半导体组件(10)的第一侧上的至少一个第一金属层(16)以及在所述半导体组件(10)的第二侧上的至少一个第二金属层(17)而形成，其中所述第一接触表面(11)排列在背对所述第一金属层(16)上的所述半导体组件(10)的一侧上，而所述第二接触表面(12)排列在背对所述第二金属层(17)上的半导体组件(10)的一侧上。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述半导体组件装置(40)具有至少一个半导体组件(10)；

所述第一电连接(41)形成为至少一个第一导电接触体(41)，其藉由第一导电接合工具以材料锁定的方式固定于所述半导体组件(10)的第一侧，以及

所述第二电连接(42)形成为第二导电接触体(42)，其藉由第二导电接合工具以材料锁定的方式固定于与所述半导体组件(10)的所述第一侧相对的所述半导体组件(10)的第二侧。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，

所述第一导电接合工具及/或所述第二导电接合工具包含金与锡，并且所述第一导电接触体(41)及/或所述第二导电接触体(42)包含钨、钼、碳、氮化硼及/或金刚砂。

18.如权利要求15至17的任意一项所述的方法，其特征在于，

考虑重量、原子及/或体积比，所述第一导热体(20)和所述第二导热体(30)主要由铜及/或铝构成。

19.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述第一导热体(20)及/或所述第二导热体(30)为冷却组件。

20.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述第一导热体(20)及/或所述第二导热体(30)为贴附至少一个冷却组件。