CN103203565A - 用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：a、在热沉或者管芯上制备2~5μm的第一银薄膜；b、在第一银薄膜上制作1~2μm的铟薄膜；c、在铟薄膜上制作0.1~0.2μm的第二银薄膜；d、将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。本发明采用分层结构，由于烧结时间短，只有最上层的银与铟扩散，铟下面的银还没有来得及和铟扩散，只是铟表面的银和铟有充分的扩散，这时银的含量为1%-3%，仍是以铟为主的合金，所以烧结温度低。当经过较长时间的低温退火后，铟下面的银全部与铟扩散，铟的含量为20%-33%，形成了以银为主的合金焊料，此时熔点为660-670℃，形成了高温焊料，满足了大功率半导体激光器列阵或叠阵的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率半导体激光器列及机叠阵的制备方法，具体涉及一种的半导体激光器列阵及叠阵中的耐高温焊料。
背景技术
目前用于大功率半导体激光器列阵的铟焊料有固定的熔点，在大功率半导体激光器管芯烧结后，焊料的熔点仍然和烧结前一样，铟的熔点为156℃，在使用铟焊料时，通常会覆盖很薄的一层银来防止铟的氧化，覆盖银之后，如银的含量低，铟焊料的熔点还会降低至144℃。对于大功率半导体激光器列阵或叠阵，工作时电流很大，若光电转换效率为50%，器件会产生的很高的热量，热量散出方向功率密度达1000W/cm2 ，叠阵的功率密度会更高，这种情况下，焊料的温度就会很高，器件升温会给铟焊料带来损伤，甚至使焊料重新熔化，使芯片脱离热沉，造成器件的毁坏。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，其在低温下烧结，焊料的溶化温度高，满足大功率半导体激光器列阵高热量的要求。
本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：a、在热沉或者管芯上制备2~5μm的第一银薄膜；b、在第一银薄膜上制作1~2μm的铟薄膜；c、在铟薄膜上制作0.1~0.2μm的第二银薄膜；d、将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
所述管芯上的第一银膜、铟膜和第二银膜上设有凹槽，热沉的第一银膜、铟膜和第二银膜上设有与凹槽配合的凸起。
本发明据银铟的二元相图，在银铟合金中，当银含量为1%-3%时，其熔点为144℃，当铟含量为20%-33%时，合金焊料熔点达到660-670℃。本发明采用分层结构，在烧结时，由于烧结时间短，只有最上层的银与铟扩散，铟下面的银还没有来得及和铟扩散，只是铟表面的银和铟有充分的扩散，这时银的含量为1%-3%，仍是以铟为主的合金，所以烧结温度低。当经过较长时间的低温退火后，铟下面的银全部与铟扩散，铟的含量为20%-33%，形成了以银为主的合金焊料，此时熔点为660-670℃，形成了高温焊料，满足了大功率半导体激光器列阵或叠阵的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1中管芯部分结构示意图。
图2是本发明实施例1中热沉部分的结构示意图。
图3是本发明实施例2中管芯部分结构示意图。
图4是本发明实施例2中热沉部分的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图1所示，在管芯1上制备2μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、在铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图2所示，在热沉5上制备2μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
在烧结时，由于铟上覆盖的银很薄，银会很快扩散进铟，这时铟的溶解温度为144℃，因此其所需的烧结温度很低，在160~180℃即可。当退火之后，管芯和热沉上银、铟焊料会全部扩散，形成银铟合金，根据银铟的二元相图，在银铟的成分中，如果铟的成分为20%-30% ，焊料熔点达到660-670℃，形成了高温稳定的焊料。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，和常规的制作大功率半导体激光器列阵焊料的方法一致。
本实施例中，热沉上面的焊料和管芯上面焊料的表面都是平整的，没有凸凹。
实施例2：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图1所示在管芯1上制备3μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作2μm的铟薄膜3；c、在铟薄膜3上制作0.2μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图2所示，在热沉5上制备3μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作2μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.2μm的第二银薄膜4。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，和常规的制作大功率半导体激光器列阵焊料的方法一致。
本实施例中，热沉上面的焊料和管芯上面焊料的表面都是平整的，没有凸凹。
其他同实施例1。
实施例3：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图1所示在管芯1上制备3μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、在铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图2所示，在热沉5上制备3μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，和常规的制作大功率半导体激光器列阵焊料的方法一致。
本实施例中，热沉上面的焊料和管芯上面焊料的表面都是平整的，没有凸凹。
其他同实施例1。
实施例4：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图1所示在管芯1上制备2~5μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1~2μm的铟薄膜3；c、在铟薄膜3上制作0.1~0.2μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图2所示，在热沉5上制备2~5μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1~2μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1~0.2μm的第二银薄膜4。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，和常规的制作大功率半导体激光器列阵焊料的方法一致。
本实施例中，热沉上面的焊料和管芯上面焊料的表面都是平整的，没有凸凹。
其他同实施例1。
实施例5：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图3所示在管芯1上制备2μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图4所示，在热沉5上制备2μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，制备过程中保持管芯1上的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有凹槽6，热沉5的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有与凹槽配合的凸起7。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。烧结的时候是第一管芯上的凹槽和热沉上的凸起卡和在一起，使焊料相互嵌套，这样银和铟有更大的接触面积，更容易扩散。
实施例6：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图3所示在管芯1上制备3μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作2μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.2μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图4所示，在热沉5上制备3μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作2μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.2μm的第二银薄膜4。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，制备过程中保持管芯1上的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有凹槽6，热沉5的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有与凹槽配合的凸起7。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
其他同实施例5。
实施例7：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图3所示在管芯1上制备4μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图4所示，在热沉5上制备4μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作1μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.1μm的第二银薄膜4。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，制备过程中保持管芯1上的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有凹槽6，热沉5的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有与凹槽配合的凸起7。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
实施例8：一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，是按照下述步骤进行的：
管芯部分的制备：a、如图3所示在管芯1上制备5μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作2μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.2μm的第二银薄膜4。
热沉部分的制备：a、如图4所示，在热沉5上制备5μm的第一银薄膜2；b、在第一银薄膜2上制作2μm的铟薄膜3；c、铟薄膜3上制作0.2μm的第二银薄膜4。
本发明中，铟膜和银膜的制备采用真空热蒸发法或者磁控溅射法即可，制备过程中保持管芯1上的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有凹槽6，热沉5的第一银膜2、铟膜3和第二银膜4上设有与凹槽配合的凸起7。
烧结过程：将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
其他结构同实施例5。
Claims (2)
1.一种用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，其特征在于是按照下述步骤进行的：a、在热沉或者管芯上制备2~5μm的第一银薄膜；b、在第一银薄膜上制作1~2μm的铟薄膜；c、在铟薄膜上制作0.1~0.2μm的第二银薄膜；d、将热沉和管芯在160~180℃烧结1~2min，烧结的时候充氮气或者氢气，之后在90~100℃退火1~2h。
2.根据权利要求1所述的用于大功率半导体激光器列阵及叠阵的耐高温焊料，其特征在于：所述管芯上的第一银膜、铟膜和第二银膜上设有凹槽，热沉的第一银膜、铟膜和第二银膜上设有与凹槽配合的凸起。
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