CN103203565B - 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,是按照下述步骤制备而成的: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,烧结时充氮气或者氢气,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。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%,形成以银为主的合金焊料,此时熔点660-670℃,形成高温焊料,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阵及叠阵的制备方法,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,焊料的熔化温度高,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,是按照下述步骤制备而成的:a、在热沉和管芯上制备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薄膜、铟薄膜和第二银薄膜上设有凹槽,热沉的第一银薄膜、铟薄膜和第二银薄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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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上的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜4上设有凹槽6,热沉5的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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上的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜4上设有凹槽6,热沉5的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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上的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜4上设有凹槽6,热沉5的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜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,是按照下述步骤制备而成的:
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,铟薄膜和银薄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上的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜4上设有凹槽6,热沉5的第一银薄膜2、铟薄膜3和第二银薄膜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制备而成的:a、在热沉和管芯上制备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薄膜、铟薄膜和第二银薄膜上设有凹槽,热沉的第一银薄膜、铟薄膜和第二银薄膜上设有与凹槽配合的凸起。
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