CN104593728B - 一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法 - Google Patents

一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法，其包括：步骤1，设计表面型半导体激光器件的热沉夹具(7)的热沉夹具窗口尺寸大小，将各个热沉夹具窗口(5、6)的尺寸设计为不同尺寸；步骤2，将预置焊料利用步骤1设计的热沉夹具生长焊料，生成呈台阶型分布的焊料。该方法通过改变半导体激光器热沉预置焊料夹具两个窗口的尺寸，不仅可以获得特定要求焊料尺寸与形状，而且避免了半导体激光器封装结构的复杂化。

Description

一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法
技术领域
本发明属于半导体激光技术领域，尤其涉及一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法。
背景技术
由于半导体激光器具有较高的光电转换效率、可靠的工作稳定性、紧凑的体积和简单的驱动要求等众多优点使其在激光加工、军事国防、医疗卫生等领域中的应用越来越广泛。目前蓝宝石衬底的半导体激光器芯片以其价格便宜，生长工艺相对容易等优势在市场上的占有率越来越高。由于其衬底是由蓝宝石非导电材料构成的，故在生长器件时通过外延生长、刻蚀等方法将其生长成具有台阶的表面型结构(如图1)。这种结构解决了蓝宝石基底不能导电的缺点。但表面型半导体器件由于其台阶型结构，在芯片封装时会有表面高低不平的情况，这容易产生器件由于电极接触不良而导致其寿命大大的缩短或者器件的烧毁这会严重影响器件的性能。这就限制了表面型半导体激光器件的广泛应用。
目前改变表面型半导体激光器件倒装焊用焊料的制备方法较少，而目前焊料预置在热沉上的方法主要是焊料平整且均匀的，对于表面型半导体器件台阶型的预置并没有相关报道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法，该方法通过改变表面型半导体激光器件预置焊料结构，不仅可以获得特定要求的焊料结构分布，而且避免了半导体激光器封装结构的复杂化。
本发明的表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法，其包括以下步骤：
步骤1，设计表面型半导体激光器件的热沉夹具的热沉夹具窗口尺寸，且将各个热沉夹具窗口的尺寸设计为不同尺寸；
步骤2，将预置焊料利用步骤1设计的热沉夹具生长焊料，生成呈台阶型分布的焊料。
进一步的，预置焊料生成P型电极面的热沉夹具窗口的尺寸比预置焊料生成N型电极面的热沉夹具窗口尺寸大。
进一步的，预置焊料生成P型电极面的热沉夹具窗口长0.8mm、宽4mm，
预置焊料生成N型电极面的热沉夹具窗口长0.6mm、宽2mm。
进一步的，所述焊料为In焊料或AuSn焊料。
有益效果：
与现有技术相比，本发明利用热沉夹具窗口面积的不同、焊料生长的厚度以及分布不同的原理，改变了夹具窗口的面积，使焊料按特定要求生长，从而满足特定的使用要求，提高了焊接工艺的直通率与表面型半导体器件的稳定性，而且还避免了其结构的复杂化，使其得到更加广泛的应用。
附图说明
图1为现有技术中的表面型半导体激光器件结构；
图2为本发明的表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法获得的热沉夹具结构示意图；
图3为现有技术中的未改变热沉夹具窗口尺寸焊料生长分布示意图；
图4为本发明的表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法获得的焊料生长分布示意图。
其中，附图标记为：
1-芯片P型电极；
2-芯片N面电极；
3-芯片外延生长层；
4-芯片衬底；
5、6-热沉夹具的窗口；
7-热沉夹具；
8-热沉；
9-未改变热沉夹具窗口焊料；
10-改变热沉夹具窗口焊料台阶型。
具体实施方式
目前半导体激光器件焊料的生长工艺主要是蒸镀法，当焊料的高度与夹具窗口的高度一样时，由于附着力的作用窗口边缘会有焊料继续生长成梯形台结构，当生长到一定高度时窗口面积小的焊料会更早的容易断裂，而面积大的窗口会继续生长焊料，从而生长成高低不同的台阶型焊料。如图1所示，芯片衬底(4)上生长芯片外延生长层(3)，在芯片外延生长层(3)上的芯片P型电极(1)与芯片N面电极(2)呈台阶型。
而本发明则通过改变半导体激光器热沉预置焊料夹具两个窗口的尺寸，不仅可以获得特定要求焊料尺寸与形状，而且避免了半导体激光器封装结构的复杂化。
本发明采用了如下技术方案：
改变热沉夹具两个窗口尺寸的方法：设计热沉夹具窗口尺寸；该热沉夹具两个窗口尺寸大小不同；将该热沉夹具窗口的间距和面积按照芯片电极的高度差进行设计并加工，使生长的焊料按特定要求分布。
本发明通过不同尺寸的热沉夹具窗口生长出焊料厚度不同的预置焊料热沉。即改变热沉夹具窗口的尺寸，按照特定的长和宽生长出不同分布的焊料。由于热沉夹具窗口尺寸的不同，其生长的焊料分布不同，例如梯形分布或矩形分布。
在设计热沉夹具窗口的过程中，窗口的尺寸不能小于电极的尺寸间距尺寸不宜过小，以避免预置焊料的尺寸小于电极的尺寸而使半导体器件在焊接过程中产生焊线不均匀或空洞导致器件的稳定性变差。
热沉夹具窗口尺寸的选择可以根据芯片电极最终所需的尺寸来确定，根据芯片电极尺寸大小决定热沉夹具窗口尺寸的设计。
如图2所示，热沉夹具(7)由2个热沉夹具窗口(5、6)组成。
较佳的是，所述热沉夹具两个窗口的面积各不相同。如将热沉夹具窗口的尺寸从左至右设计为:长x宽：0.8x4mm2，0.6x2mm2。
较佳的是，所述生长的焊料按特定的要求分布。如：焊料经蒸镀或其它方式的生长后在热沉(8)上的台阶状分布，如图4所示，改变热沉夹具窗口焊料(10)呈台阶型分布。而现有技术的方法中焊料预置在热沉上的方法主要是焊料平整且均匀的，如图3所示，未改变热沉夹具窗口焊料(9)的分布是均匀、平整的。
相对于单个窗口的夹具所生长的均匀焊料，梯状结构分布的焊料能更好的与表面型半导体器件的电极焊接，大大的提高了半导体器件的寿命和稳定性。从而使其能更广泛的应用于各个领域。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，设计表面型半导体激光器件的热沉夹具的热沉夹具窗口尺寸，将各个热沉夹具窗口的尺寸设计为不同尺寸；
步骤2，将预置焊料利用步骤1设计的热沉夹具生长焊料，生成呈台阶型分布的焊料；
预置焊料生成P型电极面的热沉夹具窗口尺寸比预置焊料生成N型电极面的热沉夹具窗口尺寸大；
预置焊料生成P型电极面的热沉夹具窗口长0.8mm宽4mm，
预置焊料生成N型电极面的热沉夹具窗口长0.6mm宽2mm。
2.根据权利要求1所述的表面型半导体激光器件倒装焊用焊料制备方法，其特征在于，所述焊料为In焊料或AuSn焊料。
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