CN107809055A - 一种高功率半导体激光器芯片焊装方法 - Google Patents

一种高功率半导体激光器芯片焊装方法 Download PDF

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薄报学
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Abstract

一种高功率半导体激光器芯片焊装方法，属于激光技术领域。该领域已知技术难以有效避免激光器芯片焊装空洞的产生，使高功率半导体激光器的工作性能受到限制。本发明基于焊料毛细作用的半导体激光器芯片焊装方法，填充缝隙的焊料纯度高，焊料与焊接面的浸润性好，避免了由于焊料氧化、污染造成的焊料层空洞的产生，从而可明显改善激光器芯片的散热特性，提高激光器的工作性能。

Description

一种高功率半导体激光器芯片焊装方法
技术领域
本发明涉及一种高功率半导体激光器芯片焊装方法，属于激光技术领域。
背景技术
高功率半导体激光器的电光效率虽然较高，仍有40-50％的电功率转化为热量，热功率密度高达约每平方厘米5000瓦的水平。通常高功率半导体激光器芯片通过金属焊料倒装在高导热的次热沉表面，热量通过热传导方式经过焊料层、次热沉散发出去。因此，激光器芯片与次热沉之间的焊料焊装质量成为影响高功率半导体激光器芯片可靠工作的重要因素。通常的半导体激光器芯片焊装是在制备有金属焊料层的次热沉表面放置激光器芯片，在惰性气氛或真空环境下加热熔化焊料层，使激光器芯片与热沉焊接在一起。然而，由于焊料层表面难以避免的污染和氧化现象，使得焊料熔化时很难与激光器芯片的焊接面完全浸润，造成焊接面上存在局部的空洞效应，使高功率半导体激光器的散热能力受到严重影响，从而造成激光器输出功率降低、可靠性下降。
发明内容
本发明是这样实现的，见附图所示，将焊接面镀金的半导体激光器芯片1放在镀金的次热沉3的表面上。在半导体激光器芯片1的上面施加一定压力使其位置固定，同时也使得半导体激光器芯片1与次热沉3之间的缝隙较小。然后，在半导体激光器芯片1的侧面或后面的次热沉表面上放置金属焊料2，惰性气氛或真空环境中加热使金属焊料熔化。当熔化焊料在次热沉表面上扩展至芯片时，由于金属焊料在镀金层上较低的表面张力，所形成的毛细作用使得金属焊料从半导体激光器芯片1的侧面或后面扩展进半导体激光器芯片1与次热沉3之间的缝隙中，并很快填充整个缝隙，实现半导体激光器芯片1与次热沉3之间的高质量焊装。
本发明的技术效果在于，金属焊料2熔化并沿次热沉3的表面扩展时，未被氧化或污染的焊料具有更高的扩展能力，因此填充缝隙的焊料纯度高，具有与焊接面更好的浸润性，避免了由于焊料氧化、污染造成的焊料层空洞的产生，从而可明显改善激光器芯片的散热特性，提高了半导体激光器芯片的输出功率，并能够改善激光器工作的可靠性。
附图说明
所附图1为基于焊料毛细作用的高功率半导体激光器芯片焊装方法示意图，1为焊接面镀金的半导体激光器芯片，2为金属焊料，3为次热沉。
具体实施方式
如附图1所示，将焊接面镀金的半导体激光器芯片1放在镀金的次热沉3的表面上。在半导体激光器芯片1的上面施加一定压力使其位置固定，同时也使得半导体激光器芯片1与次热沉3之间的缝隙较小。然后，在半导体激光器芯片1的侧面或后面的次热沉表面上放置金属焊料2，惰性气氛或真空环境中加热使金属焊料熔化。当熔化焊料在次热沉表面上扩展至芯片时，由于金属焊料在镀金层上较低的表面张力，所形成的毛细作用使得金属焊料从半导体激光器芯片1的侧面或后面扩展进半导体激光器芯片1与次热沉3之间的缝隙中，并很快填充整个缝隙。由于金属焊料2熔化并沿次热沉3的表面扩展时，未被氧化或污染的焊料具有更高的扩展能力，因此填充缝隙的焊料纯度高，具有与焊接面更好的浸润性，避免了由于焊料氧化造成的焊料层空洞的产生，从而可明显改善激光器芯片的散热特性，实现了半导体激光器芯片1与次热沉3之间的高质量焊装。
下面结合实例说明本发明，半导体激光器芯片1采用4毫米腔长的976nm波长量子阱结构激光器芯片，芯片P面镀2微米厚的金层，次热沉3为厚度为0.5毫米的Ti/Pt/Au覆盖AlN基片，金属焊料2为4毫米长、宽0.5毫米、高0.1毫米的高纯AuSn焊料条，熔点约为280度。将半导体激光器芯片1放在次热沉3的表面上。在半导体激光器芯片1的上面施加2克压力使其位置固定，同时也使得半导体激光器芯片1与次热沉3之间的缝隙较小。然后，在半导体激光器芯片1的侧面的次热沉表面上放置金属焊料2，真空环境中加热使金属焊料2熔化。当熔化焊料在次热沉3表面上扩展至芯片时，由于AuSn焊料在镀金层上较低的表面张力，所形成的毛细作用使得AuSn焊料从半导体激光器芯片1的侧面扩展进半导体激光器芯片1与次热沉3之间的缝隙中，并很快填充整个缝隙。经测试，相比传统的激光器芯片焊装方法，激光器热阻降低约20％，激光器的最大输出功率提高约30％，可靠性提高50％以上。

Claims (1)

1.一种高功率半导体激光器芯片焊装方法，其特征在于，惰性气氛或真空环境下加热时，金属焊料熔化后通过在镀金的芯片焊装面和次热沉焊装面之间的毛细作用扩展进缝隙，并填充整个缝隙，从而避免焊装空洞的产生，改善了高功率半导体激光器芯片的工作特性。
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