CN116041083A - 一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，属于超快激光连接新技术领域。包括以下步骤：1)待连接的透明陶瓷和单晶硅的预处理；2)待连接的透明陶瓷和单晶硅的固定与放置；3)超快激光微连接。本发明利用超快激光的超短脉宽、极高的峰值强度和极小的热影响区等特点，成功将物理化学性能差异大的透明陶瓷和单晶硅连接在一起，并获得高精密、高可靠的微连接接头。
Description
技术领域
本发明涉及超快激光透明陶瓷和单晶硅连接技术领域，具体为一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法。
背景技术
单晶硅具有独特的电学和热学特性，主要用于制作半导体元件和太阳能电池。但由于单晶硅的脆性较大，当它受到外力作用时极容易破碎。所以，亟需一种机械性能和光学性能优异的材料来保护和封装单晶硅元件。透明介质材料是一种具有优异化学稳定性、良好电绝缘性和光学透明度的高硬度、高强度材料，是用于封装的理想材料，常见的透明介质材料有透明玻璃和透明陶瓷等。
通过调研发现，目前常见的单晶硅连接方法主要包括场致扩散连接、环氧树脂连接、阳极键合和共晶扩散连接等。但这些方法都具有一定的局限性，比如温度和压力要求苛刻、需要添加中间层、工艺复杂、透明介质材料的光学性能受到影响、连接强度低和连接效率低等。因此，如何实现单晶硅和透明介质材料的高效、可靠和直接连接就显得尤为重要。
近年来，超快激光的快速发展为材料的高精密和高效率连接提供了新的强大工具。超快激光具有极高的峰值功率，能使透明材料发生非线性吸收，且热影响区极小。因此，超快激光为透明介质材料和单晶硅之间的高效可靠连接提供了新的可能。
查阅资料发现，目前针对单晶硅和透明介质材料的连接几无报道，虽然有较少文章报道了使用纳秒、皮秒激光连接单晶硅和玻璃，但并未发现有关单晶硅和透明陶瓷材料连接的文章或专利，毕竟陶瓷材料与玻璃相比，成分不同，导致无论物理性能、化学性能均不同，本发明采用透明陶瓷材料的硬度、强度更大，更适合作为保护和封装材料，但透明陶瓷材料的高熔点和高光致电离阈值使得连接也更加困难。
基于以上背景，本专利基于超快激光与透明陶瓷/单晶硅作用机理，提出一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，成功实现了单晶硅和透明陶瓷的有效连接，且形成了高强度、高精度的连接接头，是一种新的、高可靠性的、高效率的连接单晶硅和透明陶瓷的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，旨在提出一种新型高效的超快激光连接透明陶瓷和单晶硅的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法即超快激光脉冲序列连接方法，包括以下步骤:
1)待连接的透明陶瓷和单晶硅的预处理：首先，将待连接的透明陶瓷采用1000#～3000#金刚石磨盘进行逐级双面机械打磨，然后在合成革高分子材料黑抛光布上进行双面抛光；待连接的单晶硅为商用单面抛光的单晶硅圆片，为便于夹具夹紧和后续实验，使用玻璃刀将单晶硅圆片切割成适合透明陶瓷的大小即可。最后，将抛光好的透明陶瓷和切割完成的单晶硅片进行超声波清洗并吹干；
2)待连接的透明陶瓷和单晶硅的固定与放置：将预处理好后的透明陶瓷和单晶硅片采用夹具进行固定夹紧，并将夹具固定的待连接的透明陶瓷和单晶硅片放置在激光待加工区域；
3)超快激光微连接：调整超快激光光束焦点，使其聚焦到透明陶瓷和单晶硅片待连接界面处；然后设定透明陶瓷/单晶硅超快激光微连接的工艺参数组合，主要包括：输出功率、脉冲宽度、重复频率、扫描路径、扫描速度、扫描线间距、扫描次数等，确认信息无误后打开激光器进行连接即可。
优选的，在所述1)步骤中，采用的透明陶瓷包括蓝宝石(单晶氧化铝陶瓷)、白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等氧化物系列透明陶瓷以及砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙、铝酸镁等非氧化物透明陶瓷。
优选的，在所述1)步骤中，待连接的透明陶瓷抛光方法如下：首先使用颗粒度为0.5～2μm金刚石抛光剂在合成革高分子材料黑抛光布上抛光10～20min，之后用清水在同样的合成革高分子材料黑抛光布上抛光5～10min即可；也可采用商用双面抛光透明陶瓷。
优选的，在所述1)步骤中，采用的单晶硅为单面抛光单晶硅片或双面抛光单晶硅片。
优选的，在所述2)步骤中，所述夹具是为了让透明陶瓷和单晶硅紧密接触，且不影响超快激光连接过程，透明陶瓷和单晶硅片的间隙小于1微米。
优选的，在所述3)步骤中，所述超快激光为飞秒激光或皮秒激光。
优选的，在所述3)步骤中，所述超快激光光束类型为常见的高斯光束。
优选的，在所述3)步骤中，激光扫描路径为特殊的图案，包括：平行线型、十字交叉型、同心矩形型、同心圆型、螺旋线型等。
优选的，在所述3)步骤中，超快激光微连接时的参数如下：脉宽在400fs～10ps之间、激光重复频率在1KHz～2MHz之间、激光功率在4～40W之间、激光光斑直径在20～60μm之间、激光扫描速度在10～1000mm/s之间，扫描线间距在20μm～1mm之间、扫描次数为1～10次。
本发明提出了一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，是以前专利从未涉及过的新方法。
本发明利用超快激光的超短脉宽、极高的峰值强度和极小的热影响区等特点，成功将物理化学性能差异大的透明陶瓷和单晶硅连接在一起，并获得具有优异综合力学性能的高精密、高可靠微连接接头。
附图说明
图1为本发明实施例的平行线型扫描路径示意图(非实际比例尺)；
图2为本发明实施例的焊接接头拉伸试验的位移-试验力曲线图(横坐标单位为mm，纵坐标单位为KN)；
图3为本发明实施例的透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅连接界面SEM微观组织图；
图4为本发明实施例的透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅连接界面EDS线扫描图；
图5为超快激光系统连接系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例，
实施例1
一种适用于透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，按以下步骤进行：
1)待连接的透明陶瓷和单晶硅的预处理：本实施例中选择的待连接透明陶瓷材料为蓝宝石(厚度为3mm)；待连接的单晶硅为单面抛光的单晶硅圆片(厚度为0.5mm)。对待连接的透明陶瓷(蓝宝石)分别采用1000#、1500#、2000#、3000#的金刚石磨盘进行双面逐级机械打磨，并在合成革高分子材料黑抛光布上进行双面抛光，具体抛光方法为：使用颗粒度为1μm的金刚石抛光剂在合成革高分子材料黑抛光布上抛光10～20min，之后用清水在同样的合成革高分子材料黑抛光布上抛光5～10min；使用玻璃刀将待连接的单面抛光的单晶硅圆片切割成和待连接透明陶瓷(蓝宝石)大小类似的单晶硅片；然后将打磨抛光处理后的透明陶瓷(蓝宝石)和切割好的单晶硅片置于无水乙醇中，经频率为80Hz的超声波清洗10min左右，然后将清洗完毕后的透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅片用镊子取出并吹干。其中待连接的蓝宝石也可为同厚度(3mm)的商用双面抛光蓝宝石；
2)待连接的透明陶瓷和单晶硅的固定与放置：将预处理好后的透明陶瓷(蓝宝石)放在单晶硅片上叠放在夹具中，夹具是为了让透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅紧密接触，且不影响超快激光焊接过程；此外，可通过调整夹具的夹紧力度来调整透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅的间隙。为确保超快激光焊接透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅的精度和强度，调整夹具夹紧力度使透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅叠放时出现牛顿环即可，此时透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅的间隙小于1微米；
3)超快激光连接，见图5：将夹具夹好的透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅放在激光加工平台上，通过激光指示器来调整夹具放置方位，确保超快激光的预设扫描位置；调整超快激光光束焦点位置，使其穿过透明陶瓷(蓝宝石)，聚焦到透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅待连接界面处；然后，在激光器操作系统上设定超快激光的参数，包括：输出功率、脉冲宽度、重复频率、扫描路径、扫描速度、扫描线间距、扫描次数等。确认信息无误后控制激光器发射激光进行焊接即可。
作为本发明实施例的优化方案，采用的超快激光为飞秒激光；具体激光参数为：脉宽为800fs、重复频率为200KHz、功率为8W、光斑直径为36μm、扫描速度为100mm/s、扫描次数1次、扫描面积为20mm2的正方形；扫描路径为平行线型，如图1所示，其中平行线型路径的线间距L为72μm，按此标准来填充扫描区域；超快激光连接透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅的接头形式为搭接。
作为本发明实施例的优化方案，激光扫描路径除平行线性外，还有其他特殊图案，包括：十字交叉型、同心矩形型、同心圆型、螺旋线型等。
实验测试：连接完成后，测试同样加工参数下三个蓝宝石/单晶硅连接件的拉伸强度取平均值，以排出实验偶然性，测试结果汇总如图2所示。由拉伸强度公式P＝F/S可知，F为焊接接头断裂时所受的最大拉伸力，S可近似为扫描面积，故可计算透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅搭接接头的拉伸强度，拉伸力取平均值后计算拉伸强度为80MPa。将透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅连接件沿连接界面的垂直方面切开，对透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅连接界面进行打磨、抛光、喷金处理，然后在扫描电镜背散射模式下(深色区域为蓝宝石，浅色区域为单晶硅)观察透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅连接界面处的组织形貌，发现透明陶瓷(蓝宝石)和单晶硅已经成功连接在一起，且形成一层约500nm厚度的焊缝，具有亚微米级的连接精度，如图3所示。为探究透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅连接机理，对透明陶瓷(蓝宝石)/单晶硅连接接头进行EDS线扫描分析，结果如图4所示，分析结果发现：铝(Al)元素和氧(O)元素沿扫描线(图4上图黄线)上的成分变化趋势基本相同，在单晶硅一侧时几乎为零，靠近焊缝时逐渐增加，至蓝宝石一侧时趋于平稳；而硅(Si)元素的变化趋势恰好和上述两种元素相反。证明蓝宝石/单晶硅焊缝处并未形成新相，单晶硅和蓝宝石的连接方式推测为化学键合。
Claims (9)
1.一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)待连接的透明陶瓷和单晶硅的预处理：首先，将待连接的透明陶瓷采用1000#～3000#金刚石磨盘进行逐级双面机械打磨，然后在合成革高分子材料黑抛光布上进行双面抛光，或者采用商用双面抛光透明陶瓷；为便于夹具夹紧和后续实验，使用玻璃刀将单晶硅圆片切割成适合透明陶瓷的大小即可；最后，将抛光好的透明陶瓷和切割完成的单晶硅片进行超声波清洗并吹干；
2)待连接的透明陶瓷和单晶硅的固定与放置：将预处理好后的透明陶瓷和单晶硅片采用夹具进行固定夹紧，并将夹具固定的待连接的透明陶瓷和单晶硅片放置在激光待加工区域；
3)超快激光微连接：调整超快激光光束焦点，使其聚焦到透明陶瓷和单晶硅片待连接界面处；然后设定透明陶瓷/单晶硅超快激光微连接的工艺参数组合，主要包括：输出功率、脉冲宽度、重复频率、扫描路径、扫描速度、扫描线间距、扫描次数等，确认信息无误后打开激光器进行连接即可。
2.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述1)步骤中，采用的透明陶瓷包括蓝宝石(单晶氧化铝陶瓷)、白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等氧化物系列透明陶瓷以及砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙、铝酸镁等非氧化物透明陶瓷。
3.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述1)步骤中，采用的单晶硅为单面抛光单晶硅片或双面抛光单晶硅片。
4.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述1)步骤中，待连接的透明陶瓷抛光方法如下：首先使用颗粒度为0.5～2μm金刚石抛光剂在合成革高分子材料黑抛光布上抛光10～20min，之后用清水在同样的合成革高分子材料黑抛光布上抛光5～10min即可。
5.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述2)步骤中，所述夹具能够让透明陶瓷和单晶硅紧密接触，且不影响超快激光连接过程，使得透明陶瓷和单晶硅片的间隙小于1微米。
6.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述3)步骤中，所述超快激光为飞秒激光或皮秒激光；所述超快激光光束类型为常见的高斯光束。
7.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述3)步骤中，激光扫描路径为特殊的图案，包括：平行线型、十字交叉型、同心矩形型、同心圆型、螺旋线型等。
8.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法，其特征在于，在所述3)步骤中，超快激光微连接时的参数如下：脉宽在400fs～10ps之间、激光重复频率在1KHz～2MHz之间、激光功率在4～40W之间、激光光斑直径在20～60μm之间、激光扫描速度在10～1000mm/s之间，扫描线间距在20μm～1mm之间、扫描次数为1～10次。
9.按照权利要求1所述的一种透明陶瓷和和单晶硅的超快激光连接方法，采用透明陶瓷材料作为单晶硅的保护和封装材料进行超快激光连接，用于制作半导体元件和太阳能电池。
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| CN202211659816.6A Pending CN116041083A (zh) | 2022-12-20 | 2022-12-20 | 一种透明陶瓷和单晶硅的超快激光连接方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US20180021888A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Illinois Tool Works Inc. | Laser welding systems for aluminum alloys and methods of laser welding aluminum alloys |
| CN108857057A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 华南师范大学 | 一种实现单晶硅与玻璃激光焊接前光学接触的装置与方法 |
| CN111153709A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-15 | 南京理工大学 | 一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法 |
-
2022
- 2022-12-20 CN CN202211659816.6A patent/CN116041083A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180021888A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Illinois Tool Works Inc. | Laser welding systems for aluminum alloys and methods of laser welding aluminum alloys |
| CN108857057A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 华南师范大学 | 一种实现单晶硅与玻璃激光焊接前光学接触的装置与方法 |
| CN111153709A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-15 | 南京理工大学 | 一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙轲等: "超短脉冲激光焊接非金属材料研究进展", 激光与光电子学进展, vol. 57, no. 11, pages 1 - 10 * |
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