金锡焊料在大功率半导体激光器中的应用
金锡焊料在大功率半导体激光器中的应用
大功率半导体激光器具有体积小,质量小,结构简单,亮度高,寿命长等优点,已广泛应用于在汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中。具体而言,大功率半导体激光器的应用主要分为以下4个的方面:1)作为其它激光器的泵浦源;2)激光加工;3)医疗与美容;4)军事装备。
(大功率激光器应用行业图片)
大功率半导体激光器的电光转换效率通常在50~70%,意味着在工作中接近一半的能量将以热能的形式耗散,这对激光器的散热能力提出了挑战。如果不能及时排出废热,激光器的出光效率将随之下降,进而导致输出光功率减小。在大功率半导体激光器封装工艺中,芯片的烧结质量激光器的散热能力影响很大,常用的焊料品种主要为铟焊料(In/In97Ag3)和金锡焊料(Au80Sn20),两者的物理性质如下:
Au80Sn20焊料的热膨胀系数与芯片(GaAs 6.5×10-6/℃)更相近,而铟焊料则由于其质软的特性可以缓冲芯片烧结时的应力。但是在可靠性及寿命上,采用Au80Sn20焊料烧结的芯片显示出显著的优越性。两种焊料封装的激光器在老化过程中的功率变化如下图[1]所示。可以看到,Au80Sn20焊料封装的激光器功率较为稳定,而铟焊料封装器件多数失效。
激光器在高温长时间工作时,铟焊料内部将出现空洞导致封装热阻提高,进而劣化激光器散热性能引起功率下降。此外在这一过程中,铟焊料还存在“爬铟”现象,沿芯片侧面攀爬、迁移的焊料可能会导致漏电或器件性能退化。作为对比,Au80Sn20焊料则不会有类似失效模式。
天游8线路检测中心是国内领先的半导体微组装互连材料制造商,金锡合金预成形焊片产品在大功率半导体激光器封装领域广受认可。除此以外,我们也可以将金锡焊料预镀覆在热沉片上,便利客户的使用。如您对大功率半导体激光器封装用焊料有任何需求,欢迎随时联系我们,富有经验的技术团队将提供选型、焊接工艺及失效分析方面的建议与指导。
参考文献
[1] 房玉锁,李成燕,牛江丽,王媛媛,任永学,安振峰.焊料体系对高功率半导体激光器性能的影响[J].世界有色金属,2017(03):142-144.