AuSn焊料组分对半导体激光器件性能的影响
用于大功率半导体激光器封装的Au-Sn合金焊料的制备和特性研究
收稿 日期 ：２ ０ ０ ７— ０ ６— １ ２ 基金项 目：国家 自 然科学基金资助项 目 （ ０ ７０ ６ ０ ７ ０ ０ ６４ ４ ２ ，６ ７ １，主要从事半导体激光器件研究 ，Ｅｍ ｉ ｗ ｂ２ ６． ｍ。 １８ ・ ａ ：ｄ ｈ ５＠１３ ｏ ｌ ｔ
焊 接材料 。
光电子器件和微电子器件焊接 到陶瓷载体上 。当
前 ，大多数 Ａ —ｎ ｕＳ 共熔合金要么是作为预处理而沉 积，要么是用溅射或蒸发等真空沉积技术而沉积。 使用焊 料的预 处理是 相 对便 宜 且易于 实现 的 ，但是
就要牺 牲焊层 的调整 和厚度 控制 ，而 且焊层很 容易 被氧化 ，从而 破坏焊 层 的完整性 。真 空沉积技 术可 以提供更 好 的过 程控 制并 能减少 氧化 ，但是应 用起 来也更 昂贵且周期更 长 … 。一个 结合 了真空沉积技 术 的过 程控制 和预处 理 的相对 少的成 本的可选 方法
维普资讯
第３ 卷第３ Ｏ 期
２０年９ ０ ７ 月
长春理工大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｈｎ ｃｕ ｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ｎ ｅｈｏｏ ｙ Ｎａ ｒｌ ｃｅｃ ｄｔ ｎ） ｏ ｒａｏ Ｃ ａｇｈ ｎＵ ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｅａｄＴｃｎ ｌｇ （ ｔ ａＳ ｉ ｅＥ ｉｏ ｔ ｎ ｕ ｎ ｉ
ＶＯｌ３ Ｎ ｏ ３ ＿０ ．
Ｓｐ ２０ ｅ ．０ ７
用 于大功率半导体激 光器封装 的 Ａ ．ｎ ｕＳ 合金焊料 的制备和特性研 究
黄 波，陈金 强 ，杨 凯，孙 亮，宋 国才，高欣 ，薄报 学
（ 长春理工大学 摘 高功率半导体激光 国家重点实验室 ，长春 １０ ２ ３ ０ ２）
要 ：介 绍了具有极好热特性 、电特性和机械特性 以及相对低 的熔化温度的 Ａｕ（ ０ ｔ Ｓ （０ ｔ 共熔合金焊 ８ ｗ ． ｎ２ ｗ ． ％－ ％）
激光器焊接工艺参数优化及其对焊接质量的影响分析
激光器焊接工艺参数优化及其对焊接质量的影响分析激光器焊接工艺是一种常用的焊接方法，具有高效、精确和稳定等优点，广泛应用于制造业中。
激光器焊接工艺的参数对焊接质量有着重要的影响，合理的参数选择能够提高焊接质量，提高生产效率。
本文将探讨激光器焊接工艺参数优化及其对焊接质量的影响。
激光器焊接工艺参数主要包括激光功率、激光束直径、焦距、激光脉冲频率、焊接速度等。
这些参数直接影响焊缝形成和焊接质量的稳定性。
在确定这些参数时，需要综合考虑焊接材料的性质、焊件的类型和大小、焊接要求等因素。
首先，激光功率是指激光器单位时间内发出的能量，决定了焊接过程中的热输入量。
功率过低会导致焊缝质量不良，功率过高则容易引起焊缝溶洞、熔皮等缺陷。
因此，选择合适的激光功率非常重要。
在确定激光功率时，可以通过试验和经验总结得到一些关于功率与焊缝质量之间的关系，以便更好地选择合适的功率。
其次，激光束直径和焦距决定了激光束在焊接过程中的热功率密度分布。
激光束直径和焦距的选择应根据焊件的材料和尺寸，以及所要求的焊缝形态进行优化。
通过调整激光束直径和焦距，可以控制焊缝的宽度、深度和形状，以满足不同工件的需求。
再次，激光脉冲频率是指激光器单位时间内发出的脉冲数量，也称为脉冲频率。
脉冲频率对焊接质量有重要影响，过低的脉冲频率容易造成焊接缺陷，而过高的脉冲频率则会增加焊接热输入，导致过烧、过烫等问题。
因此，需要选择适当的脉冲频率，以确保焊接质量。
最后，焊接速度是指焊缝在激光束照射下焊接过程中的移动速度。
焊接速度的选择需要考虑焊接材料的熔化温度和熔池形态、焊缝要求等因素。
过快的焊接速度容易导致焊缝不完整，过慢的焊接速度则容易产生焊缝凹陷和焊瘤等问题。
因此，需要根据具体情况选择适当的焊接速度。
总之，激光器焊接工艺参数优化对焊接质量具有重要的影响。
合理的参数选择可以提高焊接质量，降低焊接缺陷的产生。
在确定参数时，需要综合考虑焊接材料、焊件尺寸和形态、焊缝要求等因素，通过试验和经验总结，找到最佳的参数组合。
UNS S32760超级双相不锈钢的等离子拼焊时氮和镍对微观结构和机械性能的影响
UNS S32760超级双相不锈钢的等离子拼焊时氮和镍对微观结构和机械性能的影响K.Migiakis.G.D.Papadimitriou收稿日期：2009.3.3/通过日期：2009.9.9/发表日期：2009.9.23版权：斯普伦格科学和商业媒体.LLC 2009理论超级双相不锈钢之所以能应用于优质焊接接头的机械力学性能和防腐蚀方面，主要是因为它具有严格的结构约束力和铁素体--奥氏体相平衡。
由于焊接过程中的过快的冷却速度，熔合区和热影响区的这种平衡无论如何都会被打乱，导致焊件失去了良好的防腐性能和力学性能。
目前正在研究氮加入到等离子工作气体中和增加填充材料中的镍含量对于用等离子弧焊接的超级双相不锈钢的微观结构和机械力学性能的影响。
实验结果表明氮加入到等离子工作气体中会对焊件的机械力学性能产生影响。
结果同时还表明将氮加入到等离子工作气体中以及提高填充金属中镍的含量都会对焊接试样的延伸率产生一种积极地影响，对于拉伸强度来说改善焊接参数后会获得很好的效果。
引言双相不锈钢是一种由相互平衡的铁素体和奥氏体所组成的合金。
在﹣50℃~250℃广泛温度区间内，这种不锈钢具有良好的抗腐蚀性能，高的屈服强度和良好的韧性。
这种所谓的超级双相不锈钢的成分含有更多的铬、镍、钼和氮，最典型的是它的耐点蚀数超过了40。
【1,2】由于这些高合金成分，超级双相不锈钢显示出了比普通合金更高的强度。
双相不锈钢展示出了良好的可焊性，但是由于熔合区和热影响区的铁素体相含量增加，导致这些合金的抗腐蚀能力下降，这种合金在焊接的时候任然还会存在一些问题。
这些铁素体相是由高温和过快的热循环冷却速度共同导致的结果【3~6】。
因此，确保这种双相微观结构在焊接区域的连续性是很必要的，这通常是通过控制冷却速度和增加热输入量来获得的。
然而，高的热输入会促进金属间有害相的析出，比如，σ相通常就会在不锈钢的熔合区析出，金属碳化物、金属氮化物或者一些其他的相通常也会在不锈钢的热影响区析出【7,8】。
钎焊工艺的改进及其对激光器性能的影响
中 ，通 常采用 降低激 光器热 阻 、加强热 沉 与冷却器 效
率 、优化 焊装性 能等方 法有 效地 将激光 器工 作时产 生 的余 热及 时排 出 ，由于激光 器与 热沉之 间通 过钎料 来 连 接 ，钎料 的物 理特性 与焊 装可 靠性将 直接 影响激 光
机 ．２ ０ ，３ （ ） ３ ６ ． ０ ９ ９ ６ ：６ — ５
［ ］武 ５
佩 ，马 彦 华 ，韩 宝 生 ，等 ． 电 阻 点 焊 电磁 力 的 试 验 分 析 ［］ Ｊ．
焊 接 学 报 ，２ ０ ０ ６，２ （ ０ ：４ ６ ７ １） —．
参考文献 ：
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肾脏 、肝脏 等 有较 大伤 害且对 环 境有 较 大污染 『，铅 ２ ］
及 铅 的化 合 物 已被环 境 保 护 机构 （ Ｐ Ｅ Ａ） 列 入 前 １ ７ 种 对人体 和 环境危 害最 大的化 学物质 之一 。许 多欧洲 国家 已在 ２ ０ ０ ４年全 面禁用 了含 铅钎 料 ，欧 盟 在 《 关 于 在 电子 电器 产 品设 备 中禁 止使 用有 害物质 指令 》 中 已规定 ， 自 ２ ０ ０ ６年 ７月 １日起 ，在 欧盟 市 场上 全 面 禁 止 销 售含 有 铅 等 ６种 有 毒 物 质 的 电子 电器 设 备 ：
大功 率半 导体 激 光器 具 有较 高 的 电光 转 化效 率 ，
但Hale Waihona Puke 仍 会有一 部分 电功率 以热 能 的方 式输 出 ，随着激
半导体激光器金锡工艺
半导体激光器金锡工艺《半导体激光器金锡工艺》在现代科技的快速发展下，半导体激光器已成为众多领域中不可或缺的重要元器件之一。
而半导体激光器的金锡工艺则是制造过程中至关重要的一环。
金锡工艺是指在半导体激光器制造过程中，使用金锡合金对激光器芯片进行封装，以保护芯片，稳定性能，并提供良好的热传导效果。
金锡合金由金（Au）和锡（Sn）两种元素构成，具有低熔点、良好的焊接性能和电导性能，被广泛应用于半导体激光器封装工艺中。
金锡工艺主要包括准备金锡合金、焊接和冷却三个主要步骤。
在准备金锡合金阶段，需要按照一定比例混合金和锡两种材料，并加热至适宜温度使其熔化混合。
接下来，将准备好的金锡合金通过电化学蒸发等方式涂覆在半导体激光器芯片的表面，形成一层保护膜。
最后，在具备焊接条件的环境下，将芯片与金锡合金进行焊接，使其牢固地封装在封装盒中。
半导体激光器的金锡工艺对激光器的性能和可靠性有着重要影响。
首先，金锡合金能够提供良好的热传导性能，确保激光器在工作时能够有效散热，避免过热引起元器件损坏。
其次，金锡合金能够提供良好的电导性能，确保激光器在工作时能够正常通电，提供稳定的电流。
同时，金锡合金密封能够防止氧化和腐蚀等不良因素对芯片的影响，延长激光器的使用寿命。
随着科技的不断进步，半导体激光器金锡工艺也在不断改进和发展。
传统的金锡工艺已经发展出多种新型的封装工艺，如球栅阵列封装（BGA）和球型焊料封装（CSP）等，以适应更高的性能要求和更小的封装尺寸。
此外，还有一些新型材料和工艺被引入，如金锡铜合金、金锡-铟合金等，以进一步提高激光器的性能和可靠性。
综上所述，《半导体激光器金锡工艺》是半导体激光器制造过程中不可或缺的重要环节。
金锡工艺通过对激光器芯片的封装，保护了芯片并提供了良好的热传导和电导效果，确保了激光器的性能和可靠性。
随着科技的进步，金锡工艺也在不断改进和发展，以满足新的要求和挑战。
共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题
共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题摘要：因为传统铅锡焊料和无铅焊料强度不足、砍蠕变能力差以及其他的本身缺陷，共晶金锡焊料已经替代它们广泛用于高可靠和高功率电路中，包括使用在混合电路、MEM、光电开关、LEDs、激光二极管和无线电装置。
金锡焊料焊接中可以避免使用组焊剂，尤其可以减少污染和焊盘的腐蚀。
虽然使用金锡焊料有很多优点，但材料的性能和焊接工艺工程仍需研究。
前言：由于共晶金锡焊料具有优良的机械和热传导性能（特别是强度和抗蠕变性）以及不需组焊剂可以很好的再流的特性，共晶AuSn被广泛应用于高温和高可靠性的电路中。
与之对比其他无铅和传统的铅锡共晶焊料却有着大量的问题：焊接时需要的组焊剂造成了焊接焊盘的腐蚀，同时残杂也会危害EMES、光电电路和密封封装（组焊剂一般在密封电路中被禁止使用）。
在光学电路中焊料的过度蠕变或应力松弛的积累会导致阵列的退化。
低强度低热传导率（尽管这个问题被夸大了，事实上热传导率还需要考虑大焊接焊料的厚度）共晶金锡焊料已经得到了广泛应用：如MEMS光开关等微电子和光电子学中使用的倒装芯片；光纤附件; GaAs和InP激光二极管;密封包装;和射频器件等。
AuSn的焊接已证明可靠性可以达到30多年，是因为其焊接中再流过程可以产生重复、无空洞以及无缺陷的焊接。
本文回答了很多公司关于焊接设计、焊接材料组合以及再流焊技术发展等问题。
相图我们可以从金锡焊料的二元相图去认识很多共晶金锡焊料焊接的关键问题，如图1所示，焊料中富金时，液相线下降非常迅速，在常温下有大量的“线性”化合物。
当使用金锡焊料焊接镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个焊接问题，镀层里的金元素才可以扩散或融入到焊料中。
这样可以产生两个优点：在这个温度下第二次再流不会损坏到焊料；更高的温度也可以产生更大的抗蠕变性。
然而，焊接后中间的焊料很难再次起到焊接作用，因为即使两个焊接界面可以分开，残留下焊接时形成的金属间化合物都会阻止再流。
GaAs功率芯片AuSn20共晶焊接技术研究
GaAs功率芯片AuSn20共晶焊接技术研究作者：任卫朋刘凯罗燕陈靖余之光来源：《科技创新与应用》2019年第25期摘; 要：针对GaAs功率芯片共晶焊接工艺中，因焊接空洞、虚焊致使芯片烧毁的问题，对AuSn20共晶焊接技术进行研究。
通过自动共晶设备，对共晶温度曲线参数进行实验分析。
结果表明，共晶温度曲线设置260℃、320℃的温度梯度可以保证焊料的充分融化、浸润，共晶熔融时间控制在15-30s可以形成适量的IMC层。
对优化后的共晶焊接面进行热阻分析，在满负荷条件下，功率芯片最高节温为93℃，满足小于125℃的要求，说明共晶质量良好。
关键词：功率芯片;AuSn20焊料;共晶焊接中图分类号：TN405 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）25-0109-03Abstract： In order to solve the problem of chip burnout caused by welding cavity and virtual welding in the eutectic welding process of GaAs power chip， the technology of AuSn20 eutectic welding is studied. The parameters of eutectic temperature curve are experimentally analyzed by automatic eutectic equipment. The results show that the sufficient melting and infiltration of solder can be ensured by setting the temperature gradient of 260℃ and 320℃ in the eutectic temperature curve， and an appropriate amount of IMC layer can be formed when the eutectic melting time is controlled at 15～30s. The thermal resistance of the optimized eutectic welding surface is analyzed. Under the condition of full load， the maximum temperature saving of the power chip is 93℃，which meets the requirement of less than 125℃， indicating that the eutectic quality is good.Keywords： power chip; AuSn20 solder; eutectic welding1 概述GaAs功率芯片由于具有體积小、带宽宽、一致性高等优点，在相控阵雷达、微波通信系统等领域发挥着重要的作用，成为雷达 T/R组件的关键器件[1]。
GaAs功率芯片AuSn20共晶焊接技术研究
2019年25期工艺创新科技创新与应用Technology Innovation and ApplicationGaAs 功率芯片AuSn20共晶焊接技术研究任卫朋，刘凯，罗燕，陈靖，余之光（上海航天电子通讯设备研究所，上海201109）1概述GaAs 功率芯片由于具有体积小、带宽宽、一致性高等优点，在相控阵雷达、微波通信系统等领域发挥着重要的作用，成为雷达T/R 组件的关键器件[1]。
功率芯片与基板的焊接质量直接影响组件整体的可靠性与电学性能，因此必须要有良好的微波接地性能与散热能力。
共晶焊接由于具有焊接强度高、剪切力强、连接电阻小、传热效率高等优点，因此广泛应用于高频、大功率器件和LED 等高散热要求的器件焊接中。
共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变化到液态，而不经过塑性阶段，其热导率、电阻、剪切力、可靠性等均优于传统的环氧粘接[2，3]。
本文主要对微波GaAs 功率芯片，AuSn20共晶焊接温度曲线进行实验分析，通过扫描电镜研究合金层组织演变及界面，以此为基础对共晶焊接工艺进行优化。
2试验方法实验设备采用自动贴片机，压力控制为10g-250g ，每次贴放均可编程控制，并具有压力实时反馈系统，热台为脉冲加热方式，具有实时温度检测系统。
原材料清洗采用UV 紫外光清洗机、BT 等离子清洗机。
对于实验材料，不同尺寸的AuSn20焊料片采用划片机进行机械切割[4]，之后进行酒精超声清洗。
垫块采用1:2:1的Cu/Mo/Cu 垫块，表面溅射Ni 、Pd 、Au 作为功率芯片的载体。
垫块溅射完成后，依次经过酒精超声→烘干→紫外光清洗→等离子清洗工序后备用。
芯片采用GaAs 功率芯片。
实验材料备好后以华夫盒形式放入贴片机供料台上，然后通过编程来控制温度曲线、压力、刮擦等参数，整个共晶过程由贴片机自动完成，减小人为因素影响。
共晶完成之后测量剪切力。
3实验结果分析共晶温度曲线设定：共晶温度曲线主要包括三个阶段：预热阶段、共晶阶段、冷却阶段。
AuSn焊料预热温度对高功率半导体激光器封装质量影响的研究
AuSn焊料预热温度对高功率半导体激光器封装质量影响的研究赵梓涵;王宪涛;王海卫【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)002【摘要】为提高高功率半导体激光器封装质量,对AuSn焊料预热温度进行研究.通过分析AuSn焊料共晶原理,建立四组不同预热温度的AuSn焊料封装试验.通过对比不同预热温度下封装器件的光电参数,光谱特性及SEM检测效果,对实验结果进行分析.实验结果表明AuSn焊料的预热温度对高功率半导体激光器封装质量有重要影响,并得出AuSn焊料预热温度在235℃时高功率半导体激光器的封装质量最为理想.%In order to improve the packaging quality of high power semiconductor laser, the preheating temperature of AuSn solder was studied. By analyzing the eutectic principle of AuSn solder,four groups of AuSn solder packaging ex-periment with different preheating temperatures were established. The experimental results were verified by comparing the photoelectric parameters,the spectral characteristics and the SEM detection results of the packaged devices with dif-ferent preheating temperature. The experimental results show that the preheating temperature of AuSn solder had an im-portant influence on the quality of high power semiconductor laser packaging,and it was concluded that the AuSn sol-der preheating temperature at 235℃ packaging quality of high power semiconductor lasers was the most ideal.【总页数】4页(P78-81)【作者】赵梓涵;王宪涛;王海卫【作者单位】长春理工大学机电工程学院,长春 130022;长春理工大学机电工程学院,长春 130022;长春长理光学精密机械有限公司,长春 130022;长春长理光学精密机械有限公司,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TG115.6+2【相关文献】1.焊料体系对高功率半导体激光器性能的影响 [J], 房玉锁;李成燕;牛江丽;王媛媛;任永学;安振峰2.高功率半导体激光器列阵封装引入应变的测量 [J], 王烨;张岩;秦莉;刘云;王立军3.高功率半导体激光器陶瓷封装散热性能研究 [J], 倪羽茜;井红旗;孔金霞;祁琼;刘素平;马骁宇4.新型单发射腔高功率半导体激光器封装结构特性研究 [J], 许佩东;张路;王斌;曲轶;王宪涛5.用于大功率半导体激光器封装的Au-Sn合金焊料的制备和特性研究 [J], 黄波;陈金强;杨凯;孙亮;宋国才;高欣;薄报学因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
ausn共晶焊料层的微观形貌
ausn共晶焊料层的微观形貌AUSN共晶焊料层是一种常用的金属焊接材料，具有优异的焊接性能和机械性能。
在微观形貌上，AUSN共晶焊料层呈现出一种特殊的结构和形态。
AUSN共晶焊料层的微观形貌主要由金属晶粒和金属间化合物组成。
在焊接过程中，当AUSN焊料与基材接触并加热时，AUSN焊料会熔化并扩散到基材表面。
随着温度的升高，AUSN焊料中的Au和Sn元素会相互扩散并发生共晶反应，形成AuSn2和AuSn金属间化合物。
在AUSN共晶焊料层的微观结构中，AuSn2和AuSn金属间化合物以及金属晶粒是主要组成部分。
AuSn2和AuSn金属间化合物通常呈现出针状或板状的结构，这是由于焊接过程中金属元素的扩散和共晶反应导致的。
针状结构的AuSn2和AuSn金属间化合物具有较高的强度和硬度，可以提高焊料层的机械性能。
除了金属间化合物外，AUSN共晶焊料层中还存在着一定数量的金属晶粒。
这些金属晶粒通常呈现出多面体或等轴晶形状。
金属晶粒的尺寸和形状对焊料层的性能有着重要影响。
较小尺寸的金属晶粒可以提高焊料层的强度和韧性，而较大尺寸的金属晶粒则可能导致焊料层的脆性增加。
此外，在AUSN共晶焊料层的微观形貌中还存在一些细小的孔隙和裂纹。
这些孔隙和裂纹通常是由于焊接过程中气体和液体的挥发以及热应力引起的。
孔隙和裂纹的存在可能会降低焊料层的机械性能和可靠性。
总之，AUSN共晶焊料层的微观形貌主要由金属晶粒、AuSn2和AuSn金属间化合物以及细小的孔隙和裂纹组成。
这些微观结构和形态对焊料层的性能有着重要影响，因此在焊接过程中需要控制好焊接参数和工艺，以获得理想的AUSN共晶焊料层微观形貌和性能。
ausn共晶焊料共晶点
ausn共晶焊料共晶点a) 简介：Ausn共晶焊料共晶点是指由银（Ag）和金（Au）两种金属元素组成的一种焊料点。
它具有低熔点、高电导率和良好的封装特性等优点，因此在电子工业中得到广泛应用。
本文将对Ausn共晶焊料共晶点的特性、应用以及未来发展进行探讨。
b) 特性：Ausn共晶焊料共晶点的主要特性如下：1. 低熔点：Ausn共晶焊料共晶点的熔点通常在230°C左右，相比其他焊料而言较低。
这使得它适用于对温度敏感的元器件和材料。
2. 高电导率：由于Ausn共晶焊料共晶点中含有银（Ag），银具有良好的导电性能，因此该焊料点具有良好的电导率，有利于电子设备的高速传输和稳定性。
3. 良好的封装特性：Ausn共晶焊料共晶点在固化后具有良好的封装特性，具有较高的可靠性和耐久性，可以满足复杂环境下的使用需求。
c) 应用：Ausn共晶焊料共晶点在电子工业中具有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 芯片连接：Ausn共晶焊料共晶点可用于芯片与封装基板之间的连接，确保信号的可靠传输和高速通信。
2. 电路板焊接：Ausn共晶焊料共晶点可用于电路板的焊接，能够有效地降低接触电阻和功耗。
3. 线路连接：Ausn共晶焊料共晶点适用于线路连接，能够提供稳定的电流传输和低失真的信号输出。
4. 太阳能电池焊接：Ausn共晶焊料共晶点在太阳能电池组件的焊接中起到重要作用，能够提高电能转化效率并增强组件的可靠性。
d) 发展趋势：未来，Ausn共晶焊料共晶点有望在以下几个方面得到进一步发展：1. 绿色环保：随着全球对于环保要求的增加，Ausn共晶焊料共晶点的研发将更加注重绿色环保；努力减少对环境的污染并优化材料的可再利用性。
2. 高温应用：Ausn共晶焊料共晶点的熔点较低，在一些高温应用中可能无法满足需求。
因此，未来的研究将致力于提高Ausn共晶焊料共晶点的高温稳定性和耐受性。
3. 高密集度焊接：随着电子器件尺寸的不断减小和高密度集成电路的发展，Ausn共晶焊料共晶点也需要适应更高的密度要求，进一步提高焊接质量和精确度。
浅谈影响高功率半导体激光器巴条性能的因素
浅谈影响高功率半导体激光器巴条性能的因素兴胜，袁振邦，艳春，许国栋炬光科技王警卫，恩涛，熊玲玲，彦鑫中科院西光所瞬态光学与光子技术实验室高功率半导体激光器可用来泵浦固体/光纤激光器，也可直接用于材料处理如焊接、切割、表面处理等。
为了进一步拓宽半导体激光器的应用领域，不断提高激光器的输出功率，半导体激光器从单发射腔发展为多个发光单元的巴条。
随着激光器输出功率的提高，对半导体激光器的热管理、热设计、封装等技术提出了更高要求。
表征巴条半导体激光器主要特性的参数有输出功率、光谱宽度、波长、近场非线性（smile效应）、电光转换效率、近场和远场、寿命等。
本文分析和讨论了影响高功率半导体激光器巴条特性参数的因素，如热管理、温度不均匀性、热应力和焊料选择等，并在此基础上提出了提高巴条半导体激光器性能的策略和方法。
热管理热管理对于高功率半导体激光器而言至关重要，因为半导体激光器大约50%的电能都转换成热量损耗掉了。
热管理直接影响激光器的结温，结温过高将显著影响半导体激光器巴条的性能，如导致输出功率下降、阈值电流增大、斜坡效率减小、慢轴发散角增大以及寿命缩短等。
对于高功率单巴条半导体激光器，结温由式（1）而得[1](1)其中Th为器件热沉温度、Rth为器件热阻、V0为结偏压、I为工作电流、Rs为串联电阻、Po为输出光功率。
由上式可见，激光器的结温主要由热沉的温度和器件本身的热阻决定，其中热沉温度由激光器的使用条件决定。
半导体激光器的输出功率与热阻的关系和器件使用寿命与热阻的关系分别为（2）和（3）式：(2)(3)其中，ηd、Ith、T1、T0为室温下器件的转换效率、阈值电流、斜率特征温度和阈值特征温度，t为半导体激光器寿命，Ea为激活能（activation energy），K为波尔兹曼常数，Rth为半导体激光器的热阻。
由式（2）和式（3）可以看出，降低热阻可以增加半导体激光器的输出功率，提高可靠性。
半导体激光器的热阻包括芯片的热阻和封装带来的热阻。
Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究.
Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究范琳霞，荆洪阳，徐连勇(天津大学材料科学与工程学院，天津 300072)*摘要：随着电子产品小型化，无铅化的发展，对焊料提出了更高的要求。
无铅钎料Au80Sn20由于具有优良的力学性能在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。
本文综述了近几年来Au80Sn20的发展状况，重点介绍了该焊料的可靠性研究。
关键词：无铅钎料；Au80Sn20；可靠性；力学性能Reliability Study Of Au80Sn20 Lead-free SolderFan Lin-xia, Jing Hong-yang, Xu Lian-yong(School of Materials Science and Engineering,Tianjin University ,Tianjin 300072,China) Abstract: with the miniaturized and lead-free development of electronicproducts ,higher demand is put forward about solder . Lead-free solder Au80Sn20 is widely applied in high reliable hermetic package and die welding due to excellent mechanical property.The text summarizes the development status of Au80Sn20 in recent several years,and emphasizes to introduce the reliability study of the solder. Keywords: Lead-free Solder; Au80Sn20; reliability; mechanical property1 前言共晶SnPb焊料作为主流的互连材料长期以来一直广泛用于电子工业中。
大功率半导体激光器热沉技术研究
大功率半导体激光器热沉技术研究作者：芦鹏，刘国军来源：《无线互联科技》2019年第23期摘要：文章选取AuSn过渡热沉替代原来的In焊料，克服了In焊料引起的器件寿命使用偏低、针对激光器结温影响大等缺点，并对过渡热沉的结构设计和焊接工艺做了进一步研究，设计出新型AuSn过渡热沉的焊装结构。
经过结温—漏电流测试可以得到更为优良的散热效果，外推寿命从6 134 h提高到20 363 h，提高了器件的可靠性。
关键词：大功率半导体激光器;AuSn;过渡热沉;结温现如今，大功率半导体激光器获得迅速发展，在各种占空比下，其峰值功率越来越高，连续工作时功率越来越大。
改善大功率半导体激光器的散热是提升半导体激光器大功率可靠性与寿命的关键因素之一，并一直是人们关注的焦点之一[1]。
激光器的工作寿命强烈依赖于激光器的工作温度及热阻。
在大功率半导体激光器的商业应用过程中，始终伴随着各种热阻的改善。
本文针对管芯焊接工艺中散热不良的问题，对原有的热沉结构进行改良，设计制备了新型AuSn材料作为过渡热沉结构。
1 半导体激光器芯片热沉技术芯片焊接是关系半导体激光器电阻特性与热特性的关键工艺，直接影响器件的可靠性和工作寿命。
半导体激光器的散热直接关系到制作半导体激光器性能的好坏和成败。
目前，半导体激光器最主要的散热方式是通过热沉散热。
随着半导体激光器功率的逐渐提高，处于长时间工作状态的激光器对于芯片与热沉之间的热膨胀系数匹配性、导热性、导电性等性能有了进一步要求，激光器芯片与热沉的粘结工艺成为热沉技术的关键。
采用激光器硬焊料成为将来的发展趋势，新型的AuSn（80%Au +20%Sn）焊料是目前大功率激光器应用的热点，而AuSn焊料作为过渡热沉，使用时的焊层结构是AuSn焊料研究中的难点[2]。
现在焊装大功率半导体激光器时采用金锡预成型片（过渡热沉片），预成型片能够确保焊料的精确用量和准确位置，以达到在最低成本情况下获得最佳质量[3]。
ausn钎料及镀层界面金属间化合物 的演变
ausn钎料及镀层界面金属间化合物的演变《ausn钎料及镀层界面金属间化合物的演变》1. 引言ausn钎料及镀层界面金属间化合物是材料工程领域中一个非常重要的概念。
它们对于材料的性能、稳定性和应用范围都有着重要的影响。
本文将深入探讨这一概念的演变过程，帮助读者更加全面地理解其内涵和影响。
2. ausn钎料的基本原理ausn钎料是一种用于金属连接的材料，其主要成分为Au和Sn。
它能够在较低的温度下完成金属材料的钎焊，从而避免了高温对金属材料的破坏。
在金属连接的过程中，ausn钎料会与金属材料发生反应，形成金属间化合物。
这些化合物对于连接的稳定性和强度起着至关重要的作用。
在不同材料和条件下，ausn钎料与金属界面形成的金属间化合物也会有所不同。
在钎焊过程中，对于金属间化合物的演变及其影响有着重要的研究价值。
3. 镀层界面金属间化合物的形成及特点在镀层的制备过程中，界面金属间化合物的形成情况直接关系到镀层与基材的粘附性和稳定性。
不同的镀层材料和制备条件会导致不同类型和形貌的金属间化合物的形成。
特定的金属间化合物对于镀层的性能有着重要的影响，比如耐磨性、耐腐蚀性等。
对于镀层界面金属间化合物的演变及其特点进行深入了解，对于优化镀层的制备工艺和提高镀层性能具有重要意义。
4. ausn钎料及镀层界面金属间化合物的影响因素在实际应用中，ausn钎料及镀层界面金属间化合物的形成和演变受到多种因素的影响。
比如温度、压力、反应时间等因素都会对金属间化合物的形成产生影响。
基材的材料和表面处理方式，镀层材料的组成和厚度，以及钎焊和镀层工艺的选择也都会影响金属间化合物的形成和演变过程。
因此在实际应用中，需要综合考虑这些因素，并对其进行合理的控制，以实现最佳的钎焊和镀层效果。
5. 金属间化合物的演变研究方法为了深入研究金属间化合物的演变过程，需要运用多种分析手段和方法。
比如X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析方法，可以用于对金属间化合物的组成、形貌和微观结构进行表征。
ausn合金焊接原理
ausn合金焊接原理
AUSN合金焊接是一种常用的金属焊接方法，它使用含有铜和硅
的合金作为焊接材料。
AUSN合金焊接的原理是利用合金的熔点低于
被焊接金属的熔点，通过加热使合金熔化并涂覆在被焊接金属表面，然后利用合金与被焊接金属的相容性和化学反应性，在高温下形成
牢固的焊接接头。
在AUSN合金焊接中，合金的成分和比例对焊接质量起着重要作用。
通常，AUSN合金中含有约30%的铜和约70%的硅，这种成分的
合金具有较低的熔点和良好的流动性，能够在被焊接金属表面形成
均匀的涂层，并且与被焊接金属产生良好的冶金反应，从而形成坚
固的焊接连接。
此外，AUSN合金焊接还需要控制合金的加热和冷却过程。
在加
热过程中，需要确保合金均匀地熔化并涂覆在被焊接金属表面，以
保证焊接接头的均匀性和稳定性。
在冷却过程中，合金与被焊接金
属之间的化学反应会形成强固的金属间化合物，从而增强焊接接头
的机械性能和耐腐蚀性能。
总的来说，AUSN合金焊接的原理是利用合金的低熔点和良好的
相容性，在高温下与被焊接金属产生化学反应，从而形成牢固的焊接连接。
这种焊接方法在航空航天、船舶制造、电子设备等领域得到广泛应用，能够实现高强度、高密封性和耐腐蚀的焊接效果。
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AuSn焊料组分对半导体激光器件性能的影响井红旗;倪羽茜;刘启坤;仲莉;孔金霞;王鑫;刘素平;马骁宇【摘要】为了提高半导体激光器件的可靠性,研究了AlN过渡热沉上AuSn焊料不同配比对半导体激光器器件性能的影响.利用MOCVD生长975 nm芯片,通过对半导体激光器器件表面形貌、空洞、光谱特性、热阻特性以及寿命测试,Au组分比重低于72％的AlN过渡热沉封装器件表面颜色明显不同于组分相对较高的,空洞较多,平均波长红移约5 nm,在寿命试验中过早失效,最终得出AuSn焊料中Au组分比重最好大于72％,小于80％,才能保证封装器件焊接质量,为实际生产和使用提供了指导意义.%In order to improve the reliability of semiconductor laser devices, the effect of AlN transi-tion heat sink with different ratio AuSn solder on the performance of semiconductor laser devices was studied. The 975 nm dies were grown using MOCVD. The surface morphology, voidicity, spectral characteristics, thermal resistance and lifetime of the semiconductor laser device were measured. Compared to the devices on the AlN transition heat sinks with more Au, the devices on the sinks with less 72％ Au that the surface morphology was significantly different and the average wavelength increased about 5 nm, were prematurely lost in the life test. It was found that the Au content in the AuSn solder should be controlled within a certain range, preferably greater than 72％, less than 80％, in order to ensure the quality of packaging equipment. That became important guiding signifi-cance for the actual production and the user.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P850-854)【关键词】AuSn焊料;半导体激光器;AlN过渡热沉;热阻【作者】井红旗;倪羽茜;刘启坤;仲莉;孔金霞;王鑫;刘素平;马骁宇【作者单位】中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TN248.41 引言随着半导体芯片技术和光学技术的发展，半导体激光器的输出功率不断提高，被广泛应用于通信与光储存、军事应用、材料加工、激光医疗、美容等领域[1-3]。
随着输出功率的上升，半导体激光器的光学特性、输出功率以及可靠性等都由其封装质量决定。
影响半导体激光器封装质量的因素有很多，如热沉结构、焊料选择、焊接曲线等。
为了有效提高半导体激光器的可靠性，利用金锡代替铟作为封装焊料是一个可靠途径。
AuSn20合金熔点是280 ℃，广泛应用于气密封装[4]、射频和微波封装[5]、发光二极管封装[6]等方面。
以往大多数研究基本都集中在制备金锡合金[7]、优化金锡共晶合金铸态组织[8]以及研究Au/Sn固态扩散和界面反应机理[9-10]，但对于其对器件实际的具体的影响鲜有报道，本文对AuSn焊料组分比对大功率半导体激光器性能的影响进行了深入研究。
2 实验2.1 芯片制作利用RIXTRON MOCVD设备，在GaAs衬底上生长出应变量子阱大光腔975 nm 激光器外延片，量子阱采用GaInAs材料，波导层和限制层采用AlGaAs材料，外延层结构见图1。
生长好的外延片通过光刻、金属化、减薄等工艺，做成发光区宽度100 μm、填充因子20% 的圆片，再将圆片解理成 4.5 mm 腔长的激光器长条，前后腔面分别镀增透膜和高反膜，最后解理成宽0.5 mm 的管芯。
图1 外延结构图Fig.1 Epitaxial structure2.2 过渡热沉的制作为了满足应用和封装的需求，设计出AlN过渡热沉，见图2。
AlN过渡热沉除了AuSn焊料层外，主要由上镀薄金层的铜层、AlN陶瓷层、下镀薄金层的铜层3部分组成。
各层尺寸都经过了精心计算，有利于满足封装要求。
在各组分参数相同的条件下，AlN层厚度最大，热导率比铜低。
由于生产工艺的误差，AlN过渡热沉上AuSn焊料的组分都有少许浮动，如果误差过大，封装后测试结果差别很大。
按AuSn焊料中Au组分比重的高低分为3类，其金组分的差别如表1所示。
图2 AlN过渡热沉Fig.2 AlN transition heat sink表1 不同Au组分的AlN过渡热沉Tab.1 AlN transition heat sink of different Au content第一类第二类第三类金组分比/% 75.0～78.572.0～75.070.3～71.92.3 器件封装器件采用Fineplacer femto激光二极管精密定位系统进行封装，优化封装曲线，快速升温，找到最佳的封装稳定时间，凝固前快速冷却，凝固后自然降温，减小由于封装引入的应力，提高器件的可靠性。
贴片时要求芯片与热沉焊料边缘平齐，防止芯片缩进热沉导致焊料挡光，也要防止芯片突出较大，导致散热不良，降低器件的可靠性。
3 器件的测试与分析3.1 封装后的外貌图3是3类AlN过渡热沉封装半导体激光器的外貌图。
第一类第二类第三类图3 3类AlN过渡热沉封装半导体激光器的外貌图Fig.3 Surface morphology of the semiconductor laser with AlN transition heat sink3类AlN过渡热沉烧结条件基本相同，但是第三类AlN过渡热沉烧结完后，凝固后的焊料区偏向于有坑洼现象的银白色，而第一类和第二类AlN过渡热沉烧结完后，呈现黑亮的均匀颜色。
在烧结中焊料熔化后，第三类AlN过渡热沉焊料流动性明显不畅，凝固后，有疑似小颗粒物形成，会严重影响芯片和焊料的粘结质量，从而影响激光器的性能。
3.2 空洞X射线检测[11]是一种利用X射线技术观察、研究和检验样品表面或内部结构缺陷的无损伤实验方法，根据不同材料对X射线具有不同的吸收率和透射率，X射线通过样品后，利用衰减后的射线强度来检测样品内部缺陷。
GaAs功率芯片与AlN 过渡热沉上的Cu基板通过AuSn共晶焊后，利用VJELECTRONIX X射线检测仪测定样品的空洞，见图4。
图4 样品的空洞Fig.4 Void of the samples结果显示，第一类和第二类AlN过渡热沉封装的半导体激光器器件X射线检测图中，颜色均匀，基本没有空洞；第三类AlN过渡热沉封装的器件，出现一定量的白色小空洞。
由此可见，第一类和第二类AlN过渡热沉表面的AuSn焊料和GaAs管芯P面的Au层润湿性较好，最后形成均匀的共晶组织，而第三类的AuSn焊料未与GaAs管芯P面达到较好的润湿，形成了带有隐患的空洞，势必影响器件测试性能。
3.3 光谱特性选用3类AlN过渡热沉封装完成后，分别抽取3个样品，利用测试设备测试样品的光谱，冷却水温度23 ℃，发光功率10 W，结果如图5所示。
图5中，A1、A2、A3代表第一类AlN过渡热沉封装器件的光谱，B1、B2、B3代表第二类的光谱，C1、C2、C3代表第三类的光谱。
半导体激光器性能测试结果显示：第一类平均波长为972.3 nm，第二类平均波长为973.4 nm，第三类平均波长为977.9 nm。
第一类和第二类的波长基本一致，而第三类的波长比第一类的波长长约5 nm，说明第三类AlN过渡热沉封装器件产生较多热量，导致禁带宽度变化，激光器波长出现严重漂移。
图5 样品的光谱特性Fig.5 Spectral characteristics of the samples3.4 热阻测试根据 JEDEC 标准，半导体器件热阻定义如下[12-14]：(1)其中，Tj 表示器件在稳态工作时的结温；T0 代表初始温度；Pt 代表热功率；ΔT 为结温升高。
根据半导体PN结正向导通压降与温度呈正比关系[13]，电学法选取半导体 PN 结正向导通压降作为温敏参数，在升温或降温的过程中，快速测量器件的结电压得到瞬态温度曲线，利用结构函数方法，构造RC网络模型，进行数值叠加运算，得到各层结构的热阻。
本实验利用半导体激光器热特性分析仪，测试结果如表2所示。
表2 热阻测试数据Tab.2 Thermal resistance test data第一类/(K·W-1)第二类/(K·W-1)第三类/(K·W-1)12.0512.1482.33622.1112.2032.48832.0782.1882.427平均值2.0802.1802.403测试结果显示：第一类AlN过渡热沉封装的半导体激光器热阻平均值是2.080K/W，第二类的热阻平均值是2.180 K/W，第三类的热阻平均值是2.403 K/W。
在三类AlN过渡热沉封装的器件中，第三类的热阻值最大，比第一类高出0.323K/W。
图6 金锡二元合金平衡相图Fig.6 Phase diagram of Au-Sn binary alloy根据金锡二元合金平衡相图[15-16]，金锡合金Au20Sn是由ζ′-Au5Sn相和-AuSn相组成的共晶组织，见图6。