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产品详细

产品名称: VL020回流炉中半导体激光器芯片In焊接研究

发布日期: 2020-09-16 18:49

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简述:  0 短序跟着半导体激光器的渊博行使,正在雷达.遥控遥测.航空航天等行使中对其叮靠性提出了越来越高的请求.而半导体激光器的芯片焊接工艺对其牢靠性有着直接的影响,腔面爬铟和

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  0 短序跟着半导体激光器的渊博行使,正在雷达.遥控遥测.航空航天等行使中对其叮靠性提出了越来越高的请求.而半导体激光器的芯片焊接工艺对其牢靠性有着直接的影响,腔面爬铟和焊接玄虚是In焊接封装身手面对的丰要题目.也是最大挑拨.ln焊接时将管芯焊正在热浸之上,而有源区隔绝热浸只要几微米,借使焊料太众,受热时会发作迟缓的攀移,使半导体激光器腔而爬铟,导致激光器退化.借使焊料太少,就会映现焊接窄洞题目,将影响焊接的呆滞职能.导热.导电职能,而且增大热阻,衰减寿命,以至失效,因而,采用相宜的焊料和焊接身手至闭首要.本文针对周内渊博行使的808 nm高功率半导体激光器正在浅显焊接进程中暴透露的无还原气体爱戴.玄虚率高.定位精度差等很众影响制品率的题目举行了改良,运用Centrotherm公司的VL020真空烧结筑立深人钻探了真空烧结时所需的焊接夹具和焊接工艺弧线,低落了焊接玄虚率.普及了焊接的制品率.

  1 影响焊接质地的要素目前,大功率半导体激光器众采用P面烧结,以杀青优秀的散热.所以激光器芯片P面金属化质地直接影响烧结的质地,同时,热浸和芯片的前期收拾料厚度和芯片外外的压力等参数也必要要充溢注意,并选取相应程序,加以端庄担任.

  1.1 激光器芯片P面金属化请求激光器芯片P面衬底凡是孕育Ti-Pl-Au,当金层正在基片上附效力低,合金欠好时,则会发作起层形象,重要影响烧结的质地;当金层不足致密且较薄时,正在Au和In浸润时,没有足够的Au与In勾结反响,于是,激光器芯片P面金属化质地直接影响烧结的质地.

  1.2热浸和芯片的前期收拾可焊性.附效力.外血粗拙度和镀层平均性等性子决计激光器芯片P面金属化和热浸的质地,借使这些性子欠好,就会导致In焊料流淌不服均.芯片的烧结面积亏空进而形成李洞形象.因而,应采用激光器P面金属化优秀的芯片.同时,激光器芯片正在加入运用前务必举行端庄收拾,不清白的激光器芯片会变成枉烧结进程中形成Au/In合金浸润不完整形象,从而影响烧结的成果.别的,热浸和焊料长时期存放,其外外的氧化层会很厚,焊料熔化后留下的氧化膜会存烧结后变成玄虚.因而本实行运用德同PINK公司的V6一G等离子冲洗机,将焊接外外的杂质用等离子轰山,同时为了热浸.芯片和焊料的氧化水准可能降到最低,本文正在烧结进程中向VL020真空焊接筑立炉腔内充人少量氢气以还原个别氧化物.

  1.3 In厚度题目激光器芯片粘贴J:艺进程中,焊料被挤m的餐和芯片卜所施加的力受焊料层厚度的影响.In焊接时,In焊料既不行太厚也不行太薄.借使太厚,In焊料受热时则会发作迟缓的攀移,导致腔面爬In;借使太薄,就会映现焊接窄洞题目,将影响焊接后的导热.导电职能,增大热阻,衰减寿命,以至失效.与此同时,半导体激光器芯片的温度和焊料层热应力也受到焊料层厚度的影响,In焊料太厚将会影响激光器芯片的散热In焊料太薄,又会发作热失配而惹起芯片断裂,闳此,为了普及器件封装的牢靠性,要正在温度.热应力和全体封装厚度之间举行衡量来采取妥当的焊料层厚度.

  1.4芯片外外的压力树立为了有用减小芯片和热浸问的焊接玄虚,需求正在激光器芯片下施加必然的压力.通过夹具担任压力巨细,同时众个芯片批量拼装的题目也获得办理.别的,正在烧结进程中有气流转变对夹具定位也防卫了芯片挪动。图1为实行采用的不锈钢夹具,正在烧结进程中该央具为激光器芯片供给定位和压力,对芯片外外施加的压力既不行太大也不行太小,太大会导致芯片断裂,太小会导致焊接后的芯片不服或角落没有焊料浸润而形成守洞形象.

  2 实行及结果剖析针对P面金属化优秀的808 nm.半导体激光器芯片,强化热浸外而的光洁度.平整度以及烧结前热浸及芯片灰面的明净收拾二采用真空烧结工艺创制了四组样品,举行实行钻探和剖析。对热浸样品首前辈行预收拾,然后各取6只样品分裂经受1,2,3和4组试验。,通过对实行后样品举行扫描电子显微镜微观形容参观和比照剖析,获得了压力厚度.工艺弧线与烧结质地的相干.

  2.1 VL020真空焊接工艺采用德同VL020刹真空焊接筑立举行烧结工艺.VL020真窄烧结焊接筑立是特意为正在众种气体情况举行烧结,通过抽真空最大控制地低落氧化物含量.节减奈洞等缺陷而安排的烧结编制,烧结道理和基础流程如下.

  编制检测(用于检测编制足否计算停当)一加热平板检测一抽真窄变成惰性气体情况一允人氮气(低落氧气浓度)抽空并充入氢气(举动还原气,防卫In焊料被氧化)一加热至烧结温度以下并坚持(预加热150℃有助于In焊料到达热平均)一迟缓升温加热至熔点以上(210℃确保急速消融)一抽真空(抽去焊料中的气泡,尽量节减空穴等缺陷省得低落烧结质地)一充入氢气(确保焊料与热浸的精细接触并防卫焊料氧化)一编制冷却一抽真宅(仅用于充人氢气之后)一充人氮气(置换氢气,坚持真空窒的明净)一充人压缩气体吹水并开门一秩序运转完毕.

  2.2夹具和压力的影响剖析安排出新烧结夹具,正在烧结的进程中对管芯施加妥当的压力,办理了烧结进程中的“缩铟”.焊料不服均和管芯倾斜等题目,改革了管芯的散热前提.图2是采用加压和未采用加压烧结后管芯腔面的比照图二可能看到,无加压烧结后,因为缩铟变成正在管心和热浸之间的个别区域映现宅洞,大大影响了管芯散热.而加压烧结后的管芯和热浸之问勾结精细,In焊料和热浸之问的分界不昭着.

  对第1组样品举行众次实行发明,压力的增补有利于杀青Au和In之间的精细接触,能使In焊料与Au可能充溢和急速润湿,普及焊接的质地.可是压力过大,芯片恐怕会断裂.正在2 mm x0.1 mm芯片的样品卜,施加35 g的压力后,如外1所示:

  大个别样品抗剪测试参数大于 2.0 kg,芯片有用焊接面积都正在98%以上,此压力完个能知足芯片焊接的靠性请求.从X射线中可看到,芯片焊接精细,并且芯片断裂形象也末映现.

  2.3 In厚度的影响剖析凡是通过焊层的剪切强度,焊层微观组织等职能来评判焊层质地。本文对第2组6个样品分裂用 l,3和 5 微米 In层的焊接境况举行了比拟.实行前提:焊接温度都为210℃,焊接后保温时问均为25 s,压力为35 g,氛围为氢气爱戴,流量为1.5 L/min,实行结果如图3所示;实行结果讲明,采用5微米的镀In样品焊接最好,采用1微米的镀In样品焊接最差.对采用l微米层的镀In样晶焊接后施加很小推力,芯片就会零落,剪切强度可近似为0,该结果阐发借使In层太薄。则对In的氧化正在焊接进程中起主导影响,从而无法杀青焊接.图3是区别In层厚度芯片焊接后焊层的剪切强度弧线.

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