一种低应力封装的高可靠性半导体激光器制造技术

一种低应力封装的高可靠性半导体激光器，包括：主热沉、绝缘片、负极片、负极压块以及巴条单元。次热沉为膨胀系数与巴条匹配的钨铜材料或钼材料制成，其相互热膨胀系数匹配，因此可以降低巴条的封装应力，可避免因热膨胀系数失配导致封装应力过大，从而产生较严重的近场非线性效应甚至使激光器失效。巴条的上下两端均焊接有次热沉，与巴条直接键合金线相比，通过次热沉与负极片键合金线可以在降低封装应力的同时可提高巴条的N面的散热能力。减小了封装应力，有效避免了封装过程中巴条的破损，降低了操作难度，提高了封装合格率。同时，巴条采用金锡硬焊料进行焊接，避免了铟焊料产生的电迁移和电热迁移，大大提高了激光器的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种低应力封装的高可靠性半导体激光器
本技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种低应力封装的高可靠性半导体激光器。
技术介绍
近年来高功率半导体激光器凭借其体积小、质量轻、光电转换效率高、性能稳定和寿命长等优点，被广泛应用于工业、通讯、军事、医疗和材料表面处理等领域。随着半导体材料外延生长技术、量子阱结构优化技术、低欧姆接触技术、低热阻等技术的飞速发展，具有高功率、高效率、高亮度的半导体激光器得到了飞速发展，但同时随着应用领域的发展，对半导体激光器的性能提出了更高的要求。高功率光纤耦合产品和光学整形产品要求半导体激光器具有极低的芯片弯曲度，即很小的“smile”效应、高可靠性和长寿命等特点，要保证高功率半导体激光器的长期稳定工作，这给半导体激光器芯片本身和封装技术带来了极大的挑战。除与芯片本身结构设计有关外，半导体激光器的可靠性与封装结构有密切关系。由于单芯片连续输出功率有限，为获得几十瓦甚至上百瓦的高功率，大部分采用巴条封装形式实现。为提高激光器的导热性能，通常采用热导率较高的无氧铜材料进行封装，无氧铜虽然热导率比较高，导热快，但其热膨胀系数是半导体激光器芯片的2-3倍，在封装后会在巴条上产生较大的应力，导致“smile”较大，不便于后续的光学准直，同时其可靠性也会降低。为减少无氧铜封装的应力，必须采用能够释放应力的软焊料铟焊料进行焊接，但铟焊料在高电流条件下会产生电迁移和电热迁移，形成空洞，影响激光器的散热和长期可靠性。因此，为提高激光器的长期可靠性，必须采用有效的技术手段降低封装应力。中国专利文献CN203747263U公开了一种低应力结构的高功率半导体激光器，包括依次层叠了四层结构，第一层是作为正极连接块的热沉，第二层是芯片和绝缘片，第三层是起导电作用的电极连接层，第四层是负极连接块，电极连接层中，与半导体激光器芯片焊接的部位为平面齿状结构，可降低电极连接层和芯片之间的应力。但是，由于电极连接层为铜材料，其与巴条的焊接必须采用软焊料来释放应力，可靠性差，而且，由于工作过程中巴条P面和N面接触材料不同或材料厚度不同，也会产生较大的应力。中国专利文献CN106329308A公开了一种低smile的半导体激光器封装结构，通过在热沉的上下面各加一层对称的应力缓释层，应力缓释层的热膨胀系数与巴条匹配，材料为钨铜或石墨铜或石墨铝或石墨烯或铜金刚石或陶瓷覆铜结构，使得热沉上下对应的应变收缩量一致，可降低封装应力。但是由于巴条N面为自由面，其受到的应力与P面是不对称的，因此整个巴条上受到的应力是不均匀的，其可靠性较差，而且，应力缓释层导热率较低，会限制激光器的连续功率输出。为提高高功率半导体激光器的长期可靠性，在降低封装应力的同时，巴条的直接焊接必须避免铟焊料的使用，而金锡硬焊料具有较高的熔点、良好的导热、导电特性、抗腐蚀性、无热疲劳及可实现无助焊剂焊接等优点，被成功地用在高功率半导体激光器的高可靠性及无助焊剂焊接中，而且其熔点较高，比较适合巴条的一次焊接。但金锡硬焊料属于硬焊料，不容易释放封装应力，为减少封装应力，在采用金锡硬焊料进行巴条封装时，必须采用热膨胀系数与巴条匹配的材料。
技术实现思路
本技术为了克服以上技术的不足，提供了一种有效降低封装应力、提高半导体激光器可靠性的低应力封装的高可靠性半导体激光器。本技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种低应力封装的高可靠性半导体激光器，包括：主热沉，其上表面上沿横向焊接固定有绝缘片；负极片，其沿横向焊接固定于绝缘片的上表面上；负极压块，其焊接固定于负极片的上表面上；以及巴条单元，其由两个相平行的次热沉以及夹装于两个次热沉之间的巴条组成，巴条上下两侧分别通过金锡硬焊料与同侧的次热沉焊接固定，巴条单元其沿纵向设置，所述负极片邻近巴条单元的一侧沿纵向设置有台阶，位于下端的次热沉焊接固定于主热沉上表面上，位于上端的次热沉通过金线键合与台阶相连接，所述次热沉采用钨铜材料或钼材料制成；主热沉、绝缘片、负极片以及负极压块上分别设置有相同轴的冷却水道。优选的，上述主热沉采用无氧铜材料制成，主热沉外表面镀有材料为镍或金的金属层。优选的，位于下端的次热沉与主热沉之间通过锡银铜焊料或铟焊料或铟锡焊料等焊料进行焊接。优选的，绝缘片与主热沉之间通过锡银铜焊料或铟焊料或铟锡焊料等焊料进行焊接。优选的，负极片与绝缘片之间通过锡银铜焊料或铟焊料或铟锡焊料等焊料进行焊接。优选的，负极压块与负极片之间通过锡银铜焊料或铟焊料或铟锡焊料等焊料进行焊接。优选的，绝缘片采用陶瓷片或PCB板制成，负极片采用铜材料制成，绝缘片及负极片外表面镀有材料为镍或金的金属层。优选的，上述两个次热沉的外形尺寸相等，次热沉的长度为巴条长度的1.05倍-1.1倍，次热沉的宽度为巴条宽度的1.05倍-1.1倍，次热沉的厚度为巴条厚度的2倍-4倍，巴条位于两个次热沉的居中位置。优选的，上述巴条单元的上表面与台阶的上表面相平齐。本技术的有益效果是：次热沉为膨胀系数与巴条匹配的钨铜材料或钼材料制成，其相互热膨胀系数匹配，因此可以降低巴条的封装应力，可避免因热膨胀系数失配导致封装应力过大，从而产生较严重的近场非线性效应甚至使激光器失效。巴条的上下两端均焊接有次热沉，与巴条直接键合金线相比，通过次热沉与负极片键合金线可以在降低封装应力的同时可提高巴条的N面的散热能力。减小了封装应力，有效避免了封装过程中巴条的破损，降低了操作难度，提高了封装合格率。同时，巴条采用金锡硬焊料进行焊接，避免了铟焊料产生的电迁移和电热迁移，大大提高了激光器的可靠性。附图说明图1为本技术的立体爆炸结构示意图；图2为本技术的巴条单元的立体结构示意图；图中，1.主热沉2.巴条单元3.绝缘片4.负极片5.负极压块6.台阶7.冷却水通道2.1巴条2.2次热沉。具体实施方式下面结合附图1、附图2对本技术做进一步说明。一种低应力封装的高可靠性半导体激光器，包括：主热沉1，其上表面上沿横向焊接固定有绝缘片3；负极片4，其沿横向焊接固定于绝缘片3的上表面上；负极压块5，其焊接固定于负极片4的上表面上；以及巴条单元2，其由两个相平行的次热沉2.2以及夹装于两个次热沉2.2之间的巴条2.1组成，巴条2.1上下两侧分别通过金锡硬焊料与同侧的次热沉2.2焊接固定，巴条单元2其沿纵向设置，负极片4邻近巴条单元2的一侧沿纵向设置有台阶6，位于下端的次热沉2.2焊接固定于主热沉1上表面上，位于上端的次热沉2.2通过金线键合与台阶6相连接，次热沉2.2采用钨铜材料或钼材料制成；主热沉1、绝缘片3、负极片4以及负极压块5上分别设置有相同轴的冷却水道。次热沉2.2为膨胀系数与巴条2.1匹配的钨铜材料或钼材料制成，其相互热膨胀系数匹配，因此可以降低巴条的封装应力，可避免因热膨胀系数失配导致封装应力过大，从而产生较严重的近场非线性效应甚至使激光器失效。巴条2.1的上下两端均焊接有次热沉2.2，与巴条2.1直接键合金线相比，通过次热沉2.2与负极片4键合金线可以在降低封装应力的同时可提高巴条2.1的N面的散热能力。减小了封装应力，有效避免了封装过程中巴条2.1的破损，降低了操作难度，提高了封装合格率。同时，巴条2.1采用金锡硬焊料进行焊接，避免了铟焊料产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低应力封装的高可靠性半导体激光器，其特征在于，包括：主热沉（1），其上表面上沿横向焊接固定有绝缘片（3）；负极片（4），其沿横向焊接固定于绝缘片（3）的上表面上；负极压块（5），其焊接固定于负极片（4）的上表面上；以及巴条单元（2），其由两个相平行的次热沉（2.2）以及夹装于两个次热沉（2.2）之间的巴条（2.1）组成，巴条（2.1）上下两侧分别通过金锡硬焊料与同侧的次热沉（2.2）焊接固定，巴条单元（2）其沿纵向设置，所述负极片（4）邻近巴条单元（2）的一侧沿纵向设置有台阶（6），位于下端的次热沉（2.2）焊接固定于主热沉（1）上表面上，位于上端的次热沉（2.2）通过金线键合与台阶（6）相连接，所述次热沉（2.2）采用钨铜材料或钼材料制成；主热沉（1）、绝缘片（3）、负极片（4）以及负极压块（5）上分别设置有相同轴的冷却水道。

【技术特征摘要】
1.一种低应力封装的高可靠性半导体激光器，其特征在于，包括：主热沉（1），其上表面上沿横向焊接固定有绝缘片（3）；负极片（4），其沿横向焊接固定于绝缘片（3）的上表面上；负极压块（5），其焊接固定于负极片（4）的上表面上；以及巴条单元（2），其由两个相平行的次热沉（2.2）以及夹装于两个次热沉（2.2）之间的巴条（2.1）组成，巴条（2.1）上下两侧分别通过金锡硬焊料与同侧的次热沉（2.2）焊接固定，巴条单元（2）其沿纵向设置，所述负极片（4）邻近巴条单元（2）的一侧沿纵向设置有台阶（6），位于下端的次热沉（2.2）焊接固定于主热沉（1）上表面上，位于上端的次热沉（2.2）通过金线键合与台阶（6）相连接，所述次热沉（2.2）采用钨铜材料或钼材料制成；主热沉（1）、绝缘片（3）、负极片（4）以及负极压块（5）上分别设置有相同轴的冷却水道。2.根据权利要求1所述的低应力封装的高可靠性半导体激光器，其特征在于：所述主热沉（1）采用无氧铜材料制成，主热沉（1）外表面镀有材料为镍或金的金属层。3.根据权利要求1所述的低应力封装的高可靠性半导体激光器，其特征在于：位于下端的次热沉（2.2）与主热沉（1）之间通过锡银铜焊料或铟焊料或铟锡焊料等焊料进行焊接。4.根据权利要求1所述的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙素娟，开北超，付传尚，顾宁宁，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37