金錫焊料在大功率半導(dǎo)體激光器中的應(yīng)用

大功率半導(dǎo)體激光器具有體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡單，亮度高，壽命長等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于在汽車、電子、機械、航空、鋼鐵等行業(yè)中。具體而言，大功率半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用主要分為以下4個的方面：1）作為其它激光器的泵浦源；2）激光加工；3）醫(yī)療與美容；4）軍事裝備。

（大功率激光器應(yīng)用行業(yè)圖片）

大功率半導(dǎo)體激光器的電光轉(zhuǎn)換效率通常在50~70%，意味著在工作中接近一半的能量將以熱能的形式耗散，這對激光器的散熱能力提出了挑戰(zhàn)。如果不能及時排出廢熱，激光器的出光效率將隨之下降，進(jìn)而導(dǎo)致輸出光功率減小。在大功率半導(dǎo)體激光器封裝工藝中，芯片的燒結(jié)質(zhì)量激光器的散熱能力影響很大，常用的焊料品種主要為銦焊料（In/In97Ag3）和金錫焊料（Au80Sn20），兩者的物理性質(zhì)如下：

Au80Sn20焊料的熱膨脹系數(shù)與芯片（GaAs 6.5×10^-6/℃）更相近，而銦焊料則由于其質(zhì)軟的特性可以緩沖芯片燒結(jié)時的應(yīng)力。但是在可靠性及壽命上，采用Au80Sn20焊料燒結(jié)的芯片顯示出顯著的優(yōu)越性。兩種焊料封裝的激光器在老化過程中的功率變化如下圖^[1]所示?？梢钥吹?，Au80Sn20焊料封裝的激光器功率較為穩(wěn)定，而銦焊料封裝器件多數(shù)失效。

激光器在高溫長時間工作時，銦焊料內(nèi)部將出現(xiàn)空洞導(dǎo)致封裝熱阻提高，進(jìn)而劣化激光器散熱性能引起功率下降。此外在這一過程中，銦焊料還存在“爬銦”現(xiàn)象，沿芯片側(cè)面攀爬、遷移的焊料可能會導(dǎo)致漏電或器件性能退化。作為對比，Au80Sn20焊料則不會有類似失效模式。

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參考文獻(xiàn)

[1] 房玉鎖,李成燕,牛江麗,王媛媛,任永學(xué),安振峰.焊料體系對高功率半導(dǎo)體激光器性能的影響[J].世界有色金屬,2017(03):142-144.