一种用于热沉的预置焊料结构、制作方法及半导体激光器与流程

本申请涉及半导体激光器芯片的封装，尤其是涉及一种用于热沉的预置焊料结构、制作方法及半导体激光器。

背景技术：

1、金锡焊料是一种常用的封装焊接材料，随着自动化装配的普及，以及激光器倒装封装对焊料厚度的严苛要求，金锡焊片厚度以最低15um的模式用于激光器倒装焊接，但是此厚度会在端头出现焊料溢出形成的聚球，对激光出光端形成遮挡，影响出光效率。

技术实现思路

1、本申请提供一种用于热沉的预置焊料结构，能解决焊料溢出形成的聚球的问题。

2、一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，包括以下步骤：

3、提供热沉，所述热沉开设有凹槽，在所述凹槽内溅射金属层，溅射条件为：真空度0.8-5pa，溅射速率：15-25a/s，衬底温度：100-200℃，所述金属层依次包括钛层、铂层、金层，其中，所述金属层的溅射厚度分别为：钛层1.5 um，铂层2.0 um，金过渡层0.5 um；

4、在溅射好的所述金属层上电镀焊料层，所述焊料层依次包括第一金层、锡层和第二金层，其中电镀第一金层的条件为：镀液温度50-65℃，电镀速率1500a/min，电镀厚度：2.8um；电镀锡层的条件为：镀液温度室温，电镀速率3000a/min，电镀厚度：2.6um；以及电镀第二金层的条件为：镀液温度室温，电镀速率3000a/min，电镀厚度：2.5 um，且第二金层不凸出于所述凹槽；以及

5、对电镀好的焊料层进行退火处理，退火条件为：第一阶段200°，150s，第二阶段240°，50s。

6、通过采用上述方案，将金属层及焊料层是形成于凹槽中，金属层作为焊料层与热沉的过渡层，精确控制金属层和焊料层的厚度，使金锡焊片厚度的厚度降到了8um之下，避免了过厚的焊料层导致的聚球现象，减少了后期预置焊料在焊接过程中焊料溢出的可能性；而且，进一步解决聚球现象；通过将退火条件分为2个阶段，第一阶段的较低温度（200°c）有助于逐渐缓解材料内部的应力，第二阶段的较高温度（240°c）可以促进晶粒的长大和相变，有助于改善材料的机械性能和微观结构。

7、在其中一种实施例中，所述凹槽的开口自底部至顶部逐渐增大。

8、通过采用上述方案，有助于减少因焊料在退火时因收缩而在焊料层中形成的空洞。

9、在其中一种实施例中，所述凹槽包括多个子槽，每个子槽的开口自底部向顶部依次增大以形成阶梯状，每个子槽内形成所述金属层的其中一层，上一层的金属层在所述热沉底面的投影完全覆盖其下一金属层在所述热沉底面的投影。

10、通过采用上述方案，每个子槽的开口逐渐增大，可以减少层与层之间的应力集中，不同金属层可能具有不同的热膨胀系数，阶梯状设计可以为每层金属提供适当的膨胀空间，减少因热膨胀不匹配而产生的内应力。

11、在其中一种实施例中，在退火步骤后还包括在所述焊料层表面固定自愈性焊料，所述自愈性焊料被配置为当所述焊料层发生裂纹时自修复所述焊料层。

12、通过在焊料层表面设置自愈性焊料，所述自愈性焊料被配置为当所述焊料层发生裂纹时自修复所述焊料层。

13、在其中一种实施例中，所述自愈性焊料至少包括微胶囊颗粒，微胶囊颗粒包括壁材层以及填充于壁材层内的自修复材料，所述壁材层为应力敏感性材料或者为光敏感性材料，所述自修复材料至少包括液态金属。

14、在其中一种实施例中，所述自愈性焊料为包括有sma纤维与微胶囊颗粒形成的复合网状结构层。

15、一种用于热沉的预置焊料结构，包括：

16、热沉，所述热沉开设有凹槽；

17、金属层，形成于所述凹槽内，所述金属层依次包括钛层、铂层、金层，其中，所述金属层的溅射厚度分别为：钛层1.5 um，铂层2.0 um，金过渡层0.5 um；以及

18、焊料层，所述焊料层依次包括第一金层、锡层和第二金层，所述第一金层的厚度为2.8um，锡层的厚度为2.6um，以及第二金层的厚度为2.5 um，且第二金层不凸出于所述凹槽。

19、在其中一种实施例中，所述焊料层表面固定自愈性焊料，所述自愈性焊料被配置为当焊料层发生裂纹时自修复所述焊料层。

20、在其中一种实施例中，所述自愈性焊料至少包括微胶囊颗粒，微胶囊颗粒包括壁材层以及填充于壁材层内的自修复材料，所述壁材层为热敏感性、光敏感性或者应力敏感性材料中的任意一种材料，所述自修复材料至少包括液态金属。

21、一种半导体激光器，包括如上所述的用于热沉的预置焊料结构以及激光器芯片，所述激光器芯片通过回流焊固定于所述焊料层上。

22、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

23、1. 通过采用上述方案，将焊料层是形成于凹槽中，并且精确控制金属层和焊料层的厚度，避免了过厚的焊料层导致的聚球现象，减少了后期预置焊料在焊接过程中焊料溢出的可能性；而且，进一步解决聚球现象；将退火条件分为2个阶段，第一阶段的较低温度（200°c）有助于逐渐缓解材料内部的应力，第二阶段的较高温度（240°c）可以促进晶粒的长大和相变，这有助于改善材料的机械性能和微观结构。

24、2. 通过采用上述方案，每个子槽的开口逐渐增大，可以减少层与层之间的应力集中，不同金属层可能具有不同的热膨胀系数，阶梯状设计可以为每层金属提供适当的膨胀空间，减少因热膨胀不匹配而产生的内应力。

25、3. 通过在焊料层表面设置自愈性焊料，所述自愈性焊料被配置为当所述焊料层发生裂纹时自修复所述焊料层，如此能加强后期焊料层由于裂纹而影响导电性能。

技术特征：

1.一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，其特征在于：所述凹槽(101)的开口自底部至顶部逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，其特征在于：所述凹槽(101)包括多个子槽(102)，每个子槽(102)的开口自底部向顶部依次增大以形成阶梯状，每个子槽(102)内形成所述金属层(2)的其中一层，上一层的金属层(2)在所述热沉(1)底面的投影完全覆盖其下一金属层(2)在所述热沉(1)底面的投影。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，其特征在于：在退火步骤后还包括在所述焊料层(3)表面或者凹槽(101)的侧壁固定自愈性焊料(4)，所述自愈性焊料(4)被配置为当所述焊料层(3)发生裂纹时自修复所述焊料层(3)。

5.根据权利要求4所述的一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，其特征在于：所述自愈性焊料(4)至少包括微胶囊颗粒，所述微胶囊颗粒包括壁材层以及填充于壁材层内的自修复材料，所述壁材层为热敏感性、光敏感性或者应力敏感性材料中的任意一种材料，所述自修复材料至少包括液态金属。

6.根据权利要求5所述的一种用于热沉的预置焊料结构的制作方法，其特征在于：所述自愈性焊料(4)为包括有sma纤维与微胶囊颗粒形成的复合网状结构层。

7.一种用于热沉的预置焊料结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种用于热沉的预置焊料结构，其特征在于：所述焊料层(3)表面固定有自愈性焊料(4)，所述自愈性焊料(4)被配置为当焊料层(3)发生裂纹时自修复所述焊料层(3)。

9.根据权利要求8所述的一种用于热沉的预置焊料结构，其特征在于：所述自愈性焊料(4)至少包括微胶囊颗粒，微胶囊颗粒包括壁材层以及填充于壁材层内的自修复材料，所述壁材层为热敏感性、光敏感性或者应力敏感性材料中的任意一种材料，所述自修复材料至少包括液态金属。

10.一种半导体激光器，其特征在于，包括如权利权要7-9任意一项所述的用于热沉的预置焊料结构以及激光器芯片，所述激光器芯片通过回流焊固定于所述焊料层(3)上。

技术总结本申请涉及一种用于热沉的预置焊料结构、制作方法及半导体激光器。用于热沉的预置焊料结构的制作方法包括提供热沉，热沉开设有凹槽，在凹槽内溅射金属层，溅射条件为：真空度0.8‑5Pa，溅射速率：15‑25A/s，衬底温度：100‑200℃，所述金属层依次包括钛层、铂层、金层，其中，所述金属层的溅射厚度分别为：钛层1.5 um，铂层2.0 um，金过渡层0.5 um；在溅射好的金属层上依次电镀第一金层、锡层和第二金层，得焊料层，其中电镀第一金层的条件为：镀液温度50‑65℃，电镀速率1500A/min，电镀厚度：2.8um；电镀锡层的条件为：镀液温度室温，电镀速率3000A/min，电镀厚度：2.6um；以及电镀第二金层的条件为：镀液温度室温，电镀速率3000A/min，电镀厚度：2.5 um，且第二金层不凸出于所述凹槽；以及对电镀好的焊料层进行退火处理，退火条件为：第一阶段200°，150S，第二阶段300°，50S。技术研发人员：韩建栋,智云涛,陈红受保护的技术使用者：深圳宏海技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9