供稿/秦占陽（廣東粵港澳大灣區(qū)硬科技創(chuàng)新研究院）

隨著高功率半導體激光器器件封裝技術(shù)朝多芯片組和表面貼裝技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)有的封裝材料已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的激光器封裝襯底需求，需要高導熱率，熱膨脹系數(shù)與SI或GaAs芯片匹配的封裝襯底，避免芯片熱應(yīng)力損傷，要有足夠的輕度，目前已投入使用的陶瓷封裝材料有AL2O3，ALN、BeO、SiC等，相比之下，性能更優(yōu)異的金屬復合材料能很好的解決高功率、高亮度激光器的封裝問題，例如CUW，金剛石銅等，開發(fā)更好的封裝襯底材料顯得尤為重要。

目前封裝工藝主要是用焊料片和襯底焊接芯片，容易造成焊料溢出，空洞等問題，導致激光器由于焊接不良失效；表面功能薄膜技術(shù)解決芯片與襯底的焊接問題，降低了封裝難度，提高激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，從而提高激光器的成品率和可靠性。

常見的高功率激光器封裝中的submount/heat spreader是芯片下面重要的封裝材料（圖1 高功率半導體激光器器件封裝結(jié)構(gòu)）。一般對于submount/heat spreader 來說，典型的尺寸大小為11x2x0.3除卻其表面的粗糙度要求一般小于0.05微米，平行度小于5微米。而最難的還是緊挨芯片發(fā)光面的棱邊R小于1微米，且棱邊上不能有任何凸起（圖2 金錫膜層銅鎢）。眾所周知，一般散熱材料一般為銅、cuw等軟質(zhì)材料，這個看起來簡單的材料不是一般的精密加工技術(shù)所能解決，目前中科源升團隊對此已有相應(yīng)的超精密加工方案來解決，但后續(xù)還需要提升效率。

圖2：金錫膜層銅鎢

由于現(xiàn)在電子系統(tǒng)集成度越來越高，隨之帶來的就是電子封裝中出現(xiàn)的熱匹配、熱應(yīng)力、熱疲勞、熱失效等問題。對此，中科源升技術(shù)團隊有相應(yīng)成熟的熱管理技術(shù)解決方案。由于各種電子材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）不同（圖3 材料特性參數(shù)），從而根據(jù)數(shù)值分析仿真根據(jù)客戶的應(yīng)用定制不同的復合功能膜層，以滿足高功率半導體激光器器件封裝的需求。

高功率半導體激光器封裝材料制備主要有三大核心技術(shù)：材料設(shè)計、制備工藝技術(shù)和表面功能覆膜技術(shù)。材料設(shè)計主要對封裝材料的組份、形狀、摻雜濃度和厚度等關(guān)鍵尺寸參數(shù)進行綜合設(shè)計，精細化封裝材料制備工藝是確保材料特性，從而保證激光器性能的關(guān)鍵工藝的不穩(wěn)定性以及工藝中引入的雜質(zhì)和缺陷是制約影響高功率器件性能的主要因素。制備工藝技術(shù)主要是開發(fā)精細化、與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)、高的熱導率的材料加工工藝技術(shù)。開發(fā)銅鎢、鉬銅、碳化硅和金剛石銅的加工工藝。加工工藝主要包括毛料開粗加工、分片加工、鏡面加工等工藝技術(shù)，制備出成品率高、缺陷少的高功率器件封裝材料。封裝材料表面功能覆膜技術(shù)主要對封裝材料的表面金屬膜層進行綜合設(shè)計和工藝研究，主要目的是解決激光芯片的焊接空洞和激光器散熱問題，實現(xiàn)器件高的電光轉(zhuǎn)換效率。高的電光轉(zhuǎn)換效率可以有效減少有源區(qū)產(chǎn)生的廢熱，提高器件高功率工作時的壽命和可靠性。

長期以來國內(nèi)高功率半導體器件企業(yè)封裝材料都依賴于國外進口，這樣一來導致產(chǎn)品成本居高不下，近2年間國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出幾家可以做到與國外封裝材料同等質(zhì)量而且價格低的本土企業(yè)。西安中科源升機電科技有限公司自2017年3月成立以來，依托西安光學精密機械研究所專業(yè)的技術(shù)及管理團隊，致力于高功率半導體激光器器件封裝材料的研究，目前已經(jīng)開發(fā)出幾十種不同規(guī)格的封裝熱沉材料，已經(jīng)取得了國內(nèi)幾家高功率半導體激光器器件企業(yè)的認可。

現(xiàn)代電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品向小型化、便攜化、多功能化方向發(fā)展。電子封裝材料和技術(shù)使電子器件最終成為有功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)已研發(fā)出多種新型封裝材料、技術(shù)和工藝。電子封裝正在與電子設(shè)計和制造一起，共同推動著信息化社會的發(fā)展。在軍事、航空航天和高端民用電子器件等領(lǐng)域，未來的金屬基封裝材 料將朝著高性能、低成本、低密度和集成化的方向發(fā)展．輕質(zhì)、高導熱和 CTE匹配的CUW、SiAl、SiC、Al合金將有很好的前景。