封装对大功率半导体激光器阵列热应力及Smile的影响

作     者：陈天奇 张普 彭勃 张宏友 吴的海 CHEN Tian-qi;ZHANG Pu;PENG Bo;ZHANG Hong-you;WU Di-hai

作者机构：中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2018年第47卷第6期

页      面：123-133页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(Nos.61334010 61306096 61404172 61504167)资助~~ 

主　　题：大功率半导体激光器 封装 有限元分析 热应力 Smile 

摘      要：提出一种采用双铜-金刚石的三明治封装结构,利用有限元分析方法研究了其与传统的Cu+Cu W硬焊料封装结构激光器的热应力与Smile.对比模拟结果发现新封装结构热应力降低43.8%,Smile值增加95%.在次热沉热膨胀系数与芯片材料匹配的情况下,使用弹性模量更大的次热沉材料,可对芯片层热应力起到更好的缓冲作用.以硬焊料封装结构为例,分析了负极和次热沉厚度对器件Smile的影响.结果表明负极片厚度从50μm增加到300μm,器件工作结温降低2.26℃,Smile减小0.027μm,芯片的热应力增加22.95 MPa.当次热沉与热沉的厚度比小于29%时,Smile随次热沉厚度增加而增加;而当次热沉厚度超过临界点后,Smile随次热沉厚度增加而减小.当次热沉厚度达到临界点(2300μm)时,硬焊料封装的半导体激光器具有最大的Smile值3.876μm.制备了Cu W厚度分别为300μm和400μm的硬焊料封装976 nm激光器,并测量了其发光光谱.通过对比峰值波长漂移量,发现Cu W厚度增加了100μm,波长红移增加了1.25 nm,根据温度和应力对波长的影响率可知应力减小了18.05 MPa.测得两组器件的平均Smile值分别为0.904μm和1.292μm.实验证明增加Cu W厚度可减小芯片所受应力,增大Smile值.