高功率激光器封装材料解决方案:预镀金锡焊料钨铜热沉

发布于 2022-05-18 12:12

半导体材料通常具有较低的热膨胀系数，功率半导体芯片在工作时会有高的热量散出。随着芯片功率密度的提高，未来芯片的封装对散热提出更加迫切的需求。因此，电子封装热沉材料得到广泛研究和产业化应用。

热沉材料由于要与芯片紧密贴装，需要考虑以下两大基本性能要求：

1、高热导率和匹配的热膨胀系数。高热导率可实现快速散热，保证芯片在适宜的温度下正常工作。

2、与半导体材料相匹配的热膨胀系数能减小热沉、芯片以及各封装材料之间的热应力，避免开裂脱离等导致芯片过烧的情况发生。

为什么选用预镀金锡焊料钨铜热沉

钨铜合金是钨和铜组成既不互溶又不形成金属间化合物的两相单体均匀混合的组织，实际上是一种假合金。钨铜合金用粉末冶金方法制备而成，既有钨的低膨胀特性，又具有铜的高导热特性。通过改变材料的成分，钨铜合金的热膨胀系数和导电导热性可以加以调整，从而给材料的使用提供了便利。常见的钨铜合金牌号及其材料性能参数如下表所示。

芯片与钨铜热沉的焊接常用的焊料包括铟焊料、锡铅焊料及金锡焊料。众多研究成果已证实，使用金锡焊料封装的器件在工作寿命上有明显优势，并且能够承受随后在相对低温度下的后续组装工艺。金锡预成形焊片是广泛应用于芯片共晶的互连材料，但在一些应用中客户更希望能将焊料集成在钨铜热沉上，先艺电子推出的预镀金锡焊料钨铜热沉产品恰好能满足这类需求。

预镀金锡焊料钨铜热沉有什么优势

大功率半导体激光器的出光面与焊层的距离仅为数微米，倘若焊料过厚，焊接时被挤出的焊料容易导致pn结短路。常规的金锡预成形焊片厚度加工至10 μm以下非常困难，加工成本很高。与之相反地，通过镀膜工艺则可以轻松地将热沉上金锡焊料厚度控制在这一范围。同时，芯片焊接在预镀金锡焊料的金属基热沉上无须额外使用其它互连材料，有利于提高封装效率。

基于自主研发的金锡焊料沉积技术，先艺电子可供应预镀金锡焊料的各类钨铜热沉，并提供热沉的金锡镀膜加工服务。即便金锡焊料厚度达10 μm，先艺电子借助独特的工艺路线也可为客户提供极具竞争力的价格。同时，在多年积累的精密工装治具开发经验加持下，可以实现在不同形状热沉表面预镀金锡焊料。