СПОСОБ СБОРКИ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ И ДРУГИХ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ (ВАРИАНТЫ)

СПОСОБ СБОРКИ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ И ДРУГИХ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ (ВАРИАНТЫ)


RU (11) 2075140 (13) C1

(51) 6 H01S3/02

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94010869/25
(22) Дата подачи заявки: 1994.03.31
(45) Опубликовано: 1997.03.10
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка Франции N 2631751, кл. H 01 S 3/02, 1989. 2. Заявка Великобритании N 1403801, кл. H 01 S 3/0451, 1975. 3. Заявка Японии N 61-198793, кл. H 01 S 3/18, 1987. 4. Заявка ФРГ N 4025163, кл. H 01 S 3/043, 1991.
(71) Заявитель(и): Акционерное общество закрытого типа "СПОЛЛА"; Сапожников Сергей Михайлович
(72) Автор(ы): Сапожников С.М.; Синицына Н.В.; Белановский Е.А.; Коняев В.П.; Бессонов Ю.Л.; Оськин В.В.; Поляков Е.В.
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество закрытого типа "СПОЛЛА"; Сапожников Сергей Михайлович

(54) СПОСОБ СБОРКИ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ И ДРУГИХ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ (ВАРИАНТЫ)

Использование: полупроводниковая, оптоэлектронная технология, квантовая электроника, а именно технология изготовления электронных компонентов, в том числе и лазерных, для приемных, передающих модулей и т.д. Сущность изобретения: способ сборки заключается в металлизации поверхности контактной пластины по крайней мере слоем золота и припоя, слой золота выполняют в виде полоски шириной не менее ширины элемента, толщиной dмAu, равной 0,3 - 1,2 мкм, на полоску помещают припой массой mпр на расстоянии L от дальнего края места крепления элемента и в первом варианте устанавливают на слой золота элемент, помещают в печь и вплавляют в течение времени t равному частному от деления величин расстояния L на скорость распространения припоя по полоске золота, во втором варианте вначале расплавляют припой в течение того же времени, а потом устанавливают на слой припоя на золото элемент и его припаивают обычным способом; массу припоя выбирают из условия где А - эмпирически определенный коэффициент, выбранный в диапазоне 0,05 - 0,08, г; tпл.пр - время от начала нагрева до начала плавления припоя, с; Sпэ - площадь слоя золота под элементом, мм2; Sпм - площадь слоя золота на контактной пластине, мм2, dмэAu - толщина слоя золота под элементом, мм. 2 с.п. ф-лы.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к полупроводниковой, оптоэлектронной технологии, квантовой электронике, а именно к технологии изготовления электронных компонентов, в том числе лазерных диодов, для приемных, передающих модулей и т. д.

Известны способы сборки, например лазерных диодов, путем крепления его элемента на контактной пластине [1-4] предварительно металлизированной. При этом на всю поверхность наносят последовательность металлических слоев, предпоследним обычно бывает слой золота [1,2,4] либо его соединения типа AuSb [3] либо серебро [4] а последним припой различного типа.

Наиболее близким по технической сущности является способ сборки лазерных диодов и других оптоэлектронных и электронных компонентов, включающий нанесение на поверхности контактной пластины по крайней мере двух металлических слоев, предпоследний из которых слой золота, последний слой припоя, установки элемента компонента на металлический слой, припаивание его при нагревании в восстановительной среде при нагрузке на элементе весом Ро с последующим охлаждением [4]

При этом применяется традиционная технология образования слоя припоя, а именно либо нанесение его паяльником, либо напылением. При этих методах трудно обеспечить точный размер толщины наносимых слоев, а также локальность нанесения. В совокупности это приводит к образованию излишков припоя после пайки под элементом и при дальнейшей эксплуатации возможна диффузия припоя из несвязанных объемов, что приводит к деградации прибора (в частности из-за замыкания p-n-перехода и т. д.). Важно использование высокотемпературного припоя, используемого для приборов, работающих при высоких температурах. Это в основном композитные припои, напыление прецизионных слоев которых является сложной технической задачей. Для этого необходимо дорогостоящее оборудование, создание особых масок высокой стоимости.

Техническим результатом первого варианта способа является упрощение получения оптимальных толщин слоев припоя под элементом, упрощение нанесения композитных припоев, что позволяет расширить диапазон применяемых припоев с более высокой температурой плавления, удешевление процесса пайки.

В первом варианте предложен способ сборки лазерных диодов и других оптоэлектронных и электронных компонентов, в котором слой золота выполняют в виде полоски шириной не менее ширины элемента, толщиной dмAu равной 0,3 1,2 мкм, на полоску помещают элемент, а также припой на расстоянии L от дальнего края элемента (припой массой mпр), далее элемент припаивают в течение времени t равному частному от деления величин расстояния L на скорость распространения припоя V по полоске золота, после охлаждения при необходимости удаляют излишки припоя вне элемента, при этом величину массы mпр припоя определяют из условия



где А эмпирически определенный коэффициент, выбранный в диапазоне 0,05 0,08, г;

tпл.пр время от начала нагрева до начала плавления припоя;

Snэ площадь слоя золота под элементом;

Sлм площадь слоя золота на контактной пластине;

dмэAu толщина слоя золота под элементом.

Техническим результатом второго варианта является упрощение получения оптимальных толщин слоев припоя под элементом, упрощения нанесения композитных припоев, что позволяет расширить диапазон применяемых припоев с более высокой температурой плавления, удешевление процесса пайки.

Во втором варианте предложен способ сборки лазерных диодов и других оптоэлектронных и электронных компонентов, в котором слой золота выполняют в виде полоски шириной не менее ширины элемента, толщиной dмAu равной 0,3 1,2 мкм, на полоску помещают припой массой mпр на расстоянии L от дальнего края места закрепления элемента на полоске, далее наносят припой расплавлением его в восстановительной среде в течение времени t равному частному от деления величин расстояния L на скорость распространения припоя V по полоске золота, после охлаждения при необходимости удаляют излишки припоя вне места крепления элемента, после того устанавливают элемент на слой припоя и припаивают, при этом массу mпр припоя определяют из условия



где А эмпирически определяемый коэффициент, выбранный в диапазоне 0,05 0,08, г;

tпл.пр время от начала нагрева до начала плавления припоя;

Snэ площадь слоя золота под элементом;

Snм площадь слоя золота на контактной пластине;

dмэАu толщина слоя золота под элементом.

В предложенном способе на поверхности локально сформированной полоски золота, например напылением, на расстоянии L от места припаиваемого элемента помещают припой в виде гранулы массой mпр, которая зависит от времени проц. площади золотого покрытия и его толщины. Как показали эксперименты, диапазон значений эмпирического коэффициента не зависит от вида компонентов приборов, вида припоя. Нами выбран оптимальный диапазон коэффициента А, при котором получают тонкие, равномерные, однородные слои. Отсутствует отслаивание слоев от поверхности контактной пластины. Получена высокая надежность припаивания элемента.

При припаивании элемента одновременно с формированием слоя припоя (первый вариант) повышенная равномерность слоя припоя под элементом и его оптимальная толщина дополнительно достигаются за счет капиллярности распространения припоя под припаиванием элементом. При этом не является ограничением температура плавления припоя для осуществления процесса приплавления.

Предлагаемая методика позволяет использовать композитные припои. При этом также сохраняется высокая эффективность припаивания при обоих вариантах осуществления способа. Выбор припоя может быть ограничен только физическими и технологическими особенностями самого припаиваемого элемента. Поэтому при использовании предлагаемого способа и его вариантов можно выбирать допустимый высокотемпературный припой, который может быть предпочтителен с точки зрения дальнейшей эксплуатации приборов.

Возможность отказа от дорогостоящего оборудования, напылительных масок при нанесении припоя позволяет значительно удешевить процесс сборки.

Пример 1. Для сборки единичных лазерных диодов были выбраны медные контактные пластины, на монтажную поверхность которых нанесен слой золота в виде полоски шириной b 41020 мкм, длиной L 620 мкм, длиной L 60,5 мм и толщиной d 0,5 0,1 мкм. На поверхность полоски устанавливают элемент лазерного диода. Его контактная поверхность металлизирована. Сверху на него опускают груз весом Ро 0,9 0,1 г. На расстоянии L 3 0,5 мм от элемента помещают привой ПОС-61 в грануле массой 2 0,2 мг. При определении массы припоя коэффициент А был выбран равным 0,06 г. Пайку проводят в восстановительной среде водорода в течение времени t + tпл.пр 4,5 0,3 мин. Охлаждение проводят при комнатной температуре в восстановительной среде. После пайки при необходимости удаляют излишки припоя на полоске между элементом и местом расположения припоя.

Толщина слоя припоя под давлением получена равной 2 02,5 мкм. Вне элемента равномерность толщины подтверждена измерениями и составила 8% от номинальной толщины.

Пример 2. Для сборки решетки лазерных диодов были выбраны медные контактные пластины, на монтажных поверхностях которых локально наносили полоски слоев золота шириной b 410 20 мкм, длиной L 6 0,5 мм и толщиной d 1 0,2 мкм на поверхности полосок помещали гранулы припоя ПОС-61 массой mпр 2 0,2 мг при выборе коэффициента А для двух контактных пластин, равным 0,06 г, для вторичных двух равным 0,07 г и для третьей пары равным 0,08 г. Контактные пластины были помещены в рабочую камеру печи для расплавления припоя в восстановительной среде водорода в течение времени tпл.пр + t 4,0 0,3 мин. Охлаждали при комнатной температуре в восстановительной среде. После извлечения из печи с контактных пластин были удалены излишки припоя и оставлен припой в местах крепления полосок элементов. Полоски лазерных элементов были установлены на слои припоя, на них помещены грузы весом по Ро 0,9 0,1 г. Контактные пластины повторно помещают в печь, вплавляют в восстановительной среде в течение времени tпл + t 4,8 0,3 мин. Далее охлаждают при комнатной температуре в восстановительной среде.

Толщина слоя припоя под элементом получена равной 1,8 2,5 мкм. Равномерность толщины слоя припоя составила 8% от номинала.

Такими же способами можно собирать светодиоды, транзисторы, фотоприемники, тиристоры и другие элементы, что удобно при проведении одновременного монтажа гибридной схемы приемного /передающего модуля.

За счет исключения необходимости напыления слоя припоя значительно удешевляется процесс припаивания элементов Равномерность, оптимизация толщин припоев и упрощение возможности использования композитных припоев с высокой температурой плавления являются несомненными преимуществами изобретения.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ сборки лазерных диодов и других оптоэлектронных и электронных компонентов, включающий нанесение на поверхности контактной пластины по крайней мере двух металлических слоев, предпоследний из которых слой золота, а последний слой припоя, установку элемента компонента на металлический слой, припаивание его при нагревании в восстановительной среде при нагрузке на элементе весом Ро с последующим охлаждением, отличающийся тем, что слой золота выполняют в виде полоски шириной не менее ширины элемента, толщиной dAu 310-4 1,210-3 мм, на полоске устанавливают элемент, а также припой массой mпр на расстоянии L от наиболее удаленной от него грани элемента, помещенный на ту же полоску, далее элемент припаивают в течение времени t L/ v, где v скорость распространения припоя по полоске золота, мм/с, при этом величину массы припоя определяют из условия



где A 0,05 0,08 г эмпирически определенный коэффициент;

tпл.пр время от начала нагрева до начала плавления припоя, с;

Sпэ площадь слоя золота под элементом, мм2;

SпМ площадь слоя золота на контактной пластине, мм2;

dМэ Au толщина слоя золота под элементом, мм;

dMAu ширина золотой полоски, мм.

2. Способ сборки лазерных диодов и других оптоэлектронных и электронных компонентов, включающий нанесение на поверхности контактной пластины по крайней мере двух металлических слоев, предпоследний из которых слой золота, а последний слой припоя, установку элемента компонента на металлический слой, припаивание его при нагревании в восстановительной среде при нагрузке Pо на элементе с последующим охлаждением, отличающийся тем, что слой золота выполняют в виде полоски шириной не менее ширины элемента, толщиной dAu 310-4 1,210-3 мм, на полоску помещают припой массой mпр на расстоянии L, равном сумме расстояния до места закрепления элемента и длине места закрепления элемента на полоске, далее наносят припой расплавлением его в восстановительной среде в течение времени t L/v, где v скорость распространения припоя по полоске золота, мм/с, после того устанавливают элемент на слой припоя и припаивают, при этом массу припоя определяют из условия



где A 0,05 0,08 г эмпирически определенный коэффициент;

tпл.пр время от начала нагрева до начала плавления припоя, с;

S пэ площадь слоя золота под элементом, мм2;

SпМ площадь слоя золота на контактной пластине, мм2;

dМэАи толщина слоя золота под элементом, мм.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru