一种高可靠半导体激光芯片
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明涉及芯片领域，具体涉及一种高可靠半导体激光芯片。
背景技术
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件，半导体激光器的核心发光部分是由P型和N型半导体构成的PN结管芯，现有技术半导体激光器芯片需要通过焊料封装在基底上，最终形成半导体激光芯片。
但是，目前现有的半导体激光芯片的基底耐热导热性能不佳，导致芯片工作时产生的热量不能及时导出，长时间高温条件下工作易于对芯片性能产生不利影响，可靠性不佳。
如何改善现有的半导体激光芯片的耐热导热性能不佳是本发明的关键，因此，亟需一种高可靠半导体激光芯片来解决以上问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高可靠半导体激光芯片：通过将高可靠树脂、氮化硅、硬脂酸钙、偶联剂、抗氧剂加入至混合机中搅拌混合，得到混合料，将混合料加入至挤出机中熔融挤出，经过定型，裁切，得到高可靠基底，将光刻胶旋涂在高可靠基底的表面上，之后进行UV曝光，之后加入至显影液中，取出后进行刻蚀圆孔，之后在圆孔里溅射镍，将溅射的镍和集成电路完好互联，得到高可靠半导体激光芯片，解决了现有的半导体激光芯片的耐热导热性能不佳的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高可靠半导体激光芯片，包括高可靠基底和高可靠基底上的集成电路；
该高可靠半导体激光芯片由以下步骤制备得到：
步骤一：按照重量份称取高可靠树脂80-100份、氮化硅7-13份、硬脂酸钙2-4份、偶联剂1-6份、抗氧剂1-3份，备用；
步骤二：将高可靠树脂、氮化硅、硬脂酸钙、偶联剂、抗氧剂加入至混合机中，在温度为35-55℃，搅拌速率为1000-1500r/mi n的条件下搅拌混合1-3h，得到混合料；
步骤三：将混合料加入至挤出机中熔融挤出，经过定型，裁切，得到高可靠基底；
步骤四：将光刻胶旋涂在高可靠基底的表面上，之后进行UV曝光，之后加入至显影液中，取出后进行刻蚀圆孔，之后在圆孔里溅射镍；
步骤五：将溅射的镍和集成电路完好互联，得到高可靠半导体激光芯片。
作为本发明进一步的方案：所述高可靠树脂由以下步骤制备得到：
S1：将2-甲氧基对苯二酚、4，4'-二氟二苯砜、无水碳酸钾、甲苯以及环丁砜加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为20-25℃，400-500r/mi n的条件下搅拌10-15mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为2-3℃/mi n，之后继续搅拌反应4-5h，之后升温至170-175℃的条件下继续搅拌反应8-10h，反应结束后将反应产物冷却至50℃以下，之后加入至蒸馏水中，析出沉淀，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3-5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50-60℃的条件下干燥3-4h，得到中间体1；
反应过程如下：
S2：将中间体1、二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-20℃，搅拌速率为400-500r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入三溴化硼溶液，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至30-35℃的条件下继续搅拌反应12-16h，反应结束后将反应产物加入至无水乙醇中，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3-5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为100-110℃的条件下干燥20-30h，得到中间体2；
反应过程如下：
S3：将中间体2、对甲基苯磺酸以及二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20-25℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌20-30mi n，之后加入全氟辛酸继续搅拌20-30mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为2-3℃/mi n，之后继续搅拌反应8-12h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醚洗涤3-5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50-60℃的条件下干燥8-10h，得到高可靠树脂。
反应过程如下：
作为本发明进一步的方案：步骤S1中的所述2-甲氧基对苯二酚、4，4'-二氟二苯砜、无水碳酸钾、甲苯以及环丁砜的用量比为0.1mo l：0.1mo l：0.11-0.13mo l：30-35mL：80-100mL。
作为本发明进一步的方案：步骤S2中的所述中间体1、二氯甲烷以及三溴化硼溶液的用量比为5g：50-60mL：40-50mL，所述三溴化硼溶液为三溴化硼按照质量比为1-2：8溶解于二氯甲烷所形成的溶液。
作为本发明进一步的方案：步骤S3中的所述中间体2、对甲基苯磺酸、二氯甲烷以及全氟辛酸的用量比为5g：0.025-0.035g：80-100mL：0.01-0.03mo l。
本发明的有益效果：
本发明的一种高可靠半导体激光芯片，通过将高可靠树脂、氮化硅、硬脂酸钙、偶联剂、抗氧剂加入至混合机中搅拌混合，得到混合料，将混合料加入至挤出机中熔融挤出，经过定型，裁切，得到高可靠基底，将光刻胶旋涂在高可靠基底的表面上，之后进行UV曝光，之后加入至显影液中，取出后进行刻蚀圆孔，之后在圆孔里溅射镍，将溅射的镍和集成电路完好互联，得到高可靠半导体激光芯片；该高可靠基底由高可靠树脂、氮化硅为主要原料，高可靠树脂具有良好的耐高温性能，向其中加入氮化硅后不仅提升高可靠树脂的力学性能，还能有效的提升其导热性能，使得制备得到高可靠半导体激光芯片的耐高温性能和导热性能优良，能够快速的将芯片工作时产生的热量导出，避免芯片受损，而且提高其耐热性能后使得芯片工作时产生的热量不足以使得芯片变形，能够使得芯片能够保持长效高性能，提高其可靠性；
在制备高可靠半导体激光芯片的过程中首先制备一种高可靠树脂，首先利用2-甲氧基对苯二酚、4，4'-二氟二苯砜聚合反应生成中间体1，之后中间体1上的甲氧基脱除形成羟基，得到中间体2，之后中间体2上的羟基与全氟辛酸上的羧基进行酯化反应，得到高可靠树脂；该高可靠树脂的分子链上主要为苯环和砜基，具有良好的热稳定性，之后引入大量的C-F键，C-F键键能大，难以破坏，而且耐化学性能高，因此能够对高可靠树脂进行有效的保护，进而进一步提升其耐高温性能，之后与氮化硅联合作用下，形成的复合物耐高温性能和导热性能均优良。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例为一种高可靠树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.1mo l 2-甲氧基对苯二酚、0.1mo l4，4'-二氟二苯砜、0.11mo l无水碳酸钾、30mL甲苯以及80mL环丁砜加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为20℃，400r/mi n的条件下搅拌10mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为2℃/mi n，之后继续搅拌反应4h，之后升温至170℃的条件下继续搅拌反应8h，反应结束后将反应产物冷却至50℃以下，之后加入至蒸馏水中，析出沉淀，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50℃的条件下干燥3h，得到中间体1；
S2：将5g中间体1、50mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-20℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入40mL三溴化硼按照质量比为1：8溶解于二氯甲烷所形成的三溴化硼溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至30℃的条件下继续搅拌反应12h，反应结束后将反应产物加入至无水乙醇中，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为100℃的条件下干燥20h，得到中间体2；
S3：将5g中间体2、0.025g对甲基苯磺酸以及80mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为20℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌20mi n，之后加入0.01mo l全氟辛酸继续搅拌20mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为2℃/mi n，之后继续搅拌反应8h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醚洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为50℃的条件下干燥8h，得到高可靠树脂。
实施例2：
本实施例为一种高可靠树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.1mo l 2-甲氧基对苯二酚、0.1mo l4，4'-二氟二苯砜、0.12mo l无水碳酸钾、32mL甲苯以及90mL环丁砜加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为22℃，450r/mi n的条件下搅拌12mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为3℃/mi n，之后继续搅拌反应4.5h，之后升温至172℃的条件下继续搅拌反应9h，反应结束后将反应产物冷却至50℃以下，之后加入至蒸馏水中，析出沉淀，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤4次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为55℃的条件下干燥3.5h，得到中间体1；
S2：将5g中间体1、55mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-20℃，搅拌速率为450r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入45mL三溴化硼按照质量比为1.5：8溶解于二氯甲烷所形成的三溴化硼溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至32℃的条件下继续搅拌反应14h，反应结束后将反应产物加入至无水乙醇中，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤4次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为105的条件下干燥25h，得到中间体2；
S3：将5g中间体2、0.03g对甲基苯磺酸以及90mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为22℃，搅拌速率为450r/mi n的条件下搅拌25mi n，之后加入0.02mo l全氟辛酸继续搅拌25mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为2.5℃/mi n，之后继续搅拌反应10h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醚洗涤4次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为55℃的条件下干燥9h，得到高可靠树脂。
实施例3：
本实施例为一种高可靠树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.1mo l 2-甲氧基对苯二酚、0.1mo l4，4'-二氟二苯砜、0.13mo l无水碳酸钾、35mL甲苯以及100mL环丁砜加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为25℃，500r/mi n的条件下搅拌15mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为3℃/mi n，之后继续搅拌反应5h，之后升温至175℃的条件下继续搅拌反应10h，反应结束后将反应产物冷却至50℃以下，之后加入至蒸馏水中，析出沉淀，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下干燥4h，得到中间体1；
S2：将5g中间体1、60mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-20℃，搅拌速率为500r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入50mL三溴化硼按照质量比为2：8溶解于二氯甲烷所形成的三溴化硼溶液，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后升温至35℃的条件下继续搅拌反应16h，反应结束后将反应产物加入至无水乙醇中，之后真空抽滤，将滤饼依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为110℃的条件下干燥30h，得到中间体2；
S3：将5g中间体2、0.035g对甲基苯磺酸以及100mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为500r/mi n的条件下搅拌30mi n，之后加入0.03mo l全氟辛酸继续搅拌30mi n，之后边搅拌边升温至回流，控制升温速率为3℃/mi n，之后继续搅拌反应12h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醚洗涤5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下干燥10h，得到高可靠树脂。
实施例4：
本实施例为一种高可靠半导体激光芯片，包括高可靠基底和高可靠基底上的集成电路；
该高可靠半导体激光芯片由以下步骤制备得到：
步骤一：按照重量份称取来自于实施例1中的高可靠树脂80份、氮化硅7份、硬脂酸钙2份、硅烷偶联剂KH-5501份、抗氧剂1681份，备用；
步骤二：将高可靠树脂、氮化硅、硬脂酸钙、硅烷偶联剂KH-550、抗氧剂168加入至混合机中，在温度为35℃，搅拌速率为1000r/mi n的条件下搅拌混合1h，得到混合料；
步骤三：将混合料加入至挤出机中熔融挤出，经过定型，裁切，得到高可靠基底；
步骤四：将光刻胶旋涂在高可靠基底的表面上，之后进行UV曝光，之后加入至显影液中，取出后进行刻蚀圆孔，之后在圆孔里溅射镍；
步骤五：将溅射的镍和集成电路完好互联，得到高可靠半导体激光芯片。
实施例5：
本实施例为一种高可靠半导体激光芯片，包括高可靠基底和高可靠基底上的集成电路；
该高可靠半导体激光芯片由以下步骤制备得到：
步骤一：按照重量份称取来自于实施例2中的高可靠树脂90份、氮化硅10份、硬脂酸钙3份、硅烷偶联剂KH-5603.5份、抗氧剂10102份，备用；
步骤二：将高可靠树脂、氮化硅、硬脂酸钙、硅烷偶联剂KH-560、抗氧剂1010加入至混合机中，在温度为45℃，搅拌速率为1250r/mi n的条件下搅拌混合2h，得到混合料；
步骤三：将混合料加入至挤出机中熔融挤出，经过定型，裁切，得到高可靠基底；
步骤四：将光刻胶旋涂在高可靠基底的表面上，之后进行UV曝光，之后加入至显影液中，取出后进行刻蚀圆孔，之后在圆孔里溅射镍；
步骤五：将溅射的镍和集成电路完好互联，得到高可靠半导体激光芯片。
实施例6：
本实施例为一种高可靠半导体激光芯片，包括高可靠基底和高可靠基底上的集成电路；
该高可靠半导体激光芯片由以下步骤制备得到：
步骤一：按照重量份称取来自于实施例3中的高可靠树脂100份、氮化硅13份、硬脂酸钙4份、硅烷偶联剂KH-5706份、抗氧剂10763份，备用；
步骤二：将高可靠树脂、氮化硅、硬脂酸钙、硅烷偶联剂KH-570、抗氧剂1076加入至混合机中，在温度为55℃，搅拌速率为1500r/mi n的条件下搅拌混合3h，得到混合料；
步骤三：将混合料加入至挤出机中熔融挤出，经过定型，裁切，得到高可靠基底；
步骤四：将光刻胶旋涂在高可靠基底的表面上，之后进行UV曝光，之后加入至显影液中，取出后进行刻蚀圆孔，之后在圆孔里溅射镍；
步骤五：将溅射的镍和集成电路完好互联，得到高可靠半导体激光芯片。
对比例1：
对比例1与实施例6的不同之处在于，使用中间体1代替高可靠树脂。
对比例2：
对比例2与实施例6的不同之处在于，不添加氮化硅。
将实施例4-6以及对比例1-2的高可靠半导体激光芯片的性能进行检测，检测结果如下表所示：
参阅上表数据，根据实施例6与对比例1-2比较，可以得知使用高可靠树脂和添加氮化硅能够提升高可靠半导体激光芯片的导热性能和耐高温性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。