Wpływ właściwości kompozytu CuCF na poziom naprężeń własnych w lutowanym układzie CuCF/GaAs

• Autorzy: Kaliński D.

Warianty tytułu

EN

Effect of CuCF composite properties on residual stresses in brazed CuCF/GaAs system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawione wyniki obliczeń, przeprowadzonych metodą elementów skończonych, obejmują analizę porównawczą sta­nu naprężeń własnych w lutowanych układach: dioda laserowa (GaAs)/odbiornik ciepła, różniących się między sobą rodza­jem zastosowanego na odbiornik ciepła materiału (Cu, CuC?). Pozwoliło to zweryfikować, z punktu widzenia poziomu i rozkładu naprężeń, zastosowany na odbiornik ciepła materiał kompozytowy CuCp. Na podstawie uzyskanych wyników obliczeń można m.in. stwierdzić, że w modelu z kompozytowym odbiornikiem ciepła CuCr poziom największych naprężeń rozciągających (omax) występujących w GaAs jest o ok. 6 razy mniejszy niż w układzie z konwencjonalnym miedzianym odbiornikiem.

EN

The paper presents the results of calculations, performed using the finite element method (FEM), which include a comparative analysis of the residual stress state induced in the GaAs laser diode (DL)/heatsink (OC) joint systems (Fig. 1) that differed from one another in the material used for the heatsink (Cu, CuCr) (Tab. 1). This analysis permitted us to test the materials examined in terms of the level and distribution of the residual stresses developed in the system. The calculation results show, that in the model with the CuCp composite the maximum level of the tensile stresses generated in GaAs (omax-Sax) is about 6 times lower (smax = 3.31 MPa) than that in the systems with a conventional copper heatsink (smax = = 21.0 MPa) (Fig. 2 and Tab. 2). We also observe a considerable difference in the level and distribution of the axial stress Sx (Fig. 3). Within the semiconductor device, the values of this stress component are negative (compression). In the copper heat-sink system, the magnitude of Sx varies from about -325.0 MPa at the central region of GaAs (x = 0.0, y = 0.01) to 0.0 MPa at its outer wall (x = 6.0, y = 0.01) (Fig. 3). In the CuCF/GaAs system, the stress Sx, remains almost constant and ranges from -4.5 to -6.0 MPa (Fig. 3). For comparison, Fig. 4 shows the principal stress curves smax in Cu/GaAs model system, soldering using SnPb40 alloy (Tab. 1, heat load 450==>293 K). In this case extreme magnitude of tensile principal stress smax in GaAs is about 4.5 times higher (Smax = 15.52 MPa) than that in the systems with the composite CuCF heatsink, even jointed AgCu28 braze alloy. This advantageous reduction of the stress level is due, among other factors, to the decreased difference between the values of the thermal expansion coefficient of the CuCF composite and GaAs (Aa = 0.5 • 10 -6 1/K) compared to the difference that occurs in a system with a copper heatsink (Aa= 11.3 • 10 -6 1/K).

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; naprężenia; naprężenia własne; metoda elementów skończonych

EN

composites; stress state; finite element method

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2001
• Tom: R. 1, nr 1
• Strony: 82--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., tab., wykr., rys.

Twórcy

autor

Kaliński D.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa

Bibliografia

• [1] SDL Inc. (USA), 96/97 Producent Catalog, 59-61.
• [2] Casey Jr H.C., Panish M.B., Heterostructure Lasers, Part B. Materials and Operating Characteristics, Academic Press 1978.
• [3] Beach R. et al., Modular Microchannel Cooled Heatsinks for High Average Power Laser Diode Arrays, IEEE J. Quantum Electron. 1992, 28, 4, 966-976.
• [4] Kaliński D. i in., Analiza termofizycznych właściwości wybranych materiałów kompozytowych, przeznaczonych na odbiorniki ciepła dla mikroelektroniki, IV Seminarium Kompozyty 2000 - teoria i praktyka, Jaszowiec 29-31.03.2000.
• [5].Golański D., Wpływ rozkładu temperatury i kształtu złącza na stan naprężeń własnych w spajanych kołowo symetrycznych elementach ceramiki korundowej ze stalą, Rozprawa doktorska, WPW, Warszawa 1995.