项目名称: 极端环境下高功率半导体激光器可靠性与失效机理研究

项目编号: No.61334010

项目类型: 重点项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 刘兴胜

作者单位: 中国科学院西安光学精密机械研究所

项目金额: 300万元

中文摘要: 近年来,激光加工、航空航天、军事国防等领域对大功率半导体激光器在极端环境下的可靠性提出了越来越高的要求。本项目针对大功率半导体激光器在极端环境下易出现疲劳失效、功率降低、光谱展宽、可靠性降低等问题,通过研究极高温、极低温、高低温循环、高湿、冲击振动、辐射等极端环境下高功率半导体激光器的可靠性及失效机理。建立各种极端环境的实验平台和计算分析模型,研究在极端环境下大功率半导体激光器芯片连接材料热循环、电脉冲疲劳失效机理;研究芯片连接材料的金属间化合物、电迁移和电热迁移、金属扩散现象,探索封装过程中的新原理、新方法,发展适用于极端环境下工作的新型封装材料,建立极端环境下大功率半导体激光器模块失效判据和寿命预测方法。在上述研究基础上,研制出适合于高温85℃、低温-40℃、高湿95%环境下工作,抗冲击100g,振动频率5-500Hz,高低温循环、辐射环境的大功率半导体激光器。

中文关键词: 高功率半导体激光器;失效机理;可靠性;极端环境;

英文摘要: In recent years, high power semiconductor lasers have achieved widely applications in the fields of material processing, aerospace, national defense, etc. The high power semiconductor lasers with higher reliability in the extreme environments are required. When high power semiconductor lasers operate in the extreme environments, some phenomena, such as fatigue failure, power decrease, spectrum broadening, reliability decrease, will occur. In this project, the reliability and failure mechanisms of high-power semiconductor lasers under the extreme environments will be studied, including higher temperature, lower temperature, thermal cycling, high humidity, high mechanical shock, high vibration,radioation. .1) The experiment platform and computational analysis model will be built and the thermal cycling and electrical pulses fatigue failure mechanisms of the connection material will be studied. 2) Study the phenomena of intermetallic compounds (IMC), electromigration and electro-thermal migration, metal diffuse in extreme environment develop new connection material and packaging method that is suitable in extreme environment. 3) Create the failure criterion and the method of lifetime prediction. Based on the research of failure mechanism and reliability of the semiconductor laser in the extreme environments, the high power semiconductor lasers will be fabricated, which can endure the extreme environment testing, including high temperature(85℃), low temperature (-40℃) and high humidity (65%), thermal cycling (-45~125℃), high mechanical shock (100g), high vibration (5~500Hz) and radiation environment.

英文关键词: high-power semiconductor laser;failure mechanism;reliability;extreme environment

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