《高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片》

ICS点击此处添加ICS号

CCS点击此处添加CCS号

CASME

团体标准

T/CASMEXXXX—XXXX

高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片

Diamondheatsinkforhigh-powersemiconductorlaserpackaging

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国中小商业企业协会  发布

T/CASMEXXXX—XXXX

高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片

1范围

本文件规定了高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片的技术要求、试验方法、检验规则、标志、

包装、运输和贮存。

本文件适用于高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片（以下简称“热沉片”）的生产和检验。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

金刚石热沉片Diamondhotfilm

通过在以金刚石为主要原材料的基板上做金属化，包括铜层、钛层、镍层、金层、金锡层等，金属

层上面可以用来焊接、打线，用于链接芯片。

3.2

导热率Thermalconductivity

导热率是指材料在稳定传热条件下，单位温度梯度下单位时间内通过单位面积传递的热量。它量化

了材料传导热量的效率，数值越大表示导热性能越好。

3.3

R角Rangle

在机械零件、模具或工业产品的边缘处，为避免尖锐棱角带来的应力集中或安全隐患，常设计为圆

弧过渡。该圆弧的半径称为R角，标注为R值。

3.4

平面度Flatness

是几何公差中的一种，用于描述物体实际表面相对于理想平面的平整程度。它属于形状公差的范畴，

表示一个表面在三维空间内所有点与理想平面之间的最大允许偏差。

3.5

平行度Parallelism

平行度是指两平面或者两直线平行的程度，即一平面（边）相对于另一平面（边）平行的误差最大

允许值。

4技术要求

4.1外观

4.1.1表面应无脏污，同一批次金层颜色一致，没有色差。

4.1.2表面可有轻微划痕，但不应露出下层金属。

4.1.3表面应无裂纹，缺损不应伤及金属层。

4.1.4编码打标深度一致、字迹清晰、可识别。

4.2表面质量

4.2.1金属表面粗糙度应小于0.1μm。

4.2.2金刚石表面粗糙度应小于0.05μm。

4.3尺寸允许公差

1

T/CASMEXXXX—XXXX

4.3.1热沉片尺寸允许公差应满足表1。

4.3.2陶瓷崩边应不伤及金属层。

4.3.3金属化膜层与金刚石边缘距离应小于25μm。

4.3.4R角应不大于0.8μm。

4.3.5平面度应不大于5um。

4.3.6平行度应不大于5um。

表1尺寸允许公差

单位：毫米

项目公差要求

热沉总体厚度±0.03

热沉总体长度±0.05

热沉总体宽度±0.05

金属区图形尺寸±0.05

金属区厚度±0.02

金刚石厚度±0.01

金锡宽度±0.05

4.4导热率

金刚石基板导热率应大于1200W/m·K。

4.5金属化膜厚

4.5.1正面膜厚

4.5.1.1Ti层厚度满足（0.1±0.02）μm。

4.5.1.2Cu层厚度满足（75±10）μm。

4.5.1.3Ni层厚度应不小于1μm。

4.5.1.4Au层厚度应不小于0.5μm。

4.5.2正面金锡膜厚

4.5.2.1金锡层厚度满足（5±1）μm。

4.5.2.2金锡比例为（75/25）±5wt％。

4.6金属膜层可靠性

4.6.1粘附性

按5.6.1的方法，试样无鼓包、分层、起泡等现象。

4.6.2膜层强度

按5.6.2的方法，试样不露陶瓷基基板。

4.7金锡膜层可靠性

4.7.1熔化状态

按5.7.1的方法，金锡应同时融化，融化状态持续3s～5s，融化外观平整。

4.7.2焊接强度

按5.7.2的方法，焊接点退掉不裸露陶瓷基板。

4.8高温高湿环境

4.8.1高温环境

2

T/CASMEXXXX—XXXX

按5.8.1的方法，热沉表面无鼓包、起泡、分层等现象。

4.8.2高温高湿环境

按5.8.2的方法，金属热沉片金属膜层无脱落、无气泡、无变色等现象。

5试验方法

5.1外观试验

用显微镜观察。

5.2表面质量试验

金属表面粗糙度、金刚石表面粗糙度用粗糙度检测仪测试。

5.3尺寸允许公差试验

5.3.1热沉总体厚度、金属区厚度、金刚石厚度用台阶仪或二次元等仪器测量。

5.3.2热沉总体长度、热沉总体宽度、金属区图形尺寸、金锡宽度用数显卡尺或二次元等仪器测量。

5.3.3陶瓷崩边尺寸用显微镜观察。

5.3.4用台阶仪进行R角检测。

5.3.5关键边用3D显微镜测量。

5.3.6平面度测量：启动3D轮廓仪的扫描功能，对选定的测量区域进行扫描。在扫描过程中，仪器会

通过传感器获取被测物体表面的数据信息，并将其转换为三维坐标点云数据。

5.3.7平行度测量：使用3D轮廓仪进行测试。

5.4导热率试验

用激光闪射法测试导热系数测量金刚石基板导热率，具体试验方法见附录A。

5.5金属化膜厚试验

5.5.1正面膜厚度试验

用膜厚仪测量正面膜厚度。

5.5.2正面金锡膜厚试验

5.5.2.1用膜厚仪检测金锡层厚度。

5.5.2.2用X-射线荧光测试仪检测金锡比例。

5.6金属膜层可靠性试验

5.6.1黏附性试验

在完成金锡镀膜的基板上，使用3M610型胶带试验。将胶带粘贴在膜层上，以垂直膜层表面的力沿

胶带一端拉起，重复3次，拉扯速度为25mm/s。

注：胶带与膜层之间不应有气泡。

5.6.2膜层强度试验

在基板的四周和中间抽5颗金锡完好的试样，用刀片从金属化区域边角进行铲切测试，同一位置铲

切5次。

5.6.3焊接强度检测

使用38μm的金丝，用金丝球焊机在金层之间进行打线，金属之间形成一个链接。用拉力计在金丝

中间位置挑断金线。要求拉力值大于0.18N，且脱落点不能在金层表面焊接处。

5.7金锡膜层可靠性试验

3

T/CASMEXXXX—XXXX

5.7.1熔化状态试验

在基板的四周和中间抽5颗金锡完好的试样，使用热台等加热设备，将试样加热到320℃（50℃/s），

观察金锡焊料的熔化状态。

5.7.2焊接强度试验

每个基板随机抽取1颗热沉，焊接外观良好的芯片，进行推力测试。要求推力大于2.5N，且推掉后

检查外观，焊接处不露陶瓷基底。

5.8高温高湿环境试验

5.8.1高温试验

在基板的四周和中间抽5颗金锡完好的试样，在350℃平台放置5分钟，观察试样表面。

5.8.2高温高湿试验

在基板的四周和中间抽5颗金锡完好的试样，在85℃高温和相对湿度85％的环境下放置72h，观察试

样金属膜层。

6检验规则

6.1出厂检验

6.1.1抽样

以一个基板为一批，进行外观质量检验，外观检验合格后再抽取试样进行其他性能检验。

6.1.2检验项目

6.1.2.1外观、陶瓷崩边尺寸为全检项目。

6.1.2.2尺寸允许公差、表面质量、导热率、金属化膜厚、金属膜层可靠性、金锡膜层可靠性、高温

高湿环境为抽检项目，抽检比例为5％。

6.2型式检验

第5章所列全部要求为型式检验项目，通常在下列情况之一时，应进行型式检验：

a)新产品的试制定型鉴定；

b)产品的结构、设计、工艺、材料、生产设备等方面有重大改变；

c)正常生产时，每年进行一次；

d)转产、转厂、长期停产(超过6个月)后复产出厂检验结果与上次型式检验有较大差异。

6.3判定规则

本文件所列各项性能全部符合要求为合格品；若有一项指标不符合要求，应在该批产品中另取双倍

试样进行该项复试，复试结果仍有不符合，则该批产品为不合格品。

7标志、包装、运输和贮存

7.1标志

7.1.1热沉包装盒使用机打标签，标签粘贴在热沉盒的中间位置。

7.1.2标签应包含物料编码、物料描述、规格型号、批次号、图纸号、数量、生产日期、二维码等信

息。

7.2包装

7.2.1包装前做好产品清洁。

7.2.2包装时采用充氮气抽真空的方法进行包装，并使用泡沫等柔性材料填充。

4

T/CASMEXXXX—XXXX

7.2.3包装箱内应附出货报告。

7.3运输

运输时，做好防雨、防晒措施。

7.4贮存

产品带包装贮存在氮气柜内，保持恒温、恒湿。

5

T/CASMEXXXX—XXXX

附录A

（规范性）

激光闪射法测试导热系数

A.1样品准备

A.1.1尺寸要求

样品应为平整的圆片或方片，厚度参考规格书，应精确测量（建议用千分尺或光学测厚仪，误差在

±10um以内）。

A.1.2涂层

金刚石表面应喷涂薄层石墨或金属（如金、铂）以增强激光吸收和红外信号发射（涂层厚度需控制

在微米级，避免影响热扩散）。

A.1.3平行度

应确保两面平行，避免激光散射或热场不均。

A.2仪器选择与校准

A.2.1设备要求

选用高精度闪光法导热仪（如NetzschLFA467、LinseisLFA1000），应支持薄样品测试（最小

厚度≤0.1mm）和高频数据采集（采样速率≥1MHz）。

A.2.2校准

使用标准样品（如熔融石英、蓝宝石）校准仪器，确保热扩散系数测量误差小于3％。

A.3测试参数设置

A.3.1激光能量

根据金刚石的高导热性，选择较低能量（如0.5-1J/cm²）以避免过热或损伤样品。

A.3.2温度范围

室温测试可直接进行；若需变温测试，宜在惰性气氛（如氩气）中防止氧化。

A.3.3数据采集

使用高响应红外探测器，记录后表面温升曲线（时间分辨率需达微秒级）。

A.4数据处理与计算

A.4.1热扩散系数（α）计算

通过后表面温升曲线（通常符合Cowan或Degiovanni模型），拟合得到热扩散时间，按公式（A.1）

计算：

·············································(A.1)

2

式中：�=0.1388×�∕�0.5

d——样品厚度，单位为毫米（mm）；

t0.5——温升达最大值50％的时间。

A.4.2导热率（λ）计算

导热率按公式（A.2）计算：

6

《高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片》

团体标准编制说明（征求意见稿）

一、工作简况

1.1工作任务来源

随着半导体激光器技术不断进步，高功率半导体激光器在工业加工、通信、医疗、科研等

领域的应用日益广泛。高功率运行时会产生大量的热量，散热问题成为制约其性能、寿命和可

靠性的关键因素，因此对高效散热材料的需求极为迫切。传统的热沉材料如铜、氮化铝等在高

功率应用场景下逐渐暴露出散热效果不佳、热膨胀系数与芯片不匹配等问题，无法满足高功率

半导体激光器的散热要求。

金刚石具有极高的热导率、低膨胀系数、高硬度和良好的化学稳定性等优异性能，作为热

沉材料能够快速将激光器芯片产生的热量传导出去，一方面将集中于器件PN结的热量能够均

匀迅速的沿热沉表面扩散；另一方面将热量沿热沉垂直方向迅速导出。有效降低芯片温度，提

高激光器的性能和可靠性，在高功率半导体激光器封装领域具有巨大的应用潜力。

2023年全球金刚石热沉片市场规模约15.3亿元，预计未来将持续保持平稳增长的态势，

到2030年市场规模将接近21.4亿元，未来六年CAGR为4.2％。因此，制定《高功率半导体

激光器封装用金刚石热沉片》团体标准具有重要的现实意义。

1.行业需求：随着国内半导体生产能力的提高，金刚石热沉片市场的需求不断增加。产

品质量参差不齐，严重影响了高功率半导体激光器的性能和可靠性；

2.技术发展：金刚石热沉片技术不断进步，但是目前金刚石热沉片的市场暂无可执行标

准，需要制定标准来引导和规范新技术的应用；

3.政策推动：国家对半导体产业的支持政策促使相关标准的制定，以提升整个产业化水

平。

经标准起草组及专家组多次调研论证，根据《团体标准管理规定》有关规定，特立项本系

列标准。

1.2主要工作过程

1.2.1主要参加单位

本标准主要起草单位：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司、北京沃尔德金刚石工具股份

1

有限公司、南京瑞为新材料科技有限公司、深圳市星汉激光科技股份有限公司等。起草单位主

要参与草案的修改，测试方法验证等标准工作。

1.2.2工作分工

1.2.2.1第一次工作会议

2025年2月25日，线上开启《高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片》标准的启动会

议。党俊杰宣讲了《高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片》的标准草案，多家参编单位共

同讨论。

经讨论形成以下意见：

1.第三章建议增加部分术语的解释，如“R角”；

2.第四章建议增加平整度的要求；

3.第四章建议增加翘曲的要求；

4.第5.4条的时域热反射法可能不适合高热导率的测试；

5.第5.4条建议详细描述测试方法的过程；

6.第5.4条中的LFA方法可能不合适，建议修改。

1.2.2.2工作进度安排

2024年11月，项目市场调研。

2024年12月，开启立项论证会议，项目申报立项。

2025年1月-2月，编写团体标准项目草案，召开标准启动会。

2025年4月，公开征求意见。

2025年5月，召开编制组内部讨论会议。

2025年6月，召开标准审定会。

2025年8月，报批，发布。

二、标准编制原则

标准起草小组在编制标准过程中，以国家、行业现有的标准为制订基础，结合我国目前电

机铸铝转子的现状，按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和

起草规则》的规定及相关要求编制。

三、标准主要内容的确定

标准征求意见稿包括8个部分，主要内容如下：

1、范围

2

介绍本文件的主要内容以及本文件所适用的领域为高功率半导体激光器封装用金刚石热

沉片。主要用于高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片的生产和检验。

2、规范性引用文件

列出了本文件引用的标准文件。

3、术语和定义

列出了需要界定的术语和定义。

4、技术要求

本章节对高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片的外观要求、表面质量、尺寸允许公差、

导热率、金属化厚膜、金属膜层可靠性、金锡膜层可靠性、高温高湿环境做出了规定。

5、试验方法

本章节对高功率半导体激光器封装用金刚石热沉片的外观试验、表面质量试验、尺寸允许

公差试验、导热率试验、金属化膜厚试验、金属膜层可靠性试验、金锡膜层可靠性试验、高温

高湿环境试验做出了