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激光器芯片及TO、C-mount、多晶粒封裝介紹

芯片工藝技術(shù) ? 來源:芯片工藝技術(shù) ? 2023-10-19 11:26 ? 次閱讀

一、LaserDie及其制備

激光器芯片根據(jù)材料體系有GaN基藍(lán)光系列、砷化鎵、磷化銦等組合起來的三元或者四元體系。每一種體系由于其最優(yōu)的外延基板不同,P、N面打金線方向不同,有正負(fù)極同向、有反向。

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激光芯片根據(jù)使用范圍主要有大功率應(yīng)用的可見光、通訊用的紅外光,還有醫(yī)療美容用的800~980nm的紅外光,根據(jù)功率值要求,芯片設(shè)計的大小也是區(qū)別很大。

比如芯片的長度,寬度,發(fā)光帶的寬度。

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對于大功率的激光器,需要更長的諧振腔長,1000um以上是經(jīng)常的。對于小功率的通訊用激光器一般100um左右即可,如下圖。

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金線的焊盤直徑一般在80um左右,因此對于小芯片需要特別設(shè)計打線位置。

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同時根據(jù)需要可以在一個芯片上設(shè)計多個發(fā)光帶,根據(jù)需要可以有很多,也叫芯片級集成,優(yōu)點是同樣大小的芯片光功率大很多。缺點是散熱要求高。

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芯片制備過程

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做成wafer的激光器需要先解離成Bar條,然后進行堆bar鍍膜。如上圖。

二、激光芯片的封裝

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為了得到更大功率、散熱效果還可以的激光器,人們常用一整條Bar條封裝成激光器。

以每個發(fā)光單元2W,有源區(qū)尺寸1um×100um計算,體發(fā)熱密度2×1010W/m3。以50%電光轉(zhuǎn)換效率計算,一個典型的中等功率50W/bar,腔長為1mm,熱流密度為500W/cm2,電流密度1000A/cm2

因此為了散熱效果,需要把P面朝下,和熱沉直接接觸。因為有源區(qū)更靠近P面,有源區(qū)距離P面的距離一般在200nm以內(nèi),到N面大概有90um。因此為了讓熱更短距離的傳到到熱沉上,把熱沉做正極,上表面做負(fù)電極。

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單管激光芯片的封裝主要有TO-can和C-mount,Q-mount等封裝方式。

3.1C-mount

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3.2TO封裝

TO封裝技術(shù),其實指TransistorOutline或者Through-hole封裝技術(shù),也就是全封閉技術(shù),成本低,工藝簡單。

把芯片焊接在TO基座上,然后蓋上帽子,且要在真空的環(huán)境下蓋帽。

同樣是TO封裝,帽子也有不同。

3.3、歐司朗光電半導(dǎo)體投影儀專用多晶粒激光器封裝

獨一無二的50W光學(xué)輸出功率:歐司朗光電半導(dǎo)體最新的激光器模塊PLPM4450大幅簡化了專業(yè)激光投影儀的構(gòu)造。這是第一次將多達(dá)20顆藍(lán)光激光器芯片封裝進一個小型外殼里。而且,每顆芯片的光功率都翻了一倍,因而總功率達(dá)到了50W,使得投影儀僅用一個外殼即可獲得超過2000流明的亮度。

優(yōu)勢

多晶粒封裝利于集成進投影儀,原因有三:

組裝

需要組裝的元件少了,組裝時間就縮短了。多達(dá)20顆激光器芯片被集中到單個封裝中。

光學(xué)校準(zhǔn)

大幅降低了光學(xué)校準(zhǔn)的復(fù)雜性:光束準(zhǔn)直時只需單片多透鏡陣列。

形狀因素

多晶粒封裝是高度集成的封裝,因而尺寸特別小。

特點

–蝶形封裝;當(dāng)外殼溫度(Tcase)為65°C時,輸出光功率達(dá)50W

–多達(dá)5顆多模激光器芯片呈串聯(lián)連接,粘合在4支激光棒上

–每支激光棒均可單獨運行

–波長:450nm+/-10nm

–當(dāng)外殼溫度(Tcase)為25℃時,典型電光轉(zhuǎn)換效率為35%

–每顆激光器芯片都有靜電保護二極管

–工作溫度:10°C~70°C






審核編輯:劉清

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