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激光芯片的封装方式

芯片工艺威廉希尔官方网站 来源:芯片工艺威廉希尔官方网站 2023-10-19 11:27 次阅读

一、LaserDie及其制备

激光器芯片根据材料体系有GaN基蓝光系列、砷化镓、磷化铟等组合起来的三元或者四元体系。每一种体系由于其最优的外延基板不同,P、N面打金线方向不同,有正负极同向、有反向。

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激光芯片根据使用范围主要有大功率应用的可见光、通讯用的红外光,还有医疗美容用的800~980nm的红外光,根据功率值要求,芯片设计的大小也是区别很大。

比如芯片的长度,宽度,发光带的宽度。

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对于大功率的激光器,需要更长的谐振腔长,1000um以上是经常的。对于小功率的通讯用激光器一般100um左右即可,如下图。

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金线的焊盘直径一般在80um左右,因此对于小芯片需要特别设计打线位置。

同时根据需要可以在一个芯片上设计多个发光带,根据需要可以有很多,也叫芯片级集成,优点是同样大小的芯片光功率大很多。缺点是散热要求高。

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芯片制备过程

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做成wafer的激光器需要先解离成Bar条,然后进行堆bar镀膜。如上图。

二、激光芯片的封装

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为了得到更大功率、散热效果还可以的激光器,人们常用一整条Bar条封装成激光器。

以每个发光单元2W,有源区尺寸1um×100um计算,体发热密度2×1010W/m3。以50%电光转换效率计算,一个典型的中等功率50W/bar,腔长为1mm,热流密度为500W/cm2,电流密度1000A/cm2

因此为了散热效果,需要把P面朝下,和热沉直接接触。因为有源区更靠近P面,有源区距离P面的距离一般在200nm以内,到N面大概有90um。因此为了让热更短距离的传到到热沉上,把热沉做正极,上表面做负电极。

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单管激光芯片的封装主要有TO-can和C-mount,Q-mount等封装方式。

3.1C-mount

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3.2TO封装

TO封装威廉希尔官方网站 ,其实指TransistorOutline或者Through-hole封装威廉希尔官方网站 ,也就是全封闭威廉希尔官方网站 ,成本低,工艺简单。

把芯片焊接在TO基座上,然后盖上帽子,且要在真空的环境下盖帽。

同样是TO封装,帽子也有不同。

3.3、欧司朗光电半导体投影仪专用多晶粒激光器封装

独一无二的50W光学输出功率:欧司朗光电半导体最新的激光器模块PLPM4450大幅简化了专业激光投影仪的构造。这是第一次将多达20颗蓝光激光器芯片封装进一个小型外壳里。而且,每颗芯片的光功率都翻了一倍,因而总功率达到了50W,使得投影仪仅用一个外壳即可获得超过2000流明的亮度。

优势

多晶粒封装利于集成进投影仪,原因有三:

组装

需要组装的元件少了,组装时间就缩短了。多达20颗激光器芯片被集中到单个封装中。

光学校准

大幅降低了光学校准的复杂性:光束准直时只需单片多透镜阵列。

形状因素

多晶粒封装是高度集成的封装,因而尺寸特别小。

特点

–蝶形封装;当外壳温度(Tcase)为65°C时,输出光功率达50W

–多达5颗多模激光器芯片呈串联连接,粘合在4支激光棒上

–每支激光棒均可单独运行

–波长:450nm+/-10nm

–当外壳温度(Tcase)为25℃时,典型电光转换效率为35%

–每颗激光器芯片都有静电保护二极管

–工作温度:10°C~70°C

审核编辑:汤梓红

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原文标题:激光器芯片及TO、C-mount、多晶粒封装

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