Công nghệ đóng gói laser bán dẫn

1. Giới thiệu kỹ thuật

Công nghệ đóng gói laser bán dẫn hầu hết được phát triển và phát triển trên cơ sở công nghệ đóng gói thiết bị rời rạc, nhưng nó có tính đặc thù rất lớn. Nói chung, cái chết của các thiết bị rời rạc được niêm phong trong gói. Chức năng chính của gói là bảo vệ khuôn và hoàn thành kết nối điện. Đóng gói laser bán dẫn là hoàn thành đầu ra của tín hiệu điện, bảo vệ hoạt động bình thường của khuôn, đầu ra: chức năng ánh sáng nhìn thấy, cả thông số điện và thông số quang học của thiết kế và yêu cầu kỹ thuật, không thể chỉ sử dụng đóng gói thiết bị rời rạc đối với laze bán dẫn.

2 phần phát sáng

Phần cốt lõi phát sáng của laser bán dẫn là lõi tiếp giáp PN được cấu tạo bởi chất bán dẫn loại p và loại n. Khi các hạt tải điện thiểu số được tiêm vào tiếp giáp PN được kết hợp với các hạt tải điện đa số, nó sẽ phát ra ánh sáng nhìn thấy, ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng cận hồng ngoại. Tuy nhiên, các photon phát ra từ vùng tiếp giáp PN là không định hướng, tức là có cùng xác suất phát ra theo mọi hướng. Do đó, không phải tất cả ánh sáng tạo ra từ khuôn đúc đều có thể phát ra được mà điều này chủ yếu phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu bán dẫn, cấu trúc và hình học khuôn, cấu trúc bên trong và vật liệu đóng gói. Ứng dụng yêu cầu cải thiện hiệu suất lượng tử bên trong và bên ngoài của laser bán dẫn. Gói laser bán dẫn Φ 5mm thông thường là để liên kết hoặc nung một lõi ống hình vuông có chiều dài cạnh là 0. 25mm trên khung chì. Cực dương của lõi ống được liên kết với dây vàng qua tiếp điểm hình cầu để nối dây dẫn bên trong bằng một chốt, cực âm được nối với chốt còn lại của khung dây dẫn qua cốc phản xạ, rồi đến đỉnh của nó. được bao bọc bằng nhựa epoxy. Chức năng của cốc phản xạ là thu ánh sáng phát ra từ mặt bên và mặt phân cách của lõi ống và phát ra góc định hướng mong muốn. Lớp nhựa epoxy bao bọc bên trên được tạo thành hình dạng nhất định, có một số chức năng: bảo vệ lõi ống khỏi sự bào mòn từ bên ngoài; Áp dụng các hình dạng và đặc tính vật liệu khác nhau (có hoặc không có chất tán sắc), hoạt động như một thấu kính hoặc thấu kính khuếch tán, và điều khiển góc phân kỳ của ánh sáng; Mối tương quan giữa chiết suất của lõi ống và chiết suất của không khí quá lớn nên góc tới hạn của phản xạ toàn phần bên trong lõi ống là rất nhỏ. Chỉ một phần nhỏ ánh sáng do lớp hoạt động tạo ra được đưa ra ngoài, và phần lớn dễ bị hấp thụ qua phản xạ nhiều lần bên trong lõi ống, dễ gây ra hiện tượng thất thoát ánh sáng quá mức. Nhựa Epoxy có chiết suất tương ứng được chọn làm chất chuyển tiếp để nâng cao hiệu quả phát xạ ánh sáng của lõi ống. Nhựa epoxy dùng để tạo thành vỏ ống phải có khả năng chống ẩm, cách nhiệt, độ bền cơ học, chiết suất cao và độ truyền của ánh sáng phát ra đến lõi ống. Khi các vật liệu đóng gói có chiết suất khác nhau được lựa chọn, ảnh hưởng của hình học bao bì đến hiệu suất thoát photon là khác nhau. Sự phân bố theo góc của cường độ sáng cũng liên quan đến cấu trúc khuôn, chế độ phát sáng, vật liệu và hình dạng của thấu kính đóng gói. Nếu sử dụng thấu kính nhựa nhọn, ánh sáng có thể tập trung theo hướng trục của laser bán dẫn và góc nhìn tương ứng nhỏ; Nếu thấu kính nhựa ở trên cùng là hình tròn hoặc phẳng, góc nhìn tương ứng của nó sẽ tăng lên.

3 ổ đĩa hiện tại

Nói chung, bước sóng phát xạ của laser bán dẫn thay đổi từ 0. 2-0. 3nm / độ theo nhiệt độ và độ rộng quang phổ tăng lên, ảnh hưởng đến độ sáng của màu. Ngoài ra, khi dòng điện chuyển tiếp chạy qua điểm nối PN, sự mất nhiệt làm cho vùng tiếp giáp tạo ra sự tăng nhiệt độ. Ở gần nhiệt độ phòng, cường độ sáng của laser bán dẫn sẽ giảm khoảng 1 phần trăm cho mỗi lần tăng nhiệt độ 1 độ, để đóng gói và tản nhiệt; Điều rất quan trọng là duy trì độ tinh khiết của màu sắc và cường độ sáng. Trước đây, người ta thường dùng phương pháp giảm dòng truyền động để giảm nhiệt độ mối nối. Dòng động lực của hầu hết các laser bán dẫn được giới hạn trong khoảng 20mA. Tuy nhiên, công suất quang học của laser bán dẫn sẽ tăng lên khi dòng điện tăng lên. Dòng động lực của nhiều loại laser bán dẫn công suất có thể đạt tới 70ma, 100mA hoặc thậm chí 1a. Cần phải cải thiện cấu trúc bao bì, khái niệm thiết kế bao bì bằng laser bán dẫn mới và cấu trúc bao bì chịu nhiệt thấp và công nghệ để cải thiện các đặc tính nhiệt. Ví dụ, cấu trúc chip lật với diện tích lớn được sử dụng, keo bạc có tính dẫn nhiệt tốt được chọn, tăng diện tích bề mặt của giá đỡ kim loại và vật mang silicon của vết hàn được lắp trực tiếp trên tản nhiệt. Ngoài ra, trong thiết kế ứng dụng, thiết kế tản nhiệt và khả năng dẫn nhiệt của PCB cũng rất quan trọng.

Sau khi bước vào thế kỷ 21, hiệu suất, độ sáng cực cao và tính toàn sắc của laser bán dẫn đã liên tục được phát triển và đổi mới. Hiệu suất ánh sáng của laze bán dẫn đỏ và cam đạt 100im / W, của laze bán dẫn xanh là 50lm / W và quang thông của laze bán dẫn đơn cũng đạt hàng chục IM. Các gói và chip laser bán dẫn không còn tuân theo phương thức sản xuất và thiết kế truyền thống của Gong. Về việc tăng hiệu suất phát sáng của chip, R & D không bị giới hạn trong việc thay đổi số lượng tạp chất, khuyết tật mạng tinh thể và sự sai lệch trong vật liệu để cải thiện hiệu quả bên trong. Đồng thời, làm thế nào để cải thiện cấu trúc bên trong của khuôn và gói, nâng cao xác suất phát xạ photon trong laser bán dẫn, cải thiện hiệu suất ánh sáng và giải quyết thiết kế tối ưu của tản nhiệt, tách ánh sáng và tản nhiệt, cải thiện hiệu suất quang học và tăng tốc quá trình SMD gắn kết bề mặt là hướng nghiên cứu và phát triển chủ đạo trong ngành.