激光器芯片及TO、C-mount、多晶粒封裝介紹

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(lái)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。

激光芯片根據(jù)使用范圍主要有大功率應(yīng)用的可見(jiàn)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(jì)的大小也是區(qū)別很大。

比如芯片的長(zhǎng)度，寬度，發(fā)光帶的寬度。

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

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

同時(shí)根據(jù)需要可以在一個(gè)芯片上設(shè)計(jì)多個(gè)發(fā)光帶，根據(jù)需要可以有很多，也叫芯片級(jí)集成，優(yōu)點(diǎn)是同樣大小的芯片光功率大很多。缺點(diǎn)是散熱要求高。

芯片制備過(guò)程

做成wafer的激光器需要先解離成Bar條，然后進(jìn)行堆bar鍍膜。如上圖。

二、激光芯片的封裝

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(gè)發(fā)光單元2W，有源區(qū)尺寸1um×100um計(jì)算，體發(fā)熱密度2×1010W/m3。以50%電光轉(zhuǎn)換效率計(jì)算，一個(gè)典型的中等功率50W/bar，腔長(zhǎng)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?yàn)橛性磪^(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。

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

3.2TO封裝

TO封裝技術(shù)，其實(shí)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(jiǎn)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(dú)一無(wú)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(jiǎn)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(jìn)一個(gè)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(gè)外殼即可獲得超過(guò)2000流明的亮度。

優(yōu)勢(shì)

多晶粒封裝利于集成進(jìn)投影儀，原因有三：

組裝

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

–蝶形封裝；當(dāng)外殼溫度（Tcase）為65°C時(shí)，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(dú)運(yùn)行

–波長(zhǎng)：450nm＋／－10nm

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

–每顆激光器芯片都有靜電保護(hù)二極管

–工作溫度：10°C～70°C

審核編輯：劉清