1. Prinzip der Laserbarrenverpackung
Bei der Laserbarrenverpackung handelt es sich um einen Prozess, bei dem mehrere Laserdiodenbarren in einer Verpackung integriert werden. Diese Verpackungsstruktur wird häufig für Hochleistungs-Halbleiterlaser verwendet, beispielsweise für vertikale Stapelung (V-Stack) und horizontale Anordnung (H-Anordnung). Der Hauptzweck der Verpackung besteht darin, die Ausgangsleistung des Lasers zu erhöhen und gleichzeitig die Qualität und Stabilität des Strahls aufrechtzuerhalten.
Beim Verpackungsprozess werden die Laserdiodenbarren präzise angeordnet und auf einem Kühlkörper fixiert. Die Funktion des Kühlkörpers besteht darin, die von den Laserdiodenbarren erzeugte Wärme abzuleiten, um eine stabile Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus umfasst die Verpackungsstruktur auch Komponenten wie Elektroden, optische Elemente und Anschlüsse zur Ausgabe des Lasers an externe Geräte.
2. Herausforderungen im Verpackungsprozess
Zu den zentralen Herausforderungen im Verpackungsprozess gehören die hochpräzise Positionskontrolle, die Kontrolle der eutektischen Qualität und die Kontrolle der Temperaturkurven. Diese Herausforderungen erfordern die Lösung hochpräziser Geräte und Technologien, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Verpackung sicherzustellen.
Im Hinblick auf die Positionskontrolle muss sichergestellt werden, dass Position und Winkel jedes Laserdiodenbarrens sehr präzise sind, um die Qualität und Stabilität des Strahls sicherzustellen. Im Hinblick auf die eutektische Qualitätskontrolle ist es notwendig, die eutektische Temperatur und Zeit zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass die eutektische Qualität zwischen dem Laserdiodenbarren und dem Kühlkörper optimal ist. Im Hinblick auf die Steuerung der Temperaturkurve muss sichergestellt werden, dass die Temperaturänderung des Laserdiodenbarrens während des Verpackungsprozesses den Designanforderungen entspricht, um eine Beeinträchtigung der Leistung des Lasers zu vermeiden.
Der Bondprozess ist der kritischste Verpackungsschritt bei der Herstellung von Laserdioden. Bei diesem Verfahren wird der eutektische Gold-Zinn-Bonding-Prozess verwendet, um den Single-Tube- oder Bar-Bar-Chip mit dem Kühlkörpersubstrat zu verbinden. Die Verbindung zwischen dem Chip und dem Kühlkörpersubstrat besteht normalerweise aus Gold-Zinn-Lot (AuSn) unter Verwendung der eutektischen Verbindungstechnologie. HPLD-Chips können Einzelröhren-Laserchips oder Mehrröhren-Bar-Bar-Laserchips sein. Der Bondprozess ist entscheidend für die optische Effizienz und Feldzuverlässigkeit von HPLD-Produkten. Einige Herausforderungen dieses kritischen Prozesses werden im Folgenden hervorgehoben:
Hohe Präzision
Die Laserdiode stellt hochpräzise Positionsanforderungen zwischen der lichtemittierenden Oberfläche des Einzelrohr- oder Bar-Bar-Chips und der Kante des Kühlkörpersubstrats. Im Allgemeinen sollte das Ergebnis nach dem Verkleben keine Vertiefung von der lichtemittierenden Oberfläche zum Rand des Substrats aufweisen und der Überstand der lichtemittierenden Oberfläche sollte weniger als 5-10μm betragen. Hierzu sollte in der Regel die Klebegenauigkeit der Klebemaschine passen<±2.5μm. The edges of the laser tube die and the substrate may also have a tolerance of <1μm. Therefore, the accuracy of the machine must be <±1.5μm.
Eutektische Qualität
Neben der Positionsgenauigkeit ist auch das Temperaturprofil im Reflow-Prozess für den Laserdioden-Bondprozess von entscheidender Bedeutung. Während des eutektischen Prozesses muss besonderes Augenmerk darauf gelegt werden, eine subtile, gleichmäßige und hohlraumfreie eutektische Grenzfläche zwischen dem Chip und dem Wärmeableitungssubstrat für eine effektive und gleichmäßige Wärmeableitung zu erreichen. Dies erfordert eine präzise und gleichmäßige Steuerung der eutektischen Reflow-Temperatur der Bondmaschine über den gesamten Bondbereich. Der HPLD-Bondingprozess erfordert eine programmierbare, gleichmäßige eutektische Heizphase mit schnellem Aufheizen/Abkühlen, und die Temperatur während des Eutektikums muss stabil bleiben. Die Heizstufe muss außerdem über eine Schutzgasabdeckung verfügen, um eine Oxidation der eutektischen Oberfläche zu verhindern und so eine gute Benetzbarkeit zu erreichen und beim Abkühlen eine lunkerfreie Grenzfläche zu bilden.
Koplanarität und Hohlraumfreiheit
As the power of laser diode chips increases, single-tube chips become longer, and the aspect ratio of certain chip sizes becomes larger, such as aspect ratio>10. Laserdioden vom Stabtyp stellen eine große Herausforderung dar, da sie eine große Klebefläche haben, die die charakteristischen Mängel nach dem Kleben verstärkt, wie z. B. den Void-Anteil (%) und den Neigungswinkel des Stabs. Die genaue Koplanarität zwischen dem Einzel- oder Balkenchip der Laserdiode und dem Kühlkörpersubstrat ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da sie die Hohlraumrate beeinflusst und Spannungen induziert. Daher kann das Fehlen einer genauen Koplanarität die Leistung und Zuverlässigkeit von Laserdiodenprodukten beeinträchtigen. Ohne eine gute Koplanaritätskontrolle kann sich der Stab aufgrund der im Stab nach der Bildung des Eutektikums gebildeten Restspannung verziehen, was oft als „Smile“-Kurve bezeichnet wird [3]. Lange Chips können zu einer ungleichmäßigen Wärmeableitung führen, was zu thermischer Belastung entlang der Länge des einzelnen Chips führt. Beim eutektischen Reflow erfordern unterschiedliche Größen von Einzel- oder Laserbarrenchips unterschiedliche Bondkräfte und eine präzise Kraftsteuerung.
Hoher Mix und schnelle Produktion
Die Laserdiodenindustrie befindet sich derzeit in einem Zustand rasanter Entwicklung und Umwälzung. Aufgrund der fehlenden Standardisierung müssen Hersteller mit der wachsenden Nachfrage sowie komplexen und vielfältigen Produktverpackungssituationen klarkommen. Es gibt viele Variationen bei industriellen Laserdioden-Einzelchip-zu-Substrat- (CoS) und Bar-zu-Substrat-Designs (BoS) von verschiedenen Anbietern. Laserdioden-Gehäusedesigns bieten mehr Verpackungsformen für unterschiedliche Anwendungen. Daher ist die Produktion hoher Mischungen eine weitere große Herausforderung bei der Herstellung von Laserdioden.
Chip-Schema
Um den Herausforderungen dieser Chipplatzierungsprozesse in Laserdiodenanwendungen gerecht zu werden, benötigen Hersteller eine vollautomatische Chipplatzierungsmaschine mit ultrahoher Präzision, hoher Geschwindigkeit und hoher Flexibilität. Zu den Maschinenanforderungen gehört auch die Genauigkeit<±1.5μm, programmable force control, friction movement in the eutectic phase (micro-movement along X, Y, Z under the action of controlled force) and other features.
3. Die Bedeutung der Laserbarrenverpackung
Die Verpackung von Laserbarren ist eine der Schlüsseltechnologien zur Herstellung leistungsstarker, hocheffizienter und hochstabiler Halbleiterlaser. Durch die Integration mehrerer Laserdiodenbarren in einem Gehäuse kann die Ausgangsleistung des Lasers erheblich verbessert werden, während die Qualität und Stabilität des Strahls erhalten bleibt. Diese Verpackungsstruktur wird häufig beim Laserschneiden, Laserschweißen, Lasermarkieren und anderen Bereichen eingesetzt und bietet eine starke Unterstützung für die industrielle Produktion und die wissenschaftliche Forschung.
Im Allgemeinen handelt es sich bei der Verpackung von Laserbarren um eine komplexe und kritische Technologie, die für die Herstellung von Halbleiterlasern mit hoher Leistung, hohem Wirkungsgrad und hoher Stabilität von großer Bedeutung ist. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie wird sich die Laserbarren-Verpackungstechnologie weiterentwickeln und verbessern, um qualitativ hochwertigere Laserprodukte für ein breiteres Anwendungsspektrum bereitzustellen.
Unsere Adresse
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Road, Bezirk Xihu
Telefonnummer
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
