Semiconductor laser verpakkingstechnologie

1. Technische introductie:

Halfgeleiderlaserverpakkingstechnologie is meestal ontwikkeld en geëvolueerd op basis van discrete apparaatverpakkingstechnologie, maar heeft een grote bijzonderheid. Over het algemeen is de matrijs van discrete apparaten verzegeld in de verpakking. De belangrijkste functie van het pakket is om de matrijs te beschermen en de elektrische verbinding te voltooien. Halfgeleiderlaserverpakking is om de output van elektrische signalen te voltooien, de normale werking van de matrijs te beschermen, output: zichtbaar lichtfunctie, zowel elektrische parameters als optische parameters van het ontwerp en technische vereisten, het is onmogelijk om eenvoudig de verpakking van discrete apparaten te gebruiken voor halfgeleiderlasers.

2 lichtgevend deel

Het lichtemitterende kerndeel van de halfgeleiderlaser is een PN-junctiekern die is samengesteld uit p-type en n-type halfgeleiders. Wanneer de minderheidsdragers die in de PN-overgang worden geïnjecteerd, worden gecombineerd met de meerderheidsdragers, zal deze zichtbaar licht, ultraviolet licht of nabij-infrarood licht uitzenden. De fotonen die door het PN-junctiegebied worden uitgezonden, zijn echter niet-directioneel, dat wil zeggen dat er dezelfde kans is om in alle richtingen uit te zenden. Daarom kan niet al het licht dat door de matrijs wordt gegenereerd, worden vrijgegeven, wat voornamelijk afhangt van de kwaliteit van de halfgeleidermaterialen, de structuur en geometrie van de matrijs, de interne structuur en de verpakkingsmaterialen. De toepassing vereist het verbeteren van de interne en externe kwantumefficiëntie van halfgeleiderlasers. routine Φ 5 mm halfgeleiderlaserpakket is om een ​​vierkante buiskern met een zijlengte van 0,25 mm op het leadframe te hechten of te sinteren. De positieve pool van de buiskern is verbonden met de gouddraad via het bolvormige contactpunt om de binnenste kabel met één pin te verbinden, en de negatieve pool is verbonden met de andere pin van het leadframe via de reflectiebeker, en dan de bovenkant is ingekapseld met epoxyhars. De functie van de reflecterende beker is om het licht te verzamelen dat wordt uitgestraald vanaf de zijkant en het grensvlak van de buiskern en het naar de gewenste richtingshoek uit te zenden. De epoxyhars die aan de bovenkant is ingekapseld, heeft een bepaalde vorm gekregen, die verschillende functies heeft: de buiskern beschermen tegen externe erosie; Neem verschillende vormen en materiaaleigenschappen aan (met of zonder dispergeermiddel), functioneer als een lens of diffuse lens en controleer de divergentiehoek van het licht; De correlatie tussen de brekingsindex van de buiskern en de brekingsindex van de lucht is te groot, zodat de kritische hoek van de totale reflectie in de buiskern erg klein is. Slechts een klein deel van het licht dat door de actieve laag wordt gegenereerd, wordt eruit gehaald en het meeste kan gemakkelijk worden geabsorbeerd door meerdere reflecties in de buiskern, wat gemakkelijk overmatig lichtverlies kan veroorzaken. Epoxyhars met overeenkomstige brekingsindex wordt gekozen als de overgang om de lichtemissie-efficiëntie van de buiskern te verbeteren. De epoxyhars die wordt gebruikt om de pijpomhulling te vormen, moet vochtbestendigheid, isolatie, mechanische sterkte, hoge brekingsindex en lichtdoorlatendheid hebben die wordt uitgestraald naar de pijpkern. Wanneer verpakkingsmaterialen met een verschillende brekingsindex worden geselecteerd, is de invloed van de verpakkingsgeometrie op de efficiëntie van de fotonenontsnapping anders. De hoekverdeling van de lichtintensiteit is ook gerelateerd aan de matrijsstructuur, de lichtopbrengstmodus, het materiaal en de vorm van de verpakkingslens. Als de puntige harslens wordt gebruikt, kan het licht worden geconcentreerd in de asrichting van de halfgeleiderlaser en is de overeenkomstige kijkhoek klein; Als de harslens aan de bovenkant cirkelvormig of vlak is, zal de bijbehorende kijkhoek toenemen.

3 aandrijfstroom

Over het algemeen varieert de emissiegolflengte van halfgeleiderlasers van 0.2-0.3nm / graad met de temperatuur, en de spectrale breedte neemt toe, wat de helderheid van kleur beïnvloedt. Bovendien, wanneer de voorwaartse stroom door de PN-overgang vloeit, zorgt het verwarmingsverlies ervoor dat het verbindingsgebied een temperatuurstijging produceert. In de buurt van de kamertemperatuur zal de lichtintensiteit van de halfgeleiderlaser met ongeveer 1 procent worden verminderd voor elke temperatuurstijging van 1 graad, om de warmte te verpakken en af ​​te voeren; Het is erg belangrijk om de kleurzuiverheid en lichtintensiteit te behouden. In het verleden werd de methode om de stuurstroom te verminderen vaak gebruikt om de junctietemperatuur te verlagen. De stuurstroom van de meeste halfgeleiderlasers is beperkt tot ongeveer 20 mA. De optische output van halfgeleiderlasers zal echter toenemen met de toename van de stroom. De stuurstroom van veel vermogenshalfgeleiderlasers kan 70ma, 100mA of zelfs 1a bereiken. Het is noodzakelijk om de verpakkingsstructuur, het nieuwe ontwerpconcept voor de halfgeleiderlaserverpakking en de verpakkingsstructuur en technologie met lage thermische weerstand te verbeteren om de thermische eigenschappen te verbeteren. De flip-chipstructuur met een groot oppervlak wordt bijvoorbeeld gebruikt, de zilverlijm met goede thermische geleidbaarheid wordt geselecteerd, het oppervlak van de metalen steun wordt vergroot en de siliciumdrager van de soldeerbult wordt direct op het koellichaam geïnstalleerd. Bovendien zijn bij het toepassingsontwerp ook het thermische ontwerp en de thermische geleidbaarheid van PCB's erg belangrijk.

Na het betreden van de 21e eeuw zijn de efficiëntie, ultrahoge helderheid en panchromatische halfgeleiderlasers continu ontwikkeld en geïnnoveerd. De lichtefficiëntie van rode en oranje halfgeleiderlasers heeft 100im/W bereikt, die van groene halfgeleiderlasers is 50lm/W, en de lichtstroom van een enkele halfgeleiderlaser heeft ook tientallen IM bereikt. Halfgeleiderlaserchips en -pakketten volgen niet langer het traditionele ontwerpconcept en de productiemodus van Gong. Wat betreft het verhogen van de lichtopbrengst van de chip, is R&D niet beperkt tot het veranderen van het aantal onzuiverheden, roosterdefecten en dislocaties in het materiaal om de interne efficiëntie te verbeteren. Tegelijkertijd, hoe de interne structuur van de matrijs en het pakket te verbeteren, de kans op fotonenemissie in de halfgeleiderlaser te vergroten, de lichtefficiëntie te verbeteren en het optimale ontwerp van warmteafvoer, lichtextractie en koellichaam op te lossen, Verbetering van de optische prestaties en het versnellen van het SMD-proces van oppervlaktemontage is de hoofdrichting van onderzoek en ontwikkeling in de industrie.