Tehnologia de ambalare cu laser semiconductor

1. Introducere tehnică

Tehnologia de ambalare cu laser semiconductor este în mare parte dezvoltată și evoluată pe baza tehnologiei de ambalare a dispozitivelor discrete, dar are o mare particularitate. În general, matrița dispozitivelor discrete este sigilată în pachet. Funcția principală a pachetului este de a proteja matrița și de a finaliza interconectarea electrică. Ambalajul laser cu semiconductor este de a finaliza ieșirea semnalelor electrice, de a proteja funcționarea normală a matriței, de ieșire: funcție de lumină vizibilă, atât parametrii electrici, cât și parametrii optici ai designului și cerințele tehnice, este imposibil să utilizați pur și simplu ambalajul dispozitivelor discrete pentru lasere cu semiconductor.

2 piese emițătoare de lumină

Partea centrală care emite lumină a laserului semiconductor este un miez de joncțiune PN compus din semiconductori de tip p și de tip n. Când purtătorii minoritari injectați în joncțiunea PN sunt combinați cu purtătorii majoritari, acesta va emite lumină vizibilă, lumină ultravioletă sau lumină infraroșie apropiată. Cu toate acestea, fotonii emiși din regiunea joncțiunii PN sunt nedirecționali, adică există aceeași probabilitate de a emite în toate direcțiile. Prin urmare, nu toată lumina generată de matriță poate fi eliberată, ceea ce depinde în principal de calitatea materialelor semiconductoare, structura și geometria matriței, structura internă și materialele de ambalare. Aplicația necesită îmbunătățirea eficienței cuantice interne și externe a laserelor semiconductoare. Pachetul laser cu semiconductor de rutină Φ 5 mm este să lipiți sau să sinterizați un miez de tub pătrat cu o lungime laterală de 0.25 mm pe cadrul plumbului. Polul pozitiv al miezului tubului este legat de firul de aur prin punctul de contact sferic pentru a conecta cablul interior cu un pin, iar polul negativ este conectat cu celălalt pin al cadrului prin cupa de reflexie, iar apoi partea superioară a acestuia. este incapsulat cu rasina epoxidica. Funcția cupei reflectorizante este de a colecta lumina emisă de partea laterală și de interfața miezului tubului și de a o emite în unghiul de direcție dorit. Rășina epoxidică încapsulată pe partea superioară este realizată într-o anumită formă, care are mai multe funcții: protejarea miezului țevii de eroziunea externă; Adoptă diferite forme și proprietăți ale materialelor (cu sau fără dispersant), funcționează ca lentilă sau lentilă difuză și controlează unghiul de divergență al luminii; Corelația dintre indicele de refracție al miezului tubului și indicele de refracție al aerului este prea mare, astfel încât unghiul critic de reflexie totală în interiorul miezului tubului este foarte mic. Doar o mică parte din lumina generată de stratul activ este îndepărtată și cea mai mare parte a acesteia este ușor de absorbit prin reflexii multiple în interiorul miezului tubului, ceea ce este ușor de cauzat pierderi excesive de lumină. Rășina epoxidică cu indicele de refracție corespunzător este selectată ca tranziție pentru a îmbunătăți eficiența emisiei de lumină a miezului tubului. Rășina epoxidice utilizată pentru a forma mantaua țevii trebuie să aibă rezistență la umiditate, izolație, rezistență mecanică, indice de refracție ridicat și transmisie a luminii emise către miezul țevii. Când sunt selectate materiale de ambalare cu indice de refracție diferit, influența geometriei ambalajului asupra eficienței de evadare a fotonilor este diferită. Distribuția unghiulară a intensității luminoase este, de asemenea, legată de structura matriței, modul de ieșire a luminii, materialul și forma lentilei de ambalare. Dacă se folosește lentila ascuțită din rășină, lumina poate fi concentrată pe direcția axei laserului semiconductor, iar unghiul de vizualizare corespunzător este mic; Dacă lentila din rășină din partea de sus este circulară sau plană, unghiul său de vizualizare corespunzător va crește.

3 curent de antrenare

În general, lungimea de undă de emisie a laserului semiconductor variază de la 0.2-0.3nm/grad cu temperatura, iar lățimea spectrală crește, ceea ce afectează luminozitatea culorii. În plus, atunci când curentul direct trece prin joncțiunea PN, pierderea de încălzire face ca regiunea de joncțiune să producă o creștere a temperaturii. În apropierea temperaturii camerei, intensitatea luminoasă a laserului semiconductor va fi redusă cu aproximativ 1 la sută la fiecare creștere de 1 grad a temperaturii, astfel încât să împacheteze și să disipeze căldura; Este foarte important să se mențină puritatea culorii și intensitatea luminoasă. În trecut, metoda de reducere a curentului de antrenare este adesea folosită pentru a reduce temperatura joncțiunii. Curentul de conducere al majorității laserelor cu semiconductor este limitat la aproximativ 20 mA. Cu toate acestea, puterea optică a laserelor semiconductoare va crește odată cu creșterea curentului. Curentul de conducere al multor lasere semiconductoare de putere poate ajunge la 70ma, 100mA sau chiar 1a. Este necesar să se îmbunătățească structura de ambalare, noul concept de proiectare a ambalajului cu laser semiconductor și structura și tehnologia de ambalare cu rezistență termică scăzută pentru a îmbunătăți caracteristicile termice. De exemplu, se adoptă structura flip chip cu suprafață mare, se selectează lipiciul argintiu cu o conductivitate termică bună, se mărește suprafața suportului metalic, iar suportul de siliciu al bumpului de lipit este instalat direct pe radiatorul. În plus, în proiectarea aplicației, designul termic și conductivitatea termică a PCB-ului sunt, de asemenea, foarte importante.

După intrarea în secolul 21, eficiența, luminozitatea ultra-înaltă și pancromatica laserelor cu semiconductor au fost dezvoltate și inovate continuu. Eficiența luminii laserelor cu semiconductor roșu și portocaliu a atins 100im/W, cea a laserelor cu semiconductor verzi este de 50lm/W, iar fluxul luminos al unui singur laser semiconductor a atins și zeci de IM. Cipurile și pachetele laser cu semiconductor nu mai urmează conceptul tradițional de design și modul de producție Gong. În ceea ce privește creșterea puterii de lumină a cipului, cercetarea și dezvoltarea nu se limitează la modificarea numărului de impurități, defecte ale rețelei și dislocări din material pentru a îmbunătăți eficiența internă. În același timp, cum să îmbunătățească structura internă a matriței și a pachetului, să sporească probabilitatea de emisie de fotoni în laserul semiconductor, să îmbunătățească eficiența luminii și să rezolve proiectarea optimă a disipării căldurii, extracția luminii și radiatorul, îmbunătățirea performanța optică și accelerarea procesului SMD de montare la suprafață este direcția principală de cercetare și dezvoltare în industrie.