Tecnología de envasado láser de semiconductores
1. Introducción técnica
La tecnología de empaquetado láser de semiconductores se desarrolla y evoluciona principalmente sobre la base de la tecnología de empaquetado de dispositivos discretos, pero tiene una gran particularidad. En general, la matriz de los dispositivos discretos está sellada en el paquete. La función principal del paquete es proteger la matriz y completar la interconexión eléctrica. El embalaje láser de semiconductores es para completar la salida de señales eléctricas, proteger el funcionamiento normal de la matriz, salida: función de luz visible, tanto parámetros eléctricos como parámetros ópticos del diseño y requisitos técnicos, es imposible utilizar simplemente el embalaje de dispositivos discretos para láseres semiconductores.
2 parte emisora de luz
La parte emisora de luz del núcleo del láser semiconductor es un núcleo de unión PN compuesto por semiconductores tipo p y tipo n. Cuando los portadores minoritarios inyectados en la unión PN se combinan con los portadores mayoritarios, emitirá luz visible, luz ultravioleta o luz infrarroja cercana. Sin embargo, los fotones emitidos desde la región de la unión PN no son direccionales, es decir, existe la misma probabilidad de emitir en todas las direcciones. Por lo tanto, no se puede liberar toda la luz generada por el dado, lo que depende principalmente de la calidad de los materiales semiconductores, la estructura y geometría del dado, la estructura interna y los materiales de empaque. La aplicación requiere mejorar la eficiencia cuántica interna y externa de los láseres semiconductores. La rutina del paquete de láser semiconductor de Φ 5 mm es unir o sinterizar un núcleo de tubo cuadrado con una longitud lateral de 0.25 mm en el marco de plomo. El polo positivo del núcleo del tubo está unido con el cable dorado a través del punto de contacto esférico para conectar el cable interno con un pin, y el polo negativo está conectado con el otro pin del marco del cable a través de la copa de reflexión, y luego su parte superior está encapsulado con resina epoxi. La función de la copa reflectante es recolectar la luz emitida desde el lado y la interfaz del núcleo del tubo y emitirla en el ángulo de dirección deseado. La resina epoxi encapsulada en la parte superior tiene una determinada forma, que tiene varias funciones: proteger el núcleo de la tubería de la erosión externa; Adopte diferentes formas y propiedades del material (con o sin dispersante), funcione como lente o lente difusa y controle el ángulo de divergencia de la luz; La correlación entre el índice de refracción del núcleo del tubo y el índice de refracción del aire es demasiado grande, por lo que el ángulo crítico de reflexión total dentro del núcleo del tubo es muy pequeño. Solo se extrae una pequeña parte de la luz generada por la capa activa, y la mayor parte es fácil de absorber a través de múltiples reflejos dentro del núcleo del tubo, lo que es fácil de causar una pérdida de luz excesiva. La resina epoxi con el índice de refracción correspondiente se selecciona como transición para mejorar la eficiencia de emisión de luz del núcleo del tubo. La resina epoxi utilizada para formar la carcasa de la tubería debe tener resistencia a la humedad, aislamiento, resistencia mecánica, alto índice de refracción y transmisión de luz emitida al núcleo de la tubería. Cuando se seleccionan materiales de empaque con diferentes índices de refracción, la influencia de la geometría del empaque en la eficiencia de escape de fotones es diferente. La distribución angular de la intensidad luminosa también está relacionada con la estructura de la matriz, el modo de salida de luz, el material y la forma de la lente del empaque. Si se utiliza la lente de resina puntiaguda, la luz se puede concentrar en la dirección del eje del láser semiconductor y el ángulo de visión correspondiente es pequeño; Si la lente de resina en la parte superior es circular o plana, su ángulo de visión correspondiente aumentará.
corriente de 3 unidades
Generalmente, la longitud de onda de emisión del láser semiconductor varía de 0.2-0.3nm/grado con la temperatura, y el ancho espectral aumenta, lo que afecta el brillo del color. Además, cuando la corriente directa fluye a través de la unión PN, la pérdida de calor hace que la región de la unión produzca un aumento de temperatura. Cerca de la temperatura ambiente, la intensidad luminosa del láser semiconductor se reducirá en aproximadamente un 1 por ciento por cada aumento de 1 grado en la temperatura, para empaquetar y disipar el calor; Es muy importante mantener la pureza del color y la intensidad luminosa. En el pasado, el método de reducción de la corriente de conducción se usaba a menudo para reducir la temperatura de la unión. La corriente de conducción de la mayoría de los láseres semiconductores está limitada a unos 20 mA. Sin embargo, la salida óptica de los láseres semiconductores aumentará con el aumento de la corriente. La corriente de conducción de muchos láseres de semiconductores de potencia puede alcanzar 70ma, 100mA o incluso 1a. Es necesario mejorar la estructura de empaque, el nuevo concepto de diseño de empaque de láser semiconductor y la estructura y tecnología de empaque de baja resistencia térmica para mejorar las características térmicas. Por ejemplo, se adopta la estructura de flip chip con un área grande, se selecciona el pegamento de plata con buena conductividad térmica, se aumenta el área de la superficie del soporte de metal y el soporte de silicona de la protuberancia de soldadura se instala directamente en el disipador de calor. Además, en el diseño de la aplicación, el diseño térmico y la conductividad térmica de la PCB también son muy importantes.
Después de ingresar al siglo XXI, la eficiencia, el brillo ultraalto y el pancromático de los láseres semiconductores se han desarrollado e innovado continuamente. La eficiencia de la luz de los láseres semiconductores rojo y naranja ha alcanzado los 100im/W, la de los láseres semiconductores verdes es de 50lm/W, y el flujo luminoso de un solo láser semiconductor también ha alcanzado decenas de IM. Los chips y paquetes láser semiconductores ya no siguen el concepto de diseño y el modo de fabricación tradicionales de Gong. En términos de aumentar la salida de luz del chip, I + D no se limita a cambiar la cantidad de impurezas, defectos de red y dislocaciones en el material para mejorar la eficiencia interna. Al mismo tiempo, cómo mejorar la estructura interna de la matriz y el paquete, mejorar la probabilidad de emisión de fotones en el láser semiconductor, mejorar la eficiencia de la luz y resolver el diseño óptimo de disipación de calor, extracción de luz y disipador de calor, Mejorar el el rendimiento óptico y la aceleración del proceso SMD de montaje en superficie es la dirección principal de investigación y desarrollo en la industria.
