טכנולוגיית אריזת לייזר מוליכים למחצה

1. מבוא טכני

טכנולוגיית אריזת לייזר מוליכים למחצה מפותחת והתפתחה בעיקר על בסיס טכנולוגיית אריזת מכשירים בדידים, אך יש לה ייחוד רב. באופן כללי, התבנית של מכשירים בדידים אטומה באריזה. תפקידה העיקרי של החבילה הוא להגן על התבנית ולהשלים את החיבור החשמלי. אריזת לייזר מוליכים למחצה היא להשלים את הפלט של אותות חשמליים, להגן על הפעולה הרגילה של המות, פלט: פונקציית האור הנראה, הן פרמטרים חשמליים והן פרמטרים אופטיים של התכנון והדרישות הטכניות, אי אפשר פשוט להשתמש באריזה של מכשירים נפרדים עבור לייזרים מוליכים למחצה.

2 חלקים פולטי אור

החלק פולט אור הליבה של הלייזר המוליך למחצה הוא ליבת צומת PN המורכבת ממוליכים למחצה מסוג p ו-n. כאשר נשאי המיעוט המוזרקים לצומת PN משולבים עם נושאי הרוב, הוא יפלוט אור נראה, אור אולטרה סגול או אור קרוב לאינפרא אדום. עם זאת, הפוטונים הנפלטים מאזור צומת PN אינם כיוונים, כלומר, יש אותה הסתברות לפלוט לכל הכיוונים. לכן, לא ניתן לשחרר את כל האור שנוצר על ידי התבנית, שתלוי בעיקר באיכות החומרים המוליכים למחצה, במבנה ובגיאומטריה של התבנית, במבנה הפנימי ובחומרי האריזה. היישום דורש לשפר את היעילות הקוונטית הפנימית והחיצונית של לייזרים מוליכים למחצה. חבילת לייזר מוליכים למחצה Φ שגרתית 5 מ"מ היא לקשר או לחטא ליבת צינור מרובע עם אורך צד של 0.25 מ"מ על מסגרת ההובלה. הקוטב החיובי של ליבת הצינור מחובר עם חוט הזהב דרך נקודת המגע הכדורית כדי לחבר את העופרת הפנימית עם סיכה אחת, והקוטב השלילי מחובר לפין השני של מסגרת ההובלה דרך כוס ההשתקפות, ולאחר מכן החלק העליון שלו. מכוסה בשרף אפוקסי. תפקידה של הכוס המחזירה הוא לאסוף את האור הנפלט מהצד והממשק של ליבת הצינור ולפלוט אותו לזווית הכיוון הרצויה. שרף האפוקסי המוקף בחלק העליון עשוי לצורה מסוימת, שיש לה מספר פונקציות: הגנה על ליבת הצינור מפני שחיקה חיצונית; לאמץ צורות ותכונות חומר שונות (עם או בלי חומר מפזר), לתפקד כעדשה או כעדשה מפוזרת ולשלוט בזווית הדיברגנציה של האור; המתאם בין מקדם השבירה של ליבת הצינור לבין מקדם השבירה של האוויר גדול מדי, כך שהזווית הקריטית של ההשתקפות הכוללת בתוך ליבת הצינור קטנה מאוד. רק חלק קטן מהאור שנוצר מהשכבה הפעילה נלקח החוצה, ואת רובו קל להיספג באמצעות השתקפויות מרובות בתוך ליבת הצינור, מה שקל לגרום לאובדן אור מוגזם. שרף אפוקסי עם מקדם שבירה מתאים נבחר כמעבר לשיפור יעילות פליטת האור של ליבת הצינור. שרף האפוקסי המשמש ליצירת מעטפת הצינור חייב להיות בעל עמידות בפני לחות, בידוד, חוזק מכני, מקדם שבירה גבוה והעברת אור הנפלט לליבת הצינור. כאשר נבחרים חומרי אריזה בעלי מקדם שבירה שונה, השפעת גיאומטריית האריזה על יעילות בריחת הפוטונים שונה. ההתפלגות הזוויתית של עוצמת האור קשורה גם למבנה התבנית, מצב תפוקת האור, החומר והצורה של עדשת האריזה. אם משתמשים בעדשת השרף המחודדת, ניתן לרכז את האור לכיוון הציר של הלייזר המוליך למחצה, וזווית הצפייה המתאימה קטנה; אם עדשת השרף בחלק העליון היא מעגלית או מישורית, זווית הצפייה המתאימה שלה תגדל.

זרם 3 כונן

בדרך כלל, אורך הגל של הפליטה של ​​לייזר מוליכים למחצה משתנה מ-0.2-0.3nm/מעלה עם הטמפרטורה, והרוחב הספקטרלי גדל, מה שמשפיע על בהירות הצבע. בנוסף, כאשר הזרם הקדמי זורם דרך צומת ה-PN, אובדן החימום גורם לאזור הצומת לייצר עליית טמפרטורה. סמוך לטמפרטורת החדר, עוצמת האור של הלייזר המוליך למחצה תופחת בכ-1 אחוז על כל עלייה של מעלה אחת בטמפרטורה, כדי לארוז ולפזר חום; חשוב מאוד לשמור על טוהר הצבע ועוצמת האור. בעבר, השיטה של ​​הפחתת זרם הנהיגה משמשת לעתים קרובות כדי להפחית את טמפרטורת הצומת. זרם ההנעה של רוב הלייזרים מוליכים למחצה מוגבל לכ-20mA. עם זאת, הפלט האופטי של לייזרים מוליכים למחצה יגדל עם עליית הזרם. זרם ההנעה של לייזרים מוליכים למחצה רבים יכול להגיע ל-70ma, 100mA או אפילו 1a. יש צורך לשפר את מבנה האריזה, קונספט עיצוב אריזת לייזר מוליכים למחצה חדשים ומבנה אריזה התנגדות תרמית נמוכה וטכנולוגיה לשיפור המאפיינים התרמיים. לדוגמה, מבנה שבב היפוך עם שטח גדול מאומץ, נבחר דבק כסף עם מוליכות תרמית טובה, שטח הפנים של תמיכת המתכת גדל, ומנשא הסיליקון של בליטת ההלחמה מותקן ישירות על גוף הקירור. בנוסף, בתכנון היישום, התכנון התרמי והמוליכות התרמית של PCB חשובים מאוד.

לאחר הכניסה למאה ה-21, היעילות, הבהירות הגבוהה במיוחד והפנכרומטיות של לייזרים מוליכים למחצה פותחו וחדשו ללא הרף. יעילות האור של לייזרים מוליכים למחצה אדומים וכתום הגיעה ל-100im/W, זו של לייזרים מוליכים למחצה ירוקים היא 50lm/W, ושטף האור של לייזר מוליכים למחצה בודד הגיע גם הוא לעשרות IM. שבבי הלייזר והחבילות של מוליכים למחצה כבר לא עוקבים אחר תפיסת העיצוב המסורתית ומצב הייצור של Gong. במונחים של הגדלת תפוקת האור של השבב, מו"פ אינו מוגבל לשינוי מספר הזיהומים, פגמי הסריג ונקעים בחומר כדי לשפר את היעילות הפנימית. במקביל, כיצד לשפר את המבנה הפנימי של התבנית והאריזה, לשפר את ההסתברות לפליטת פוטון בלייזר המוליך למחצה, לשפר את יעילות האור ולפתור את התכנון האופטימלי של פיזור חום, מיצוי אור וגוף קירור, שיפור ביצועים אופטיים והאצת תהליך SMD של הרכבה על פני השטח הם הכיוון המרכזי של מחקר ופיתוח בתעשייה.