激光器芯片及TO、C-mount、多晶粒封装介绍

   一、Laser Die 及其制备

激光器芯片根据材料体系有GaN基蓝光系列、砷化镓、磷化铟等组合起来的三元或者四元体系。每一种体系由于其最优的外延基板不同，P、N面打金线方向不同，有正负极同向、有反向。

激光芯片根据使用范围主要有大功率应用的可见光、通讯用的红外光，还有医疗美容用的800~980nm的红外光，根据功率值要求，芯片设计的大小也是区别很大。

比如芯片的长度，宽度，发光带的宽度。

对于大功率的激光器，需要更长的谐振腔长，1000um以上是经常的。对于小功率的通讯用激光器一般100um左右即可，如下图。

金线的焊盘直径一般在80um左右，因此对于小芯片需要特别设计打线位置。

同时根据需要可以在一个芯片上设计多个发光带，根据需要可以有很多，也叫芯片级集成，优点是同样大小的芯片光功率大很多。缺点是散热要求高。

芯片制备过程

做成wafer的激光器需要先解离成Bar条，然后进行堆bar镀膜。如上图。

  二、激光芯片的封装

为了得到更大功率、散热效果还可以的激光器，人们常用一整条Bar条封装成激光器。

以每个发光单元2W，有源区尺寸1um×100um计算，体发热密度2×1010W/m3。以50%电光转换效率计算，一个典型的中等功率50W/bar，腔长为1mm，热流密度为500W/cm2，电流密度1000A/cm2

 因此为了散热效果，需要把P面朝下，和热沉直接接触。因为有源区更靠近P面，有源区距离P面的距离一般在200nm以内，到N面大概有90um。因此为了让热更短距离的传到到热沉上，把热沉做正极，上表面做负电极。

单管激光芯片的封装主要有TO-can和C-mount, Q-mount等封装方式。

3.1 C-mount

 3.2 TO封装

TO封装技术，其实指Transistor Outline或者Through-hole封装技术，也就是全封闭技术，成本低，工艺简单。

 

 

 

 

把芯片焊接在TO基座上，然后盖上帽子，且要在真空的环境下盖帽。

 

同样是TO封装，帽子也有不同。

3.3 、欧司朗光电半导体投影仪专用多晶粒激光器封装

 

独一无二的 50 W 光学输出功率：欧司朗光电半导体最新的激光器模块 PLPM4 450 大幅简化了专业激光投影仪的构造。这是第一次将多达 20 颗蓝光激光器芯片封装进一个小型外壳里。而且，每颗芯片的光功率都翻了一倍，因而总功率达到了 50 W，使得投影仪仅用一个外壳即可获得超过 2000 流明的亮度。

优势

多晶粒封装利于集成进投影仪，原因有三：

组装

需要组装的元件少了，组装时间就缩短了。多达 20 颗激光器芯片被集中到单个封装中。

光学校准

大幅降低了光学校准的复杂性：光束准直时只需单片多透镜阵列。

形状因素

多晶粒封装是高度集成的封装，因而尺寸特别小。

特点

–蝶形封装；当外壳温度（Tcase）为 65°C 时，输出光功率达 50 W

–多达 5 颗多模激光器芯片呈串联连接，粘合在 4 支激光棒上

–每支激光棒均可单独运行

–波长：450 nm ＋／－10nm

–当外壳温度（Tcase）为 25℃时，典型电光转换效率为 35％

–每颗激光器芯片都有静电保护二极管

–工作温度：10°C ～ 70°C

 

审核编辑：刘清