1. Principe de conditionnement des barres laser
L'emballage de barres laser est un processus d'intégration de plusieurs barres de diodes laser dans un seul emballage. Cette structure de conditionnement est couramment utilisée pour les lasers à semi-conducteurs de haute puissance, tels que les lasers à empilage vertical (pile en V) et à réseau horizontal (matrice H). L’objectif principal du packaging est d’augmenter la puissance de sortie du laser tout en maintenant la qualité et la stabilité du faisceau.
Pendant le processus d'emballage, les barres de diodes laser sont disposées avec précision et fixées sur un dissipateur thermique. La fonction du dissipateur thermique est de dissiper la chaleur générée par les barres de diodes laser pour maintenir sa température de fonctionnement stable. De plus, la structure de conditionnement comprend également des composants tels que des électrodes, des éléments optiques et des connecteurs pour transmettre le laser à des appareils externes.
2. Défis du processus d'emballage
Les principaux défis du processus d'emballage comprennent le contrôle de position de haute précision, le contrôle de la qualité eutectique et le contrôle des courbes de température. Ces défis nécessitent des équipements et des technologies de haute précision pour garantir la qualité et la fiabilité de l'emballage.
En termes de contrôle de position, il faut s'assurer que la position et l'angle de chaque barreau de diode laser soient très précis pour garantir la qualité et la stabilité du faisceau. En termes de contrôle qualité eutectique, il est nécessaire de contrôler la température et le temps eutectiques pour garantir que la qualité eutectique entre la barre de diode laser et le dissipateur thermique est optimale. En termes de contrôle de la courbe de température, il est nécessaire de garantir que le changement de température de la barre de diode laser pendant le processus d'emballage répond aux exigences de conception pour éviter d'affecter les performances du laser.
Le processus de collage est l’étape d’emballage la plus critique dans la fabrication des diodes laser. Dans ce processus, le processus de liaison eutectique or-étain est utilisé pour connecter la puce à tube unique ou à barre-barre au substrat du dissipateur thermique. La liaison entre la puce et le substrat du dissipateur thermique est généralement réalisée par une soudure or-étain (AuSn) utilisant la technologie de liaison eutectique. Les puces HPLD peuvent être des puces laser à tube unique ou des puces laser à barres multitubes. Le processus de liaison est essentiel à l’efficacité optique et à la fiabilité sur le terrain des produits HPLD. Certains défis de ce processus critique sont soulignés ci-dessous :
Haute précision
La diode laser a des exigences de position de haute précision entre la surface électroluminescente de la puce monotube ou barre-barre et le bord du substrat du dissipateur thermique. Généralement, le résultat après collage ne doit présenter aucune dépression entre la surface électroluminescente et le bord du substrat, et la saillie de la surface électroluminescente doit être inférieure à 5-10 μm. À cette fin, la précision de collage de la machine à coller doit généralement être<±2.5μm. The edges of the laser tube die and the substrate may also have a tolerance of <1μm. Therefore, the accuracy of the machine must be <±1.5μm.
Qualité eutectique
Outre la précision de la position, le profil de température dans le processus de refusion est également très critique pour le processus de collage de diodes laser. Pendant le processus eutectique, une attention particulière doit être accordée à l'obtention d'une interface eutectique subtile, uniforme et sans vide entre la puce et le substrat de dissipation thermique pour une dissipation thermique efficace et uniforme. Cela nécessite que la machine de collage dispose d'un contrôle précis et uniforme de la température de refusion eutectique sur toute la zone de collage. Le processus de liaison HPLD nécessite une étape de chauffage eutectique uniforme et programmable avec chauffage/refroidissement rapide, et la température pendant l'eutectique doit rester stable. L'étage de chauffage doit également être recouvert d'un gaz protecteur pour empêcher l'oxydation de la surface eutectique, obtenant ainsi une bonne mouillabilité et formant une interface sans vide lors du refroidissement.
Coplanarité et sans vide
As the power of laser diode chips increases, single-tube chips become longer, and the aspect ratio of certain chip sizes becomes larger, such as aspect ratio>10. Les diodes laser de type barre sont extrêmement difficiles en raison de leur grande surface de liaison, qui amplifie les défauts caractéristiques après la liaison, tels que le taux de vide et l'angle d'inclinaison de la barre. La coplanarité précise entre la puce unique ou la barrette de diode laser et le substrat du dissipateur thermique est également essentielle car elle affecte le taux de vide et induit des contraintes. Par conséquent, le manque de coplanarité précise peut affecter les performances et la fiabilité des produits à diode laser. Sans un bon contrôle de la coplanarité, la barre peut se déformer en raison de la contrainte résiduelle formée dans la barre après la formation eutectique, souvent appelée courbe du « sourire » [3]. Les puces longues peuvent provoquer une dissipation thermique inégale, entraînant des contraintes thermiques sur toute la longueur de la puce unique. Lors de la refusion eutectique, différentes tailles de copeaux simples ou à barre laser nécessitent différentes forces de liaison et un contrôle précis de la force.
Mélange élevé et production rapide
L’industrie des diodes laser se trouve actuellement dans un état de développement et de transition rapide. En raison du manque de standardisation, les fabricants doivent faire face à une demande croissante et à des situations de conditionnement de produits complexes et diverses. Il existe de nombreuses variations dans les conceptions industrielles de diodes laser monopuce à substrat (CoS) et barre à substrat (BoS) par différents fournisseurs. Les conceptions de boîtiers de diodes laser ont davantage de formes de conditionnement pour s'adapter à différentes applications. Par conséquent, la production d’un mélange élevé constitue un autre défi majeur dans la fabrication de diodes laser.
Schéma de puce
Afin de relever les défis de ces processus de placement de puces dans les applications de diodes laser, les fabricants ont besoin d'une machine de placement de puces entièrement automatique de très haute précision, rapide et très flexible. Les exigences de la machine incluent la précision<±1.5μm, programmable force control, friction movement in the eutectic phase (micro-movement along X, Y, Z under the action of controlled force) and other features.
3. L'importance de l'emballage des barres laser
L'emballage de barres laser est l'une des technologies clés pour obtenir des lasers à semi-conducteurs de haute puissance, haute efficacité et haute stabilité. En intégrant plusieurs barres de diodes laser dans un seul boîtier, la puissance de sortie du laser peut être considérablement améliorée tout en conservant la qualité et la stabilité du faisceau. Cette structure d'emballage est largement utilisée dans la découpe laser, le soudage laser, le marquage laser et d'autres domaines, offrant un soutien solide à la production industrielle et à la recherche scientifique.
En général, le conditionnement de barres laser est une technologie complexe et critique, qui revêt une grande importance pour la réalisation de lasers à semi-conducteurs de haute puissance, haute efficacité et haute stabilité. Avec les progrès continus de la science et de la technologie, la technologie d’emballage des barres laser continuera à se développer et à s’améliorer, offrant ainsi des produits laser de meilleure qualité pour une gamme plus large d’applications.
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