1. レーザーバーの梱包原理
レーザー バーのパッケージングは、複数のレーザー ダイオード バーを 1 つのパッケージに統合するプロセスです。このパッケージ構造は、垂直スタック (V スタック) や水平アレイ (H アレイ) などの高出力半導体レーザーに一般的に使用されます。パッケージングの主な目的は、ビームの品質と安定性を維持しながらレーザーの出力を高めることです。
パッケージングプロセス中、レーザーダイオードバーは正確に配置され、ヒートシンクに固定されます。ヒートシンクの機能は、レーザー ダイオード バーによって発生した熱を放散して、安定した動作温度を維持することです。さらに、パッケージ構造には、電極、光学素子、レーザーを外部デバイスに出力するためのコネクタなどのコンポーネントも含まれます。
2. 包装プロセスの課題
パッケージングプロセスにおける主な課題には、高精度の位置制御、共晶品質の制御、温度曲線の制御が含まれます。これらの課題を解決するには、パッケージの品質と信頼性を確保するために高精度の機器と技術が必要です。
位置制御に関しては、ビームの品質と安定性を確保するために、各レーザー ダイオード バーの位置と角度が非常に正確であることを保証する必要があります。共晶品質管理の観点からは、レーザー ダイオード バーとヒート シンク間の共晶品質が最適であることを保証するために、共晶温度と時間を制御する必要があります。温度曲線の制御に関しては、レーザーの性能への影響を避けるために、パッケージングプロセス中のレーザーダイオードバーの温度変化が設計要件を満たしていることを確認する必要があります。
ボンディングプロセスは、レーザーダイオード製造において最も重要なパッケージングステップです。このプロセスでは、金錫共晶接合プロセスを使用して、シングルチューブまたはバーバーチップをヒートシンク基板に接続します。チップとヒートシンク基板の間の接合は、通常、共晶接合技術を使用した金錫 (AuSn) はんだです。 HPLD チップは、単管レーザー チップまたは多管バーバー レーザー チップにすることができます。接合プロセスは、HPLD 製品の光学効率と現場での信頼性にとって重要です。この重要なプロセスのいくつかの課題を以下に示します。
高精度
レーザー ダイオードには、単管またはバーバー チップの発光面とヒート シンク基板の端の間の高精度の位置要件があります。一般に、貼り合わせ後の結果は、発光面から基板端まで凹みがなく、発光面の突出量が｛｛６｝｝μｍ以下であることが必要である。この目的のために、通常、ボンディングマシンのボンディング精度は、<±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.
共晶品質
位置精度に加えて、リフロープロセスの温度プロファイルもレーザーダイオードボンディングプロセスにとって非常に重要です。共晶プロセス中、効果的かつ均一な熱放散のために、チップと放熱基板の間に微妙で均一かつボイドのない共晶界面を実現するために特別な注意を払う必要があります。このため、ボンディング マシンにはボンディング領域全体にわたって正確かつ均一な共晶リフロー温度制御が必要です。 HPLD 接合プロセスには、高速加熱/冷却を備えたプログラム可能な均一な共晶加熱ステージが必要であり、共晶中の温度は安定した状態を維持する必要があります。加熱ステージには、共晶表面の酸化を防ぐための保護ガス カバーも必要です。これにより、良好な濡れ性が得られ、冷却時にボイドのない界面が形成されます。
同一平面性とボイドフリー
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. バータイプのレーザーダイオードは、接合表面積が大きいため、非常に困難であり、ボイド率%やバーの傾斜角など、接合後の特性欠陥が増幅されます。単一レーザー ダイオードまたはバー チップとヒート シンク基板の間の正確な同一平面性も、空隙率に影響を与え、応力を誘発するため重要です。したがって、正確な同一平面性が欠如すると、レーザー ダイオード製品の性能と信頼性に影響を与える可能性があります。良好な共平面性制御がないと、共晶形成後に棒材に形成される残留応力によって棒材が歪む可能性があり、これは「スマイル」曲線と呼ばれることがよくあります [3]。長いチップは不均一な熱放散を引き起こす可能性があり、その結果、単一チップの長さに沿って熱応力が発生します。共晶リフロー中、サイズの異なるシングル バー チップまたはレーザー バー チップには、異なる結合力と正確な力制御が必要です。
多品種混在と高速生産
レーザー ダイオード産業は現在、急速な発展と移行の状態にあります。標準化が欠如しているため、メーカーは需要の増大と複雑で多様な製品梱包状況に対応する必要があります。産業用レーザー ダイオードのシングル チップ対基板 (CoS) およびバー対基板 (BoS) の設計には、さまざまなサプライヤーによってさまざまなバリエーションがあります。レーザー ダイオードのパッケージ設計には、さまざまな用途に合わせてさらに多くのパッケージ形式があります。したがって、多品種生産はレーザー ダイオード製造におけるもう 1 つの大きな課題です。
チップスキーム
レーザー ダイオード アプリケーションにおけるこうしたチップ配置プロセスの課題に対処するために、メーカーは超高精度、高速、柔軟性の高い全自動チップ配置マシンを必要としています。機械の要件には精度が含まれます<±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. レーザーバーの梱包の重要性
レーザーバーのパッケージングは、高出力、高効率、高安定な半導体レーザーを実現するための重要な技術の一つです。複数のレーザー ダイオード バーを 1 つのパッケージに統合することにより、ビームの品質と安定性を維持しながら、レーザーの出力パワーを大幅に向上させることができます。この包装構造はレーザー切断、レーザー溶接、レーザーマーキングなどの分野で広く使用されており、工業生産や科学研究を強力にサポートしています。
一般に、レーザーバーのパッケージングは複雑かつ重要な技術であり、高出力、高効率、高安定性の半導体レーザーを実現するために非常に重要です。科学技術の継続的な進歩に伴い、レーザーバーのパッケージング技術は開発と改善を続け、より幅広い用途に向けてより高品質のレーザー製品を提供することになります。
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