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因此是所有高功率应用的关键指标[4]

时间:2020-10-08 23:51

  高功率激光二极管(HPLD)是当今增进最疾的激光器类型之一,紧如果由于跟着光纤激光器已渐渐成为原料加工操纵的首选东西,用于光纤激光的泵浦光源需求连续增进。 HPLD还广博地操纵于医疗界限,比如光动力疗法,激光美容和表科手术,以及包含涂覆,3D打印,切割和焊接正在内的直接半导体激光工具料加工。 HPLD的另一个操纵界限是国防工业,其增进由定向能量火器驱动。 HPLD供应的波长领域是400nm至2000nm,光输出功率领域为1W至300 + W是任何其他激光器所无法比较的, [1],其正在最幼的体积内拥有最高的电光(EO)转换结果(高达65%)。因为这些特此表职能,HPLD能够符合其敏捷增进的各式操纵。遵循阐发师Nilushi Wijeyasinghe博士“2019-2029年激光二极管和直接二极管激光器:技巧,市集&预测的讲演显示,到2029年,激光二极管和直接二极管激光器的环球市集界限将抵达139.85亿美元,个中激光二极管占119.52亿美元,直接二极管激光器占20.33亿美元。

  贴片工艺是HPLD创筑中最症结的封装办法。 正在此历程中,采用金-锡共晶贴片工艺将单管或Bar条芯片相联到散热基板。芯片和散热基板之间的接合通俗是应用共晶贴片技巧的金锡(AuSn)焊料。 HPLD芯片能够是单管激光芯片,也能够是多管的bar条激光芯片。 贴片工艺对待HPLD产物的光学结果和现场牢靠性至闭苛重。 下面中心先容此症结历程的少少挑拨:

  HPLD正在单管或bar条芯片的发光面与散热器基板边际之间拥有高精度的地位条件。 通俗,贴片后结果从发光面到基板边际该当没有凹陷,而且发光面的杰出片面应幼于5-10μm。 为此,贴片机的贴片精度通俗应±2.5μm。 而激光管芯和衬底的边际也也许拥有1μm的公差。 所以,呆板的精度务必±1.5μm。

  除了地位精度表,回流工艺中的温度弧线对待HPLD贴片工艺也极度症结。 正在共晶历程中,必要希奇注意正在芯片和散热基板之间达成渺幼,平均且无玄虚的共晶界面,以便有用且平均地散热。 这就条件贴片机对整体恤片区域拥有切确而平均的共晶回流温度驾御。HPLD贴片历程必要拥有神速升温/降温的可编程平均共晶加热台,而且共晶时间的温度务必仍旧太平。 加热阶段还务必拥有维护气体遮盖,以防卫共晶表面氧化,从而取得杰出的锓润性,并正在冷却时造成无玄虚的界面。

  跟着HPLD芯片功率的增补,单管芯片变得更长,某些芯片尺寸长宽比也变得越来越大,比如长宽比10。Bar条类的HPLD是极具挑拨性的,由于它的团结表面积大,放大了键合后的特征缺陷,如玄虚率%和Bar条倾斜角度。。 HPLD单管或bar条芯片与散热基板之间确切实共面性也极度症结,由于它会影响玄虚率和惹起应力。 所以,缺乏确实共面性会影响HPLD产物的职能和牢靠性。 借使没有杰出的共面性驾御,因为共晶后正在bar条中造成的糟粕应力,bar条也许会发作翘曲,通俗被称为“微笑”弧线]。 长芯片也许会出现散热不均的情景,从而沿单管芯片长度偏向出现热应力。 正在共晶回流时间,各式尺寸的单管芯片或激光bar芯片必要区此表贴协力和切确的受力驾御。

  而今,HPLD行业处于神速起色过渡形态,因为缺乏圭表化,坐蓐厂家务必应对需求增进和纷乱多样的产物封装事势。 由区别供应商安排的工业HPLD-单管芯片到基板(CoS),和Bar条到基板(BoS)有许多转折。 HPLD封装安排拥有更多的封装体例以适合区此表操纵。所以,高同化坐蓐是HPLD创筑的又一巨大挑拨。

  为了应对HPLD操纵中的这些贴片工艺的挑拨,坐蓐商必要一种超高精度,高速,高度矫健的全自愿贴片机。 呆板条件包含精度±1.5μm,可编程力驾御,共晶阶段的摩擦运动(正在受控力的用意下沿X,Y,Z的轻细运动)等特征。 所以,贴片机供应商试图供应更好的筑设来餍足这些条件。 正在这里,MRSI-H-LD 1.5μm全自愿贴片机供应了很好的处置计划。

  MRSI安排的针对HPLD贴片工艺操纵的MRSI-H-LD 1.5μm全自愿贴片机, 呆板精度正在3Sigma下为±1.5μm。 由于有少少并行历程能够缩短呆板的轮回时期,CoS的 UPH通俗大于150(取决于操纵顺序)。

  MRSI-H-LD供应了特此表脉冲加热神速起落温共晶台,该加热台有90-95%的氮-氢同化气体举动维护气,可用于防卫团结表面的氧化。采用化合共晶原料使贴片历程的温度最低化,该榜样温度通俗约为315℃。 加热台可编程至最高400°C,共晶面板上温度平均。MRSI-H-LD安排的是经久而太平的加热台。

  MRSI-H-LD贴片机供应的是拥有及时闭环力反应和拥有可医治功效的可编程焊头,可达成对III-V族半导体器件的精致化措置,按器件类型对贴协力举行编程,这意味着每个大尺寸高功率激光芯片能够通过其独有的编程和驾御力来吸收和睡觉。

  MRSI-H-LD贴片机还供应分表安排的自均衡医治吸头东西,该东西可仍旧杰出平均的粘结力,而且排出气氛,删除玄虚。该操纵正在整体芯片表面上施加平均的粘结力,从而出现拥有高芯片剪切强度的无玄虚共晶贴片。这是达成确实共面的绝佳技巧。

  MRSI-H-LD贴片机独有的摩擦共晶处置计划,能够达成粘接面无玄虚,处置共面困难。摩擦共晶是正在将芯片睡觉到基板上的历程中同时对其施加笔直和横向力的运动。可编程的摩擦共晶计划拥有一个操纵顺序库用于客户化定造XYZ和θ的运动参数,可遵循区此表芯片和基板前提完备地共面。正在职何前提下都能够达成完备的无玄虚的共晶工艺。

  正在一台呆板上矫健无切换的实行单管及Bar条芯片的贴片

  MRSI-H-LD贴片机拥有天下无双的特别功效,可正在运动中更调吸头,以措置区别形式和尺寸的部件,而无需举行筑设更调或停机。该体例供应行业当先的产出量和精巧的矫健性,也许正在一台呆板上实行单管芯片对基板的CoS,Bar条对基板的BoS, C-mount封装,以及其他品种HPLD的封装。

  以下先容应用MRSI-H-LD贴片机的实行和结果。以玻璃芯片检验呆板的稹密职能。试验实行了芯片对基板CoS,Bar条对基板BoS, C-mount封装的贴片工艺。并衡量了芯片键合症结地位精度结果,以及测试了玄虚率的%结果和HPLD bar条芯片的平面度轮廓。

  该实行先容了验证筑设精度的榜样手腕。玻璃芯片实行结果是基于15个数据点的样本量。 X和Y偏向上的贴放反复性区分为1 μm和0.5 μm(@3σ)。

  MRSI-H-LD贴片机还拥有芯片倒装功效,而且能够实行腔面朝上和腔面朝下的工艺。 本节先容了腔面朝上的CoS贴片手腕,以下是榜样的工艺条件。 正在图2中,CoS尺寸从A(激光光发射面)到C(AuSn层表面边际)是激光芯片悬伸,这对待HPLD贴片极度症结。 10个CoS贴片结果显示,共晶贴片后精度为±3 μm @3σ,无凹陷,杰出量4 μm。

  除了几何地位阐发以表,咱们还对样品举行了超声扫描显微镜(SAM)测试,以检测焊接界面中的玄虚百分比。图3描摹了对单管激光芯片(4mm x500μmx120μm)AuSn共晶贴片到AlN基板正在Sonoscan D-9000系列C-SAM呆板上拍摄的图像。

  左图是始末措置的图像,右图是应用Sonoscan D-9000 C-SAM呆板衡量的原始图像,该表显示了玄虚率百分比的结果。 如表中所示,贴片后的玄虚率抢先了MIL-STD 883K手腕2030.2典范,而且还通过了更庄苛的HPLD玄虚率目标。

  贴片封装的可反复性,确实性和玄虚率是HPLD芯片贴片的症结职能目标,正在这些职能餍足的根底上,还务必达成神速交付。 正在此示例中,采用了榜样的共晶贴片工艺温度弧线UPH的领域内。

  除了贴片的精度,咱们也应用SAM和Sonoscan D-9000系列衡量东西衡量了焊接界面中的玄虚百分比。 图4显示了从呆板拍摄的图像。 左边是始末措置的图像,右边是原始图像,下表是玄虚百分比的衡量。

  玄虚百分比的结果总结展现正在表4中。贴片后玄虚百分比抢先了MIL-STD 883K手腕2030.2典范,抵达了更庄苛的HPLD目标。

  MRSI-H-LD安排了一种自均衡的吸头,通过正在整体恤片表面上施加平均的压力来降“卑微”笑弧线功效,从而仍旧了激光芯片与基板确切实共面。图5显示了已封装的激光bar条的平面度轮廓。正在发出激光出射的前端面边际处,平整度正在130μm±1μm的领域内,呆板“微笑”弧线μm领域内,这对待AuSn共晶贴片是可继承的。卑微笑弧线可供应更高的光束质料,所以是一共高功率操纵的症结目标[4]。

  正在LD bar的整体长度上的线性偏移或偏邪是一个苛重的参数量标,由于LD bar 的聚焦光束巨细将因该偏移而转折[4]。 通俗,laser bar的边际到边际的线μm。 遵循实行结果,线σ),十足正在章程领域内。

  实行结果注解,MRSI-H-LD贴片机为处置HPLD的一共管芯贴片工艺困难供应了一个很好的处置计划。呆板玻璃芯片精度为1 μm @ 3 sigma,优于规格的1.5 μm @ 3 sigma,COS和 C-mount贴片的悬伸区分幼于4和4.3 μm,况且Bar条的线 μm (优于5 μm规格)。玄虚率%结果注解,MRSI-H-LD贴片性能够达成无玄虚的共晶工艺。 CoS,COC,BoS的一共封装都能够正在一台呆板上实行。 榜样的单管激光芯片到基板(CoS)的UPH 150。 MRSI-H-LD贴片机特此表功效组合为多量量和高同化HPLD封装坐蓐供应了完备的贴片处置计划。

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