Chip Laser

O chip de laser, também chamado de barra de laser de diodo não montada, é um chip de laser de emissor único ou chip de laser de barra única, que não é montado em um dissipador de calor e não possui embalagem externa. Selecione materiais semicondutores GaAs, InP e GaSb para obter comprimentos de onda de 450 nm a 2 µm, que oferecem confiabilidade e desempenho excepcionais.

Um chip laser é um chip miniaturizado que integra lasers e outros componentes optoeletrônicos. O componente principal de um chip de laser é um laser semicondutor, que utiliza o processo de recombinação de elétrons e buracos em materiais semicondutores para gerar lasers. Os chips laser são menores e mais leves que os lasers a gás tradicionais ou lasers de estado sólido, tornando-os adequados para integração em vários dispositivos portáteis e incorporados.

Emissor único

Barra única

Chip VCSEL

Chip EEL de Emissor Único

Chip de enguia de barra única

A principal diferença entre o chip laser de emissor único e o chip laser de barra única é sua estrutura e aplicação. Chip de laser de emissor único geralmente se refere a um único chip de laser, enquanto chip de laser de barra única são estruturas em forma de tira compostas por vários chips de laser.

O chip laser de emissor único é composto por um único chip laser e geralmente tem um tamanho menor e menor potência de saída. Eles geralmente são usados ​​em aplicações que exigem controle preciso do feixe, como comunicações de fibra óptica e ponteiros laser. As características do chip laser de emissor único são a alta qualidade do feixe e são adequados para aplicações que exigem alta diretividade e alto brilho.

Os chips de laser de barra única são estruturas em forma de tira compostas por vários chips de laser e geralmente têm um tamanho maior e maior potência. Os chips de laser de barra única são adequados para aplicações que exigem alta potência, como processamento de materiais, equipamentos médicos e instrumentos de pesquisa científica. As características do chip laser de barra única são sua alta potência de saída e são adequados para aplicações que requerem irradiação de grande área ou alta energia.

Em termos de detalhes técnicos e aplicações, o chip laser de emissor único e o chip laser de barra única também diferem nos métodos de preparação e na seleção do material. Chips de laser de emissor único são geralmente preparados usando tecnologia de deposição de vapor químico orgânico metálico e possuem alta qualidade e eficiência de feixe. O chip laser de barra única evita o laser lateral através do design da camada epitaxial e da ranhura de isolamento e melhora a confiabilidade e durabilidade do dispositivo.

Barras de laser não montadas podem ser cortadas em chips de laser de emissor único, incluindo as seguintes etapas:

Marcação: Em cada barra de laser não montada a ser clivada, a marcação é realizada entre dois chips adjacentes.

Expansão do filme: O filme adesivo com a barra de laser anexada é transferido para a máquina de expansão de filme para a primeira expansão do filme. Após a conclusão da expansão do filme, o filme adesivo está no primeiro estado de expansão e permanece neste estado.

Divisão: O filme adesivo no primeiro estado de expansão é transferido para a máquina de divisão e a barra de laser é dividida ao longo da linha de marcação para separar os chips na barra de laser uns dos outros. Ao expandir o filme adesivo preso à barra de laser antes da divisão, o pré-esforço é fornecido aos cavacos em ambos os lados da linha de traçado, de modo que os cavacos possam ser naturalmente separados de forma limpa ao longo da direção de traçado durante a divisão, evitando que os cavacos colidam uns com os outros. outro durante a divisão e sendo danificado.

A chave para este método é fornecer pré-esforço por expansão do filme para garantir que os cavacos possam ser separados naturalmente ao longo da direção de marcação durante a divisão, melhorando assim o rendimento e a qualidade dos cavacos.

‌O espaçamento entre os emissores da barra de laser não montada tem um impacto significativo no desempenho. O espaçamento uniforme do emissor pode garantir um melhor efeito de dissipação de calor da barra de laser desmontada, melhorando assim a vida útil e a estabilidade da barra de laser desmontada.

A distância entre os emissores da barra laser desmontada afetará o efeito de dissipação de calor. Se o espaçamento dos emissores for irregular, poderá fazer com que a temperatura de alguns emissores fique muito alta, afetando assim o desempenho e a vida útil do laser. Ao ajustar a largura de cada emissor da barra, a dissipação de calor de toda a barra pode ser tornada mais uniforme, e a temperatura do emissor do meio pode ser evitada para ser significativamente mais alta do que a temperatura do emissor de borda, reduzindo assim os problemas de mudança de comprimento de onda e redução de largura de pulso.

O espaçamento entre os emissores também afeta o brilho da barra laser não montada. Se a distância entre os emissores for muito grande, poderá causar brilho irregular e afetar o efeito de exibição. O espaçamento apropriado entre os emissores pode garantir o efeito de exibição e o desempenho da barra laser desmontada em diferentes cenários de aplicação.

Existem vários requisitos para dissipadores de calor usados ​​na embalagem de chips a laser, incluindo principalmente condutividade térmica, correspondência de coeficiente de expansão térmica, capacidade de liberação de tensão térmica e tratamento de superfície. ‌

Primeiro, a condutividade térmica é um dos parâmetros importantes dos materiais dissipadores de calor. Os chips laser geram muito calor durante a operação. Se o calor não puder ser dissipado a tempo, isso afetará o desempenho e a vida útil do laser. Portanto, o material do dissipador de calor precisa ter uma alta condutividade térmica para conduzir efetivamente o calor. Materiais comuns de dissipadores de calor, como nitreto de alumínio, carboneto de silício, diamante, etc., têm alta condutividade térmica‌.

Em segundo lugar, a correspondência do coeficiente de expansão térmica‌ também é muito importante. Os coeficientes de expansão térmica dos chips laser e dos materiais do dissipador de calor precisam ser iguais para reduzir o estresse causado pelas mudanças de temperatura e evitar rachaduras ou deformações entre os materiais. Por exemplo, o coeficiente de expansão térmica do nitreto de alumínio é 4,6×10^-6/K, que é próximo ao coeficiente de expansão térmica dos chips de laser, por isso é frequentemente usado como material de dissipação de calor de transição.

Além disso, a capacidade de liberação de estresse térmico‌ também é um fator chave. O calor gerado pelo laser durante a operação causará tensão térmica entre o chip e o dissipador de calor. Se o material do dissipador de calor não conseguir liberar efetivamente essas tensões, isso poderá degradar ou falhar o desempenho do laser. Portanto, o material do dissipador de calor precisa ter boa capacidade de liberação de tensão térmica‌.

Finalmente, o tratamento superficial também afeta o desempenho do dissipador de calor. O tratamento superficial do material do dissipador de calor precisa atender a certos requisitos de aparência e testes físicos e químicos para garantir sua confiabilidade e durabilidade em aplicações práticas.

Em resumo, o dissipador de calor usado para chips laser embalados precisa ter alta condutividade térmica, corresponder ao coeficiente de expansão térmica do chip, boa capacidade de liberação de tensão térmica e tratamento de superfície apropriado para garantir a estabilidade e confiabilidade do laser a longo prazo.

‌As etapas principais da embalagem de barras de chip a laser não montadas incluem: seleção de materiais de embalagem apropriados, projeto da estrutura da embalagem, realização de soldagem e colagem e otimização do gerenciamento térmico.

Em primeiro lugar, escolher o material de embalagem adequado é a chave para garantir o desempenho da barra de chip laser não montada. Por exemplo, solda dura de ouro-estanho pode ser usada para embalar barras de laser semicondutoras azuis de nitreto de gálio (GaN) de alta potência, e um dissipador de calor de transição de cobre-tungstênio pode ser usado como uma camada tampão para suprimir o estresse residual da embalagem. Além disso, o sistema de material epitaxial InGaAs/AlGaAs também pode ser usado para projetar matrizes de barras de laser semicondutoras cônicas de alta potência.

Em segundo lugar, uma estrutura de embalagem adequadamente projetada é crucial para melhorar o desempenho das barras de chips laser não montadas. Por exemplo, a estrutura do pacote pode ser construída usando componentes como dissipadores de calor de microcanais, filmes isolantes e fitas de cobre para obter um bom gerenciamento térmico e distribuição de corrente.

Em seguida vem o processo de soldagem e colagem. Uma máquina de colocação de alta precisão é usada para unir eutéticamente o chip ao dissipador de calor de transição cobre-tungstênio, e a temperatura, pressão e tempo de soldagem são estritamente controlados para garantir a qualidade da soldagem. Experimentos mostram que parâmetros de soldagem apropriados podem reduzir significativamente a resistência térmica e a corrente limite, melhorando assim a potência óptica de saída e a eficiência de conversão fotoelétrica.

Finalmente, otimizar o gerenciamento térmico é uma medida importante para garantir uma operação estável a longo prazo de barras de chip laser não montadas. Ao projetar racionalmente a estrutura do dissipador de calor e selecionar materiais apropriados, a resistência térmica pode ser efetivamente reduzida, a eficiência de dissipação de calor pode ser melhorada e a vida útil das barras de chip laser não montadas pode ser estendida.

1. Evitar contaminação: A barra de laser não montada precisa ser embalada em um ambiente estéril e livre de poeira para evitar a intrusão de partículas e microorganismos. Esses contaminantes podem afetar o desempenho e a vida útil da barra laser não montada e até mesmo causar falhas na embalagem.

2. Melhorar a qualidade da embalagem: O controle ambiental na sala limpa pode garantir que a temperatura, a umidade e o fluxo de ar durante o processo de embalagem estejam no melhor estado, melhorando assim a qualidade e a consistência da embalagem. Isso ajuda a reduzir defeitos de embalagem e melhorar a taxa de qualificação dos produtos.

3. Prolongar a vida útil: A embalagem em um ambiente limpo pode reduzir os danos à barra laser desmontada por fatores externos, prolongando assim sua vida útil. A sala limpa reduz os problemas de poluição que podem ser encontrados durante o processo de embalagem, controlando rigorosamente as condições ambientais e protege a estabilidade e confiabilidade da barra laser não montada.

4. Melhorar a eficiência da produção: O sistema de filtragem eficiente e as condições ambientais estritamente controladas da sala limpa podem reduzir as interrupções de produção e o retrabalho causado pela poluição, melhorando assim a eficiência geral da produção. Além disso, a sala limpa também pode garantir a continuidade e estabilidade do processo produtivo, melhorando ainda mais a eficiência da produção.

‌Diferenças estruturais‌:

‌EEL (Edge Emitir Laser): EEL utiliza emissão de radiação ao longo da direção do eixo, ou seja, a luz é emitida ao longo da direção plana do dispositivo, geralmente com estrutura cilíndrica, e a luz emite um feixe de laser lateralmente.

‌VCSEL (Laser emissor de superfície de cavidade vertical): A estrutura do VCSEL é vertical, ou seja, a luz é perpendicular ao dispositivo, e a luz é emitida principalmente de cima, formando um ponto circular.

Modo de emissão‌:

‌EEL: O feixe de laser é emitido lateralmente através de uma estrutura cilíndrica.

‌VCSEL: Laser emissor de superfície, a luz é emitida principalmente de cima.

‌Formato do ponto‌:

‌EEL: O ponto emitido é elíptico.

‌VCSEL: O ponto emitido é circular.

‌Diferenças de desempenho‌:

‌EEL: Possui maior potência de saída e energia de um único laser, adequado para aplicações com altos requisitos de energia.

‌VCSEL‌: Possui alta eficiência quântica interna e melhor estabilidade térmica, podendo atingir alta velocidade, baixo consumo de energia e uma ampla faixa de temperatura‌.

‌Áreas de aplicação‌:

‌EEL‌: É usado principalmente para comunicações de alta velocidade, como comunicações de fibra óptica, impressão a laser, discos ópticos e medição e detecção óptica‌.

‌VCSEL‌: É comumente usado em interconexão óptica de data center, lidar, reconhecimento facial, digitalização 3D e outras aplicações‌.

Em resumo, EEL e VCSEL apresentam diferenças significativas em estrutura, modo de emissão, formato do ponto, desempenho e áreas de aplicação. Os usuários podem escolher o chip laser apropriado de acordo com necessidades específicas.

O trabalho do chip EEL Edge Emissor Laser inclui principalmente as seguintes etapas:

1. Injeção de portador: Ao aplicar uma polarização direta, os elétrons são injetados da região do tipo N na camada ativa e os buracos são injetados da região do tipo P na camada ativa. Na camada ativa, elétrons e lacunas se recombinam para gerar fótons. Este processo é semelhante a um diodo emissor de luz (LED), mas o EEL consiste em obter lasers em vez de luz comum.

2. Radiação estimulada e amplificação de luz: Os fótons gerados na camada ativa interagem com outros elétrons excitados, fazendo com que esses elétrons transitem para um estado de baixa energia e emitam mais fótons com a mesma fase, frequência e direção dos fótons iniciais. Esta é a radiação estimulada. Quando os fótons refletem para frente e para trás entre esses espelhos, mais fótons de radiação estimulados são gerados na camada ativa, formando um mecanismo de amplificação de luz na cavidade ressonante.

3. Cavidade ressonante e amplificação de luz: Como a camada ativa da EEL está embutida entre dois espelhos paralelos (faces finais), esses espelhos refletirão alguns fótons de volta para a camada ativa. Quando os fótons refletem para frente e para trás entre os dois espelhos, mais fótons de radiação estimulados são gerados na camada ativa. Este processo repetido de amplificação de luz forma o mecanismo de amplificação de luz na cavidade ressonante.

‌4. Saída do laser‌: Quando o número de fótons na cavidade ressonante atinge um certo limite, alguns fótons serão emitidos através da face final com menor refletividade para formar a saída do laser. A direção do feixe de laser da EEL é paralela à superfície do chip, por isso é chamado de laser emissor de borda.

Quatro métodos de resfriamento

Resfriamento do dissipador de calor por convecção natural‌: Este método utiliza materiais com alta condutividade térmica para remover o calor gerado e dissipar o calor por convecção natural. Além disso, as aletas também podem ajudar a dissipar o calor e melhorar a taxa de transferência de calor do sistema de refrigeração‌.

‌Materiais de condutividade térmica‌: Use materiais com alta condutividade térmica para reduzir a temperatura do laser. Esses materiais podem efetivamente conduzir o calor, mantendo assim a operação estável do laser‌.

Com base na tecnologia de semicondutores líder do setor, a BrandNew oferece uma ampla gama de opções de chips a laser. Algumas dessas opções incluem comprimentos de onda que variam de 450 nm a 2100 nm, chip laser de emissor único com potência de saída de até 20 W e chip laser de barra única com potência de saída de até 600 W e onda contínua (CW) e onda quase contínua (QCW). ) opções. O chip e a barra de laser estão disponíveis em vários fatores de preenchimento, larguras de faixa, larguras de barra e comprimentos de cavidade, e opções personalizadas podem ser desenvolvidas para atender às suas necessidades exclusivas.

Os chips laser são produzidos sob os mais rígidos controles de qualidade. Trabalhamos apenas com tecnologia de ponta em epitaxia, processamento e revestimento facetado. Métodos de soldagem padrão são usados ​​para montar chips a laser. O material suporta solda macia (índio) e solda dura (ouro/estanho). A configuração padrão do chip laser é uma estrutura emissora separada no lado p. Mediante solicitação, estão disponíveis chips de laser com metalização contínua do lado p e revestimentos de facetas adaptados, utilizando revestimentos de baixa AR para a montagem de ressonadores externos.

Brandnew Technology, um dos principais fabricantes e fornecedores de laser de diodo na China, possui uma fábrica profissional que fabrica chips de laser de alta qualidade e vende a preços competitivos. Bem-vindo ao atacado de nossos produtos fabricados na China.