激光器封装面临的挑战及其重要性

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导读：博众半导体星威系列EF8621型共晶贴片机采用双工作台结构，兼具共晶、蘸胶及Flip Chip贴片功能，可满足多芯片贴装需求，在实现激光器芯片高精度贴合的同时，可实现更高效的共晶效率。

2/22/2024，光纤在线讯，激光器是一种光电子器件，通过激发原子、分子或晶体等物质来产生一束具有高度相干性和高度聚焦的光束，是激光加工设备的核心部件，其质量和功率对激光加工的效果和效率具有至关重要的影响。

激光器市场规模及下游应用
随着科技的不断进步，激光器市场规模也在不断扩大。近年来，中国激光器市场规模保持增长趋势，2022年市场规模已达147.4亿美元，同比增长14.2%，占全球激光器市场73.3%的份额。预计2023年将继续保持增长，市场规模将达169.5亿美元。

资料来源：中商情报网

由于其高稳定性、高能量密度、高光质量等优点，激光器在通信、医疗、激光雷达、先进制造、和军工等许多领域都有广泛的应用。在通信领域，激光器可以用作信号源，是光纤通信系统中的关键设备。在工业领域，激光器被广泛应用于切割、焊接、打标记等加工过程中。在医学领域，激光器可以用于手术、疗程等。在科学研究领域，激光器在物理、化学、生物等领域用作研究工具。此外，激光器还被用于国防军事、气象、天文学、环境监测和能源等领域。

资料来源：中商情报网

激光芯片的封装
     在人工智能时代，半导体激光器的应用范围正在不断扩大，涉及到诸如人脸识别、自动驾驶、工业机器人等多个领域。其中，半导体激光器在新兴应用市场中扮演着越来越重要的角色。随着大功率半导体激光器技术的不断进步，大功率半导体激光芯片的性能得到了显著提升，这使得其在各种应用中的效率和可靠性都得到了增强。

     然而，尽管激光芯片本身的性能得到了改进，但其封装技术仍然是一个制约其性能的关键因素之一。激光芯片封装的质量和设计直接影响着其输出功率、高亮度以及光谱特性的稳定性。因此，改进激光芯片的封装技术对于提升整体激光器性能至关重要。

     另外，在高速率光模块和光子集成器件中，激光芯片的封装更是至关重要的。高精度和高可靠性的封装技术可以提高光模块和集成器件的性能，并降低制造成本。因此，激光芯片封装技术的不断创新和改进对于推动光电子行业的发展具有重要意义。

     激光芯片的封装形式多种多样，常见的包括TO（金属封装）、DFB（分布式反馈）、FP（腔内型）、VCSEL（垂直腔面发射激光器）等。激光器的封装工艺过程主要为：

01、芯片共晶
     这是封装的第一步，涉及到将激光器芯片焊接到热沉上。使用特定的焊料（通常是软焊料或硬焊料，如金锡焊料），将芯片和热沉连接在一起。共晶过程需要精确控制温度和时间，以确保焊料的流动性和连接的可靠性。

02、金线键合
     在芯片与热沉焊接完成后，需要将芯片与外部电路连接起来。金线键合工艺使用非常细的金线将芯片上的电极连接到基板上的电路，从而实现电信号的传输。这一步需要高度的精度和稳定性，以确保连接的质量和可靠性。

03、热沉烧结
     在完成芯片焊接和金线键合后，需要对热沉进行烧结处理。这一步的目的是通过高温处理使焊料完全熔化并扩散到热沉和芯片之间，形成可靠的连接。同时，烧结过程还可以降低热沉的热阻，提高其导热性能。

04、光纤耦合
     激光器产生的光信号需要通过光纤传输。在封装过程中，需要将光纤与激光器输出端精确对准，并进行固定。这一步需要高精度的机械对准系统，以确保光纤与激光器输出端之间的耦合效率高且稳定可靠。

05、密封与外壳装配
     最后一步是将整个封装结构进行密封，以保护内部的激光器和其它元件免受环境的影响。外壳通常由金属或陶瓷等材料制成，具有良好的防潮、防尘和耐腐蚀性能。在装配过程中，需要确保所有部件的连接处都紧密结合，以防止气体或液体渗入内部。

激光芯片共晶设备
     针对不同的激光器封装设计，对激光器芯片封装的高精度要求通常在1.5μm至5μm之间。这种高精度要求是为了确保激光器的稳定性和性能，在光学特性和电学特性方面都能够达到设计要求。然而，对于其他部件的精度要求可能相对较低，因为它们不直接影响激光器的核心功能。一般来说，大多数边激光器芯片采用共晶工艺进行连接。共晶工艺是一种常见的封装技术，通过在芯片和基板之间融化共晶金属来实现可靠的连接。这种连接方式能够提供良好的电连接和热导性能，同时确保封装的可靠性和稳定性。

     博众半导体星威系列EF8621型共晶贴片机采用双工作台结构，兼具共晶、蘸胶及Flip Chip贴片功能，可满足多芯片贴装需求，在实现激光器芯片高精度贴合的同时，可实现更高效的共晶效率。采用脉冲加热，温升速率可达50°C/S，可实现对焊接过程中温度的精确控制，从而确保焊接质量和稳定性。独特设计的水平转塔贴片头，可在贴片过程中实现12个吸嘴动态自动更换，自动化程度高，能够实现快速、精准的焊接操作，显著提高了生产效率和产品质量。