激光器是一種光電子器件，通過激發(fā)原子、分子或晶體等物質(zhì)來產(chǎn)生一束具有高度相干性和高度聚焦的光束，是激光加工設(shè)備的核心部件，其質(zhì)量和功率對激光加工的效果和效率具有至關(guān)重要的影響。

激光器市場規(guī)模及下游應(yīng)用

隨著科技的不斷進(jìn)步，激光器市場規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。近年來，中國激光器市場規(guī)模保持增長趨勢，2022年市場規(guī)模已達(dá)147.4億美元，同比增長14.2%，占全球激光器市場73.3%的份額。預(yù)計(jì)2023年將繼續(xù)保持增長，市場規(guī)模將達(dá)169.5億美元。

資料來源：中商情報(bào)網(wǎng)

由于其高穩(wěn)定性、高能量密度、高光質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，激光器在通信、醫(yī)療、激光雷達(dá)、先進(jìn)制造、和軍工等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在通信領(lǐng)域，激光器可以用作信號源，是光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。在工業(yè)領(lǐng)域，激光器被廣泛應(yīng)用于切割、焊接、打標(biāo)記等加工過程中。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光器可以用于手術(shù)、療程等。在科學(xué)研究領(lǐng)域，激光器在物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域用作研究工具。此外，激光器還被用于國防軍事、氣象、天文學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和能源等領(lǐng)域。

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激光芯片的封裝

在人工智能時代，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，涉及到諸如人臉識別、自動駕駛、工業(yè)機(jī)器人等多個領(lǐng)域。其中，半導(dǎo)體激光器在新興應(yīng)用市場中扮演著越來越重要的角色。隨著大功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)的不斷進(jìn)步，大功率半導(dǎo)體激光芯片的性能得到了顯著提升，這使得其在各種應(yīng)用中的效率和可靠性都得到了增強(qiáng)。

然而，盡管激光芯片本身的性能得到了改進(jìn)，但其封裝技術(shù)仍然是一個制約其性能的關(guān)鍵因素之一。激光芯片封裝的質(zhì)量和設(shè)計(jì)直接影響著其輸出功率、高亮度以及光譜特性的穩(wěn)定性。因此，改進(jìn)激光芯片的封裝技術(shù)對于提升整體激光器性能至關(guān)重要。

另外，在高速率光模塊和光子集成器件中，激光芯片的封裝更是至關(guān)重要的。高精度和高可靠性的封裝技術(shù)可以提高光模塊和集成器件的性能，并降低制造成本。因此，激光芯片封裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)對于推動光電子行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

激光芯片的封裝形式多種多樣，常見的包括TO（金屬封裝）、DFB（分布式反饋）、FP（腔內(nèi)型）、VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）等。激光器的封裝工藝過程主要為：

01 芯片共晶

這是封裝的第一步，涉及到將激光器芯片焊接到熱沉上。使用特定的焊料（通常是軟焊料或硬焊料，如金錫焊料），將芯片和熱沉連接在一起。共晶過程需要精確控制溫度和時間，以確保焊料的流動性和連接的可靠性。

02 金線鍵合

在芯片與熱沉焊接完成后，需要將芯片與外部電路連接起來。金線鍵合工藝使用非常細(xì)的金線將芯片上的電極連接到基板上的電路，從而實(shí)現(xiàn)電信號的傳輸。這一步需要高度的精度和穩(wěn)定性，以確保連接的質(zhì)量和可靠性。

03 熱沉燒結(jié)

在完成芯片焊接和金線鍵合后，需要對熱沉進(jìn)行燒結(jié)處理。這一步的目的是通過高溫處理使焊料完全熔化并擴(kuò)散到熱沉和芯片之間，形成可靠的連接。同時，燒結(jié)過程還可以降低熱沉的熱阻，提高其導(dǎo)熱性能。

04 光纖耦合

激光器產(chǎn)生的光信號需要通過光纖傳輸。在封裝過程中，需要將光纖與激光器輸出端精確對準(zhǔn)，并進(jìn)行固定。這一步需要高精度的機(jī)械對準(zhǔn)系統(tǒng)，以確保光纖與激光器輸出端之間的耦合效率高且穩(wěn)定可靠。

05 密封與外殼裝配

最后一步是將整個封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，以保護(hù)內(nèi)部的激光器和其它元件免受環(huán)境的影響。外殼通常由金屬或陶瓷等材料制成，具有良好的防潮、防塵和耐腐蝕性能。在裝配過程中，需要確保所有部件的連接處都緊密結(jié)合，以防止氣體或液體滲入內(nèi)部。

激光芯片共晶設(shè)備

針對不同的激光器封裝設(shè)計(jì)，對激光器芯片封裝的高精度要求通常在1.5μm至5μm之間。這種高精度要求是為了確保激光器的穩(wěn)定性和性能，在光學(xué)特性和電學(xué)特性方面都能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然而，對于其他部件的精度要求可能相對較低，因?yàn)樗鼈儾恢苯佑绊懠す馄鞯暮诵墓δ�。一般來說，大多數(shù)邊激光器芯片采用共晶工藝進(jìn)行連接。共晶工藝是一種常見的封裝技術(shù)，通過在芯片和基板之間融化共晶金屬來實(shí)現(xiàn)可靠的連接。這種連接方式能夠提供良好的電連接和熱導(dǎo)性能，同時確保封裝的可靠性和穩(wěn)定性。

博眾半導(dǎo)體星威系列EF8621型共晶貼片機(jī)采用雙工作臺結(jié)構(gòu)，兼具共晶、蘸膠及Flip Chip貼片功能，可滿足多芯片貼裝需求，在實(shí)現(xiàn)激光器芯片高精度貼合的同時，可實(shí)現(xiàn)更高效的共晶效率。采用脈沖加熱，溫升速率可達(dá)50°C/S，可實(shí)現(xiàn)對焊接過程中溫度的精確控制，從而確保焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性。獨(dú)特設(shè)計(jì)的水平轉(zhuǎn)塔貼片頭，可在貼片過程中實(shí)現(xiàn)12個吸嘴動態(tài)自動更換，自動化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、精準(zhǔn)的焊接操作，顯著提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

星威系列EF8621型共晶貼片機(jī)

通過提高激光器芯片和封裝的精度，我們可以期待在各種新興應(yīng)用市場中看到更高性能、更可靠的激光器產(chǎn)品。這些進(jìn)步將為人工智能、光通信、光子集成等領(lǐng)域帶來更多可能性，助力推動科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步。

文章來源：BOZEMI博眾半導(dǎo)體；作者：BOZEMI

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