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)模及下游應用

隨著科技的不斷進步，激光器市場規(guī)模也在不斷擴大。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。預計2023年將繼續(xù)保持增長，市場規(guī)模將達169.5億美元。

資料來源：中商情報網(wǎng)

由于其高穩(wěn)定性、高能量密度、高光質(zhì)量等優(yōu)點，激光器在通信、醫(yī)療、激光雷達、先進制造、和軍工等許多領(lǐng)域都有廣泛的應用。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，激光器被廣泛應用于切割、焊接、打標記等加工過程中。在醫(yī)學領(lǐng)域，激光器可以用于手術(shù)、療程等。在科學研究領(lǐng)域，激光器在物理、化學、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、環(huán)境監(jiān)測和能源等領(lǐng)域。

資料來源：中商情報網(wǎng)

激光芯片的封裝

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

然而，盡管激光芯片本身的性能得到了改進，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的金線將芯片上的電極連接到基板上的電路，從而實現(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，并進行固定。這一步需要高精度的機械對準系統(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)進行密封，以保護內(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，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，在光學特性和電學特性方面都能夠達到設(shè)計要求。然而，對于其他部件的精度要求可能相對較低，因為它們不直接影響激光器的核心功能。一般來說，大多數(shù)邊激光器芯片采用共晶工藝進行連接。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性能，同時確保封裝的可靠性和穩(wěn)定性。

博眾半導體星威系列EF8621型共晶貼片機采用雙工作臺結(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，在實現(xiàn)激光器芯片高精度貼合的同時，可實現(xiàn)更高效的共晶效率。采用脈沖加熱，溫升速率可達50°C/S，可實現(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。獨特設(shè)計的水平轉(zhuǎn)塔貼片頭，可在貼片過程中實現(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

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用市場中看到更高性能、更可靠的激光器產(chǎn)品。這些進步將為人工智能、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)展和社會的進步。

文章來源：BOZEMI博眾半導體；作者：BOZEMI

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