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微型轉向鏡: 讓 TO 封裝改變為 SMD 封裝的關鍵元件

已更新:2023年8月24日

邊射型雷射光束與晶粒固晶面平行,為了讓雷射光束透射出透光玻片,須在此封裝空間內設立一中柱,邊射型雷射晶粒固晶在中柱垂直面,雷射光束即可對正透光玻片, 此即是目前主流的雷射 TO 封裝。


上圖左邊是為面射型雷射二極體晶粒,右邊是為邊射型雷射二極體晶粒

資料來源:http://article.sapub.org/10.5923.j.optics.20150505.03.html


TO can中柱完成了邊射型雷射晶粒的轉向,但也造成其它的不便:

1. TO can的結構變得更複雜,除了邊射型雷射二極體,幾乎沒有其它光電元件使用含中柱的TO can。

2. 複雜的TO can結構代表成本難以下降。

3. 封裝工序中,固晶面須是水平面。因此邊射型雷射晶粒固晶在TO中柱上時,須將TO can轉90度,使中柱躺平。固晶設備須有將TO旋轉90度的機構。因此設備成本高昂。

4. 打線也是只能在水平面上作業,因此打線設備須有將中柱躺平,TO旋轉90度的機構,設備成本升高。

5. 中柱躺平,晶粒打上線,金線第二落點也需有一平行第一落點水平面,所以插入一引腳,製造第二落點水平面。因此邊射型雷射的TO can必然是插件式封裝。


面射型雷射二極體,其雷射光束垂直固晶面,出光方向和發光二極體相同,因此不需要中柱結構,甚至可直接套用發光二極體的貼片式封裝和固晶、打線設備。但面射型雷射二極體只能在相當低的功率下(~3mW)維持單模態雷射光束,提高光功率輸出時,雷射光束模態迅速劣化,光學透鏡難以調變光場。另外,面射型雷射二極體尚無法達成670nm~405nm波長。因此兩種型式的雷射二極體有明顯的市場區隔。

面射型雷射二極體的優勢: 可完全相容發光二極體的封裝和設備。

邊射型雷射二極體的優勢: 功率高且維持單模雷射光束。


若能將這兩項優勢整合一起,將引發新的應用發展。

我們提出微型轉向鏡的構想,將邊射雷射的光束轉向90度,使最終的出光方向垂直固晶面,就像面射型雷射晶粒和發光二極體一樣。此微型轉向鏡的尺寸須能放入貼片式封裝體內。如此邊射雷射二極體除了原來的優式,也可以沿用發光二極體的封裝結構和設備,



微型轉向鏡改變邊射型雷射出光方向,可沿用貼片式封裝(SMD),或是chip on board封裝。


進一步可借鑑chip on board ( COB ) 封裝,讓雷射二極體直接固晶在熱沉/電路板上,省略封裝體的熱阻抗,讓熱功秏直接導引至熱沉或電路板,提升散熱能力。

邊射型雷射二極體因晶粒結構的因素,幾十年來封裝型式難以變化。微型轉向鏡可以引發新的雷射二極體封裝模式,創造不同的應用方式。本產品推廣訴求點:

1.、將邊射型雷射的出光方向轉成面射,即可沿用發光二極體的封裝體和設備。簡化雷射晶粒的封裝工序和降低設備成本。

2.、將TO can轉型成SMD,實現微型化。

3、在虛擬實境及穿載裝置、實時監測的科技浪潮下,微型化是必然的趨勢。微型轉向鏡正是改變邊射型雷射二極體封裝,進軍此應用市場的助力。




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