高功率激光器陶瓷基板的優(yōu)勢(shì)和作用
激光器雷達(dá)在汽車、通訊、航天航空等領(lǐng)域起著非常重要的作用。VCSEL的固態(tài)激光雷達(dá)具有更高的可靠性、穩(wěn)定性并尺寸小型化,也符合汽車?yán)走_(dá)激光發(fā)展的要求。
激光器對(duì)散熱的要求:
VCSEL芯片功率轉(zhuǎn)化效率較低,這就意味著散熱肯定有問題,面臨熱電分離的難題,而陶瓷基板就是為解決熱電分離誕生的。陶瓷基板散熱性好,介電常數(shù)穩(wěn)定,電氣性能穩(wěn)定。
激光器散熱原理:
VCSEL運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大熱量。其一,一個(gè)是熱量需要通過基板及時(shí)散發(fā)出去;其次,VCSEL芯片功率密度很高,需要考慮芯片和基板熱膨脹失配導(dǎo)致的應(yīng)力問題。因此,實(shí)現(xiàn)高效散熱、熱電分離及熱膨脹系數(shù)匹配成為VCSEL元件封裝基板選擇的重要考量。
一般情況下,半導(dǎo)體激光器的發(fā)光波長(zhǎng)隨溫度變化為0.2-0.3nm/℃,光譜寬度隨之增加,影響顏色鮮艷度。另外,當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié),發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升,在室溫附近,溫度每升高1℃,半導(dǎo)體激光器的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減少1%左右,激光器時(shí)刻保持色純度與發(fā)光強(qiáng)度非常重要,以往多采用減少其驅(qū)動(dòng)電流的辦法,降低結(jié)溫,多數(shù)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流限制在20mA左右。但是,半導(dǎo)體激光器的光輸出會(huì)隨電流的增大而增加,很多功率型半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到70mA、100mA甚至1A級(jí),需要改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)才能保證激光器的壽命,全新的半導(dǎo)體激光器封裝設(shè)計(jì)理念采用低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù),改善熱特性。
陶瓷基板表面覆銅后就具備了非常好的性能,適應(yīng)激光器的性能需求。
陶瓷本身的穩(wěn)定性確保傳感器信號(hào)不會(huì)失真;陶瓷基板與芯片的熱膨脹系數(shù)匹配,使得產(chǎn)品更加可靠,即使在高溫,高震動(dòng),含腐蝕性的環(huán)境下仍然可以保正信號(hào)的高效,靈敏,準(zhǔn)確。
因此直接鍍銅陶瓷基板(DPC陶瓷基板)極大地滿足了VCSEL(激光器)元件的這種封裝要求。由于DPC陶瓷基板具備了高導(dǎo)熱、高絕緣、高線路精準(zhǔn)度、高表面平整度及熱膨脹系數(shù)與芯片匹配等諸多特性,在高功率VCSEL激光器元件封裝中占有重要地位。更多激光陶瓷基板可以咨詢金瑞欣特種電路。