封装端控制芯片平整度可大幅提高产品良率

12月26日,迈科光电研发总监王森在VCSEL大会暨手机产业资源精准对接会、全球首届VCSEL应用大会上主题演讲《VCSEL封装工艺技术解析》中谈到,VCSEL是机器视觉里面最明亮的眼睛之一。而要把VCSEL用在消费类电子以及手机上,就会不免与LED进行对比,那么,它们两个有什么区别呢?
   深圳市迈科光电有限公司(以下简称“迈科光电”)是一家集光源封装产品的研发,制造,销售和服务于一体的国家高新技术企业。主要致力于高端非标半导体固态光源(LED、VCSEL)生产,提供客户高品质、定制化、个性化的封装产品,产品广泛运用于手机,生物医疗,安防监控,POS机,PD,车机工控等便携式数码产品。
 
  12月26日,迈科光电研发总监王森在VCSEL大会暨手机产业资源精准对接会、全球首届VCSEL应用大会上主题演讲《VCSEL封装工艺技术解析》中谈到,VCSEL是机器视觉里面最明亮的眼睛之一。而要把VCSEL用在消费类电子以及手机上,就会不免与LED进行对比,那么,它们两个有什么区别呢?
封装端控制芯片平整度可大幅提高产品良率
  迈科光电研发总监王森
 
  “目前我们LED的PCE(即光电转化效率)已经达到了理论的极限值,大概是32%的光电转化效率。而VCSEL在这方面的表现尤为突出,目前我们的各大芯片厂商都已经能够生产达到38%、40%甚至42%的光电转化效率的VCSEL芯片,但是即便如此,在未来VCSEL达到50%的光电转化效率,仍然有50%的电能转化成不需要的热能。”王森说道。因此,如何在封装端解决散热问题尤其重要。
封装端控制芯片平整度可大幅提高产品良率
  随后,王森为现场嘉宾们详细解析了VCSEL TOF封装工艺,热底座结构、封装材料及工艺选择。“迈科光电的VCSEL(TOF)封装结构,从上到下,分别是透镜、框体支架、芯片和底部陶瓷基座。
 
  封装方式外观来看特别简单,就是从底往上的过程,分别是固晶、焊线、压模、组装到后端的测试。当通电的时候,VCSEL芯片会发热,热量会通过焊接层,主要由底部的陶瓷基座进行吸收及散热。
 
  所以在基座的选材上迈科光电选择了导热系数更高的氮化铝陶瓷,王森解释,同为陶瓷基座,氮化铝的导热系数是氧化铝的5到6倍。”
 
  王森表示,为了保证整体的框架稳定性,迈科光电采用了高分子环氧的塑封支架,这样的材料能够抵抗280℃回流焊的温度,光源通电时也可以在180℃到220℃正常工作。因为VCSEL不同于LED,它上面有Diffuser(衍射器)不需要进行二次光学的整合。所以为了保证结构以及芯片与衍射器之间的稳定性,借助于高分子环氧材料在高温时候的低蠕变现象,可以保证高温下VCSEL(TOF)光源的整体结构完整性和稳定性。
封装端控制芯片平整度可大幅提高产品良率
  与此同时,王森对比了银胶工艺和共晶工艺。目前金锡共晶工艺的焊接层厚度能控制在0.025到0.1mm之间。关于这两种工艺的导热效果,迈科光电在同样的PCB板上采取一个2.5毫米和一个5毫米的点,在光源点亮的时候进行温度对比。
 
  在5毫米的点温度相差不多的情况下,芯片内部的温度大概相差4到5度。所以共晶工艺有更良好的导热率,与此同时,芯片温度越低,PCE能够越高,表现的光功率特性也越好。
 
  王森表示,从焊接工艺的角度,焊接层导热率的高低会对VCSEL芯片的PCE造成影响,另一方面,焊接层的平整性对封装成品特性也会造成一定的影响。其认为,一旦焊接层出现偏斜的话,可能导致光斑在目标区域发生偏移,从而导致建模的缺失。即便算法公司和模具厂商可以去修进这种误差,但是产品一致性差是非常严重的质量问题。所以在封装端控制芯片的平整度可以大幅度提高产品的一致性及良率。
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