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高效率大功率半导体激光器芯片及封装产业化

技术简介

      大功率半导体激光器具有体积小、电光转换效率高、可靠性好等优点。用于泵浦光纤激光器可用于激光打标、切割、焊接等领域,也可以直接应用于激光显示、红外安防、材料处理、涂覆等领域。随着激光制造产业发展,大功率半导体激光器应用越来越广。

      芯片及器件作为技术链的前端,其水平的高低直接决定激光产业的发展水平。目前国内大功率激光应用越来越广,激光设备制造发展很快,但受限于国产芯片产业化水平的滞后,国内配套的大功率半导体激光器器件无法满足设备应用的需求。对国外产品的进口依赖导致我们在产业链关键环节受制于人,发展动力不足。

      在多年的国家项目支持下,大功率半导体激光器技术已经获得了较好的基础,并且在军用领域得到了部分应用。我单位已经建设有配套较好的大功率半导体激光器技术平台,并具备了研制高效率、高功率、高可靠大功率半导体激光器的丰富技术,获得了国内多项奖励并拥有关键技术的专利。




      针对现有大功率民用激光器市场需求,需要进一步提升产品的成品率、一致性、产能以及成本控制。只需要在已有洁净厂房内,新增少量仪器设备,进行一定的工艺建设和改进,并且与市场应用密切结合,开发808nm、915nm等典型波长系列大功率半导体激光器产品,就可以快速实现高水平大功率半导体激光器的国产化。

      具体实现的途径包括:

      (1) 关键工艺提升

      针对产业化需求,在原有技术及设备基础上开展关键工艺的提升,研制满足民品市场需求的大功率激光器产品。

      主要内容包括:改进激光器外延片的设计和生产工艺来提高生产的良品率及特性指标;对部分关键单台套设备进行备份补充,主要包括镀膜机、ICP等芯片关键工艺设备,提升工艺重复性和稳定性。

      (2) 产线自动化建设

      目前我们的生产设备以手动型为主,存在可靠性低、一致性差等问题。在芯片加工与测试方面,需新增自动堆栈机、划片机、裂片机、自动测试机、自动挑片机台等设备;在封装工艺方面,新增设备主要是半自动芯片贴片封装设备以及老炼筛选仪器等。通过设备补充实现大功率激光器年封装能力达到50万套以上。

      (3) 小批量研制向产业化转化的成本优化

      开展关键工艺SPC信息化管理,开展操作人员基本素质培训,完善工艺设备稳定性控制文件,提升工艺平台水平。

      建立完善的产品检验控制流程,开展成品率统计及成品率提升。开展ERP管理建设,严格管控原材料规划、采购、储存、使用过程,控制流动成本,提高资金流动利用率。完善员工工作考核管理方法,提高工作效率,控制人工成本。消减不必要开支,节能减排,发展绿色环保产业。


技术指标

      波长:808nm、915nm、980nm、1060nm

      功率:1W、3W、5W、8W、10W、12W

      工作环境温度:-40℃~+85℃


技术特点

      基于3英寸GaAs基材料的MOCVD外延工艺; PECVD淀积SiN表面钝化技术;腔面电流非注入技术;抗烧毁腔面镀膜技术;芯片测试分选技术;低应力贴片封装技术、高精度组装耦合技术。这些技术具有全部自主开发,具有一定自动化程度,适合于高性价比产品批量生产。


预期效益

      将显著改善我国在大功率半导体激光器芯片及器件方面的落后情况,形成具有自主知识产权的产品体系,满足我国大功率激光产业发展的迫切需求,对提高我国光电子产业创新能力和国际竞争力具有重要意义。

      一旦国产芯片及器件产业化成功,将具备明显的价格优势及保障优势,短期内可以实现3亿元以上的市场份额。