國(guó)外用世界首個(gè)硅激光器打造光子芯片，可將光通信速度提高千倍
幾十年來(lái)，“硅發(fā)光”一直是微電子行業(yè)的圣杯，解決這個(gè)難題將徹底改變計(jì)算，因?yàn)槭芤嬗诖?，芯片將變得比以往任何時(shí)候都快。
近日，埃因霍溫理工大學(xué)（TU/e）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種硅合金，這種硅合金可以發(fā)光，實(shí)現(xiàn)光子傳輸。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)一種硅激光器，集成到當(dāng)前芯片中。
圖源：埃因霍溫科技大學(xué)
光子通信代替電子通信，芯片提速1000倍
目前以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的技術(shù)正在達(dá)到頂峰，但限制因素是熱量。
在電子電路中，數(shù)據(jù)通常通過(guò)電子流傳輸，而電子流在通過(guò)芯片晶體管的銅線和許多電阻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量熱量。這意味著數(shù)據(jù)量越大，電子流傳輸產(chǎn)生的熱量越多。若要繼續(xù)推進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸，則需要一種不產(chǎn)生熱量的新技術(shù)——光子傳輸。
最近，埃因霍溫科技大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，硅可以發(fā)射光子來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，傳輸過(guò)程中并不會(huì)帶來(lái)熱量，可以消除高能耗芯片與芯片間通信帶來(lái)熱量過(guò)多，導(dǎo)致傳輸緩慢的問(wèn)題。
使用光學(xué)裝置來(lái)測(cè)量發(fā)射的光
圖源：埃因霍溫科技大學(xué)
光纖中通常是通過(guò)光子來(lái)攜帶信息而不是電子。與電子相反，光子不經(jīng)歷電阻，由于它們沒(méi)有質(zhì)量或電荷，它們?cè)谒ㄟ^(guò)的材料中的散射會(huì)更少，因此不會(huì)產(chǎn)生熱量，能源消耗將減少。
此外，通過(guò)用光通信代替芯片內(nèi)的電子通信，芯片內(nèi)和芯片間通信的速度可以提高1000倍，數(shù)據(jù)中心將受益匪淺，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，冷卻系統(tǒng)能耗更低。而且這些光子芯片也將帶來(lái)觸手可及的新應(yīng)用，想一想激光雷達(dá)自動(dòng)駕駛汽車(chē)和化學(xué)傳感器的醫(yī)療診斷、測(cè)量空氣和食品質(zhì)量。
不過(guò)，在芯片中使用光需要集成激光器，但計(jì)算機(jī)芯片的主要半導(dǎo)體材料硅在發(fā)光方面效率極低，因此硅長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為在光子學(xué)中不起作用，而光子芯片也遲遲沒(méi)能成為現(xiàn)實(shí)。
于是，科學(xué)家們開(kāi)始轉(zhuǎn)向了能隙寬的半導(dǎo)體，例如砷化鎵和磷化銦，兩者都擅長(zhǎng)發(fā)光。一個(gè)歐洲財(cái)團(tuán)的研究人員對(duì)砷化鎵的量子光子波導(dǎo)電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，還有加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員也研究了高功率磷化銦光子集成電路。
但砷化鎵和磷化銦的根本問(wèn)題在于，它們很難集成到現(xiàn)有的硅微芯片中，不能與硅很好地發(fā)揮作用，而且兩者本身都很昂貴，成本實(shí)在太高。
因此，埃因霍溫科技大學(xué)的研究人員認(rèn)識(shí)到，硅仍然是當(dāng)今制造絕大多數(shù)IC的首選材料，如果硅也可以發(fā)射光子并由此增強(qiáng)數(shù)據(jù)通信，同時(shí)消除熱量問(wèn)題，對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，可是莫大的福音。
突破：六角形硅鍺終于發(fā)光
接下來(lái)，研究人員開(kāi)展了數(shù)年對(duì)這種發(fā)光硅解決方案的研究。
他們遇到最大的問(wèn)題是硅的間接帶隙阻止了硅的發(fā)光，為此，他們把目光投向了將硅與鍺結(jié)合成六邊形結(jié)構(gòu)的方法，希望從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射和透射光的直接帶隙。
來(lái)自TU/e的首席研究員Erik Bakkers說(shuō)：
“關(guān)鍵在于所謂的半導(dǎo)體帶隙的性質(zhì)，如果電子從導(dǎo)帶‘滴’到價(jià)帶，半導(dǎo)體就會(huì)發(fā)出光子。但是，如果導(dǎo)帶和價(jià)帶相互位移（稱為間接帶隙），就不能像硅那樣發(fā)射光子。不過(guò)，一個(gè)50年前的理論表明，與鍺合金并形成六邊形結(jié)構(gòu)的硅確實(shí)具有直接的帶隙，因此可能會(huì)發(fā)光?！?/span>
但顯然理想與現(xiàn)實(shí)往往不是同一回事。2015年，埃因霍溫科技大學(xué)的研究人員發(fā)表了一篇論文，論證了將磷化鎵制成的六角形外殼用作六角形硅的模板。他們成功地在六角形外殼中生產(chǎn)了硅，但事實(shí)證明該外殼無(wú)法透射或發(fā)光。
不過(guò)，近期該研究迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。在Erik Bakkers的帶領(lǐng)下，許多相同的研究人員已經(jīng)設(shè)法制造出一種改進(jìn)的六角形硅鍺殼。當(dāng)由外部激光器激發(fā)時(shí)，所得的硅鍺納米線實(shí)際上能夠透射光。
硅鍺殼制成的光導(dǎo)納米線
圖源：埃因霍溫科技大學(xué)
根據(jù)Bakkers的說(shuō)法，下一步是創(chuàng)建實(shí)際的激光來(lái)激發(fā)納米線，當(dāng)然，所謂納米線就是指硅。
2020年，世界首個(gè)硅激光器將現(xiàn)
六角形SiGe合金的發(fā)射非常有效，適合開(kāi)始生產(chǎn)全硅激光器。但直到現(xiàn)在，還不能使它們發(fā)光。Bakkers團(tuán)隊(duì)正在通過(guò)減少雜質(zhì)和晶體缺陷的數(shù)量，設(shè)法提高了六角硅鍺外殼的質(zhì)量，當(dāng)用激光激發(fā)納米線時(shí)，他們可以測(cè)量新材料的效率。
圖源：埃因霍溫科技大學(xué)
AlainDijkstra是第一作者，也是負(fù)責(zé)測(cè)量光發(fā)射的研究人員，他說(shuō)：“我們的實(shí)驗(yàn)表明，這種材料結(jié)構(gòu)正確，沒(méi)有缺陷，它能非常有效地發(fā)光?！?/span>
Bakkers說(shuō)：
“到目前為止，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾乎可以與磷化銦和砷化鎵相媲美的光學(xué)性能，并且材料的質(zhì)量正在急劇提高。如果運(yùn)行平穩(wěn)，我們可以在2020年制造出硅基激光器。這將使光學(xué)功能與主流電子平臺(tái)緊密集成，這將打破片上光通信和基于光譜學(xué)的價(jià)格合理的化學(xué)傳感器的開(kāi)放前景?！?/span>
如此一來(lái)，成功研發(fā)出硅激光器，也只是時(shí)間問(wèn)題。
來(lái)源 ： 傳感器專家網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-17
應(yīng)用于大功率激光器單管和Bar條芯片封裝的貼片解決方案
原文發(fā)表于Laser Focus World 2020第二期2月18號(hào)，此版本與原文略有不同
??作者：MRSI Systems 周利民 limin.zhou@mycronic.com; www.mrsisystems.com.
1. Introduction 前言
??高功率激光二極管(HPLD)是當(dāng)今增長(zhǎng)最快的激光器類型之一，主要是因?yàn)殡S著光纖激光器已逐漸成為材料加工應(yīng)用的首選工具，用于光纖激光的泵浦光源需求不斷增長(zhǎng)。 HPLD還廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，例如光動(dòng)力療法，激光美容和外科手術(shù)，以及包括涂覆，3D打印，切割和焊接在內(nèi)的直接半導(dǎo)體激光器材料加工。 HPLD的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是國(guó)防工業(yè)，其增長(zhǎng)由定向能量武器驅(qū)動(dòng)。 HPLD提供的波長(zhǎng)范圍是400nm至2000nm，光輸出功率范圍為1W至300 + W是任何其他激光器所無(wú)法比擬的， [1]，其在最小的體積內(nèi)具有最高的電光(EO)轉(zhuǎn)換效率(高達(dá)65%)。由于這些獨(dú)特的性能，HPLD可以適應(yīng)其迅速增長(zhǎng)的各種應(yīng)用。根據(jù)分析師Nilushi Wijeyasinghe博士“2019-2029年激光二極管和直接二極管激光器：技術(shù)，市場(chǎng)&預(yù)測(cè)''的報(bào)告顯示，到2029年，激光二極管和直接二極管激光器的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到139.85億美元，其中激光二極管占119.52億美元，直接二極管激光器占20.33億美元。
??2. 關(guān)鍵工藝的挑戰(zhàn)
??貼片工藝是HPLD制造中最關(guān)鍵的封裝步驟。 在此過(guò)程中，采用金-錫共晶貼片工藝將單管或Bar條芯片連接到散熱基板。 芯片和散熱基板之間的接合通常是使用共晶貼片技術(shù)的金錫(AuSn)焊料。 HPLD芯片可以是單管激光芯片，也可以是多管的bar條激光芯片。 貼片工藝對(duì)于HPLD產(chǎn)品的光學(xué)效率和現(xiàn)場(chǎng)可靠性至關(guān)重要。 下面重點(diǎn)介紹此關(guān)鍵過(guò)程的一些挑戰(zhàn)：
??高精度：
??HPLD在單管或bar條芯片的發(fā)光面與散熱器基板邊緣之間具有高精度的位置要求。 通常，貼片后結(jié)果從發(fā)光面到基板邊緣應(yīng)該沒(méi)有凹陷，并且發(fā)光面的突出部分應(yīng)小于5-10μm。 為此，貼片機(jī)的貼片精度通常應(yīng)<±2.5μm。 而激光管芯和襯底的邊緣也可能具有<1μm的公差。 因此，機(jī)器的精度必須<±1.5μm。
??共晶質(zhì)量：
??除了位置精度外，回流工藝中的溫度曲線對(duì)于HPLD貼片工藝也非常關(guān)鍵。 在共晶過(guò)程中，需要特別注意在芯片和散熱基板之間實(shí)現(xiàn)細(xì)微，均勻且無(wú)空洞的共晶界面，以便有效且均勻地散熱。 這就要求貼片機(jī)對(duì)整個(gè)貼片區(qū)域具有精確而均勻的共晶回流溫度控制。HPLD貼片過(guò)程需要具有快速升溫/降溫的可編程均勻共晶加熱臺(tái)，并且共晶期間的溫度必須保持穩(wěn)定。 加熱階段還必須具有保護(hù)氣體覆蓋，以防止共晶表面氧化，從而獲得良好的鋟潤(rùn)性，并在冷卻時(shí)形成無(wú)空洞的界面。
??共面性&無(wú)空洞：
??隨著HPLD芯片功率的增加，單管芯片變得更長(zhǎng)，某些芯片尺寸長(zhǎng)寬比也變得越來(lái)越大，例如長(zhǎng)寬比>10。Bar條類的HPLD是極具挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗慕Y(jié)合表面積大，放大了鍵合后的特性缺陷，如空洞率%和Bar條傾斜角度。。 HPLD單管或bar條芯片與散熱基板之間的準(zhǔn)確共面性也非常關(guān)鍵，因?yàn)樗鼤?huì)影響空洞率和引起應(yīng)力。 因此，缺乏準(zhǔn)確共面性會(huì)影響HPLD產(chǎn)品的性能和可靠性。 如果沒(méi)有良好的共面性控制，由于共晶后在bar條中形成的殘余應(yīng)力，bar條可能會(huì)發(fā)生翹曲，通常被稱為“微笑”曲線[3]。 長(zhǎng)芯片可能會(huì)產(chǎn)生散熱不均的情況，從而沿單管芯片長(zhǎng)度方向產(chǎn)生熱應(yīng)力。 在共晶回流期間，各種尺寸的單管芯片或激光bar芯片需要不同的貼合力和精確的受力控制。
??高混合&快速生產(chǎn)
??當(dāng)前，HPLD行業(yè)處于快速發(fā)展過(guò)渡狀態(tài)，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)廠家必須應(yīng)對(duì)需求增長(zhǎng)和復(fù)雜多樣的產(chǎn)品封裝形勢(shì)。 由不同供應(yīng)商設(shè)計(jì)的工業(yè)HPLD-單管芯片到基板(CoS)，和Bar條到基板(BoS)有很多變化。 HPLD封裝設(shè)計(jì)具有更多的封裝形式以適合不同的應(yīng)用。因此，高混合生產(chǎn)是HPLD制造的又一重大挑戰(zhàn)。
??3. 貼片方案
??為了應(yīng)對(duì)HPLD應(yīng)用中的這些貼片工藝的挑戰(zhàn)，生產(chǎn)商需要一種超高精度，高速，高度靈活的全自動(dòng)貼片機(jī)。 機(jī)器要求包括精度<±1.5μm，可編程力控制，共晶階段的摩擦運(yùn)動(dòng)(在受控力的作用下沿X，Y，Z的微小運(yùn)動(dòng))等特性。 因此，貼片機(jī)供應(yīng)商試圖提供更好的設(shè)備來(lái)滿足這些要求。 在這里，MRSI-H-LD 1.5μm全自動(dòng)貼片機(jī)提供了很好的解決方案。
??1.5 μm High-speed Die Bonder 1.5μm高速貼片機(jī)
??MRSI設(shè)計(jì)的針對(duì)HPLD貼片工藝應(yīng)用的MRSI-H-LD 1.5μm全自動(dòng)貼片機(jī)， 機(jī)器精度在3Sigma下為±1.5μm。 因?yàn)橛幸恍┎⑿羞^(guò)程可以縮短機(jī)器的循環(huán)時(shí)間，CoS的 UPH通常大于150(取決于應(yīng)用程序)。
??脈沖加熱臺(tái)
??MRSI-H-LD提供了獨(dú)特的脈沖加熱快速升降溫共晶臺(tái)，該加熱臺(tái)有90-95%的氮-氫混合氣體作為保護(hù)氣，可用于防止結(jié)合表面的氧化。采用化合共晶材料使貼片過(guò)程的溫度最低化，該典型溫度通常約為315℃。 加熱臺(tái)可編程至最高400°C，共晶面板上溫度均勻。MRSI-H-LD設(shè)計(jì)的是持久而穩(wěn)定的加熱臺(tái)。
??閉環(huán)受力控制和可編程摩擦共晶
??MRSI-H-LD貼片機(jī)提供的是具有實(shí)時(shí)閉環(huán)力反饋和具有可調(diào)節(jié)功能的可編程焊頭，可實(shí)現(xiàn)對(duì)III-V族半導(dǎo)體器件的精細(xì)化處理，按器件類型對(duì)貼合力進(jìn)行編程，這意味著每個(gè)大尺寸高功率激光芯片可以通過(guò)其獨(dú)有的編程和控制力來(lái)吸取和放置。
??MRSI-H-LD貼片機(jī)還提供特殊設(shè)計(jì)的自平衡調(diào)節(jié)吸頭工具，該工具可保持良好均勻的粘結(jié)力，并且排出空氣，減少空洞。該應(yīng)用在整個(gè)芯片表面上施加均勻的粘結(jié)力，從而產(chǎn)生具有高芯片剪切強(qiáng)度的無(wú)空洞共晶貼片。這是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確共面的絕佳技術(shù)。
??MRSI-H-LD貼片機(jī)獨(dú)有的摩擦共晶解決方案，可以實(shí)現(xiàn)粘接面無(wú)空洞，解決共面難題。摩擦共晶是在將芯片放置到基板上的過(guò)程中同時(shí)對(duì)其施加垂直和橫向力的運(yùn)動(dòng)。可編程的摩擦共晶方案具有一個(gè)應(yīng)用程序庫(kù)用于客戶化定制XYZ和θ的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可根據(jù)不同的芯片和基板條件完美地共面。在任何條件下都可以實(shí)現(xiàn)完美的無(wú)空洞的共晶工藝。
??在一臺(tái)機(jī)器上靈活無(wú)切換的完成單管及Bar條芯片的貼片
??MRSI-H-LD貼片機(jī)具有獨(dú)一無(wú)二的獨(dú)特功能，可在運(yùn)動(dòng)中更換吸頭，以處理不同形狀和尺寸的部件，而無(wú)需進(jìn)行設(shè)備更換或停機(jī)。該系統(tǒng)提供行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)出量和出色的靈活性，能夠在一臺(tái)機(jī)器上完成單管芯片對(duì)基板的CoS，Bar條對(duì)基板的BoS， C-mount封裝，以及其他種類HPLD的封裝。
??4.實(shí)驗(yàn)和性能結(jié)果
??以下介紹使用MRSI-H-LD貼片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和結(jié)果。以玻璃芯片檢查機(jī)器的精密性能。試驗(yàn)完成了芯片對(duì)基板CoS，Bar條對(duì)基板BoS， C-mount封裝的貼片工藝。并測(cè)量了芯片鍵合關(guān)鍵位置精度結(jié)果，以及測(cè)試了空洞率的%結(jié)果和HPLD bar條芯片的平面度輪廓。
??A. 機(jī)器精度
??該實(shí)驗(yàn)介紹了驗(yàn)證設(shè)備精度的典型方法。玻璃芯片實(shí)驗(yàn)結(jié)果是基于15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的樣本量。 X和Y方向上的貼放重復(fù)性分別為<1 μm和0.5 μm(@3σ)。
??Figure 1: X和Y玻璃芯片貼放數(shù)據(jù)
??B. Chip-on-Submount (CoS)
??MRSI-H-LD貼片機(jī)還具有芯片倒裝功能，并且可以完成腔面朝上和腔面朝下的工藝。 本節(jié)介紹了腔面朝上的CoS貼片方法，以下是典型的工藝要求。 在圖2中，CoS尺寸從A(激光光發(fā)射面)到C(AuSn層表面邊緣)是激光芯片懸伸，這對(duì)于HPLD貼片非常關(guān)鍵。 10個(gè)CoS貼片結(jié)果顯示，共晶貼片后精度為<±3 μm @3σ，無(wú)凹陷，突出量<4 μm。
Figure 2: 圖中顯示了關(guān)鍵的貼片尺寸
??除了幾何位置分析之外，我們還對(duì)樣品進(jìn)行了超聲掃描顯微鏡(SAM)測(cè)試，以檢測(cè)焊接界面中的空洞百分比。圖3描繪了對(duì)單管激光芯片(4mm x500μmx120μm)AuSn共晶貼片到AlN基板在Sonoscan D-9000系列C-SAM機(jī)器上拍攝的圖像。
??CoS空洞率測(cè)試的Sonoscan結(jié)果
??左圖是經(jīng)過(guò)處理的圖像，右圖是使用Sonoscan D-9000 C-SAM機(jī)器測(cè)量的原始圖像，該表顯示了空洞率百分比的結(jié)果。 如表中所示，貼片后的空洞率超過(guò)了MIL-STD 883K方法2030.2規(guī)范，并且還通過(guò)了更嚴(yán)格的HPLD空洞率指標(biāo)。
??貼片封裝的可重復(fù)性，準(zhǔn)確性和空洞率是HPLD芯片貼片的關(guān)鍵性能指標(biāo)，在這些性能滿足的基礎(chǔ)上，還必須實(shí)現(xiàn)快速交付。 在此示例中，采用了典型的共晶貼片工藝溫度曲線，總循環(huán)時(shí)間在23秒或> 150UPH的范圍內(nèi)。
??C. 單管芯片到 C-Mount的封裝
??本節(jié)概述了在將單管LD芯片粘合到由CuW制成的 C-mount封裝上獲得的結(jié)果。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將尺寸為2mm x500μmx0.12μm的LD單管芯片貼裝到尺寸為6.35mm x 2.18mm x 6.86mm(L xW x H)帶有預(yù)沉積的AuSn焊料的 C-mount上。 從9個(gè)單管芯片貼片到C-mount上的結(jié)果表明，在3σ時(shí)芯片懸垂<4.3μm。貼片后測(cè)量關(guān)鍵的參數(shù)均在規(guī)格范圍內(nèi)。
??除了貼片的精度，我們也使用SAM和Sonoscan D-9000系列測(cè)量工具測(cè)量了焊接界面中的空洞百分比。 圖4顯示了從機(jī)器拍攝的圖像。 左邊是經(jīng)過(guò)處理的圖像，右邊是原始圖像，下表是空洞百分比的測(cè)量。
??C-mount空洞測(cè)試的Sonoscan結(jié)果
??空洞百分比的結(jié)果總結(jié)體現(xiàn)在表4中。貼片后空洞百分比超過(guò)了MIL-STD 883K方法2030.2規(guī)范，達(dá)到了更嚴(yán)格的HPLD指標(biāo)。
??D. Laser Bar on Submount 激光Bar條到基板的封裝
??本節(jié)概述了使用MRSI-H-LD全自動(dòng)貼片機(jī)進(jìn)行HPLD bar條封裝結(jié)果。用預(yù)沉積的AuSn焊料將HPLD bar條樣品貼裝在CuW基座上。HPLD bar條尺寸為10mm x 2mm x130μm(L xW x H)，CuW底座尺寸為10.6mm x 4.0mm x 0.25mm(L xW x H)。
??MRSI-H-LD設(shè)計(jì)了一種自平衡的吸頭，通過(guò)在整個(gè)貼片表面上施加均勻的壓力來(lái)降“低微”笑曲線效果，從而保持了激光芯片與基板的準(zhǔn)確共面。圖5顯示了已封裝的激光bar條的平面度輪廓。在發(fā)出激光出射的前端面邊緣處，平坦度在130μm±1μm的范圍內(nèi)，機(jī)械“微笑”曲線在<2μm范圍內(nèi)，這對(duì)于AuSn共晶貼片是可接受的。低微笑曲線可提供更高的光束質(zhì)量，因此是所有高功率應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)[4]。
??Figure 5: 用VR5000 3D表面輪廓儀測(cè)量的HPLD bar條的平坦度輪廓(由Keyence提供)
??在LD bar的整個(gè)長(zhǎng)度上的線性偏移或偏邪是一個(gè)重要的參數(shù)指標(biāo)，因?yàn)長(zhǎng)D bar 的聚焦光束大小將因該偏移而變化[4]。 通常，laser bar的邊緣到邊緣的線性偏移應(yīng)小于5μm。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，線性偏移測(cè)量值為3.8μm(3σ)，完全在規(guī)定范圍內(nèi)。
??5. 總結(jié)
??實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MRSI-H-LD貼片機(jī)為解決HPLD的所有管芯貼片工藝難題提供了一個(gè)很好的解決方案。機(jī)器玻璃芯片精度為<1 μm @ 3 sigma，優(yōu)于規(guī)格的1.5 μm @ 3 sigma，COS和 C-mount貼片的懸伸分別小于4和4.3 μm，而且Bar條的線性偏移為3.8 μm (優(yōu)于
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來(lái)源 ： Laser Focus World 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-16
激光加工技術(shù)加速了鈑金車(chē)間生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)程
幾乎在激光誕生的同時(shí)，1962年美國(guó)Unimation公司推出首臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。此后，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一系列不斷的發(fā)展過(guò)程。直到20世紀(jì)90年代全球信息化浪潮風(fēng)起云涌，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)等快速進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。它具有重復(fù)性精確生產(chǎn)特征，適應(yīng)制造業(yè)中規(guī)?；可a(chǎn)要求，裝配在生產(chǎn)線上代替人工作業(yè)，不僅解除了工人的繁復(fù)勞動(dòng)，而且提高了生產(chǎn)質(zhì)量。它可以流動(dòng)作業(yè)，適應(yīng)個(gè)性化生產(chǎn)需求。目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而廣泛應(yīng)用于工業(yè)界。
近年來(lái)激光技術(shù)飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出可與機(jī)器人柔性耦合的光纖傳輸?shù)母吖β使I(yè)型激光器。先進(jìn)制造領(lǐng)域在智能化、自動(dòng)化和信息化技術(shù)方面的不斷進(jìn)步促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)與激光技術(shù)的結(jié)合，特別是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，帶動(dòng)了激光加工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展。
從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家投入大量人力物力進(jìn)行研發(fā)激光加工機(jī)器人。進(jìn)入2000年，德國(guó)KUKA，瑞士的ABB，日本FANUC等機(jī)器人公司均研制激光焊接機(jī)器人和激光切割機(jī)器人的系列產(chǎn)品。目前在國(guó)內(nèi)外汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，激光焊接機(jī)器人和激光切割機(jī)器人已成為最先進(jìn)的制造技術(shù)，獲得了廣泛應(yīng)用。
德國(guó)大眾汽車(chē)、美國(guó)通用汽車(chē)、日本豐田汽車(chē)等汽車(chē)裝配生產(chǎn)線上，已大量采用激光焊接機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻點(diǎn)焊設(shè)備，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，而且減輕了汽車(chē)車(chē)身重量，節(jié)約了大量材料，使企業(yè)獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在中國(guó)，一汽大眾、上海大眾汽車(chē)公司也引進(jìn)了激光機(jī)器人焊接生產(chǎn)線。目前有沈陽(yáng)新松機(jī)器人公司涉足激光切割和焊接機(jī)器人制造領(lǐng)域。
隨著激光直接制造和再制造技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)航空航天、冶金、汽車(chē)等行業(yè)快速原型和快速制造的需求，從2002年起，國(guó)際上開(kāi)始研發(fā)激光熔覆機(jī)器人。我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，擁有千萬(wàn)套國(guó)產(chǎn)大型貴重裝備和進(jìn)口高精尖的昂貴設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)快速修復(fù)有廣闊的市場(chǎng)需求。天津工業(yè)大學(xué)在天津市科技支撐計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金資助下，開(kāi)展了激光再制造機(jī)器人的研究。
鈑金車(chē)間傳統(tǒng)的加工方式是采用剪板、沖裁和折彎的工藝流程。其中沖裁工藝流程需要大量的模具，而在鈑金車(chē)間中的沖裁具有少切削及無(wú)切削的工藝特征，十分重要。這樣在一個(gè)產(chǎn)品加工完成之中一般會(huì)需要配備幾十套，有的產(chǎn)品可能會(huì)需要上百套的模具。時(shí)間上模具本身需要一定的設(shè)計(jì)和制造周期，而產(chǎn)品還要有一定的試制周期，這樣就造成耽誤了大量的時(shí)間，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，配備大量的模具，產(chǎn)品的成本就很相應(yīng)的提高，造成成本的浪費(fèi)。所以在整個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，就急需一種新的加工方法取而代之。
綜合上述的原因，激光加工技術(shù)便在鈑金車(chē)間中應(yīng)運(yùn)而生，激光加工技術(shù)的最大特點(diǎn)是無(wú)需模具便可加工，采用激光加工落料省去了大量模具的使用，而且激光加工機(jī)器人的加入使得車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)入自動(dòng)化，使生產(chǎn)時(shí)間和產(chǎn)品成本縮短降低，更好的在市場(chǎng)中取的優(yōu)勢(shì)，非常有利于多種類小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，及之后的大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。
來(lái)源 ： 電子說(shuō) 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-15
歐洲科研團(tuán)隊(duì)推出發(fā)光硅鍺合金，使硅激光器觸手可及
根據(jù)CSC化合物半導(dǎo)體消息，來(lái)自埃因霍溫技術(shù)大學(xué)(TU/e)和慕尼黑技術(shù)大學(xué)(TUM)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)目前已成功開(kāi)發(fā)出發(fā)光的硅鍺合金。因此，能夠集成到當(dāng)今芯片中的硅激光器的開(kāi)發(fā)是第一次觸手可及。
??在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，研究人員試圖制造硅基或鍺基激光器，但沒(méi)有成功。硅通常在立方晶格中結(jié)晶。這種形式不適合把電子轉(zhuǎn)換成光。
??埃因霍溫技術(shù)大學(xué)的研究人員與慕尼黑技術(shù)大學(xué)、杰納大學(xué)和林茨大學(xué)的同事一道，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出由鍺和硅制成的能夠發(fā)光的合金。
??關(guān)鍵的一步是用六方晶格的鍺和硅生產(chǎn)鍺和合金的能力?！斑@種材料有一個(gè)直接的帶隙，因此可以自己發(fā)光，”TUM半導(dǎo)體量子納米系統(tǒng)教授喬納森·芬利說(shuō)。
歐洲研究小組開(kāi)發(fā)了發(fā)光硅鍺合金，其性能幾乎與InP或GaAs相當(dāng)
??模板技巧
??埃里克·巴克斯和他在圖埃因霍溫的團(tuán)隊(duì)早在2015年就首次生產(chǎn)了六角硅。他們首先用另一種材料制成的納米線生長(zhǎng)出六角晶體結(jié)構(gòu)。作為鍺硅外殼的模板，底層材料施加在其六邊形晶體結(jié)構(gòu)上。
??然而，最初，這些結(jié)構(gòu)不能被刺激發(fā)光。通過(guò)與慕尼黑技術(shù)大學(xué)沃爾特·肖特基研究所(Walter Schottky Institute)的同事們交換意見(jiàn)，他們分析了每一代人的光學(xué)特性，最終將生產(chǎn)工藝優(yōu)化到納米線確實(shí)能夠發(fā)光的完美程度。
??巴克斯說(shuō)：“與此同時(shí)，我們的性能幾乎可以與InP或GaAs相媲美?！薄Ｒ虼?，用鍺硅合金制造的、能夠集成到傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中的激光似乎只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。
??喬納森·芬利說(shuō)：“如果我們能夠通過(guò)光學(xué)手段實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)和芯片間的電子通信，速度可以提高1000倍?！薄４送?，光學(xué)和電子學(xué)的直接結(jié)合可以大大降低自動(dòng)駕駛汽車(chē)中激光雷達(dá)芯片、醫(yī)療診斷用化學(xué)傳感器以及空氣和食品質(zhì)量測(cè)量的成本。
來(lái)源 ： 訊石光通訊 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-13
解密智慧醫(yī)療“硬科技”，看光峰科技激光大屏如何助力戰(zhàn)“疫”
“新冠”疫情的突襲，讓人們更為深刻地意識(shí)到，生命健康是大事，經(jīng)濟(jì)社會(huì)和各行各業(yè)的順利發(fā)展，離不開(kāi)醫(yī)療健康行業(yè)奠定的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。醫(yī)療系統(tǒng)作為與疫情防控工作密切相關(guān)的單位，直接承擔(dān)著各方救治和防控的重任。
疫情防控期間，依托遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)、5G傳輸、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)追蹤等相關(guān)手段，智慧數(shù)字技術(shù)手段為疫情大數(shù)據(jù)處理、診療會(huì)議、資源調(diào)度、信息互聯(lián)互通等方面發(fā)揮了重大作用。疫情不僅給國(guó)家醫(yī)療系統(tǒng)帶來(lái)了深刻的影響，且將刺激醫(yī)療系統(tǒng)的加快升級(jí)與變革。
那么，作為醫(yī)療系統(tǒng)中重要的顯示技術(shù)部分，激光顯示大屏將如何助力醫(yī)療體系升級(jí)？
實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化，輔助醫(yī)療信息研判
本次疫情阻擊戰(zhàn)的背后，大數(shù)據(jù)采集、信息化分析在輔助疫情研判、創(chuàng)新診療模式、提升服務(wù)效率等方面正在發(fā)揮作用。
在醫(yī)療顯示系統(tǒng)方面，激光大屏顯示系統(tǒng)可擔(dān)任指揮調(diào)度、資源配置、預(yù)測(cè)預(yù)判的重要角色，高效處理包括疫情大數(shù)據(jù)發(fā)布、人員軌跡、實(shí)時(shí)追蹤在內(nèi)的大數(shù)據(jù)信息，還可用于與各級(jí)政府、醫(yī)療單位的視頻會(huì)議等。下圖為常州醫(yī)療大數(shù)據(jù)中心運(yùn)用光峰科技激光顯示大屏系統(tǒng)進(jìn)行信息化運(yùn)作應(yīng)用場(chǎng)景。
該項(xiàng)由光峰科技設(shè)計(jì)的激光顯示大屏系統(tǒng)方案，具有高亮、高清、高可靠性等優(yōu)勢(shì)；其強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，可以通過(guò)處理后臺(tái)復(fù)雜的多路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)海量信息的集中管控、高效處理、準(zhǔn)確顯示等，包括疫情大數(shù)據(jù)發(fā)布、患者分布、人員軌跡、實(shí)時(shí)追蹤在內(nèi)的大數(shù)據(jù)信息，有助于疫情防控工作高效展開(kāi)，提高預(yù)警防控安全風(fēng)險(xiǎn)的能力。
（醫(yī)療大數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）
從醫(yī)療大數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，光峰科技激光顯示大屏方案通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)傳輸，還可建立起省、市及其他各級(jí)單位的聯(lián)系，打通各單位信息傳輸通道，與各地實(shí)現(xiàn)信息互通互聯(lián)。在智慧城市建設(shè)高速發(fā)展的趨勢(shì)下，醫(yī)療系統(tǒng)的信息即時(shí)連通亦成為至關(guān)重要的一環(huán)。
疫情期間，光峰科技也運(yùn)用專業(yè)技術(shù)，向深圳疾控中心提供了激光顯示大屏，助力一線抗疫防控工作的高效開(kāi)展。
助力手術(shù)示教系統(tǒng)升級(jí)，幫助醫(yī)療人員提高業(yè)務(wù)能力
對(duì)于年輕醫(yī)生來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)觀摩專家做手術(shù)是非常有效的學(xué)習(xí)方式。但因?yàn)槭中g(shù)室空間有限和無(wú)菌化嚴(yán)格要求，可容納人數(shù)少，觀摩學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)難得。而“示教室”顯示解決方案的出現(xiàn)，正是突破傳統(tǒng)手術(shù)示教空間限制，利用激光大屏與視頻采集技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)手術(shù)的顯示管理，以為臨床醫(yī)師提供更多的手術(shù)觀摩機(jī)會(huì)，幫助提升手術(shù)教學(xué)的精確性，且還可進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。
（示教室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）
由光峰科技激光大屏所打造的手術(shù)示教室方案，主要用途為手術(shù)觀看及醫(yī)療培訓(xùn)，最大可容納近百人同時(shí)參與，對(duì)顯示設(shè)備有高亮度、高色域、高穩(wěn)定性等硬性要求。該方案通過(guò)搭建高清混合矩陣、音頻處理器、網(wǎng)絡(luò)管理與信號(hào)數(shù)字化功能組合，把手術(shù)信息采集轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)郊す飧咔宕笃?。通過(guò)大屏直播，觀摩者們就能看到高清手術(shù)過(guò)程，以達(dá)到沉浸式觀摩學(xué)習(xí)、優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源實(shí)時(shí)共享等目的，全面提高醫(yī)療隊(duì)伍的專業(yè)能力。
助力醫(yī)療環(huán)境改善，加強(qiáng)現(xiàn)代醫(yī)院人文關(guān)懷
以術(shù)前麻醉室為例。對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，進(jìn)入手術(shù)室是一件極度緊張的事情。對(duì)成人如此，對(duì)兒童更甚，甚至?xí)粝滦睦韯?chuàng)傷。
2020年初，在深圳市兒童醫(yī)院，光峰科技通過(guò)激光顯示大屏方案，把海底世界“搬”進(jìn)醫(yī)院，打造了一個(gè)創(chuàng)意麻醉誘導(dǎo)間，這是激光顯示技術(shù)用于兒童醫(yī)療領(lǐng)域的一次有意義的嘗試，將有助力醫(yī)療環(huán)境的改善，加強(qiáng)現(xiàn)代醫(yī)院的人文關(guān)懷。
進(jìn)入手術(shù)室之前，小患者將在父母陪同下來(lái)到麻醉誘導(dǎo)間，躺在手術(shù)推車(chē)上，仰面看到的是神奇的海底世界，當(dāng)注意力被吸引瞬間，醫(yī)生也悄悄完成了術(shù)前麻醉工作。其所營(yíng)造出的輕松有趣的氛圍，不但消除孩子對(duì)醫(yī)院的恐懼，提高孩子的配合度，有效緩解了患兒術(shù)前焦慮，而且增加了醫(yī)護(hù)人員的工作效率。
除此之外，激光顯示大屏還可在視頻遠(yuǎn)程會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療、學(xué)術(shù)匯報(bào)等方面發(fā)揮作用。
從疫情中的數(shù)字醫(yī)療場(chǎng)景應(yīng)用可以看出，數(shù)字化醫(yī)療服務(wù)的重要性進(jìn)一步凸顯，智慧醫(yī)療時(shí)代正在加速趕來(lái)。類似激光顯示大屏系列科技力量的運(yùn)用，是幫助醫(yī)療單位進(jìn)行數(shù)字化高效管理的重要手段，也將有利于疫情后期城市防控體系、醫(yī)療系統(tǒng)在設(shè)備方面的整體提升。
來(lái)源 ： 紅刊財(cái)經(jīng) 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-12
應(yīng)用于大功率激光器單管和Bar條芯片封裝的貼片解決方案
原文發(fā)表于Laser Focus World 2020第二期2月18號(hào)，此版本與原文略有不同
??作者：MRSI Systems 周利民 limin.zhou@mycronic.com; www.mrsisystems.com.
1. Introduction 前言
??高功率激光二極管(HPLD)是當(dāng)今增長(zhǎng)最快的激光器類型之一，主要是因?yàn)殡S著光纖激光器已逐漸成為材料加工應(yīng)用的首選工具，用于光纖激光的泵浦光源需求不斷增長(zhǎng)。 HPLD還廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，例如光動(dòng)力療法，激光美容和外科手術(shù)，以及包括涂覆，3D打印，切割和焊接在內(nèi)的直接半導(dǎo)體激光器材料加工。 HPLD的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是國(guó)防工業(yè)，其增長(zhǎng)由定向能量武器驅(qū)動(dòng)。 HPLD提供的波長(zhǎng)范圍是400nm至2000nm，光輸出功率范圍為1W至300 + W是任何其他激光器所無(wú)法比擬的， [1]，其在最小的體積內(nèi)具有最高的電光(EO)轉(zhuǎn)換效率(高達(dá)65%)。由于這些獨(dú)特的性能，HPLD可以適應(yīng)其迅速增長(zhǎng)的各種應(yīng)用。根據(jù)分析師Nilushi Wijeyasinghe博士“2019-2029年激光二極管和直接二極管激光器：技術(shù)，市場(chǎng)&預(yù)測(cè)''的報(bào)告顯示，到2029年，激光二極管和直接二極管激光器的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到139.85億美元，其中激光二極管占119.52億美元，直接二極管激光器占20.33億美元。
??2. 關(guān)鍵工藝的挑戰(zhàn)
??貼片工藝是HPLD制造中最關(guān)鍵的封裝步驟。 在此過(guò)程中，采用金-錫共晶貼片工藝將單管或Bar條芯片連接到散熱基板。 芯片和散熱基板之間的接合通常是使用共晶貼片技術(shù)的金錫(AuSn)焊料。 HPLD芯片可以是單管激光芯片，也可以是多管的bar條激光芯片。 貼片工藝對(duì)于HPLD產(chǎn)品的光學(xué)效率和現(xiàn)場(chǎng)可靠性至關(guān)重要。 下面重點(diǎn)介紹此關(guān)鍵過(guò)程的一些挑戰(zhàn)：
??高精度：
??HPLD在單管或bar條芯片的發(fā)光面與散熱器基板邊緣之間具有高精度的位置要求。 通常，貼片后結(jié)果從發(fā)光面到基板邊緣應(yīng)該沒(méi)有凹陷，并且發(fā)光面的突出部分應(yīng)小于5-10μm。 為此，貼片機(jī)的貼片精度通常應(yīng)<±2.5μm。 而激光管芯和襯底的邊緣也可能具有<1μm的公差。 因此，機(jī)器的精度必須<±1.5μm。
??共晶質(zhì)量：
??除了位置精度外，回流工藝中的溫度曲線對(duì)于HPLD貼片工藝也非常關(guān)鍵。 在共晶過(guò)程中，需要特別注意在芯片和散熱基板之間實(shí)現(xiàn)細(xì)微，均勻且無(wú)空洞的共晶界面，以便有效且均勻地散熱。 這就要求貼片機(jī)對(duì)整個(gè)貼片區(qū)域具有精確而均勻的共晶回流溫度控制。HPLD貼片過(guò)程需要具有快速升溫/降溫的可編程均勻共晶加熱臺(tái)，并且共晶期間的溫度必須保持穩(wěn)定。 加熱階段還必須具有保護(hù)氣體覆蓋，以防止共晶表面氧化，從而獲得良好的鋟潤(rùn)性，并在冷卻時(shí)形成無(wú)空洞的界面。
??共面性&無(wú)空洞：
??隨著HPLD芯片功率的增加，單管芯片變得更長(zhǎng)，某些芯片尺寸長(zhǎng)寬比也變得越來(lái)越大，例如長(zhǎng)寬比>10。Bar條類的HPLD是極具挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗慕Y(jié)合表面積大，放大了鍵合后的特性缺陷，如空洞率%和Bar條傾斜角度。。 HPLD單管或bar條芯片與散熱基板之間的準(zhǔn)確共面性也非常關(guān)鍵，因?yàn)樗鼤?huì)影響空洞率和引起應(yīng)力。 因此，缺乏準(zhǔn)確共面性會(huì)影響HPLD產(chǎn)品的性能和可靠性。 如果沒(méi)有良好的共面性控制，由于共晶后在bar條中形成的殘余應(yīng)力，bar條可能會(huì)發(fā)生翹曲，通常被稱為“微笑”曲線[3]。 長(zhǎng)芯片可能會(huì)產(chǎn)生散熱不均的情況，從而沿單管芯片長(zhǎng)度方向產(chǎn)生熱應(yīng)力。 在共晶回流期間，各種尺寸的單管芯片或激光bar芯片需要不同的貼合力和精確的受力控制。
??高混合&快速生產(chǎn)
??當(dāng)前，HPLD行業(yè)處于快速發(fā)展過(guò)渡狀態(tài)，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)廠家必須應(yīng)對(duì)需求增長(zhǎng)和復(fù)雜多樣的產(chǎn)品封裝形勢(shì)。 由不同供應(yīng)商設(shè)計(jì)的工業(yè)HPLD-單管芯片到基板(CoS)，和Bar條到基板(BoS)有很多變化。 HPLD封裝設(shè)計(jì)具有更多的封裝形式以適合不同的應(yīng)用。因此，高混合生產(chǎn)是HPLD制造的又一重大挑戰(zhàn)。
??3. 貼片方案
??為了應(yīng)對(duì)HPLD應(yīng)用中的這些貼片工藝的挑戰(zhàn)，生產(chǎn)商需要一種超高精度，高速，高度靈活的全自動(dòng)貼片機(jī)。 機(jī)器要求包括精度<±1.5μm，可編程力控制，共晶階段的摩擦運(yùn)動(dòng)(在受控力的作用下沿X，Y，Z的微小運(yùn)動(dòng))等特性。 因此，貼片機(jī)供應(yīng)商試圖提供更好的設(shè)備來(lái)滿足這些要求。 在這里，MRSI-H-LD 1.5μm全自動(dòng)貼片機(jī)提供了很好的解決方案。
??1.5 μm High-speed Die Bonder 1.5μm高速貼片機(jī)
??MRSI設(shè)計(jì)的針對(duì)HPLD貼片工藝應(yīng)用的MRSI-H-LD 1.5μm全自動(dòng)貼片機(jī)， 機(jī)器精度在3Sigma下為±1.5μm。 因?yàn)橛幸恍┎⑿羞^(guò)程可以縮短機(jī)器的循環(huán)時(shí)間，CoS的 UPH通常大于150(取決于應(yīng)用程序)。
??脈沖加熱臺(tái)
??MRSI-H-LD提供了獨(dú)特的脈沖加熱快速升降溫共晶臺(tái)，該加熱臺(tái)有90-95%的氮-氫混合氣體作為保護(hù)氣，可用于防止結(jié)合表面的氧化。采用化合共晶材料使貼片過(guò)程的溫度最低化，該典型溫度通常約為315℃。 加熱臺(tái)可編程至最高400°C，共晶面板上溫度均勻。MRSI-H-LD設(shè)計(jì)的是持久而穩(wěn)定的加熱臺(tái)。
??閉環(huán)受力控制和可編程摩擦共晶
??MRSI-H-LD貼片機(jī)提供的是具有實(shí)時(shí)閉環(huán)力反饋和具有可調(diào)節(jié)功能的可編程焊頭，可實(shí)現(xiàn)對(duì)III-V族半導(dǎo)體器件的精細(xì)化處理，按器件類型對(duì)貼合力進(jìn)行編程，這意味著每個(gè)大尺寸高功率激光芯片可以通過(guò)其獨(dú)有的編程和控制力來(lái)吸取和放置。
??MRSI-H-LD貼片機(jī)還提供特殊設(shè)計(jì)的自平衡調(diào)節(jié)吸頭工具，該工具可保持良好均勻的粘結(jié)力，并且排出空氣，減少空洞。該應(yīng)用在整個(gè)芯片表面上施加均勻的粘結(jié)力，從而產(chǎn)生具有高芯片剪切強(qiáng)度的無(wú)空洞共晶貼片。這是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確共面的絕佳技術(shù)。
??MRSI-H-LD貼片機(jī)獨(dú)有的摩擦共晶解決方案，可以實(shí)現(xiàn)粘接面無(wú)空洞，解決共面難題。摩擦共晶是在將芯片放置到基板上的過(guò)程中同時(shí)對(duì)其施加垂直和橫向力的運(yùn)動(dòng)?？删幊痰哪Σ凉簿Х桨妇哂幸粋€(gè)應(yīng)用程序庫(kù)用于客戶化定制XYZ和θ的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可根據(jù)不同的芯片和基板條件完美地共面。在任何條件下都可以實(shí)現(xiàn)完美的無(wú)空洞的共晶工藝。
??在一臺(tái)機(jī)器上靈活無(wú)切換的完成單管及Bar條芯片的貼片
??MRSI-H-LD貼片機(jī)具有獨(dú)一無(wú)二的獨(dú)特功能，可在運(yùn)動(dòng)中更換吸頭，以處理不同形狀和尺寸的部件，而無(wú)需進(jìn)行設(shè)備更換或停機(jī)。該系統(tǒng)提供行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)出量和出色的靈活性，能夠在一臺(tái)機(jī)器上完成單管芯片對(duì)基板的CoS，Bar條對(duì)基板的BoS， C-mount封裝，以及其他種類HPLD的封裝。
??4.實(shí)驗(yàn)和性能結(jié)果
??以下介紹使用MRSI-H-LD貼片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和結(jié)果。以玻璃芯片檢查機(jī)器的精密性能。試驗(yàn)完成了芯片對(duì)基板CoS，Bar條對(duì)基板BoS， C-mount封裝的貼片工藝。并測(cè)量了芯片鍵合關(guān)鍵位置精度結(jié)果，以及測(cè)試了空洞率的%結(jié)果和HPLD bar條芯片的平面度輪廓。
??A. 機(jī)器精度
??該實(shí)驗(yàn)介紹了驗(yàn)證設(shè)備精度的典型方法。玻璃芯片實(shí)驗(yàn)結(jié)果是基于15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的樣本量。 X和Y方向上的貼放重復(fù)性分別為<1 μm和0.5 μm(@3σ)。
??Figure 1: X和Y玻璃芯片貼放數(shù)據(jù)
??B. Chip-on-Submount (CoS)
??MRSI-H-LD貼片機(jī)還具有芯片倒裝功能，并且可以完成腔面朝上和腔面朝下的工藝。 本節(jié)介紹了腔面朝上的CoS貼片方法，以下是典型的工藝要求。 在圖2中，CoS尺寸從A(激光光發(fā)射面)到C(AuSn層表面邊緣)是激光芯片懸伸，這對(duì)于HPLD貼片非常關(guān)鍵。 10個(gè)CoS貼片結(jié)果顯示，共晶貼片后精度為<±3 μm @3σ，無(wú)凹陷，突出量<4 μm。
Figure 2: 圖中顯示了關(guān)鍵的貼片尺寸
??除了幾何位置分析之外，我們還對(duì)樣品進(jìn)行了超聲掃描顯微鏡(SAM)測(cè)試，以檢測(cè)焊接界面中的空洞百分比。圖3描繪了對(duì)單管激光芯片(4mm x500μmx120μm)AuSn共晶貼片到AlN基板在Sonoscan D-9000系列C-SAM機(jī)器上拍攝的圖像。
??CoS空洞率測(cè)試的Sonoscan結(jié)果
??左圖是經(jīng)過(guò)處理的圖像，右圖是使用Sonoscan D-9000 C-SAM機(jī)器測(cè)量的原始圖像，該表顯示了空洞率百分比的結(jié)果。 如表中所示，貼片后的空洞率超過(guò)了MIL-STD 883K方法2030.2規(guī)范，并且還通過(guò)了更嚴(yán)格的HPLD空洞率指標(biāo)。
??貼片封裝的可重復(fù)性，準(zhǔn)確性和空洞率是HPLD芯片貼片的關(guān)鍵性能指標(biāo)，在這些性能滿足的基礎(chǔ)上，還必須實(shí)現(xiàn)快速交付。 在此示例中，采用了典型的共晶貼片工藝溫度曲線，總循環(huán)時(shí)間在23秒或> 150UPH的范圍內(nèi)。
??C. 單管芯片到 C-Mount的封裝
??本節(jié)概述了在將單管LD芯片粘合到由CuW制成的 C-mount封裝上獲得的結(jié)果。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將尺寸為2mm x500μmx0.12μm的LD單管芯片貼裝到尺寸為6.35mm x 2.18mm x 6.86mm(L xW x H)帶有預(yù)沉積的AuSn焊料的 C-mount上。 從9個(gè)單管芯片貼片到C-mount上的結(jié)果表明，在3σ時(shí)芯片懸垂<4.3μm。貼片后測(cè)量關(guān)鍵的參數(shù)均在規(guī)格范圍內(nèi)。
??除了貼片的精度，我們也使用SAM和Sonoscan D-9000系列測(cè)量工具測(cè)量了焊接界面中的空洞百分比。 圖4顯示了從機(jī)器拍攝的圖像。 左邊是經(jīng)過(guò)處理的圖像，右邊是原始圖像，下表是空洞百分比的測(cè)量。
??C-mount空洞測(cè)試的Sonoscan結(jié)果
??空洞百分比的結(jié)果總結(jié)體現(xiàn)在表4中。貼片后空洞百分比超過(guò)了MIL-STD 883K方法2030.2規(guī)范，達(dá)到了更嚴(yán)格的HPLD指標(biāo)。
??D. Laser Bar on Submount 激光Bar條到基板的封裝
??本節(jié)概述了使用MRSI-H-LD全自動(dòng)貼片機(jī)進(jìn)行HPLD bar條封裝結(jié)果。用預(yù)沉積的AuSn焊料將HPLD bar條樣品貼裝在CuW基座上。HPLD bar條尺寸為10mm x 2mm x130μm(L xW x H)，CuW底座尺寸為10.6mm x 4.0mm x 0.25mm(L xW x H)。
??MRSI-H-LD設(shè)計(jì)了一種自平衡的吸頭，通過(guò)在整個(gè)貼片表面上施加均勻的壓力來(lái)降“低微”笑曲線效果，從而保持了激光芯片與基板的準(zhǔn)確共面。圖5顯示了已封裝的激光bar條的平面度輪廓。在發(fā)出激光出射的前端面邊緣處，平坦度在130μm±1μm的范圍內(nèi)，機(jī)械“微笑”曲線在<2μm范圍內(nèi)，這對(duì)于AuSn共晶貼片是可接受的。低微笑曲線可提供更高的光束質(zhì)量，因此是所有高功率應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)[4]。
??Figure 5: 用VR5000 3D表面輪廓儀測(cè)量的HPLD bar條的平坦度輪廓(由Keyence提供)
??在LD bar的整個(gè)長(zhǎng)度上的線性偏移或偏邪是一個(gè)重要的參數(shù)指標(biāo)，因?yàn)長(zhǎng)D bar 的聚焦光束大小將因該偏移而變化[4]。 通常，laser bar的邊緣到邊緣的線性偏移應(yīng)小于5μm。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，線性偏移測(cè)量值為3.8μm(3σ)，完全在規(guī)定范圍內(nèi)。
??5. 總結(jié)
??實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MRSI-H-LD貼片機(jī)為解決HPLD的所有管芯貼片工藝難題提供了一個(gè)很好的解決方案。機(jī)器玻璃芯片精度為<1 μm @ 3 sigma，優(yōu)于規(guī)格的1.5 μm @ 3 sigma，COS和 C-mount貼片的懸伸分別小于4和4.3 μm，而且Bar條的線性偏移為3.8 μm (優(yōu)于<5 μm規(guī)格)。空洞率%結(jié)果表明，MRSI-H-LD貼片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)空洞的共晶工藝。 CoS，COC，BoS的所有封裝都可以在一臺(tái)機(jī)器上完成。 典型的單管激光芯片到基板(CoS)的UPH> 150。 MRSI-H-LD貼片機(jī)獨(dú)特的功能組合為大批量和高混合HPLD封裝生產(chǎn)提供了完美的貼片解決方案。
??參考文獻(xiàn)：
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來(lái)源 ： 訊石光通訊網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-11
中科院研究基于全固態(tài)激光器的諧振光束無(wú)線充電技術(shù)
把能量發(fā)射器裝在吸頂燈上，整個(gè)房間隨處可以給手機(jī)、平板、手提、投影儀等設(shè)備隔空充電？最近，上?？茖W(xué)家將這種近乎科幻的能量傳輸方式的雛形，帶到了現(xiàn)實(shí)中。未來(lái)，隨著技術(shù)不斷發(fā)展成熟，除了有望應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境中的電子設(shè)備之外，該技術(shù)還可能在室外環(huán)境中，用于為行駛中的無(wú)人機(jī)、汽車(chē)等設(shè)備無(wú)線充電，甚至還可以用于為惡劣環(huán)境中的電子設(shè)備供電。
4月9日消息，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院研究人員合作，開(kāi)展了基于全固態(tài)激光器的諧振光束無(wú)線充電技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了2瓦電功率、2.6米的無(wú)線能量傳輸，并研究了能量傳輸范圍內(nèi)的能量傳輸效率。
物聯(lián)網(wǎng)、航空航天、消費(fèi)電子等技術(shù)的蓬勃發(fā)展對(duì)電子設(shè)備的高性能、可移動(dòng)、易便攜等性能提出了越來(lái)越高的要求，從而使電子設(shè)備的電池容量和供電之間的矛盾也越來(lái)越顯著。在使用中，需要隨身攜帶充電線和尋找充電插座為電子設(shè)備的使用帶來(lái)了很多的不便。因此，為電子設(shè)備提供隨時(shí)隨地?zé)o線能量傳輸?shù)募夹g(shù)受到了研究者的廣泛關(guān)注。
現(xiàn)有的無(wú)線能量傳輸技術(shù)主要有兩種，都存在各自的短板：
一種是近場(chǎng)無(wú)線能量傳輸，其技術(shù)主要有磁感應(yīng)和磁共振。現(xiàn)在常見(jiàn)的電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀、智能手機(jī)等電子設(shè)備通常采用磁感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行充電。由于近場(chǎng)無(wú)線能量傳輸技術(shù)的有效充電距離很短，因此在使用時(shí)需要將電子設(shè)備緊貼在無(wú)線充電底座上，而無(wú)線充電的底座仍需要通過(guò)線纜連接到插座上。
另一種是遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線能量傳輸，技術(shù)主要有射頻、超聲波、激光等。但是由于輻射安全限制，現(xiàn)有的遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線能量傳輸技術(shù)能安全傳輸?shù)墓β瘦^低，或者只能在無(wú)安全要求的條件下使用。因此，現(xiàn)有的無(wú)線傳能技術(shù)均無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全、遠(yuǎn)距離、高功率的無(wú)線能量傳輸。
在該項(xiàng)研究中，研究人員提出利用全固態(tài)激光的腔內(nèi)光作為無(wú)線能量傳輸媒介的諧振光束充電技術(shù)，可以安全的傳輸數(shù)瓦的無(wú)線功率到數(shù)米的距離。
據(jù)相關(guān)研究人員介紹，諧振光束充電技術(shù)具有本征安全性。一方面，傳輸通道內(nèi)一旦有異物遮擋可以自動(dòng)切斷能量的傳輸；另一方面，傳輸通道外的生物不會(huì)受到電磁波的輻射。
除此之外，諧振光束充電系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和同時(shí)多路輸出。
研究人員提出了諧振光束充電能量傳輸通道的解析模型和分析了諧振光束充電系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件以及工作距離內(nèi)的能量傳輸效率；建立了諧振光束系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，在輸出光功率為10.18W的條件下，實(shí)現(xiàn)了2W的電功率傳輸?shù)阶钸h(yuǎn)2.6m的距離；在實(shí)驗(yàn)和理論上對(duì)諧振光束充電系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸效率、輸出電功率等性能進(jìn)行了評(píng)估。
以手機(jī)充電為例，利用諧振光束充電技術(shù)，可以將發(fā)射機(jī)布置在距離接收機(jī)數(shù)米的位置處（例如室內(nèi)的頂燈位置），同時(shí)可以將接收器集成到手機(jī)殼中，此時(shí)只要將手機(jī)放置于發(fā)射機(jī)的有效覆蓋范圍內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)能量傳輸，不再需要將手機(jī)放置在特定的充電器上，也不需要連接線纜。
通過(guò)進(jìn)一步提升接收機(jī)的可移動(dòng)性，該技術(shù)有望應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境中的電子設(shè)備，例如手機(jī)，筆記本電腦，投影儀等設(shè)備的無(wú)線充電。以及室外環(huán)境中可以用于為行駛中的無(wú)人機(jī)，汽車(chē)等設(shè)備無(wú)線充電。還可以用于為惡劣環(huán)境中的電子設(shè)備供電。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電量供給成為制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的障礙之一。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池容量和供電之間的矛盾也愈加顯著。因此，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供隨時(shí)隨地?zé)o線能量傳輸?shù)募夹g(shù)受到了研究者的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有的無(wú)線能量傳輸技術(shù)主要有兩種：近場(chǎng)無(wú)線能量傳輸與遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線能量傳輸。近場(chǎng)無(wú)線能量傳輸技術(shù)主要有磁感應(yīng)和磁共振。遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線能量傳輸技術(shù)主要有射頻、超聲波、激光等。但是由于技術(shù)限制，現(xiàn)有的無(wú)線傳能技術(shù)均無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全、遠(yuǎn)距離、高功率的無(wú)線能量傳輸。
來(lái)源 ： 電子說(shuō) 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-10
上海光機(jī)所在微納多色激光研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微結(jié)構(gòu)與光物理研究團(tuán)隊(duì)與南京曉莊學(xué)院、中科院上海高等研究院等研究機(jī)構(gòu)合作，在微腔調(diào)制寬帶可調(diào)諧激光研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)一種新型寬帶隙可調(diào)諧CsPbCl3-3xBr3x納米線狀微腔，并利用密度泛函理論與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)解析了該材料離子交換的動(dòng)力學(xué)特征及其內(nèi)在化學(xué)機(jī)理，基于微腔規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)及寬帶隙調(diào)節(jié)特性，在單個(gè)微腔上成功實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、寬帶可調(diào)諧微納激光輸出。相關(guān)成果于3月1日發(fā)表于國(guó)際著名期刊《納米能源》（Nano Energy）。
具備寬帶可調(diào)諧特性的納米線微納激光光源在微型光電子器件方面具有重要應(yīng)用前景。但是，受制于納米線的窄增益區(qū)間，現(xiàn)行研究大多依賴于單個(gè)器件上集成多根納米線實(shí)現(xiàn)寬帶可調(diào)諧激光輸出，這極大地阻礙了光電子器件的進(jìn)一步小型化和集成化。近年來(lái)，由于其具備吸收系數(shù)高、熒光產(chǎn)率高、光譜調(diào)諧范圍大等特性，鈣鈦礦材料備受關(guān)注。諸多研究表明，相比于傳統(tǒng)光學(xué)材料，鈣鈦礦納米線微納激光具備高品質(zhì)、低閾值、寬帶可調(diào)諧特性。然而，受制于鈣鈦礦材料柔軟的晶格特性，單根鈣鈦礦納米線很難實(shí)現(xiàn)寬帶可調(diào)諧激光輸出。因此，需要探索新的制備方案和機(jī)理，以優(yōu)化鈣鈦礦納米線的形貌結(jié)構(gòu)、晶體質(zhì)量以及增益區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)寬帶可調(diào)諧的微納激光輸出。
圖為:微腔調(diào)制的寬帶可調(diào)諧微納多色激光
在該項(xiàng)研究中，研究人員首先通過(guò)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備了高質(zhì)量鈣鈦礦納米線狀微腔，然后基于陰離子固相遷移反應(yīng)在單根納米線上成功實(shí)現(xiàn)了寬帶隙可調(diào)熒光發(fā)光。結(jié)合密度泛函理論，研究人員解析了鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)中陰離子遷移的原子路徑，揭示了離子遷移的基本過(guò)程并闡明其離子遷移的來(lái)源——小的離子遷移激活能，為材料離子遷移、相分離及光學(xué)性質(zhì)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步佐證了理論結(jié)果，隨著反應(yīng)時(shí)間的變化，單根納米線歷經(jīng)三個(gè)主要過(guò)程：首先，由發(fā)光一致的納米線逐漸變化為帶隙可調(diào)納米線；然后，納米線整體帶隙可調(diào)，但是其帶隙隨著反應(yīng)時(shí)間增加而減小；最后，納米線被整體同化，轉(zhuǎn)化為發(fā)光一致的納米線，但整體發(fā)光波長(zhǎng)較開(kāi)始階段紅移。實(shí)現(xiàn)的納米線狀微腔具備規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)、光滑的表面及寬帶可調(diào)諧特性，可同時(shí)作為增益介質(zhì)及光學(xué)微腔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單根納米線寬帶可調(diào)諧激光輸出，實(shí)驗(yàn)上成功獲得了480-525 nm的寬帶可調(diào)諧微納多色激光。
該項(xiàng)研究解析了鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)中離子遷移的原子路徑、基本過(guò)程、動(dòng)力學(xué)特征及化學(xué)機(jī)制，并利用單根納米線狀微腔實(shí)現(xiàn)了寬帶可調(diào)諧激光輸出，為分析鈣鈦礦材料離子遷移與光電性能的聯(lián)系等提供了堅(jiān)實(shí)的理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，進(jìn)一步推進(jìn)了高品質(zhì)寬帶可調(diào)諧微納多色納米激光器的研究進(jìn)展。
相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市青年拔尖等項(xiàng)目的支持。
來(lái)源 ： 上海光機(jī)所 發(fā)布時(shí)間 : 2020-04-09
