Thơng số Đơn vị Giá trị trung bình Giá trị lớn nhất
Lực nhặt chíp g 10 200 Áp lực đặt lên chíp g 20 250
Nhiệt độ hàn 0C 120 250
Lực nhặt chíp là áp lực hút của đầu gắn chíp đặt lên linh kiện trong q trình nhặt chíp; Áp lực đặt lên chíp là lực mà đầu gắn chíp ép lên linh kiện trong q trình gắn chíp lên đế; Nhiệt độ hàn là nhiệt độ của bếp hàn, phù hợp với loại keo
Epoxy đã sử dụng để đảm bảo mối hàn là tốt nhất.
Quy trình gắn chíp lên đế đã được thực hiện theo các công đoạn sau:
+) Công đoạn 1 – chuẩn bị: Cố định đế gắn chíp trên bàn thao tác (work stage) và
+) Công đoạn 2 - phủ lớp keo Epoxy: Keo Epoxy được nhỏ vào vị trí nơi cần gắn
chíp. Việc nhỏ keo phải đảm bảo keo không được chùm lên các cực và bề mặt phát của chíp laser.
+) Cơng đoạn 3 – Định vị đế và chíp: Đế được định vị trước, sau đó mới định vị
chíp. Vị trí hàn đế cần được đặt chính xác để đảm bảo chíp bán dẫn có bề mặt phát xạ vng góc với bề mặt sợi quang và hướng về phía sợi quang lối ra.
+) Cơng đoạn 4 – Gắn chíp: Sau khi cố định đế xong, di chuyển đầu gắn chíp đến
vị trí của chíp và đặt một áp lực vừa phải (khoảng 20g) lên chíp. Q trình gắn chíp kết thúc sau khoảng 24 giờ kể từ thời điểm gắn keo.
Hình 3.6 mơ tả một số hình ảnh trong q trình gắn chíp thực tế.
Hình 3. 6: Một số hình ảnh trong q trình gắn chíp lên đế
• Kỹ thuật hàn dây vàng:
Trong luận văn này, chúng tôi đã sử dụng thiết bị hàn dây vàng 7476D của hãng Westbond (hình 3.7).
Hình 3. 7: Thiết bị hàn dây vàng 7476D – Westbond
Thiết bị cho phép hàn những chi tiết có kích thước nhỏ với độ chính xác cao.
Độ đồng đều và khả năng lặp lại trong q trình hàn có thể dễ dàng đạt được nhờ
nhau) có thể được lên chương trình và lưu trữ trong bộ nhớ. Chúng ta có thể gọi lại các chế độ này khi cần thiết.
Chíp được sử dụng trong luận văn này là loại có lớp bán dẫn loại p nằm phía dưới, tương ứng với cực “+”. Cực “+” được tiếp xúc tốt với đế tỏa nhiệt nhờ phủ
lớp keo chuyên dụng. Dây vàng kết nối với cực “-” (tương ứng với lớp bán dẫn n) có đường kính 50 µm.
Các cực “+”, “-” được kết nối điện với các chân lối ra của mơ đun laser bán dẫn. Hình 3.8 mơ tả một số hình ảnh trong quá trình hàn dây vàng.
Hình 3. 8: Một số hình ảnh trong quá trình hàn dây vàng
• Tích hợp với sợi quang lối ra:
Sau khi kết thúc quá trình hàn dây, mơ đun laser được tích hợp với sợi quang lối ra. Sợi quang được sử dụng trong luận văn này là loại đa mode, đường kính lõi sợi 105µm. Sợi quang có một đầu được kết nối với connector lối ra, một đầu được tích hợp với chíp laser.
Q trình tích hợp sợi quang được thực hiện theo sơ đồ mơ tả trên hình 3.9.
Hình 3. 9: Cấu hình tích hợp chíp laser bán dẫn với sợi quang
Sợi quang được đặt cố định trên bàn vi chỉnh sao cho đầu sợi quang, phía
tiếp xúc với chíp laser có thể di chuyển theo các trục x, y, z và có thể quay theo góc nghiêng. Đầu kia sợi quang được đưa đến thiết bị đo cơng suất quang.
Chíp laser Pin 1 Pin 2 Cực + Cực - Bề mặt phát xạ Thiết bị đo công suất quang Sợi quang Bàn vi chỉnh
Trong quá trình điều chỉnh sợi quang, chùm laser lối ra sẽ được tích hợp vào sợi quang nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ đồng trục quang học cũng như vị trí của sợi quang. Cơng suất quang lối ra được ghi nhận bởi thiết bị đo công suất
quang. Vị trí tích hợp tốt nhất là vị trí có cơng suất đo đạt giá trị lớn nhất. Hình 3.10 mơ tả hình ảnh thực tế trong q trình tích hợp sợi quang.
Hình 3. 10: Hình ảnh thực tế trong q trình tích hợp sợi quang
• Đóng vỏ mơ đun:
Đây là cơng đoạn cuối cùng của q trình chế tạo mơ đun laser bán dẫn 4W.
Vỏ mô đun laser bán dẫn 4W gồm 02 nửa, trong đó, nửa dưới dùng để đặt chíp laser bán dẫn, đế tỏa nhiệt và sợi quang lối ra.
Hai nửa của vỏ mô đun được hàn kín theo cơng nghệ hàn Epoxy. Một lớp
keo Epoxy chuyên dụng được phủ giữa hai nửa vỏ mô đun trước khi chúng được
gắn kết. Lớp keo sẽ liên kết hai nửa vỏ một cách chắc chắn sau 24 giờ.
3.2. Xác định thông số kỹ thuật của mô đun laser bán dẫn 4W
Chất lượng của mô đun laser bán dẫn thường được đánh giá thông qua các đường đặc trưng. Những thông số đặc trưng của một mơ đun laser bán dẫn gồm có:
• Dòng ngưỡng ITH [A]; Điện áp ngưỡng VTH [V];
• Cơng suất quang lối ra POPT [W];
• Điện áp hoạt động VOP [V]; • Bước sóng đỉnh Λ [nm];
• Độ rộng phổ Δλ [nm];
Những thông số này sẽ được xác định thông qua phép đo các đường đặc
trưng P-I, V-I và đo phổ của mô đun laser.
số này sẽ được xác định thông qua phép đo các đường đặc
trưng P-I, V-I và đo phổ của mô đun laser.
3.2.1. Xác định đường đặc trưng P-I 3.2.1. Xác định đường đặc trưng P-I 3.2.1. Xác định đường đặc trưng P-I
Công suất phát của laser bán dẫn phụ thuộc vào dòng điện chạy qua chuyển tiếp pn. Khi dòng bơm cịn thấp, laser phát xạ tự phát. Cơng suất phát xạ tăng chậm theo dòng điện và ở mức thấp. Khi tăng dòng bơm, nồng độ hạt tải sẽ tăng lên. Khi dòng bơm đạt ngưỡng Ith, nồng độ hạt tải sẽ vượt một ngưỡng nào đó và dao động laser bắt đầu xuất hiện, laser phát xạ ánh sáng với cường độ mạnh, tuyến tính theo
chiều tăng của dòng điện. Như vậy, nếu xác định được đường đặc trưng P-I mô tả
mối liên hệ giữa công suất quang lối ra và dịng bơm, chúng ta có thể xác định được dịng ngưỡng.
Cơng suất phát của laser bán dẫn phụ thuộc vào dòng điện chạy qua chuyển tiếp pn. Khi dòng bơm còn thấp, laser phát xạ tự phát. Công suất phát xạ tăng chậm theo dòng điện và ở mức thấp. Khi tăng dòng bơm, nồng độ hạt tải sẽ tăng lên. Khi dòng bơm đạt ngưỡng Ith, nồng độ hạt tải sẽ vượt một ngưỡng nào đó và dao động laser bắt đầu xuất hiện, laser phát xạ ánh sáng với cường độ mạnh, tuyến tính theo
chiều tăng của dịng điện. Như vậy, nếu xác định được đường đặc trưng P-I mô tả
mối liên hệ giữa công suất quang lối ra và dịng bơm, chúng ta có thể xác định được dịng ngưỡng.
Phép đo sự phụ thuộc của công suất quang lối ra vào dịng bơm được mơ tả trên hình 3.11.
Phép đo sự phụ thuộc của cơng suất quang lối ra vào dịng bơm được mơ tả trên hình 3.11.
Hình 3. 11: Hệ đo đường đặc trưng P-I của mơ đun laser bán dẫn 4W Hình 3. 11: Hệ đo đường đặc trưng P-I của mô đun laser bán dẫn 4W Hình 3. 11: Hệ đo đường đặc trưng P-I của mô đun laser bán dẫn 4W
Để xác định đường đặc trưng P-I, chúng tôi đã thay đổi dịng ni theo từng
bước 100 mA trong dải từ 0 mA đến 5,5 A. Các phép đo được thực hiện trong điều kiện phịng thí nghiệm tại nhiệt độ 250C. Tại mỗi giá trị dịng ni, phép đo được
thực hiện 03 lần. Kết quả đo được xác định là giá trị trung bình của 03 lần đo. Các kết quả đo đạc được liệt kê trong bảng 3.3.
Để xác định đường đặc trưng P-I, chúng tôi đã thay đổi dịng ni theo từng
bước 100 mA trong dải từ 0 mA đến 5,5 A. Các phép đo được thực hiện trong điều kiện phịng thí nghiệm tại nhiệt độ 250C. Tại mỗi giá trị dịng ni, phép đo được
thực hiện 03 lần. Kết quả đo được xác định là giá trị trung bình của 03 lần đo. Các kết quả đo đạc được liệt kê trong bảng 3.3.