3.1. Chế tạo mô đun laser bán dẫn 4W
3.1.2. Một số yêu cầu về công nghệ chế tạo mô đun laser bán dẫn
Một cách tổng qt, các cơng đoạn đóng gói mơ đun laser bán dẫn công suất cao gồm các bước sau: (i) Gắn chíp lên đế bằng cơng nghệ hàn chíp (die bounding);
(ii) Kết nối các điện cực của chíp laser bán dẫn bằng cơng nghệ hàn dây vàng (wire bounding); (iii) Ghép nối với sợi quang để đưa cơng suất laser ra bên ngồi; (iv) Đóng vỏ mơ đun laser bán dẫn (packaging).
• Yêu cầu trong cơng nghệ hàn chíp:
u cầu chủ yếu đối với cơng nghệ hàn chíp là khơng được tạo ra ứng suất dẫn đến phá hủy chíp và phải đảm bảo tiếp xúc nhiệt, tiếp xúc điện tốt giữa chíp và
đế. Do vậy, trước khi gắn chíp, người ta phải làm sạch tiếp giáp giữa chíp và đế.
Ngồi ra, trong q trình hàn chíp, nhiệt độ hàn phải phù hợp để khơng làm hỏng
chíp.
Hiện nay, người ta có thể hàn chíp lên đế theo hai cơng nghệ cơ bản là hàn Eutectic và hàn Epoxy, trong đó, cơng nghệ hàn Epoxy thực chất là công nghệ gắn chíp sử dụng keo Epoxy hoặc keo dán.
Theo công nghệ hàn Eutectic, thông thường người ta phủ một lớp vàng mỏng lên diện tích cần hàn trên đế. Vật liệu hàn sẽ được phủ lên đế trước khi gắn chíp. Nguồn nhiệt được cấp đến điểm hàn, làm nóng chảy vật liệu hàn.
Cơng nghệ hàn Epoxy thường được sử dụng cho các phần tử kim loại có kích thước khơng lớn. Đế được phủ một lớp keo và được cấu kết sao cho vừa tạo ra mối hàn với ứng suất bề mặt nằm trong giới hạn cho phép, vừa đảm bảo tiếp xúc điện,
tiếp xúc nhiệt tốt. Hiện nay, người ta thường sử dụng keo Epoxy siêu sạch, khơng hịa tan do giá thành hạ, sức căng cơ khí nhỏ. Vật liệu sạch được chế tạo từ những vật liệu có chứa ít ion hydro, đặc biệt là clo, natri và amoni. Vật liệu sạch cho phép giảm thiểu hiện tượng ơ xy hóa do hơi nước gây ra.
Trong luận văn này, chúng tơi sử dụng cơng nghệ hàn Epoxy.
• u cầu trong công nghệ hàn dây vàng:
Yêu cầu chủ yếu trong công nghệ hàn dây vàng là vừa phải đảm bảo mối hàn chắc chắn, vừa phải đảm bảo các dây vàng khơng bị dính, chạm, chập với nhau và
Hiện nay, người ta thường tiến hành công việc hàn dây vàng theo ba phương pháp gồm phương pháp ép nhiệt, phương pháp hàn nhiệt – siêu âm và phương pháp hàn siêu âm.
Phương pháp ép nhiệt được thực hiện nhờ sử dụng nhiệt và lực ép để làm biến dạng kim loại, qua đó, tạo thành mối hàn. Tham số chính của phương pháp này là thời gian, nhiệt độ và lực hàn. Phương pháp này được thực hiện theo nguyên lý
nung chảy khuếch tán (vùng khuếch tán được hình thành theo dạng hàm số mũ của nhiệt độ). Thông thường phương pháp ép nhiệt yêu cầu nhiệt độ cao (thường trên
300°C) và thời gian dài nên phương pháp này có thể làm hỏng những linh kiện có
độ nhạy cao. Hơn nữa, phương pháp này không hiệu quả khi bề mặt hàn bị bẩn. Do
vậy, hiện nay, phương pháp này ít được sử dụng [13].
Phương pháp hàn nhiệt – siêu âm được thực hiện nhờ sử dụng nguồn nhiệt, lực hàn và năng lượng siêu âm để hàn. Nhiệt độ được cung cấp khi đặt mô đun trên bếp nhiệt. Một số thiết bị hàn dây cịn có bộ phận tạo nhiệt, nhờ đó, cải thiện chất
lượng mối hàn. Lực hàn được tạo ra nhờ ép đầu hàn vào dây vàng, tới vùng tiếp xúc trên bề mặt đế. Năng lượng siêu âm được đưa tới đầu hàn trong khi chúng tiếp xúc với dây vàng. Phương pháp hàn nhiệt – siêu âm thường được sử dụng để hàn dây
hoặc dải băng phủ vàng [16].
Phương pháp hàn siêu âm được thực hiện tại nhiệt độ phòng và là sự kết hợp giữa lực hàn và năng lượng siêu âm. Áp lực được sử dụng trong phương pháp hàn siêu âm. Phương pháp này thường được sử dụng để hàn dây vàng, dây nhôm trên
các bề mặt hàn phủ vàng, nhôm. Phương pháp này chiếm ưu thế trong cơng nghệ hàn dây nhơm kích thước lớn để đóng gói các mơ đun điện tử cơng suất cao [16].
Trong khuôn khổ luận văn, chúng tôi đã sử dụng phương pháp hàn nhiệt – siêu âm.