TO封装半导体激光器结构设计
TO 装半导封体激器结光设构
计要
摘OT封装技术 ,其实就指是Tra snstiroO utiln e者或Throug -holhe 装封术, 技就也是封闭全封式技装。术现是在应在用中比较上用的常微子电件的器封 方装。式O 封装T相对于其的他的装技术,他的封处在长在于寄于生数参较小比, 且成而很低本工,艺相也对说简单,使来用来更起的灵活加方,便所以这种封 装经常器用于低频率下 LD以,还 有LED 以光接收器及件和件的组装。封而且其 内部容很量小只,四根引线有是不,安装能半导体冷致的。器 些这年,随来激着 光器阈值降的,对于许多低的似迎类,例用如距短通离以及背信板间的连之接以, 冷致 O 封装激T光器得了获其及全面应用。的 封在成装本上拥着有极大势优 由于的 TO封装 ,以及们对人装技封的术量大究,研TO 装激封器的速率已经高光 达1G0/sb近年来,速 高T 形O封式激装光器越越来到受人的青们睐。在 OT 装封导半体光器激中，采用 高导热率渡过热沉与沉热组合结构的，可有 增强效 O 封T半装导激体光的散热特器，性 尤是其用双 采沉结构，热 可 将激更器光芯工作产生片热量的过通N和 P边边时同导基向座 进而，更为有效 地增 强O T装封半的体导光器激的热散能力大，幅度地去降激光器有源低的区 节温，量尽小激减器光热阻的从而延，半长导体光激器的用寿使命。
关词键TO ：封装， 半体激导器 光光电子，件
T器heS rutctur Designe of TO Pakcaigng tehS mecoidnutcr LaoesrABST
RCA
TOTp ckaagin gechnolotg,yis re fers O Tteh raTnissor Ottliun er ohTroghu ole hnceapsuatlon itechnoogyl w,ich ish fulylenc osedlp acagink tgechonloyg. s nowI i nhtea plicpaitnoof mi rocleectrnoi decivescth taar ewdileyuse dint e hpakcaging T. Oecanspuatle he retalite vO otThrep ckagaig nechtnlogyo hi,
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天
理工津大学2 105 届科本毕设业计说书
明
tsregnt ish tha tilse in teh paarisictpa rmaetes arres mal,l nda hte cstois lw, otcenhoogl iy srelatvely simile, pus riesem ore cnvonienet so,this w aprpr ise ofetn seduf r oow lfreqenucy undr the eD, Lnda els dna dtheligh t ecerviign dviec eand cmpoonet nnceapsualitno. And ti siternanl caapict iy vsry smaell ,ony folrulead ,cnat 'b eistnlladese imoncuctdr orerfgiearor.t verO he yteas,r iwht he retuctidn of oalsreth rsheldof rom ny asiilarm appliacitnso ,usch as th seorh dittansecc momuicaniotnand the connctieo benteen the backw, witho u tocoiln Tg Onecpaslaue latsr aedn tsi comprehnesvei pplaiaciton H.as greaat avantdae in gpakagcni gcotssd euTO pack aigng,as elw as alnumb e rfos utdie so efncpaslauitnot ehnolcog peyolp, Te eOcnapslaue lates rate isras h ihg a 1s0gb/s, ni erectn eaysr igh hpesd eT foOrm encloedslas e rorm eand ormeg et ht feavuo of preopl. Ie Tn Onceaspluat eemicsonudctorlas es, rtarsitnonia leah tins kiwth hghihe atc odnctuviti aynd hat siekn cmbinaoiotn st
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理大学工20 15届 本毕业科设计说书
明
目
第一录章发 状况及展义.....意.........................................................................................................................
1.11 件器封设装计重的性..要.......................................................................................................................2 1.. 半2导体激光..器..........................................................................................................................................6 13.封 技术装................................................................................................................................ .71 4 .国中装封术与技外封国装技术比较的.................................................................................8 .15半导 封体装技术.................................................................................................................... 9. .511 半导.封装....体...............................................................................................................9 .152 CPU 封...装................................................................................................................. 1.0 .1.5 封3时装要考主的虑因素............................................................................................1 01. 6研 究义.意..............................................................................................................................11
第 二 章理论研...究.........................................................................................................................................1 1
21 常用.数参............................................................................................................................... 1 2.2 1要主研究的象及功能对...................................................................................................... 12 2..3背景技 术.............................................................................................................................. .21
第三章
设 ......计........................................................................................................... 14
.1 参数3设计.............................................................................................................................. 14 .31..1 学参光
数设计............................................................................................................ .1 4.1.23电学参数设计 .............................................................................................................15 .1.33 限值极设计................................................................................................................ 1. 36. 2OT 装封半体导光激结器构设....计.....................................................................................6 132.1 组成部分.计设............................................................................................................ .71 .3.22部分组 成材设料计.................................................................................................... .713 3 .封装方法计....设.................................................................................................................. .1 3.84 OT封 半装体激光器制导作艺步骤工计..设......................................................................2.0
四章 第与同比较类级途用前景............................................................................................................2
41. 1优...点....................................................................................................................................2 14. 2用 .途..................................................................................................................................... 21
第五. 总结章与展望.......................................................................................................................................2 2参 考献...文............................................................................................................................................................23 致 .....谢..................................................................................................................................................................... 2
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天津理工
大学 205 1本科届业设毕说计书明
第章 发展一状及意况
T义 O装技术，封其 实就是 Tr指nasitso Outlrnie或 者Throgu-hole 封装h术技， 就也是封闭 全式封装术。技 现在是在用中应上比较常用的电子器微的件封装式方 T。 封O装相对于的其他 的装封技，术的他处在于长于在生寄参数较小比而且，成很本，工低艺相也对来简单，说使用 来更起的加灵方活，所以便这种装封经常用于器频低以下 率D，还有 LEL D以光接及器收件和 件组封的装。且而内其容部量小，很只有根引四线是，能不装安半导体冷器的致这些年 来。，着随光激器阈的值降低1][，对于许多类似的应用例，如短离通信距及以背之板间连接的 ，以致 冷OT封 激装器光得了获及其全的面用。应封在成本装上有着拥大优势极由于 TO的封 装以及人们，封对装
技术的大量研，T究O 封激装器光的率已经速高达 0G1bs/，近来年速 高T O形封式装光激越器越来受到们的人睐青。“封 装一”词随着集电成芯片制路造术技快的速发展而现。出半个纪世前，当晶管问世， 体及后以集成来路芯电的诞生片改，变了电微器件的子发史。由展于些这微电子元件很器小且容 碎易;同但时的高他能性和大量，优的，势所以了充为分用利导体半元器的件强功能，我大 需要们他补对、强封密大和发展，为力了预防因外力因素或为境影环响而导的致坏，破我们 要去需究研与外电路出靠安可的电全连气方接，式并且得到有地效械及机绝等缘方面的气电 护保[。]2“封”装概的正念在这种是情况下被提的的。出从狭义 概的来说念，利用技术膜和微细工的技加，术将芯片其他及的电器子件在架框 或电板上路进布置，行然粘后固定贴们以及相互连接他从，将接线而端子出引并且利，可用 性绝缘介塑质的灌固定封将整个，成集电构成路体整、立的结构的技术，就体是封。装从广 义念来讲概“，封装是”指整个型大封装的程工也就是，将基与封板体相连接固定， 从装而装配一个成整完封的装系统并，且以确保整个封装可统系综性能的工合程。而“ 狭义”“和广”的义义相对理含，就构解成整了全个面封装的概的念
。.11 件器装封计的设要重
当性下，电子讯和上通网冲浪已经为我成们活生工作和中以缺难的一部少，分人们可以通 电过邮件、子话电、视电进行等息交流信数呵传送据在，联互上网查资料和进行询他生活其方面 的事。情着随快速发的通展信术技高速光电子，件器被也大力展，发于大用量容高率速 信通的导半光体电器子主件要有激就器、光调制器光光探测器、。现等，光在子器电件的响 速应已经度为大成容量宽、光网络的带颈瓶迫，切需研究要半体导光子电件器测的试分析 法方封和方法和装装封计。设 电子器件的光主要应领域用光是通纤。信在 20世纪 90 年初期，光纤度信技术通主要的 途用仍然是话电、传等真那。时们人通信容量对技的要术并求高，不上百兆率速网的已络
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理工大学津 021 5届科毕业本设计明说
书
宽带网是了。对于这低样速率的电光器件，借助微子子器电发件展起来封的技装术，不解 决光电子难件器封的设装计题。因问此人，们研究将重主点要在放电子光片的芯制研和产上生。随着光电 器子速件率的不断高提普通的，微子电器件封的装术技就难以满早足电光器子快件速发 展的求，要于是程师工始开借鉴波微器的件装技封。术高速电光器件经子历与微了电子 常非类似发的展程：从历T 封装二
O极管蝶、形装到 封GA 封B装的集成片芯到，在现有的 光电子器件所封装形式有微都子电封装影子的。 过去很在的长一段时间里大家，遍认普为高光提电器件频率响子特性应关的键在芯于片 的设计与作，制装设计并不重封要。是正为因有电微器子的封件技装术可以用借，长以期来， 光子器电件的装封计没有受设足到够重的视。其实 ，国外就早始注重器件开的封设计装，IEE 协会有封E装面专方委员业会和报。学 件器封是装现实频高能性最的后步一也是关键，步一失。的败装设计将封导器件致件器频相高 特性应大大下，降得使芯片研制努力的白费为了。提电子元器件的高体性能整应，将器该件的 装设封也一并视为整计个件设器的一部分计，从芯刚开片始计设时的，就候应当前去提 考整个虑件器将遇到的的会封问题装。比芯片如面上丝金线引的长度并非随意，而之，它为是由 极电焊所盘的处位去置决的，焊接技定以术及接焊备决定设电着焊极盘的小，大电极盘焊 位置和大的选小应该随择着装设封计起考一虑。装设计设计的好封能充够体现出分电光芯子片的 能性，最大程度低降封装寄参生数这是，装设计追求的封最目终[3]标。
图1.1T O 封半装体导激器 光Fgi.1 1O pTcaaking tgeh semiocdnctor ulaser
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津工大学理 021 5届科毕业设本说明书
图计 .21 TO封 装导半体激光 器Fgi12.T O pcakagig ntehs emconiucdtrola ser
（a）插
式
拔
b）窗（口式
（c）带尾纤
式
1图3.T O外的连部方式接 iF1.g3 OTt he utsodi of thee oncentico
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图1 .4 激器光 igF .4 1Lsea
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图 .1 半5体导光器激Fig .15Semicondcuot rlsare
12 半.导激光器体
导体物理学的半迅速发展以及后来被，明出发的来晶体，使管多很电方面的子学科家们早 在六十就决定前发出可明利用半导的体激器光，上世纪六的年代十初，很多国的家科学小组 验实室已就经进在半行导体光器方面激研究的作工，。 尼拉古巴·索夫授，教位这来自苏3
天津理工大学 025 1届科毕业本设计明说书
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列别夫物理研捷所究的教授，理论分在析方这的面工作最是著名为的。在上 世纪６０代年，来麻省理自学院工肯林实验室两名教授，的克耶先生斯（eKys）和 e奎斯特和先生Qu（sit）在“，体器固研件究际国议会上”首次，出提了化镓砷材料所生发光的 发这射一有现趣，这次象言极大引发起了自来国美的通电气用研究验实工室师--程-哈尔士博（ all）H的兴趣开，完会议后，归以途中他的的火上车写下有数关。等到家时，哈尔先生据 已经定好了制制研导半体激光计器划，邀并其他请事同，斗数周奋获，得他计们中成划。 功期的激光早极管二是着有很有实际限多
制的，如譬只，在 能7K7低 温环境，下以秒脉 冲微工作又经历数年，，以在室温下正常工作可连续的器，才由件贝尔实室验彼圣得约飞物 堡研究所理制造来。出然一而等到 7直 0代年期中足，够可靠半导的体光器才出激。现 导半激光器体体积最小只的有粒米大。小 赖依不同于类激光种材料的所产的工生作长波 ，一从般 06 微.到米 .155微米 不等，下接由于更多来的应用需，求更短波的器件长发展的着 从来有没停下脚步过据。闻利，用三二价四素元产的的化生合物在低温环境下，甚都至以得 到越可 0.46微米 的输(如依出 靠nZSe 为工物作质半的体激导器)光，而1 0 毫瓦上以的输功出 也被波率长0. 5 0微米至 .05 微1不等的米室温续器连所件实。虽现然至今之为，业商化实现依 的旧很难困但，未来一可以大定量批生产的运于用们的生我活当。中 半导体激光最为要重的应领用就域是纤通信光一边是世界，范围的长大距离海底纤光 ，边一有则着种地区各网。络区地网则络保函速高的计算网机卫、通生网讯络、空航天航电子系统、高 清闭路视网电等络。但现在就言而，Ｃ仍是这类Ｄ件器的大最售市场。其销的他应 用包括由空间光通信、自光激指、高速打印、固体示光激泵源浦及医、应疗等用
。
图.61 半体激导光
F器ig1. 6Seimocdnutco lasrr e同结质型光器，激来源于上是世个纪十年六代期的初半导体光激类型，其器原，理利 用一是种导体材料上半所作形制的Ｐ成结Ｎ二极，在管正大向电注人流的情下，空况穴则不 断地会向Ｎ区被注人，电子而也会同时源不源地断Ｐ区注人。以向样这工作方式的载，子分 流情况布的反，在之前的转那 个NP结耗 尽内被成功实现区了因为空，的穴迁移速的没有度电 的子迁移速度么快那，这再样的情下，况有源区生了发射辐以复及合象现，从发射而会出 荧光，进而在特定来的况下发情激生光，种半这体导光器就激只能以冲形式脉工作去。
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明
质结构半导体激异光的发展，器就是导体半激器第二光阶段发的史，如，展由 2 种不同带 的半导体材隙料薄层所成组半的导体光器材激，料aAG 和 saAGlAs，是最于早现出了单 异结质构激光。而器异质单注人结型激器（SHL光D）的工作理原，其就实是利由用质结所提 供异的垒，使势得注入子，电被牢的限牢在 制Gas P A 一N 的 P结 区内，以而使进低降阀值 电流密的降度。低然虽单异质结注人型激器，光他的数的值比相于质结同激器光的值数已经，降 了低整一整数个级，但是在室温量下正常工，对于作异质单结光器来说激，旧依难以实现。 上世七十纪
年代，终 于实现以可室在下温续连作的工激器光， 那就异质结 Ga双AsGa-lAsA（砷 化——镓镓铝砷）光器激。他的生诞不的在断宽拓可用波，而段调谐能以性线宽及被也 幅度的提大。而在半高导体光激器里件面被广，泛应用的着就死是拥，有双异质结构有成、 、高熟性能、电并注人式 aAs G二极的激管器光。“如 果把薄超的膜半导体去层作为导体半激器的光激层，括而从产量生子效的话应会 有怎样，结果 ?的”随 着导体半激器光的究发研展，科家学开们思始考个这题。加之因问 为MBEMOC、V D等技术快速发展的从而，。在世纪上 08年 度产了生世界上第一个导半量体子 激阱器，光半体激导器的光各性能由此种得到大幅而的提升度此后。因为已经，熟成的 MOVDC,MEB 技术可，以出造高质量、超更精的细层薄材料，此由，能更加精良的性量阱 子激器被开光发来出而，阑电流值变得加更、输出低功率变的加更高，率频响应更的加，光好谱线 以窄及温稳定性度更高是他便的优点。半 导激体器光始开向不着同向方的发展，于在上始纪世七十年末，这代个两方向分别 是，息信型光激-器---传以信息为存在递目，以及的一另类功型率激光器---以-提光高功为存 在率的。目到受泵固浦激光器体其等他用的大应推力，高功率动导半体激，于上光世纪个九十 年代取得了突性发展破半导体，光器的激出功率显著输加增便是明证，但与此同，在时内 国样品器输件才出仅达仅到百瓦六的情下，况于对外国某国家些说来千，瓦级且并高功率的半导 激光器体早，都已经就被商品。 同化晶体极管二一，半导致激光器的基体础理原也是，材的料P N 特性，而结且两的者 外观及其类似所以，，通情常况下二极管，光激（或者激光器极二管）成为半导体激光器便 另一的个别名 。由物质于结上的构同不比，特较殊的是些物质激光，某们产他生的具体过程常用。的化学 质物砷有镓、化化镉硫磷、化铟及硫以化等锌。电束激子励光泵，以浦及注入电这三形种 式就，是他的励激方。半导式体激光器件的类，种另一角从度来，说也分可双异质结、为 质结以及单异同质这三结几种。种比较相与质结激光同器及以单质异结激器，光得出结论，会那 就他们在室是温只时是能冲脉器，而在室温件时可就可实以连现工作状态的续则，双异是质结 光激器。半 体激导光器最是用以实及要的激重器光。它小轻的积、长体时间的命寿，并且以辅 助其工可电作流与压，电仅是仅通过其及单的简入注电流样这式方来行经由。于与成集路可电 以时兼同容，此他因的一另特点便是可，以经行片集单成。且并还
可以使用高极 Hz的 率频， 进电流调制，行从得到而高调制的速光输出。因为激存这些在点优所以半导，体激光其器广
5天
津理工学大2015 届本科毕业计说设明书
泛的应
在很用多领域包，括光激通信、陀螺、光光储存激光打印、、量以测勘及雷达等测等 种多科学域与领技术面方。为了 适应 EDLF以 E及DAF 等品产的技需要，术所以大功 L率D也被 很程大的度展起 发来。时同使用以了纤 光Bagr g栅光料材作，选滤频，波进而幅改大了其输出稳定性善，同时 也极大地提高了浦效率泵半。体导光器，作激为经已发成熟展并，且进展快激光器类的型 因为快范围的，波，长单简制作的艺、工低的成本廉可、大生产量加之袖珍的体积，、巧轻的重 量长、的寿久命，快被的发速，展应于用个范各围范，已围过三百种。超而于对导半激体 器来说，G光 局域网b，旧是她最主要的技依术应用领域。半导体光器激用之广泛应，覆已 了盖整光电个子学领域，早已成的为先今光电科子领域学不不折扣的核技心术。半而导体激光器在合成孔径 达雷、戒、激警模光拟武器、激测光距、制跟踪导自动、化控、制引引燃、 爆仪检测等方面也获器了得其及广的应用泛，创开极为了阔广市的场景前。上纪世八年代， 半十导激光体器开又积始极的活于光纤跃信系通统一方面这半，体激光导甚器至可都作以光为 通纤的信示指、光源器以及，过大规模集成电通路工的来艺成形电子系统光。由于半导激体 器光的优异特点袖珍型、：效高率所以，导体激光器半发展的迹，一轨始就已开注经定应，该 去光通和信技紧术紧的系联一在起，由此生的用途：在光通信产光互联、、光变、并行 换光系波以统光信息处理及光和储，存甚计至算机部外备设光合等方面都有的重用要。所以 说途，导体激半器的光生产，有效极地推动光电子技术革命了发展的，直今天到，通光领信 中域展发最的、快最重为的激要光光纤通信光源的，仍然是导体半光激器半导。激光体器和低 耗的损纤光联的合，光纤通信这在领域一，生了产其及重的大影，并加响快了它发展的所。以 以说可若，无半体激光导器，就的无当世界的今光信通
。.13 装封术
“封技装一”随词着集成路电片芯制技术造快的发速而展现出半个世纪。前，晶当体管问， 世以后来集及成电路芯片的诞生，变改了微电器件的子发史展由于。这微些电元器子很件小 且容易;但碎同他的高性时能和大量，的势优所以，了为充利用分半体元器导的件强功能，大 们需我要他对强补、密和大力发封，为展预了防为因力因外或环素境影而导响致的坏，我们破
需要去究研与出电外可靠路安全的电连接方式，气且得到并有地效机及绝械等方缘面电气 保护的“封装”。的念概正在这种是情下况提出的的。 被从狭义概念来说的，利膜用术和微细技加的技术工将，片及芯其他电的器子在框件架或电路板上进 布行置然后，粘固贴定们以及相互他连接从而将，线接子引出端，并利用可且塑 性缘介绝的质灌固定，将封整个成集路构电整体的成立体、构结的技，术是封装。就从 广概念来义讲“，封装”指是个整大型的装工封，也就是将基板与封装程相连接固体定 从而装配，成个一整的封装完统，系且并以可确保整个装封系统合性综能的程。工 “狭而”义和广“义的含”相义理对，解构就成了个全面整的装封概念。的
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津理天大工 学012 届5本科业毕计设说明书
所谓“的封装术技”其，实一是利用用陶瓷材料或绝种塑料缘，集成电路将中的电元子 件打的包术技。们以我 CPU为 例，们我在生活中到的ｃｐｕ的看积以体及观外并，实不是其 真的 正CU 样P，而是经子陶过瓷料或者材缘塑绝料封后的装高级一品。对产于 PCU芯 等电 片元件子讲，封装技来封装术必须的，也相是的紧要。当为防空止气中水蒸以气及他其杂的 质对片芯电进行破坏路的腐性，而蚀成电造子件性能的下元，降们必须我将隔其离来起同。， 经过时装封后的芯，片相比较不装的封片来芯，要更说加便于的装与运输安。而且封技术的装 优劣，不单单影响会芯片到件自元性身能的发，甚挥至还影响与之相连会接的电子器的设 件和计制，造以它所的要重度程，想而知。可半导 集成电体芯路片封装，的象形的，说以是可他穿给一了个壳，外个这壳使得外封 装的电被元件子更加方的安放便密、、保封、和护定固及对以热导能性增强的，时封同还是 一座桥装，一座连梁接芯片内器件部外和部路芯电上的片接的点桥，梁线的作导用被是连到 接装封器外件壳的脚，经过印刷电引板，路引脚又与他其导线与他其的子器电件立建了系。关所以， 相于对很的多集电成路产来说，品装技封都是术其极要重的环。 一现我们在所用常规的采 CP U装，是 CP封U 部内被有绝缘果的效料材塑或者陶料瓷料 材封装起来所用，以 CPU的密封，以 及芯片电热能性的高提。而伴随着当处今理芯片器越来 高越的频内越，来强大的越能，功来越多越引数脚被，封器装的件形态也随之断不的在变。 改封的主要装作有：用 1(物)理护保。 为避空气免中杂的和水质气蒸芯片电对进路腐行性破蚀，坏从而造电子元件成电性气能 的下降电，元件的子装封必不，少可保护芯。片连引线等接使比，
较脆弱易坏的芯损片元件避 免外受力的损害以，及外环境部影响，封的，装必可不；同样少利，用封装技使术芯和 框片架及以套配板的基膨热胀系相匹配，数由也可缓此因为外解部境（如温环差）变化过的 而大产的生面张力表，及由于芯片以身工作自放能释而量产的张生，力此由以很可大度程防 的芯止的损坏。片同由时散于热要的，封装求然是越薄当越（并好所有非况情下封越薄越装， 此处好散为需热，要并非任何情况，例指从如片芯的护保方来讲面封装，一点，能起厚更好 的到护作保）用 ， 芯当产生的功耗>2片 时W，我们 可以用在利封上增装加热片散 （者或热沉） 片 ，增强来电元子件散热的冷却（）能；功反相，处当于5～1OW 情况时 ，有要去采取必制强冷 的措施。却( 2)气电接连。 装的封寸尺整功调能可以，通过片的引线芯距间来，调整实际所需要到板的基大以及小两者 的间间，距此更加由便操方。作器件封的在这装面里到起巨大变的化用：那就是由困 作难到易容、由微小到庞大、由繁复易简到，洁进而降可工程低操作费用和的料费用，材高 提程工作工效率及器以的件可性靠，尤通过实现布其长度线还阻抗有配，尽量地去降比连低接电 、阻感和电寄生电来阻证高效保信的号波以形传及速度。输( )3标准格规化。指封 的形态装大、、引小脚数的、引量长度线、件器间的距等有，着严格统一标准，的7
天津
工大理 学021 届本科5毕业计说设明书
这
一来样电，器件便于子工加同，时和刷印路板相电互配也更合加默契现在，相，关域企 领业位的生单产备，生产线设都具产有品用通性。于封对客装户、半导制体业造、电板路造制 业来企说，给予了很程度大方便，并的且便于准化标。一另方面，芯裸片的实以及装倒装 目前就来看，还具备不这方的优势。因为组面装技的好术坏，仅不影响仅到芯自身性能片的发挥， 同时影也其所连响的接路电的板设计、生产和制，造所以对相很于的集多电路成子产 电来品说，件元组装，都的极是关为键的个一骤。
步.4 1国封装中术与外国技封装术的技比较
当前，中国封装技术人才度短缺极，缺制少式改善工具程的训，还有正培业规务培训经 及方费法缺的。乏我的们装封备设相于对外技国术太过落后，封材料以装及整封装个业链产都比不了人 家所生产，产的也存品在质量稳定的不问题对我。来说们，装封技术发研能的力不 足，生产工艺序程设的计不全周，操作性可能糟，执行能糕力很弱我们缺少对。封装备设 经维行护养保意识的与能，力经有的设备验维修程师工很，少且可以经并行封装实的
验设备 齐不全封装测，试及效失分的析能不够。 现力在国封装企业内极个别除业外企剩下，的业企普遍模比较小，从规事端末尾产低生品产 居的，多可续持展发能差力极，度乏向更缺高档向方展发技术的和资。同时金也少缺缺 流程乏合整持、改续、精细管善和团队精神理，是缺更现代少企化管业的制度和理理。 但是，近几念国年封内测装试发展业速度同的也成为亮时。点在零二三年，零我国 C I封 装试企业测实现了高达４２亿６销的售入收，同比前一增长百年之二分三点三，也就十说是百分 之十七的 C I业链销售产收已被收入囊中入，成高新为技术济的新亮点，经为成个整微电 行子强业有力的马黑。能产的迅速上提升，大极足满了阔市广的需场求譬如长，科电技份股、 靠安等公，司在这一年都企业产的销售量上取得了优，的成异绩。二零 零年四整的个封装相行业，他的关发任展处于然种高速的一状。经态过对资料调的查与 析分们我以看可出很，多的装相封关企业业企，量大地现，他涌们机勃勃生对，封装行 充满业信心当前，我国已。经有一八般多家半导体十装测试的企业封主要，集在我国中海 沿经发展强济地区。早在十的前，我年已经国领了三占之一的全分球封领域装场市，当时就有报 告，称虽目前的然国封装器中市场，件仍是日企为代以表的外厂国商力实为最盛，但强 是内相国关商厂正速的快展也发同不样容小，正在全力迎头觑赶。其上中长电科技，作，为 国半我体封导装行中业一唯一家的市上业， 更是首次企入进封市装场前五十大应供商名列之。 中二零零年三国我内封装器市场件的是规更达 7模.55亿 ，元比去年增长同超过7 %0，当之无 是愧成长快的企最。业外，比另中外如合企业资南通士通富司公、盛安司、公三电子公星、 无锡华司润、天华水公司天、萨瑞州公苏司等未来市在场有都长足的发展了而据我。推测，封 装半体导行业在，未来三年中之仍然，在中会国在整，半导个产业链体之，中继续占据着 主导着地位，是这资投向外国中快速转时移最优先考虑，同的也是最与时际先国高进技术平
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水
天津工大学理 205 届本1毕科设业计明说书
轨，接且并是整半导体个业产链最中规具和模容最发易的一个行展业。现如今， 世界正在迎来全个一电以计子算机件为器的主子信电息技时代，术以，所着 它的随发，展我将们来越要越求子电产具品新能有高功、多、能靠性强、可小型、化便携以化及大 众化有普还及所要的成求低廉等本特点在。这情种况下必，然要去将求的微来电子装 封技要术越来越好越、来轻、越越来越薄、封
装密更大度、更强的性电能，更可的安靠全性， 高更性价的。比
1.5
导半封体装术
技.5.11 半导封体
半导体装光器激封的技装术，发展与演而来变于分源器件封立装技术但又，尽不相同。一般 况情下管，都是芯封被在封装体以分立内子电器的件最明特征显这，封装种号几保护的了 管，同芯保证时了完成电互连的成功气性。然而导体激光半的器装封作用，的则是了为证保 出电输信号的成完，以对及芯正管常工作保的证由，于既有电参数学的术技要求，有又学 光参数的术技要求所，我们以有没办法简粗单鲁的将分立器的封件装术及工技直接用艺于半导体 激器光封的身上装 对。于半体导器件封装形式的按，装的外封观不、尺同寸不同结、分类不构等可以同其将分为三 ：即引脚类插型封装入形、式面贴表型装装封式以形及级封装高式。随形着术技指 一代标代的先发展进我，经们了历 DIP，先再 OP，后S QF，P 次GPA，其 BG次，A再到CS P最终到现在的 S I。P总言而之半，导封体装的展，发经历三了次大巨的技革术新 ：第一是在次十世二八纪十代，年们我经了从历脚引入式插装技封发展到术面表片贴装封技术的 程历，这极地促大了印进电路板刷的上器件装密组；度 二次第在是二十纪九世十年代，为改了了半善导体器的件能性，研科员研人出究型球矩 封装阵术技这，技项极大术地足满高效了率的装市场封 第；次革新，就三是在现，们我为将封了面积装可能尽减到的最，小从发展出而的极高 度的精片芯封级技术装系与封统技装术。等 所的谓封“装技”，其实术是种一用利用瓷陶料材或绝塑缘料将集，成电路的中电元子件 打包技的术。同封时还是一装桥梁，一座连接芯座内部器件和外片部电路芯上的片点的桥接梁 导线，作的用是被接到连装封器件外的引壳，脚过印刷经电板路，引又脚其与他导线与其他的电 子件建器立关系了所。，相对于以很多集成电路产品来的说，封装术都技是极其要 的一环重随；着术指技一标代的代先进展发我，们历了经 先DIP，再 SO，P后 QPF次 PGA， ，次 BG其， 再A CSP 最到到终在的现 ISP；随 着片芯的面和封装面积积比之越来越接于近致一， 他适的的频率用也越来越广泛，他耐的温性也越能来强越，大来越越多得引脚，数来越越 小脚引距间，越来小越的重，量渐逐提高的可靠性更加方，的使用方法便等。
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天津理
工学大20 51 本科届业设计毕明说书
1.5.
2C UP 封
装O T封属于装 PUC 封装若，要了解 TO 装，封先了需 CPU解 封。装所谓 的封装“技术”其，是一种实用利用瓷陶材料绝或塑料，缘集将成电中路的电子件元打 的包技
术。们以我 CU 为P，例我在们生活中到的ｃ看ｐｕ体积以的外及观，并其实是真 不正 的PCU样 子，而 C是P U电元子经件过缘绝瓷材陶料或绝塑缘材料料装封的产后物为。防 止气空水蒸气中以其他的杂质及对片电芯进路破行坏的腐性， 蚀而成造子元电件能的下降性 ，们必我将其隔须离起来。时同经过封，后的芯装片，比相不封装的较片来说芯，更加的便 于安装要运与输而。封装技且的优术，劣不单单会响影到芯元片自件性能身发挥，的甚还至 会影响与相连接之电的子器件的设计和制造，所它的以要重程，度想而知可。
1.5.3
装封主时考虑的因要素1.
片芯积面封装与面之积比尽量为一以，提高便封工装作率；效2. 尽量减引脚以短少减迟延，但引脚之间的是距离要尽可能远的用来保证引脚，见互 干不扰， 3.；基于器对散热件要的，求封装能薄越好 4.C越U P为作算计内机的部要组成部重，其性分的好能将会坏直影响接个计算整的整机体性 。所以能C PU 的封装对于算计机生产的环节来，说为重极要
。
1. 研究意6
义光纤信通术的高速技发不展断对光地子器电件的性提能更高出要求的，久长来以用利 电微封装技子术来封光电子器装的方件以法渐失去效用逐高性，的光能电子器的封件装技术 成为几近年国外发内展重点，目的前的装封技也术有待于进一步的高提。课题本在旨设一种计 性高的半能导激光体器块化模封结构装，包透括镜合输耦、电驱动出等（电路部不分括包 在内）以，低降声，提噪高稳定性。本计的目设的时同也在于供一种提导体半激光器TO 封装 结构， 其能有增强 效OT 装半导封激体器的光散能热， 力而从服克有现半导体的光器 T激 管座O装封形散热不足、激式光器稳性定较等差题。问
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学2 10 届本5毕科设计业明说书
第章二 论理究
2.研1 常参数
用当我们在经一个行设之前计，如 例O 封装半T体激导器，在考光虑我们眼睛能其看到的 直观最的几何参数的候，时往其他往一些事的也必须情要虑紧进去。 如考阈电流值当，我将们低的电较注入ＰＮ结的流时候只，产会生自发射，辐益随增电 流着增的而增加，加Ｎ结在Ｐ阈达值流电时会产便生激光。响阈值影几的个素：因 1（）晶的体杂浓度掺越大，阈越小值 （。）谐2腔的损振耗比小较，们如我果去大增射率反阈，值就。 低3）由（于半导材料体的结，型质半异导激体光的器阈结值流的大电，小远要低远于质结。同（4）温度越 的话高，阈值越高就 在。考虑阀完值电之流后，们我还去得考虑导半体激光中的激器光方性，向为因导半体激光 器较短的小振谐,腔差劲的较激光方
向性特等点,在 NP 的垂结直平面,内散发最大角时达 二十可度到十度;在三 P N结水的面平约内十度为左。因为右种各工中作产的的生耗，损前目所 的双异有结质件量器效子率在室，时最高温只百有分之，十且并有在低只环温下境可以才达 到百分三十到百之之分四。 而十同样，在一个的光的学子元件之中，电必须不能去不提前解并了去考的虑东，西还有 谱光宽度因为，导体材半拥有料其极殊的电特结子，受构复激辐合射生在发能带之间所， 激以线光宽比宽，较而 Gas 激光器，由A室温于谱下宽度约为几线米纳所，可见其单色以性较差。 所我以们了能够为方便光的观激以察及出输，aAG 激s器光也一个是很错的不选。择 一在般言而普通半导，激光体器工温度作常是低于常室温，1的0摄氏度至 2 0氏度摄 左，但右电是子器件元在工条件下作，于由产其生功耗的产生会热量从，掉地 而TO封 半装导 体光激器寄生参的数大增这是非常不，的好因，就为整个统系讲来，们我所需的要寄参生 数当然是越低好越一，个半导体激光器度太温高会使得稳，定性低降对，个整电板路系统都会 产生损。害所，以于对温度考虑的是，这半个导体激器光计完设成最为核心的东[20西]我。 们以公式下（.2）来研1这究个数参。
I
h It0 e pxTT0
T0LD—的 特温度，与电子征器的件结构还有料材等有。对关于Ga A/GsALas-LAD 0T=0011~5K；InGaAs0/PnIPL-DT0=4 0~7K。
0（
2.1）
这在其，I中ht—度温 T 时的为值阈流，电I 0表了代个一常数T 是指，结的区绝对温度
在
知大概的得度系数温之，后我们可就以去考对虑完于它成各部个件组成的，以该组及件所 用材的料常，来讲规为了达，适到合的导性电光和的透性导半，体导激光材料器要选 取主-Ⅲ族Ⅴ化合物（二元、元或四元），三多为直接带隙大料，材光器发的覆件波长盖范从围
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工大 201学5届 本科业设计说毕书
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4μ. 到 m10μm。 aAGlA/GsaAs是应用最 通普双异的结质材；与料 InP 衬匹底配 的aIGnsAP四 合金用元 于.13μ1m和 1.55 μm 光电子器最广件。 泛常见的材参料数为禁带宽度：、晶格常数相、介电对常数。于由过太杂以及所复知学 的识局限，此部性分仅提一下仅并不，深做研刻。究该设计涉 及范围的有半：体激光导的器装技术，封其尤涉及半导激体器 光O 封装结构 及方法T，于适G asA基、InP 基、 aNG 基 Z和n 基O半体激光导器的 T 封装O设计。整个 半体激光导的几器何结，构从热沉双这一点特，可以说涉及了，微子电温领控域。
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2 .要主的究对研象及功
除了上面我能所看们见的一些普通数，另参一有些数参是，在我设计当的中，有可能
会完 或者部分用全到的需考要的东西虑，也需提要研前。究例 如，载体了导热除功外能还需，在面表上作电路结构制。而金功能丝与是外电部进路 电连接行，为低电降，越感越短好。传 线输比金相具有反射小丝、损耗和可靠低性高的势优用，封于装中较长离距的连接电， 壳管内和部部过外渡部同分样一段是输传线接连 。匹电配路是对针定特芯的性能进行片活设计灵，的多重方案有 。置网络的偏心核件部电是器，为感激器芯光片提供流偏置，隔绝直部外频高噪的进声 入和部内流信交号外泄。的
2.3 景背技
半术体激光导由于器作制单简，巧的轻体与积量，长时间的重作工寿命高效，效率等率，在 光信通、光泵浦、光 储存激和光示等领域得显广到应泛。用目而前导半体激器的光出功 率输偏小 ，制限了半导 体激器的光应用， 此， 因界业一直力致提于半高体激导器光输出功的率 目。大功率前 导体激半器光临的面主问要题大电是流注入下光激器温太高， 导度致半体导光 激器退化严 重的，重影响了半导体激严器的光定稳和工作性寿命因。此，何如效地有激光把 中的器热传量导 出去为了成半导体光器激封中装的技术点。难 前的半导目体激光器， 一般用采就的用 TO 管利进座封行， 传装的 统OT 座管 ，管壳由 ，舌，管管 组脚。管成舌的形一般为状棱柱六通常设在，管壳的上面，舌管上粘结芯片，管 在上封舌封装。帽这 封装形式种能只通 过O 管舌把T光激器片中芯的量导向热 TO 座管散，热 效非果有常限，因，此 一公司些开始采激用光器倒封装的装式形改来激光善的器热，散但 就算使用倒装的是式，激光器形的热量仍中没有办然法很的导好，出光器芯片激的温度还中是 较，这就影响了激光高器稳定性和的命。 在寿般一而，普言半通导体激器工光作度常常温是低于室温，1的0 氏度至摄 02 摄氏度左1
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津理工学大20 1 届5本科毕业计说设明
书，右是电子但器件元工在作条下，由于件产其的生耗功产会热量生，从而地 掉T 封O装导半 体光器激生寄数的参大增，这非是不常好，的因就为个整系来讲统我们所需要的，寄生参数当然是 低越好，越个一半导体激器温度光太，会使高稳定性降低得对整个电路板，统系都会 生损害。产参考在大了量文献之的后，我计设这出 T种O 装半导体封激器光的构，采结用 高导热率过热沉与热渡沉合组的构结 尤，是采其用双沉结热构， 可效增强有 T 封O装半的导体 激光器的 热能力，大幅散地低降激光器源区有的节温，减激光小的热阻器，长延导半激光体 的器寿命有效。增强TO 封 半导体装激光器的散能力热，
从而克现有的半服导体激器 TO 管光座装封式形热不散、足光器稳定激较性等差问题
。31
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理津工大学 015 届2本毕科业设计明书
第说三章 计
设
.31参 设计数
3.11 .学光数
参 3.1 表学参光数Tab e l3. Op1tcai plaramtees
连续r输出率功 P 中o心波长λc 光 谱度宽 λ Δ发区光积 波面温长度系数 束光发角散θ ×θ∥⊥ 英石透直镜 透镜径射折率 柱状凸透焦距
镜0208 0 8± 5≤3 30×1 .304 ×010 2001. 16水平 3191；垂∞
直
Wm mn mnµ mnm / d℃ge μ
mmμ
对
于表3 .，其1中的光参学数，没有时间在经大行量实验的情的下，我况借部们分祝宁 华的老师《电子光器微波封装件测和》试书一以，海特及司公 TO56 导体激半器的参光数然 后，部由分参数去到适得合这间 TO 于装封导半激体光器的光参学，数这在中其，续连输出功 Po率为 002mW，心中长波c 为λ8 80 ±5 n，m光宽度Δλ≤ 3nm，谱这几参数是个现在最用半 常体导光激器光的参学数我在此，并，不擅自敢去计新的设数参来，因出这几个参为应数是 该今的，现当有最的适合的参数数据我；的设计之，中使的用镜，透是以英石为料的柱状凸材透 镜，由整于 个O T导半激体光器的 O T座底设被为计5 6m.m，是故，我将其径设直计相为 等小大TO 底座 件下条其他，同等产品所用的使2 0μm0 的标准规格系数;石而体柱英透镜 的折射状率也是不，会变改的1 .1。6由状透柱焦距 f镜与 径半r 之间 关的，系以成及原像理当中，物距 距以及相焦距关系的，们我来计透镜的算平与垂直水距焦在这里。，欢喜偷的我懒 用使了为方便的最一假设中件，该条条即件为半导激光器的发光体面透镜与的点焦合这重 一假情况，在设此设条假之中件l=f，，l=’。也∞就是说，我经已是定确了柱凸透镜状焦的距垂 焦直为距无穷，而大水平焦距，要是理只安激光器到论口的距离窗在，我看们来就是，表 代了水平焦距。一从方法个计设来，说实确是些投有取巧的意机味，但是，论投机不投机无，得 到了巧””我，得，仍觉然可是的。以
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明3..21 电参数学
3.表 电学2数 参Tbael.23 Elcetircl aapamrteers
斜
效率率 Es 值阈流 It电 工作电h I流 工作o电压 fV串 电联 Rd阻
0≥9. ≤50 .80≤ .08 22 ≤≤1.5
W/
AA AV Ω
对于
其的中电学参数学由表 ，31 .所，示没在时间经有行量大的实的验况情下，们我借 部分祝宁华的老《师光电子件器微波封和测装试》书，一以海及公特司T O6 5导体激光器 的参半，数后然部由参分去得到适合数于这间 T O装封导半体光激的电器参学数如阈，值电流， 我当们将较的低流电入注Ｎ结Ｐ时候，只的产会自发辐生射，益增着电随
流的增而增加加， Ｐ结Ｎ达阈值电流时在会便生激光产晶体的掺杂。浓度大越，值越小阈谐振腔的。损比较耗 小，们我如去果大反射率，阈增值低就。由半于导体料材结的，型质半导异激光体器结的 阈电流值的小，远大远要于同质结。低温越高的度话阈，值越就。高由一系的列论与证有已 的验实数，据们得出我上表示所的值阈流。电斜而率率，我效则借们一下用特公司的 海O56 参T，他们数应是该会不对反的。现，由图在3 . 2示所 TO 的封装导体激半器光效等路电图， O 封装激光T器组件的效电等路模型图如3.2 所 ,上示里面图，我用两个感 电L,1 L与2 两和个电容 1C, 2C 来描述 OT 引线座形成的不续性及连传线输。 P电型到极地极电金的,由 丝L5和 R5 分取表示别两根，来用连地的接金丝以从及载上体与 型电极相连P的极到,电们我将其所 产生寄的生参数，被统的并入 L5统 和R 5中 。C1 C2 与两者别分表代着TO 座引线这间和的的容；电OT 座引电感我线 用1 和 L2L 来显示 ，；L 、3R 3分代别表连着接体上载电的极金以丝 T及O座 线引电感和的阻；电C、R44则是载体 上电和极 OT底座的地 平之面间电容和的阻电L5、R， 为5接连体载电极和激光器上 芯上片电的金丝的极感和电电；Cc阻R、 为激c光器芯的寄片生电容电和。由此阻，们我可 以用阈利电值流及常用以子电件的器数，参计算去出其在常工正时的电作流，压电及以串在联电 路中电的阻整个。计算，所的用欧到姆定律等简的基础单东西，但就这是基些的公础式，却 方便的，很产品没在有正生式前就产及以出得作时工的数参可。以出得论结利用这个 ，O 封装T半导激体器光的设， 计们能我实现室温够连输出功率续 20mW0、 30m0、W 50mW、0 1.W0。产 适品于用体激固光泵器浦、源医、学目指示、空标间光通等信用领域。
应1
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学2015届本 科毕设业计明说
书3.1.
3限极
表 值3.3 极限值设 T计blae.3 L3iim vtaue
l向反压电 rV 工作度温T 存储温度o Tsg
t
.201 0～3 040～-5
V ℃ 8℃
用已利知的光学电数，在没参有时间行大量的实验经的况情下我们借，部的分宁华老 祝师《电光器件子波微封和装试》一测书以及，海特司公T O65半导 体光器的激数，然参由 后部分数去得参到适于合这 间OT 封半导体激装器的光电学参数，求证出去的阈值电流他光和的 移量偏，此去计由算在什么的温度样适，工作，合什么样的度，温可经以行储存。以上 数便是这据样推出导的来。
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2 .O 封装半导T激光体结构设器
设计一计种T 封装半O导激体光器构结方及。法封装该构包结半括体激导器芯片光该芯 ，片至少的一面经侧少一至渡热过沉至少与
一热固沉连定，接且芯片该、过渡沉热热和均沉 固定管座在，上并封被于由该装座管一封和帽围合成的形封腔闭中体。
3图1.TO 封装导体激半器 Fi光g3. 1T Op akagicngth eesicmoducntor lsare16
津天工大理学2 10 5本届科毕业设说明书计
3..2 组1成分部设
计图
3. 2T O装激光器结封构计及等效电设路模 型iF 3g.2 T enOcpaslauett h lesarest ucrtur edesgi nna dhet eqivualnte crciutim dole
O T装激光器封组件等效的路电型如模图3 2.所 ,示上里图面我用两个，电 L1,感 与L 和 2个电两 C1容, C2 描来 述OT 座引线形的不成续性及连输传。 线 型P极电到地电的极金,丝 由L 和 5R 分5取别示表，根两来连用地接的丝金以及载从上体 与 P电型相极的电极到,我们将其 所连产的生寄生数被参统，统的并入 5L和 5R 。 中C 与1 2C 两者别代表着 分OT 座和线这引间的的电容；O T座引线电感我用L 1和L 2 显来，；示 3、LR 3分代别表连着载接上体极的金丝电以 T及O座 引线的感和电阻电C4；R、 4是载则体电极和上 T 底O座地的平之间面电的容电阻，和5LR、 为5连接体载电上极激光器和 芯片上极的金电的电感和电阻；Cc、丝R 为激光器芯c片寄的生电和电容阻。
3.2
. 2部分成材料设计组Al
O2 陶3此 TO 封半导装激体器光，材料由性特和参，过数渡沉热少至自 选Al 陶瓷N 瓷、、石墨、烯纳米管碳A、l-NC-AlNu 混热沉、合金刚石BN、 和 iS 中C任意一种的从。 料材价值的和便方购程采度讲来我，选了石墨烯择 。现大今部分半导体光激器，热所沉用部分材大料为C u ，此处依块使然用。使用 焊的料少至自金 选- 、锡铟、银、铜浆- 、银锌 铜-、锡 银-- 铜、锡 - 铅、 金- 镉和锡银钎的任 中意种一实由验材料所室定决。 O 管壳材T为料锈钢，不样可这使得以整器个寿命增加，件保护力加强能17
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对于
镜，透老在的建师下议，使用我英材料石柱的镜，透折率 射.11.6
.3 封3方法设装
利用计这种TO 封装半 导激光体器构，我模拟结其在经行装封过程的。其中数为字图3 .,3图 34,图.3 5 .各中元器件。 个首先 ，们我采用金焊锡料 将aNG 基导体激半光器片 芯 焊1接在上下表面金镀 的ANl过 渡 沉 热2上 焊，接温度为 13℃，焊接0时间 12为，s接焊所中加力压 为02g0 接下；，准备来 成最关键生的渡热沉和热过结沉合，生产过渡沉的热构结所。我以将们采金锡用料焊 2将焊 激有光芯器 片1的 A lN过 热沉 渡2 焊在铜块接3 上， 焊 温接度 310为℃ 焊接，间为 时21s 焊接，中所压加力 30为g ；形0成热双结构以沉后，把焊激光有芯片的铜器块热沉 3通过光激 器的一面另接焊另在个一 AN 过渡l沉热4 上焊，温接度 为31
0℃，焊时间接为 1s，焊2接 中加压力所为 300 ；接g来，下过通 lNA过渡热 沉4 （3将）结构焊中在另接块一铜块热 沉 5，上接焊温为度3 01，℃ 焊接时为 1间s，焊2中接所压力加为300g 把；接有两焊块块铜热沉的 4）中结构焊接在（ O 管座T8 上焊，接度温为3 10℃焊， 时间为接 12s，接焊所中加压力为 30 0 g别；忘打线，那了也是关键的，很用线金6 将 G N a基导半体光激的器正负极分别跟 接柱线 相连 ；最7的最后后，氮在气护气保中氛上封帽封9 ； 过经述上步，骤成了 G完a 基N半体导激光器的 OT 封，装通上流电激光将， T从O 封 中心帽的璃窗口玻1 出0射这就。完成整了个的工过作。程
图 .3ＴＯ封装3导体激光半的器立体 Fig 图33 TO.p ckaaing ghe tesmcondictourl saer tesrogerma
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图
3.4ＯＴ封装半体导激光的器视图俯Fig .4 TO p3ckaainggt hese icomdnuctr oalersV rteiac vliw
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图 35. ＯＴ装半导封激光器未体封封帽的侧视时图
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g3.5iT Op cakaingg th seemcionudctrol sarestr keas 中各图件及组其附标记分别为图： （ 1）半.体导激器光片芯 （）.3沉 （5）.热沉 （7）.TO 管热座 9（）封. （帽1）.焊料1。 （2.过）渡沉 （热）4.过热渡沉（6 .金）线（ ）.接8柱线（1 ）0玻璃窗口.
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3.
4TO 封 半导装体激器制作光工步艺设骤计我所设计
的TO 装半导体封光器，激们我将它要制作出来，不复杂并。首先，将 O 封装T导体半光器激芯，片接在焊渡过热沉上，着，我们接再将有激光焊器 芯的片过热沉渡焊在接热上，这沉样就，形成一个过渡热了叠加在沉沉热上面的双“沉结 构热，正是因”这为结种，构效增有强 T O装半导封体激光的器散特热性尤，其采用是双热 沉结构 更可，将激光器片工芯作产生的热通过 量 边N P 和边同导时基座，进而向更为有 效增强地T O封装的 导体半激器光散热的力，大幅地降能激低光有源区的器温，节小激光器减的热阻 ，延长导体激光半的寿器命在关键。双的热结沉完构成，后们我经行线工打，作这 个平和电常子件元的打并没有什线不么同，只要利金用将针导体激光半的正器两级极分别负跟连 柱相线连可以了就最后的；后最在保护气氛中，封封上冒 。就是也，仅仅说只四要，我们的 步O 封T半导体激装光就器作制功成了
。
图 .63T O封装半体导激光制器作工艺步骤计 F设i 3g.6TO pacakigng th semieocnductr oalsrep odurtcio nrocesps
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四第章与同类 较级比用途景前
4. 优1点在
一般而言普通半，体激导器光工作温常度常是于室温低，的0 1摄氏至 度20 氏度摄
左右，是电但元器件在工子作件条下由，其产生的功耗于会产热量，生从而地 掉T 封装O导半体 激器寄生参光数的增大这是，非常不的，好因为就整个系统讲来，我们需所要的生参数寄 然当越是低越好一个半，导体光激器温度太高，使会得稳性定低，降整对个路板系统都会电 产生损。在参考了害大量的献之文后我，计设出这 T种O 装封导半体激器光结构，采用高 的热导率渡热沉与过沉组合的结热构 尤其，采用双热沉结构， 可是效增有 T强O 装封半的 体 激光导的散热能力，器大幅降低激地光有源器区节温，的减激光器小的阻热，延半长体激导光器的 命。寿有效强增TO 封 装半体导光激的散器能力，从热克服现而的半导有激体器 光OT管座 装封形式热散不、足光器稳定性较差等问激。 与题有技术现比相本，发明的点在于 ：在优导体半激光 器O T封装中，用采高导热率过 渡 沉热热与沉组的合构结， 有可增强效 O 封装半导T体光激器的散特性，热 尤其是采用 双热沉 构结更，可将激光芯片工作产生器热量的过通N 边 P 边同时和导向座，进基更为而效 地有强增 T O封的装导体激半光的散器热力能大，地幅降激低器光有源的节区，温小减激器 的热光阻延长，导体半光器激寿的。
4命2.用 途
品适产于卫星用信、通医学目、标示、指光激测、空间光通信距应等用领。域在现做大 概的述讲。半导体激光器在卫 星信通技中术利用比较低，发的功率射要和小的较远望镜, 可以就实现光 的由空自传输间，且获得并高极的据数传输。率光通激技术可信用轨于卫道间星相的互通 及卫星信地面站的通信。而 T与 O装半导体激光器则是在封中其不可少必的份子一成组分部。对于 目标指，示激以瞄光准例为，准瞄有具两大类: 类以一射发外红激的光化镓激光砷器为基 , 础战需士戴夜视镜才佩看能目标上清的光激斑光 以,决解间夜士兵的准射击瞄题问; 另 类激一光准瞄发射以红色激和光可见的光导半激体光器为础。基 对激光于距测现，在展起发的三来维光激描扫可仪说是测绘以界里的碑，程一快速的发 射其激光群至物体回，拨回返将接其然后收数据理处，以快速的得到可点云息，信以快最速 的得度被到测体的物信，息将测时间缩短为以前的百分绘之。一
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书第章五 总结与展望
开始做这刚个T O封 半装导体光激器结构计的时候设我是，考参了宁祝华师老《电光子 件器微封装波和测》试书一以，及海特司公TO 65半 导体光器的激参，做数出来了个一普 的激通光，属于勉强可器以，用但是，就我自计来设，没讲有么什特的特点或殊
者长，所处以 我老师的指导在，下开始从温的角度去设计控出个一的新T O 装半导封激体光器 。一般而在，言通半导普体光激工器作温度常是低于常温的，1室0摄 度氏 2至 0氏度左摄右 但是电，子元件器在工条件下，作由于其产的生功会耗产热量生从，掉地而 T 封装半导 O激光器寄生参体数的大增，是非这不好常，因为的整个系统来就，讲我们所要需的生参寄数 当是然低越好，一越个导体半光激器温度高，太会得使定性稳降，低整个电路板对统都系会 生损产害在参。了考大量文献的之后，设计出我种这 T 封O半装导激光器体的结，构用高 采热导率过热沉与渡热沉合的结组， 构其尤是采双用沉结构热 ，有效可强 增T O装封半的 导 体激光的散器热能，力大幅降低地激光有器源区节的温，减激光小器热的，阻延长半体导激 器光寿的。有效增命强T 封装半导O体光激的散器能力，从热克服现而有的导半激体光器 T 管O封装形式散热座不、足光激稳定器性较差问题等 该。构设计结可制，出造功大半导体激光率器该，设计积小体、重量，能够实现轻室温 续输连功出 率20mW030、mW、005mW0、10W。.品产适于固用体激器泵浦光、医源学目标、指 示空、光间通信应用领域等 。相随着信学技科的逐渐术高提 ，TO封装 半体激光器的导发会越来越迅展，速并更 的应 用多于们的生人当中。
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津理工学大20 51 本科届业设计说明毕书
参考文
献
[]1建国刘， 文刘清 ，庆魏农， 《环境监“技测及术其展发方向 ”，电光子术技与息》信， v o.1l4，O.2，7-1N2，2001 [2] .iKyji oeharaUa nd Hdeo Tai, i“eRmoetd eettcoinof mehtae wniht a1 6.-μm6d oid lease”,rV ol.3 ,1No. 6 PAPILD EPTIOSC8,0-914,8991.2 [2 Wei] Jin,“ ePforrmacn anelyaissof a itmdeiiviosnm-utlpiexld feber-opiti cgsas-nser arroayb ywaelventh gmodultaon io a dfitrsibuedt-eedbfack lsear”AP LPIE OPTIDSCy Vol. 38 ,N.o 52 1590-2592, 7999. []Joa3nna Pwlaa,tTak hirao Masuot, “eSnings of ag scocnnteartinou isgnpho tniocb nagdpa fibe”r ,IEEE SNSORSE, 21-2619, 206.0[ 4G] .iPkrelcl W.,P eg, nan Ad. Wagn “ Ranodm-hol optieclafi be rvanescene-twva gea ssnsien”g OTPCISLE TETSR ,Vlo .92, oN .31 1,46-7417,8 0204 .5[]F . oCny,u F .enaBbid, and P.S. Ligh t“Larg ep-icthk gamo-estucrurtdeholl o-cwreo potonic cryshtal fieb”r OPTCS ILETTRS , VEl. 3o,1 o. N42 ,354735-6,72 006 .[]6Stnisala Ov .Konroov Andr,i eB. edFotv, oad nlAeskieM . Zhetilokv “Pahsemat-ceh dofruw-ae mvxiig andn ensing sf water oomlceules b cyoehret antni-Stoes Rkmana scttearng inil rage-oreca-rae hollwop hoonit-ccyrsaltf beis”rJ .Op .tSoc . mA. BVlo 2.,2 No .9 ,0249-253,02005. []7Zh ngeitn Gua an YadninpgX u “Otipal cfbei lrngope-rio dgatirn giwt hsloge claotig fnor ga ssnser” OPoTIS CLTETESR V,ol. 3,1N o.1 6,2 04524
-07, 0062.[ 8 Da]vd i. MSonnenrfh ondaM rk aG. lAeln ,O“bsevartoi nof O aCn Cd2 Obaorptsion earn .571 m witm han xternaelc-avti diydo elasre” PALPIDEOP ICTS, V lo. 63, o. 1N5, 2389-330019,7.9[9 We]ll—rBohpyL A．A nal siys foawegviud eragitgs：Anppliactinoo fRo~ud’ meShod[J]．J．Otpt S．c．AoYfer．Al，1958，：268～831 7[01 Al]esandsr Peoastoi,rM ciheel Nrgia, Goainluac aGlerazno, Eli oBaa, Cvsare eSvletlo, F”equrenc syabiltizaion tfo anexternal- acivytd oie ldsaeargains HI tmolcueel t 1.541aμ m” Istnrumetntiao andn easMrumeent,Tec nolohgy Cnferoenc e I-TM C2007[ 11W]..HohL, R..LLmaing nd a.N.ZerMavs Si“ngl freqeuncyeeriub fimer exbertan lcvait seymcinoudcto lrsare, Appl”P.hs.y Ltt.e, Vlo6.6No,.2, 3452-3414. [122刘增].基导体激半光源.西安电子科大学技,光纤信技术 通00,9（10）：81~93.5 1[3 袁士]彬 数字光接.机噪声分收析灵及度敏算计.京南通工程学信,光院信技 术,1通89，94（）：121212~4.[14 ]李之驯,汝嵩.低郭噪数声字光收接的机设计.京北大学,通学报,信9831,3(2:6)66~9.[ 1] 5原.荣 光纤信技术讲座通——七():探光和光接收机测中.国子电科技团集公司第三 十研四究桂林所,光通技术.信20037(1,)5:232~262 ［.1］祝宁华.6电子光件器波封微装测试.和024,0(163:)91~23. 17][ （美夸）克.（美瑟）.达郑韩生,半导体等造制技.术202,41(1)2:~1
233
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理津大学工 012 5本科毕业届计说明设书
[1
8] 美）（理查.德美（威）廉主编 李. 等虹译,级高子封电.装2040,(2)1:656~8. 19[] 飞飞 石>2013，5（.21：）233~.4[2 ]0张宗辉 ，中国培训（《I T训市培场大做》20）07（，2）：43~334 [.21]路王威， 《成大都学学报(自然学版)科（导半激体器光的展及发其用）》应.2021，6（1 ）212~13 [.22]梅万 余 《电，工业专子用备（半设体封装形导介式绍》）012，7（112）12：1~3 .23]鲜[飞， （16）21：41~. 《8界世产品与术技CPU（芯片封 装术技发展的演变》）.0280，[24] 吴冰， 《 方南报日IT（ 职教业市育总规场达模 33 亿》）2011.8（12,）：5~44.6[25] 梅余万 《 ，中电国子报（半体封导装技向高端演进）术》.20099,56（）1：3~14 [26] 章 张 -大《硬件众（明白白你的“芯”明—浅—谈 PCU》）2.140,10（1）2：211~. [47]鲜飞 2 《电子元-件器应用（片芯装封技术发的）》 . 2展00,34(61):19~32 .[82]邸 柱 允- 中《电国报子 （国分我立器市件规场模占已球全成三） .》 204,(02)1:65~6. [89]2鲜 飞- 《中国电子报（ 存芯片封内技术装“三级”）跳. 2》070，（4）：23~334 [.30] 建新 -《金 工卡（中程国能智市场卡魅力无限》.） 024,301():19623~.[ 3] 李志1《，子产电品越越好薄？ 轻薄势趋非没并限有,中度消国者报费》 .003,2(157:2)23~22 [632] 飞鲜- 《中国 子商电（内存
情芯片装封技术发展）[的4] 李4日- 中国 易贸（电 报子产并非品薄越越）》好.2 0403(,1):69~231 [3.] 3鲜 - 印制飞电路息（信存芯片内封技装术的发）. 200展3,715():232~26
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致
谢光阴荏苒，
月岁如，在梭这篇毕论文完成之际业就，要束我四结的年大学生了活。在 设计过中，因为程作原因，长工处都成都，特蜀感谢别薛丽老芳师的程指远导，老薛师老师 循善诱循，认负真责，使从我一对个 T 封O装和半导体光器激无一知所的态状变转为够独立完 成毕能业计的毕业生，设衷地感谢老心师帮助的在。段这时，看间着师因为我老的毕设业计 而碎了操，刘涛惶心恐不安。至此毕业，计在一种设难的环境下完艰，成老薛师，不可功没， 再向薛老次师深深鞠躬地。 想回这时段，间一边在里外千作工，一在边师老远程指下导完论成，其文辛艰的真一非般 人所晓知，这经段，历刘会涛牢铭记牢。
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