雷射器封裝簡要說明

2021-03-31 05:29:06 字數 2166 閱讀 2859

圖1,封裝好的雷射器外形

上圖包括外殼,引腳,雷射出射視窗,熱沉,tec模組,熱敏電阻,雷射器模組。

外殼:尺寸2*2.5*1cm3

材質要求:底部採用傳熱性較好的純銅,並在內部與tec模組緊密接觸(用導熱膠與tec制熱面粘結),側面與頂部可採用其他材料。

兩邊對稱引腳介面,位於側面的中上部位,以較方便連線內部部件為宜。

透鏡視窗,高度在側面中部以上,位於前側面的中心位置,方便雷射的輸出以及內部雷射器的放置,大小以透鏡為標準。

引腳:兩邊對稱排列2*4根,圓柱形,銅質,直徑1.27mm,長度3.5cm,引腳間距2mm。

雷射出射視窗:使用材料baf2。

熱沉:使用導熱係數較大的純銅(也可以採用其他材質,視條件而定,要求導熱係數較好)。厚度不小於0.15cm。

tec模組:1.5*1.5*0.33cm3。底部與外殼緊密接觸,上部與熱沉接觸良好,tec周圍使用隔熱材料做成的隔熱圈,減少制熱面產生的熱量向製冷面傳遞。

熱敏電阻:採用貼片式熱敏電阻。

雷射器模組:封裝詳細結構如圖2。

圖2,雷射器模組封裝建議圖

如圖2所示為雷射器模組封裝的建議圖;

*所提供的雷射器裸管中陽極與陰極(此處陽極,陰極是為了方便表達,封裝時對應為裸管的上下表面)表層都沒有鍍上歐姆接觸層,在封裝雷射器模組前需在雷射器上下兩面鍍上歐姆接觸層,皆為ti/au(40/120nm),在上表面為了使得金絲能與歐姆接觸層更好的連線,需再鍍上5um厚的au。

陰極(基板為)銅或鋁,它與雷射器的陰極短接,作為雷射器的陰極來使用,同時也是為了較快地散熱,它的厚度見附圖。基板的下方應加一層導熱性好的絕緣層,使得雷射器基板與熱沉有較好的電隔離,且不影響其導熱性能。

中間紅色一層為絕緣層,採用高絕緣材料,其厚度見附圖。

上面一層為陽極接觸層,同樣可以用銅片或者鋁片(首先選擇銅),陽極的銅板不一定要求與圖示上所畫大小,但要求保持較低的電阻。陽極上面的兩個黑色方塊為陽極觸點,用8根細金絲(或者銅絲)與雷射器的陽極連線。

雷射器的雷射出射面在面向讀者的方向。

陽極和陰極分別通過銅絲與外殼上的管腳連線。

圖3,雷射器各個部件示意圖

圖3所示為除雷射器外的封裝示意圖。其中外殼管腳只需8個(並非如圖所示的14個)。

雷射器外殼腔內部各部分疊放層次如圖所示。

雷射器模組與與熱敏電阻都貼在熱沉上,熱敏電阻的長度與雷射器模組的寬度和剛好等於熱沉的長度,其放置方向如下圖所示。如圖4中雷射器出光口應與出光視窗的中心點在同一線上,且盡量靠近出光視窗,以便得到最好的出光效果。

圖4,雷射器模組,熱敏電阻及熱沉擺放示意圖

最後,是各個電氣部件與各引腳的連線圖。如圖5所示:

圖5,外殼管腳排列圖,以透鏡左邊為第一管腳

以下是各個管腳建議連線圖:

雷射器陽極,陰極共佔1個管腳;tec(正極,負極分別佔2個管腳)共4個管腳;熱敏電阻佔2個管腳;總共需管腳數為8個。

使用材料熱導係數(常溫)

純銅:376.8--401w/(m。k)

純鋁:217.7--237w/(m。k)

其中e為在時間t內所傳遞的熱量,a為截面面積,i為長度,為兩個截面的溫度差。

雷射器產生熱量計算公式

極限值(增加足夠的餘量)

實際使用值

按極限值來設計;

tec工作電壓3.3v電流2a

最大製冷量

由於使用金屬外殼,雷射器工作溫度為室溫,

工作溫度差為20°c時。

由於所有材料為傳熱材料,

q = h*a*(tw-t∞)

式中:q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時間內交換的熱量,稱作熱流密度,單位w/m^2;

tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度,單位k;

a為壁面面積,單位m^2;

q為面積a上的傳熱熱量,單位w;

h稱為表面對流傳熱系數,單位w/(m^2.k)。

銅的表面對流傳熱系數約50w/(m^2.k)

鋁的表面對流傳熱系數約50w/(m^2.k)

(tw-t∞)=20

q = h*a*(tw-t∞)=50*4*10-4*20=0.4w

綜上所述,在計算雷射器最大工作條件時(假設雷射器工作的功耗全部轉化為熱能並全部用來使銅片發熱,且加上空氣對銅片熱沉的熱傳導),最大為1.62+0.4=2.

02w,而tec的製冷量為4.62w,所使用的tec製冷片符合要求。

圖6,封裝示意圖(未詳盡引數請在前文查詢)

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