激光器封装简要说明

QCL in butterfly package

图1，封装好的激光器外形

上图包括外壳，引脚，激光出射窗口，热沉，TEC模块，热敏电阻，激光器模块。

外壳：尺寸2*2.5*1cm3

材质要求：底部采用传热性较好的纯铜，并在内部与TEC模块紧密接触（用导热胶与TEC制热面粘结），侧面与顶部可采用其他材料。

两边对称引脚接口，位于侧面的中上部位，以较方便连接内部

部件为宜。

透镜窗口，高度在侧面中部以上，位于前侧面的中心位置，方

便激光的输出以及内部激光器的放置，大小以透镜为标准。引脚：两边对称排列2*4根，圆柱形，铜质，直径1.27mm，长度3.5cm，引脚间距2mm。

激光出射窗口：使用材料BaF2。

热沉：使用导热系数较大的纯铜（也可以采用其他材质，视条件而定，要求导热系数较好）。厚度不小于0.15cm。

TEC模块：1.5*1.5*0.33cm3。底部与外壳紧密接触，上部与热沉接触良好，TEC 周围使用隔热材料做成的隔热圈，减少制热面产生的热量向制冷面传递。热敏电阻：采用贴片式热敏电阻。

激光器模块：封装详细结构如图2。

图2，激光器模块封装建议图

如图2所示为激光器模块封装的建议图；

*所提供的激光器裸管中阳极与阴极（此处阳极，阴极是为了方便表达，封装时对应为裸管的上下表面）表层都没有镀上欧姆接触层，在封装激光器模块前需在激光器上下两面镀上欧姆接触层，皆为Ti/Au（40/120nm），在上表面为了使得金丝能与欧姆接触层更好的连接，需再镀上5um厚的Au。

阴极（基板为）铜或铝，它与激光器的阴极短接，作为激光器的阴极来使用，同时也是为了较快地散热，它的厚度见附图。基板的下方应加一层导热性好的绝缘层，使得激光器基板与热沉有较好的电隔离，且不影响其导热性能。

中间红色一层为绝缘层，采用高绝缘材料，其厚度见附图。

上面一层为阳极接触层，同样可以用铜片或者铝片（首先选择铜），阳极的铜板不一定要求与图示上所画大小，但要求保持较低的电阻。阳极上面的两个黑色方块为阳极触点，用8根细金丝（或者铜丝）与激光器的阳极连接。

激光器的激光出射面在面向读者的方向。

阳极和阴极分别通过铜丝与外壳上的管脚连接。

图3，激光器各个部件示意图

图3所示为除激光器外的封装示意图。其中外壳管脚只需8个（并非如图所示的14个）。

激光器外壳腔内部各部分叠放层次如图所示。

激光器模块与与热敏电阻都贴在热沉上，热敏电阻的长度与激光器模块的宽度和刚好等于热沉的长度,其放置方向如下图所示。如图4中激光器出光口应与出光窗口的中心点在同一线上，且尽量靠近出光窗口，以便得到最好的出光效果。

图4，激光器模块，热敏电阻及热沉摆放示意图最后，是各个电气部件与各引脚的连接图。如图5所示：

图5，外壳管脚排列图，以透镜左边为第一管脚以下是各个管脚建议连接图：

激光器阳极，阴极共占1个管脚；TEC（正极，负极分别占2个管脚）共4个管脚；热敏电阻占2个管脚；总共需管脚数为8个。

使用材料热导系数（常温）

纯铜：376.8--401W/（m 。K ）

纯铝：217.7--237W/（m 。K ）

I A t E /)(/12θθλ-**=

其中E 为在时间t 内所传递的热量，A 为截面面积，I 为长度，12θθ-为两个截面的温度差。

激光器产生热量计算公式

极限值（增加足够的余量）W A V KHz s 62.1318152=***μ

实际使用值W A V KHz s 3.0215101=***μ

按极限值来设计；

TEC 工作电压3.3V 电流2A

最大制冷量W A V 62.4%7023.3=**

由于使用金属外壳，激光器工作温度为室温，

工作温度差为20°C 时。

由于所有材料为传热材料，

Q = h*A*(tw-t∞)

式中：

q 为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，称作热流密度，单位W/m^2；

tw 、t∞分别为固体表面和流体的温度，单位K ；

A 为壁面面积，单位m^2；

Q 为面积A 上的传热热量，单位W ；

h 称为表面对流传热系数，单位W/(m^2.K)。

铜的表面对流传热系数约50W/(m^2.K)

铝的表面对流传热系数约50W/(m^2.K)

(tw-t∞)=20

Q = h*A*(tw-t∞)=50*4*10-4*20=0.4W

综上所述，在计算激光器最大工作条件时（假设激光器工作的功耗全部转化为热能并全部用来使铜片发热，且加上空气对铜片热沉的热传导），最大为1.62+0.4=2.02W,而tec 的制冷量为4.62W ，所使用的TEC 制冷片符合要求。

图6，封装示意图（未详尽参数请在前文查找）