TO封装半导体激光器的结构设计Word下载.docx
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这些年来,随着激光器阈值的降低,对于许多的类似迎用,例如短距离通信以及背板之间的连接,以致冷TO封装激光器获得了及其全面的应用。
在封装成本上拥有着极大优势的由于TO封装,以及人们对封装技术的大量研究,TO封装激光器的速率已经高达10Gb/s,近年来高速TO形式封装激光器越来越受到人们的青睐。
在TO封装半导体激光器中,采用高热导率过渡热沉与热沉组合的结构,可有效增强TO封装半导体激光器的散热特性,尤其是采用双热沉结构,更可将激光器芯片工作产生的热量通过N边和P边同时导向基座,进而更为有效地增强TO封装的半导体激光器的散热能力,大幅度地去降低激光器有源区的节温,尽量减小激光器的热阻,从而延长半导体激光器的使用寿命。
关键词:
TO封装,半导体激光器,光电子器件
TheStructureDesignofTOPackagingtheSemiconductorLaser
ABSTRACT
TOpackagingtechnology,isrefersTOtheTransistorOutlineorThrough-holeencapsulationtechnology,whichisfullyenclosedpackagingtechnology.Isnowintheapplicationofmicroelectronicdevicesthatarewidelyusedinthepackaging.TOencapsulatetherelativeTOotherpackagingtechnology,hisstrengthisthatliesintheparasiticparametersaresmall,andthecostislow,technologyisrelativelysimple,userisemoreconvenient,sothiswrapperisoftenusedforlowfrequencyundertheLD,andledsandthelightreceivingdeviceandcomponentencapsulation.Anditsinternalcapacityisverysmall,onlyfourlead,can'
tbeinstalledsemiconductorrefrigerator.Overtheyears,withthereductionoflaserthresholdformanysimilarapplications,suchastheshortdistancecommunicationandtheconnectionbetweentheback,withoutcoolingTOencapsulatelaseranditscomprehensiveapplication.HasagreatadvantageinpackagingcostsdueTOpackaging,aswellasanumberofstudiesofencapsulationtechnologypeople,TOencapsulatelaserrateisashighas10gb/s,inrecentyearshighspeedTOformenclosedlasermoreandmoregetthefavourofpeople.
InTOencapsulatesemiconductorlasers,transitionalheatsinkwithhighheatconductivityandheatsinkcombinationstructure,whichcaneffectivelyenhancetheTOencapsulatethecoolingcharacteristicsofsemiconductorlaser,especiallywithdoubleheatsinkstructure,butalsowillworktheheatgeneratedbythelaserchipbyNandPwhileatthesametimeguidebase,thusmoreeffectivelyenhancetheTOencapsulatesemiconductorlasercoolingcapacity,significantlyreducethelaseractiveOuDeJietemperature,reducethelaserthermalresistance,extendtheservicelifeofsemiconductorlaser.
Keywords:
TOpackaging,Semiconductorlaser,Optoelectronicdevices
第一章发展状况及意义
TO封装技术,其实就是指TransistorOutline或者Through-hole封装技术,也就是全封闭式封装技术。
TO封装的相对于其他的封装技术,他的长处在于在于寄生参数比较小,而且成本很低,工艺也相对来说简单,使用起来更加的灵活方便,所以这种封装器经常用于低频率以下LD,还有LED以及光接收器件和组件的封装。
而且其内部容量很小,只有四根引线,是不能安装半导体致冷器的。
这些年来,随着激光器阈值的降低[1],对于许多的类似应用,例如短距离通信以及背板之间的连接,以致冷TO封装激光器获得了及其全面的应用。
在封装成本上拥有着极大优势的由于TO封装,以及人们对封装技术的大量研究,TO封装激光器的速率已经高达10Gb/s,近年来高速TO形式封装激光器越来越受到人们的青睐。
“封装”一词随着集成电路芯片制造技术的快速发展而出现。
半个世纪前,当晶体管问世,以及后来集成电路芯片的诞生,改变了微电子器件的发展史。
由于这些微电子元器件很小且容易碎;
但同时他的高性能,和大量的优势,所以为了充分利用半导体元器件的强大功能,我们需要对他补强、密封和大力发展,为了预防因为外力因素或环境影响而导致的破坏,我们需要去研究出与外电路可靠安全的电气连接方式,并且得到有效地机械及绝缘等方面的电气保护。
[2]“封装”的概念正是在这种情况下被提出的的。
从狭义概念的来说,利用膜技术和微细加工的技术,将芯片及其他的电子器件在框架或电路板上进行布置,然后粘贴固定他们以及相互连接,从而将接线端子引出,并且利用可塑性绝缘介质的灌封固定,将整个集成电路构成整体的、立体结构的技术,就是封装。
从广义概念来讲,“封装”是指整个大型的封装工程,也就是将基板与封装体相连接固定,从而装配成一个完整的封装系统,并且可以确保整个封装系统综合性能的工程。
而“狭义”和“广义”的含义相对理解,就构成了整个全面的封装的概念。
1.1器件封装设计的重要性
当下,电子通讯和上网冲浪已经成为我们生活和工作中难以缺少的一部分,人们可以通过电子邮件、电话、电视等进行信息交流呵数据传送,在互联网上查询资料和进行其他生活方面的事情。
随着快速发展的通信技术,高速光电子器件也被大力发展,用于大容量高速率通信的半导体光电子器件主要就有激光器、光调制器、光探测器等。
现在,光电子器件的响应速度已经成为大容量、宽带光网络的瓶颈,迫切需要研究半导体光电子器件的测试分析方法和封装方法和封装设计。
光电子器件的主要应用领域是光纤通信。
在20世纪90年度初期,光纤通信技术的主要用途仍然是电话、传真等。
那时人们对通信容量的技术要求并不高,上百兆速率的网络已经是宽带网了。
对于这样低速率的光电子器件,借助微电子器件发展起来的封装技术,不难解决光电子器件的封装设计问题。
因此,人们将研究重点主要放在光电子芯片的研制和生产上。
随着光电子器件速率的不断提高,普通的微电子器件的封装技术早就难以满足光电子器件快速发展的要求,于是工程师开始借鉴微波器件的封装技术。
高速光电子器件经历了与微电子非常类似的发展历程:
从TO封装二极管、蝶形封装到BGA封装的集成芯片,到现在所有的光电子器件封装形式都有微电子封装的影子。
在过去很长的一段时间里,大家普遍认为提高光电子器件频率响应特性的关键在于芯片的设计与制作,封装设计并不重要。
正是因为有微电子器件的封装技术可以借用,长期以来,光电子器件的封装设计没有受到足够的重视。
其实,国外早就开始注重器件的封装设计,IEEE协会有封装方面专业委员会和学报。
器件封装是实现高频性能的最后一步,也是关键一步。
失败的封装设计将导致器件器件高频相应特性大大下降,使得芯片研制的努力白费。
为了提高电子元器件的整体性能,应该将器件的封装设计也一并视为整个器件设计的一部分,从芯片刚开始设计的时候,就应当提前去考虑整个器件将会遇到的的封装问题。
比如芯片上面金丝引线的长度,并非随意而为之,它是由电极焊盘所处的位置去决定的,焊接技术以及焊接设备决定着电极焊盘的大小,电极焊盘的位置和大小选择应该随着封装设计一起考虑。
封装设计设计的好能够充分体现出光电子芯片的性能,最大程度降低封装寄生参数,这是封装设计追求的最终目标[3]。
图1.1TO封装半导体激光器
Fig1.1TOpackagingthesemiconductorlaser
图1.2TO封装半导体激光器
Fig1.2TOpackagingthesemiconductorlaser
(a)插拔式(b)窗口式(c)带尾纤式
图1.3TO的外部连接方式
Fig1.3TOtheoutsideoftheconnection
图1.4激光器图1.5半导体激光器
Fig1.4LaserFig1.5Semiconductorlaser
1.2半导体激光器
半导体物理学的迅速发展,以及后来被发明出来的晶体管,使很多电子方面的科学家们早在六十前就决定发明出可利用的半导体激光器,上世纪的六十年代初,很多国家的科学小组实验室就已经在进行半导体激光器方面的研究工作。
,尼古拉·
巴索夫教授,这位来自苏俄列别捷夫物理研究所的教授,在理论分析这方面的工作是最为著名的。
在上世纪60年代,来自麻省理工学院林肯实验室的两名教授,克耶斯先生(Keyes)和和奎斯特先生(Quist),在“固体器件研究国际会议”上,首次提出了砷化镓材料所发生的光发射这一有趣现象,这次发言极大引起了来自美国的通用电气研究实验室工程师---哈尔博士(Hall)的兴趣,开完会议以后,归途中的他的火车上写下有关数据。
等到家时,哈尔先生已经制定好了研制半导体激光器计划,并邀请其他同事,奋斗数周,获得他们计划中成功。
早期的激光二极
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