CN106814422A - 一种基于tec的光子芯片温控结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TEC温控结构，尤其涉及一种基于TEC的光子芯片温控结构，包括温控目标光子芯片、用于引出光子芯片热调电极的PCB基板以及导热板，所述导热板上设有导热凸台，所述光子芯片粘接在导热凸台上；所述PCB基板上开设有通孔，所述光子芯片凸出于PCB基板的上表面，光子芯片的热调电极引出至PCB基板；所述导热板底端贴在TEC制冷片的冷端，TEC制冷片的热端贴在散热底座的上端面，导热板侧壁开孔至导热凸台正下方，孔内装有NTC温度传感器。本发明通过集成TEC和光子芯片的方法，解决了光子芯片热调制中温漂的问题，并大大提高了对该光子芯片进行热调耦合及封装的效率，具有体积小、结构紧凑、效率高、集成度高等优点。

Description

一种基于TEC的光子芯片温控结构
技术领域
本发明涉及一种TEC温控结构，尤其涉及一种基于TEC的光子芯片温控结构。
背景技术
半导体制冷器TEC是利用半导体材料的珀尔帖效应制作而成的，所谓珀尔帖效应是指，当直流电通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，另一端放热的现象。基于TEC的温控方案具有体积小易于控制等优点，在半导体领域有着广泛的应用。
近年来硅基光子学得到了长足的发展。由于硅基集成光器件的制作工艺与微电子工艺完全兼容；而光子芯片中传输的载波光波又是一种频率极高的电磁波能够为信号的传输提供极大的带宽；此外还有较小的延迟量和极大的带宽提升空间。硅基光子芯片正是在这一背景下成为一个热门的研究领域，基于其上的新设计新器件层出不穷。特别是光开关、微环谐振腔、波导延迟线、生物传感芯片等这些基于热效应原理的器件，具有较高的温度敏感性。以及片上集成硅基激光器、探测器等有源光器件都需要外接电极进行调制，而这就对光子芯片的温度稳定性提出较高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于TEC的光子芯片温控结构。通过该结构集成TEC和光子芯片的方法，解决了光子芯片热调制中温漂的问题，并大大提高了对该光子芯片进行热调耦合及封装的效率。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种基于TEC的光子芯片温控结构，包括温控目标光子芯片、用于引出光子芯片热调电极的PCB基板以及导热板，所述导热板上设有导热凸台，所述光子芯片通过导热银胶粘接在导热凸台上；所述PCB基板上开设有通孔，所述光子芯片穿过该通孔并凸出于PCB基板的上表面，光子芯片的热调电极通过引线键合贴装方式引出至PCB基板；所述导热板底端通过导热硅脂贴在TEC制冷片的冷端，TEC制冷片的热端通过导热硅脂贴在散热底座的上端面，导热板侧壁开孔至导热凸台正下方，孔内装有NTC温度传感器，孔中充满导热硅脂使得放置其中的NTC温度传感器和导热板充分热接触，NTC温度传感器由紫外固化胶包覆裸露的铜引线。
优选的，PCB基板通过栓紧固在导热板上。
优选的，导热板采用导热系数为398W/m.K的纯铜。
优选的，导热板与散热底座通过螺栓紧固，且导热板与散热底座之间设有与TEC等高的防压柱。
优选的，散热底座采用铝合金制成。
优选的，散热底座底部阵列排布着35个厚度为0.5mm间隔mm的散热面，中间预留4mm宽度的纵向通风道。
优选的，散热底座底部设计有支撑结构并预留用于紧固的螺栓孔。
本发明的技术效果在于：本发明通过集成TEC和光子芯片的方法，解决了光子芯片热调制中温漂的问题，并大大提高了对该光子芯片进行热调耦合及封装的效率，具有体积小、结构紧凑、效率高、集成度高等优点。同时，集成了TEC的光子芯片也为基于其的衍生器件走向实用提供有效途径。
附图说明
图1是本发明基于TEC的光子芯片温控结构主体三维分离图；
图2是本发明基于TEC的光子芯片温控结构主体三维图；
图3是本发明基于TEC的光子芯片温控结构，带有NTC传感器的导热凸台示意图；
图4是本发明基于TEC的光子芯片温控结构，PCB基板示意图；
图5是本发明基于TEC的光子芯片温控结构，散热底座结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2、3、4、5所示，为本发明较佳实施方式提供的基于TEC的光子芯片温控结构示意图。一种基于TEC的光子芯片温控结构，包括温控目标光子芯片1、用于引出光子芯片1热调电极的PCB基板2以及导热板3，所述导热板3上设有导热凸台4，所述光子芯片1通过导热银胶粘接在导热凸台4上；所述PCB基板2上开设有通孔，所述光子芯片1穿过该通孔并凸出于PCB基板2的上表面，光子芯片1的热调电极通过引线键合贴装方式引出至PCB基板2；所述导热板3底端通过导热硅脂5贴在TEC制冷片6的冷端，TEC制冷片6的热端通过导热硅脂5贴在散热底座7的上端面，导热板3侧壁开孔8至导热凸台4正下方，孔8内装有NTC温度传感器9，孔8中充满导热硅脂5使得放置其中的NTC温度传感器9和导热板3充分热接触，NTC温度传感器9由紫外固化胶包覆裸露的铜引线。
本发明不限于上述实施方式，所述器件主体材料也可以是其他导热性能优良的材料，散热底座上两个矩形防压柱也可以是圆柱形或其他结构。因此，凡是在本发明权利要求技术方案基础上做出的任何简单变形都在本发明意图保护范围之列。
该PCB基板2厚度为h2，上下两端各预留26针的0.5mm间距的下接翻盖式软排线接口，极大的方便光子芯片厚度h1上电极的引出。
PCB基板2放置在导热凸台上对齐预留的4颗螺孔，使用M2内六角螺栓进行固定。
导热凸台4高度h3，先在其上涂覆液态导热银胶，放置光子芯片1并对准PCB基板2上的通孔21。然后放入高温烘烤箱根据导热银胶规格设定温度值，经过若干时间后达到光子芯片和导热凸台永久固定的效果。此处应保证h1+h3略大于h2。
利用引线键合技术连接光子芯片1上电极和PCB基板2。
TEC制冷器6选用拥有17对热电偶，耐受10A电流工作电压为2V最大制冷量为4.8W，大小15mm*15mm的01710型。在TEC制冷器6上下表面均匀涂覆导热硅脂5。冷端贴在导热板3下端，热端贴在散热底座7上端，并使得导热板3和散热底座7的固定螺孔对齐，先拧紧防压柱71中的两颗螺栓，然后慢慢交替拧紧另一端的两颗螺栓，这样可以消除防压柱71的加工误差导致TEC制冷器6接触不紧密的问题。防压柱71的高度h4应等于TEC制冷器6的厚度，保证TEC制冷器6和上下结构的紧密热接触。
进行实时温度反馈的NTC温度传感器9是由裸铜线引出的。为防止NTC引出线和导热板3短路，在NTC根部滴上适量紫外固化胶使得导热凸台内的裸铜线完全覆盖住，在紫外灯下照射30秒固话，然后放入50℃高温箱烘烤1小时进行老化。
向导热凸台侧壁开孔8中灌注导热硅脂，NTC插入导热板3侧边孔中，准确探测光子芯片1的实时温度。
优选的，导热板3采用导热系数为398W/m.K的纯铜。导热板3与散热底座7之间设有与TEC等高的防压柱71。散热底座7采用铝合金制成。散热底座7底部阵列排布着35个厚度为0.5mm间隔1mm的散热面72，中间预留4mm宽度的纵向通风道75。散热底座7底部设计有支撑结构73并预留用于紧固的螺栓孔74。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：包括温控目标光子芯片(1)、用于引出光子芯片(1)热调电极的PCB基板(2)以及导热板(3)，所述导热板(3)上设有导热凸台(4)，所述光子芯片(1)通过导热银胶粘接在导热凸台(4)上；所述PCB基板(2)上开设有通孔(21)，所述光子芯片(1)穿过该通孔(21)并凸出于PCB基板(2)的上表面，光子芯片(1)的热调电极通过引线键合贴装方式引出至PCB基板(2)；所述导热板(3)底端通过导热硅脂(5)贴在TEC制冷片(6)的冷端，TEC制冷片(6)的热端通过导热硅脂(5)贴在散热底座(7)的上端面，导热板(3)侧壁开孔(8)至导热凸台(4)正下方，孔(8)内装有NTC温度传感器(9)，孔(8)中充满导热硅脂(5)使得放置其中的NTC温度传感器(9)和导热板(3)充分热接触，NTC温度传感器(9)由紫外固化胶包覆裸露的铜引线。
2.如权利要求1所述的基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：PCB基板(2)通过栓紧固在导热板(3)上。
3.如权利要求1所述的基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：导热板(3)采用导热系数为398W/m.K的纯铜。
4.如权利要求1所述的基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：导热板(3)与散热底座(7)通过螺栓紧固，且导热板(3)与散热底座(7)之间设有与TEC等高的防压柱(71)。
5.如权利要求1所述的基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：散热底座(7)采用铝合金制成。
6.如权利要求1所述的基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：散热底座(7)底部阵列排布着35个厚度为0.5mm间隔1mm的散热面(72)，中间预留4mm宽度的纵向通风道(75)。
7.如权利要求1所述的基于TEC的光子芯片温控结构，其特征在于：散热底座(7)底部设计有支撑结构(73)并预留用于紧固的螺栓孔(74)。
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