CN109561524A - 一种微型加热器及其封装方式 - Google Patents

Abstract

本发明属于光集成器件技术领域，公开了一种微型加热器及其封装方式，微型加热器包括基板、加热电极、热敏电阻焊盘、热敏电阻，加热电极、热敏电阻焊盘均位于基板上，热敏电阻与热敏电阻焊盘连通，微型加热器用于粘接在光波导芯片的表面，对光波导芯片的温度进行控制。基板的导热系数大于第一导热系数时，微型加热器的非电极面与光波导芯片进行粘接。基板的导热系数小于第二导热系数时，微型加热器的电极面与光波导芯片进行粘接。本发明解决了现有技术中的微型加热器不适于二维平面导热方式的温控、成本较高的问题。

Description

一种微型加热器及其封装方式

技术领域

本发明涉及光集成器件技术领域，尤其涉及一种微型加热器及其封装方式。

背景技术

波分复用技术是增大光通信系统的容量的技术之一，光栅类光波导芯片可用于实现波长的复用和解复用。其中，阵列波导光栅(AWG)芯片被广泛应用于光通信器件。光栅类芯片的工作波长会随着工作温度的变化而发生改变，因此，通常需要考虑芯片的温度控制。随着器件集成度的提高，功耗要求的下降，小型化低阻值的微型加热器及其封装方式是非常必要的。

集成器件中常用的微型温度控制器是热电制冷器(TEC)，结构小，形状可定制，不过成本较高。传统的块式厚膜贴片电阻实现三维加热，不适于集成器件中的二维平面导热方式的温控。

光集成器件中供电电压通常不超过3.3V，为了实现有效的温度控制，加热器的电阻要求通常小于20Ω，另一方面，加热器的尺寸要求也非常小，通常不超过10x10mm2。因此，需要一种平面的、低阻的、小尺寸的微型加热器以及相应的封装方式，以便实现光波导芯片的温度控制。

发明内容

本申请实施例通过提供一种微型加热器及其封装方式，解决了现有技术中的微型加热器不适于二维平面导热方式的温控、成本较高的问题。

本申请实施例提供一种微型加热器，包括：基板、加热电极、热敏电阻焊盘、热敏电阻；

所述加热电极、所述热敏电阻焊盘均位于所述基板上，所述热敏电阻与所述热敏电阻焊盘连通；

所述微型加热器用于粘接在光波导芯片的表面，对所述光波导芯片的温度进行控制。

优选的，所述加热电极的电阻值小于20欧姆。

优选的，所述加热电极采用Ti/Pt/Au三层叠加，Ti位于底层，Pt位于中间层，Au位于顶层，所述加热电极通过电子束蒸发、溅射、电镀中的一种工艺制作而成。

优选的，所述热敏电阻采用贴片式热敏电阻。

优选的，所述加热电极的排布方式可以为横向Z字型排布、纵向Z字型排布、网格型排布。

优选的，所述微型加热器通过AuSn共晶焊或者银胶与所述光波导芯片进行粘接。

本申请实施例提供一种微型加热器的封装方式，所述基板的导热系数大于第一导热系数，所述微型加热器的非电极面与所述光波导芯片进行粘接。

优选的，所述基板选用硅衬底片或者氮化铝陶瓷衬底。

本申请实施例提供一种微型加热器的封装方式，所述基板的导热系数小于第二导热系数，所述微型加热器的电极面与所述光波导芯片进行粘接。

优选的，所述基板选用玻璃衬底。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的微型加热器包括：基板、加热电极、热敏电阻焊盘、热敏电阻，微型加热器用于贴装在光波导芯片的表面；其中，加热电极、热敏电阻焊盘均位于基板上，加热电极的正负极焊盘通过打线与外部形成电连接，通过3.3V电压进行供电加热；热敏电阻与热敏电阻焊盘连通，热敏电阻、热敏电阻焊盘通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，对光波导芯片的温度进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种微型加热器及非电极面贴装的实施方式的三维结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的一种微型加热器及电极面贴装的实施方式的三维结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的一种微型加热器中加热电极为横向Z字型排布方式的示意图；

图4为本发明实施例4提供的一种微型加热器中加热电极为纵向Z字型排布方式的示意图；

图5为本发明实施例5提供的一种微型加热器中加热电极为网格型排布方式的示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供一种微型加热器，包括：基板、加热电极、热敏电阻焊盘、热敏电阻；其中，所述加热电极、所述热敏电阻焊盘均位于所述基板上，所述热敏电阻与所述热敏电阻焊盘连通，所述微型加热器用于粘接在光波导芯片的表面。所述加热电极的正负极焊盘通过打线与外部形成电连接，通过3.3V电压进行供电加热；所述热敏电阻、所述热敏电阻焊盘通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，对所述光波导芯片的温度进行控制。

另一方面，本发明根据所述微型加热器的所述基板的导热系数的不同情况，分别提供两种微型加热器的封装方式：

(1)在所述基板的导热系数高的情况下，即所述基板的导热系数大于第一导热系数(例如，第一导热系数为100W/(m·K))时，所述微型加热器的非电极面与所述光波导芯片进行粘接。

(2)在所述基板的导热系数低的情况下，即所述基板的导热系数小于第二导热系数(例如，第二导热系数为8W/(m·K))时，所述微型加热器的电极面与所述光波导芯片进行粘接。

即本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种贴装在光波导芯片表面的微型加热器，微型加热器的基板上有均布的加热电极(即薄膜电阻)以及热敏电阻焊盘。其中，薄膜电阻通过蒸发或者溅射或者电镀的方式制作。薄膜电阻可以由Ti/Pt/Au材料组成，通过调节金层的厚度，可以控制薄膜的方块电阻，从而获得小于20Ω的各种电阻值。热敏电阻与热敏电阻焊盘连通，热敏电阻可以是贴片式的微型热敏电阻，可以提供温度反馈，从而实现温度的负反馈控制。

一种封装方式是将微型加热器的电极面与光波导芯片粘接在一起，此时，微型加热器的基板的导热系数低，可以是玻璃介质基板，提供保温以及良好的打线平面支撑。

另一种封装方式是将微型加热器的非电极面与光波导芯片粘接在一起，此时，微型加热器的基板导热系数高，可以是Si片或者AIN材质的基板，提供良好的导热以及打线平面支撑。

下面通过实施例对微型加热器及其封装方式做进一步的说明。

实施例1：

实施例1如图1所示，微型加热器11贴装在光波导芯片12上，所述微型加热器11至少包括基板111、加热电极112、热敏电阻焊盘113和热敏电阻114。

其中，所述微型加热器11的非电极面粘接在所述光波导芯片12上。粘接要求导热性良好，可以通过AuSn共晶焊或者银胶胶粘的方式实施。

所述基板111的导热性能良好，具体的，所述基板的导热系数大于第一导热系数，例如所述基板的导热系数大于100W/(m·K)。

所述基板111可以采用Si衬底片或者AIN陶瓷，所述基板111的大小可以为8.2mmx4.3mm。

所述加热电极112的电阻值小于20欧姆。一种实施方式中，所述加热电极112的材质为Ti/Pt/Au，厚度为100/200/3000埃，对应的方块电阻值约为0.11。例如，所述加热电极112的排布方式如图1所示，电阻值为5欧姆。

所述加热电极112的正极焊盘1121、负极焊盘1122分别通过打线与外部形成电连接，然后通过3.3V电压进行供电加热。

所述热敏电阻114贴装在所述热敏电阻焊盘113上。所述热敏电阻114优选为贴片式热敏电阻，型号可以为0402SMD贴片式热敏电阻。

所述热敏电阻114的上表面作为正极(负极)，所述热敏电阻焊盘113与所述热敏电阻114的下表面连通作为负极(正极)。所述热敏电阻114的上表面、所述热敏电阻焊盘113分别通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，进行温度控制。

实施例2：

实施例2如图2所示，微型加热器21贴装在光波导芯片22上，所述微型加热器21至少包括基板211、加热电极212、热敏电阻焊盘213和热敏电阻214。

其中，所述微型加热器21的电极面与所述光波导芯片22粘接在一起上。粘接要求导热性良好，可以通过AuSn共晶焊或者银胶胶粘的方式实施。

所述基板211的导热性差，具体的，所述基板211的导热系数小于第二导热系数，例如，所述基板的导热系数小于8W/(m·K)。所述基板211可以采用高硼硅玻璃。

所述基板211的一侧会超出所述光波导芯片22的边缘，超出的部分用于排布所述加热电极212的正极焊盘2121、所述加热电极212的负极焊盘2122、所述热敏电阻焊盘213以及所述热敏电阻214，以便通过打线与外部形成电连接。

所述加热电极212的电阻值小于20欧姆。一种实施方式中，所述加热电极212的材质为Ti/Pt/Au，厚度为100/200/3000埃，对应的方块电阻值约为0.11。例如，所述加热电极212的排布方式如图2所示，电阻值为5欧姆。

所述加热电极212的正极焊盘2121、负极焊盘2122分别通过打线与外部形成电连接，然后，通过3.3V电压进行供电加热

所述热敏电阻214贴装在所述热敏电阻焊盘213上。所述热敏电阻214优选为贴片式热敏电阻，型号可以为0402SMD贴片式热敏电阻。

所述热敏电阻214的上表面作为正极(负极)，所述热敏电阻焊盘213与所述热敏电阻214的下表面连通作为负极(正极)。所述热敏电阻214的上表面、所述热敏电阻焊盘213分别通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，进行温度控制。

实施例3：

实施例3中的微型加热器31如图3所示。

其中，所述微型加热器31包括基板311、加热电极312、热敏电阻焊盘313和热敏电阻314；所述加热电极312为横向Z字型排布方式。

所述加热电极312还包括第一正极焊盘3121和第一负极焊盘3122；所述热敏电阻焊盘313还包括第二正极焊盘3131和第二负极焊盘3132。所述第一正极焊盘3121、第一负极焊盘3122分别通过打线与外部形成电连接，然后通过3.3V电压进行供电加热。所述的热敏电阻314通过共晶焊或者导电银胶粘接在第二负极焊盘3132，热敏电阻314的上表面通过打线与第二正极焊盘3131连接在一起，第二正极焊盘3131和第二负极焊盘3132通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，进行温度控制。

实施例4：

实施例4中的微型加热器41如图4所示。

其中，所述微型加热器41包括基板411、加热电极412、热敏电阻焊盘413和热敏电阻414；所述加热电极412为纵向Z字型排布方式。

所述加热电极412还包括第一正极焊盘4121和第一负极焊盘4122；所述热敏电阻焊盘413还包括第二正极焊盘4131和第二负极焊盘4132。所述第一正极焊盘4121、第一负极焊盘4122分别通过打线与外部形成电连接，然后通过3.3V电压进行供电加热。所述的热敏电阻414通过共晶焊或者导电银胶粘接在第二负极焊盘4132，热敏电阻414的上表面通过打线与第二正极焊盘4131连接在一起，第二正极焊盘4131和第二负极焊盘4132通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，进行温度控制。

实施例5：

实施例5中的微型加热器51如图5所示。

其中，微型加热器51包括基板511、加热电极512、热敏电阻焊盘513和热敏电阻514；所述加热电极512为网格型排布方式。

所述加热电极512还包括第一正极焊盘5121和第一负极焊盘5122；所述热敏电阻焊盘513还包括第二正极焊盘5131和第二负极焊盘5132。所述第一正极焊盘5121、第一负极焊盘5122分别通过打线与外部形成电连接，然后通过3.3V电压进行供电加热。所述的热敏电阻514通过共晶焊或者导电银胶粘接在第二负极焊盘5132，热敏电阻514的上表面通过打线与第二正极焊盘5131连接在一起，第二正极焊盘5131和第二负极焊盘5132通过打线与外部形成电连接，通过监控热敏电阻的阻值作为负反馈，进行温度控制。

即不论封装方式为微型加热器的非电极面与光波导芯片进行粘接，还是微型加热器的电极面与光波导芯片进行粘接，微型加热器的加热电极的排布方式可以采用实施例3-5中的任意一种，微型加热器的热敏电阻与热敏电阻焊盘的设置及连接方式均可以采用实施例1-5中的任意一种。

综上，本发明提出了一种在基片上通过蒸发或者溅射或者电镀的方式制作低阻电极的微型加热器，并将微型加热器贴装在光波导芯片表面，通过微型加热器上的热敏电阻可以对温度进行负反馈控制，从而实现光波导芯片的温度控制。本发明工艺简单，结构小巧，成本低廉。

本发明所公开的一种微型加热器及其封装方式，可以应用在光集成器件中，有利于对光波导芯片实施高效低成本的温度控制。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种微型加热器，其特征在于，包括：基板、加热电极、热敏电阻焊盘、热敏电阻；

所述加热电极、所述热敏电阻焊盘均位于所述基板上，所述热敏电阻与所述热敏电阻焊盘连通；

所述微型加热器用于粘接在光波导芯片的表面，对所述光波导芯片的温度进行控制。

2.根据权利要求1所述的微型加热器，其特征在于，所述加热电极的电阻值小于20欧姆。

3.根据权利要求1所述的微型加热器，其特征在于，所述加热电极采用Ti/Pt/Au三层叠加，Ti位于底层，Pt位于中间层，Au位于顶层，所述加热电极通过电子束蒸发、溅射、电镀中的一种工艺制作而成。

4.根据权利要求1所述的微型加热器，其特征在于，所述热敏电阻采用贴片式热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的微型加热器，其特征在于，所述加热电极的排布方式可以为横向Z字型排布、纵向Z字型排布、网格型排布。

6.根据权利要求1所述的微型加热器，其特征在于，所述微型加热器通过AuSn共晶焊或者银胶与所述光波导芯片进行粘接。

7.一种如权利要求1-6中任一所述的微型加热器的封装方式，其特征在于，所述基板的导热系数大于第一导热系数，所述微型加热器的非电极面与所述光波导芯片进行粘接。

8.根据权利要求7所述的微型加热器的封装方式，其特征在于，所述基板选用硅衬底片或者氮化铝陶瓷衬底。

9.一种如权利要求1-6中任一所述的微型加热器的封装方式，其特征在于，所述基板的导热系数小于第二导热系数，所述微型加热器的电极面与所述光波导芯片进行粘接。

10.根据权利要求9所述的微型加热器的封装方式，其特征在于，所述基板选用玻璃衬底。