CN109994923A - 温度探测装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种温度探测装置及其制作方法，装置包括：热敏电阻(1)、激光器阵列(2)、金刚石薄膜层(4)及薄膜电路基板(5)；金刚石薄膜层(4)形成在薄膜电路基板(5)表面，热敏电阻(1)及激光器阵列(2)装设在金刚石薄膜层(4)表面；金刚石薄膜层(4)上与热敏电阻(1)及激光器阵列(2)的接触位置开设有窗口，使得热敏电阻(1)一端及激光器阵列(2)的N极均连接薄膜电路基板(5)的地电极，激光器阵列(2)的P极与薄膜电路基板(5)的信号线连接。装置及其制作方法使得激光器阵列或多激光器工作时产生的热量快速均匀的扩散，可快速准确地探测到激光器阵列的平均温度，提高了温度传感效率，简化了阵列激光器电路。

Description

温度探测装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及高速光电器件温度探测领域，尤其涉及一种温度探测装置及其制作方法。
背景技术
近年来，物联网技术和5G呈现井喷式发展，高速率、大容量的数据需求对光通信网络提出了越来越高的要求。波分复用仍是提升网络带宽缓解供需矛盾的主流技术。阵列激光器具有体积小，功耗低的优点，适合做波分复用系统中的光源。
但是由于空间限制，通常激光器阵列工作时通过混合集成和单片集成的方式安装在一个共同的载体上，再利用安装在激光器阵列一侧的一个热敏电阻将探测到的温度作为整个激光器阵列的工作温度转换为电压信号反馈给控制电路，温控电路根据反馈信号改变半导体制冷器(TEC)的电流大小和方向给激光器阵列升将温度。但是考虑到激光器阵列中距离热敏电阻远的芯片温度发生变化时，传递到热敏电阻的热量会发生衰减和延迟，使得温度该变量不足，以及激光器阵列温度分布不均匀所导致的需要温度调控的强度和不同。都会使得多波长阵列中的光源的波长发生漂移，在密集波分复用(DWDM)和更高的复用系统中就极有可能会出现波长无法和通道对准的问题，继而需要引进额外的波长调控，增加器件的复杂度和功耗。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对于现有的技术问题，本发明提出一种温度探测装置及其制作方法，利用其热导率高的特性，实现激光器阵列或多个激光器芯片的热量的快速传输和均衡，以缓解现有多波长激光器阵列温度分布不均匀，热敏电阻响应时间不够快的问题。
(二)技术方案
本发明一方面提供一种温度探测装置，包括：热敏电阻1、激光器阵列2、金刚石薄膜层4及薄膜电路基板5；金刚石薄膜层4形成在薄膜电路基板5表面，热敏电阻1及激光器阵列2装设在金刚石薄膜层4表面；金刚石薄膜层4上与热敏电阻1及激光器阵列2的接触位置开设有窗口，使得热敏电阻1一端及激光器阵列2的N极均连接薄膜电路基板5的地电极，激光器阵列2的P极与薄膜电路基板5的信号线连接。
可选地，金刚石薄膜层4的厚度不小于5μm。
可选地，金刚石薄膜层4的面积不大于薄膜电路基板5地电极的面积。
可选地，窗口的面积小于热敏电阻1及激光器阵列2与金刚石薄膜层4接触面的面积。
可选地，温度探测装置还包括：热沉6及半导体制冷器7；薄膜电路基板5形成在热沉6表面，热沉6形成在半导体制冷器7表面。
本发明另一方面提供一种温度探测装置的制作方法，包括：S1，在薄膜电路基板5上沉积金刚石薄膜层4；S2，对金刚石薄膜层4上预装设热敏电阻1及激光器阵列2的位置做开窗处理；S3，在金刚石薄膜层4装设热敏电阻1及激光器阵列2。
可选地，在步骤S1中，沉积时，使得金刚石薄膜层4的厚度不小于5μm。
可选地，在步骤S1中，沉积时，使得金刚石薄膜层4的面积不大于薄膜电路基板5的底电极面积。
可选地，在步骤S2中，做开窗处理时，使得开设的窗口的面积小于热敏电阻1及激光器阵列2与金刚石薄膜层4接触面的面积。
可选地，在步骤S1之前还包括：S0，在半导体制冷器7表面制作热沉6，将薄膜电路基板5制作在热沉6表面。
(三)有益效果
本发明提出一种温度探测装置及其制作方法，有益效果为：
在激光器阵列和热敏电阻与薄膜电路的金属电极之间插入一层导热率高的金刚石薄膜，通过开窗的方式留出激光器芯片和热敏电阻同金属电极的接触空间，使得激光器阵列或多激光器工作时产生的热量快速均匀的扩散，将多点热源接近等效单点热源，只需要一个热敏电阻即可快速准确的探测到激光器阵列的平均温度，提高了温度传感效率，简化了阵列激光器电路，同时保证了激光器的高频特性。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例温度探测装置的主视图。
图2示意性示出了本发明实施例温度探测装置的俯视图。
图3示意性示出了本发明实施例温度探测装置制作方法的流程图。
图4示意性示出了仿真模拟无金刚石薄膜的温度探测装置进行温度探测的结果图。
图5示意性示出了仿真模拟本发明实施例温度探测装置进行温度探测的结果图。
【附图标记】
1-热敏电阻
2-激光器阵列
3-焊锡
4-金刚石薄膜层
5-薄膜电路基板
6-热沉
7-半导体制冷器
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例提出一种温度探测装置，用于探测激光器阵列的工作温度。该温度探测结构具有结构简单，响应速度快，能够满足多波长激光器阵列光模块等需要对温度精确快速控制的应用需求。如图1及图2所示，该装置包括：
热敏电阻1、激光器阵列2、金刚石薄膜层4及薄膜电路基板5，其中，金刚石薄膜层4形成在薄膜电路基板5表面，热敏电阻1及激光器阵列2装设在金刚石薄膜层4上，在金刚石薄膜层4与热敏电阻1及激光器阵列2接触的位置均开设有窗口，使得热敏电阻1一端及激光器阵列2的N极均连接薄膜电路基板5的地电极。激光器阵列的P极与薄膜电路基板的信号线连接，热敏电阻1的另一端与外部的温度采集电路进行连接。
金刚石薄膜层4上除必须开窗的位置外，其余覆盖面积因尽可能的大，使其与激光器阵列2中所有芯片及热敏电阻1接触面积足够大，但金刚石薄膜层4的面积不超过薄膜电路基板5地电极的表面面积，否则温度探测装置会受外界温度变化的影响。金刚石薄膜4在激光器阵列2和热敏电阻1下方开设的窗口面积小于激光器和热敏电阻的底面积。
金刚石薄膜4的厚度为微米级别，不小于5μm。在本发明一些实施例中，金刚石薄膜4的厚度选取为5-10μm。
温度探测装置还包括但不限于热沉6及半导体制冷器7，薄膜电路基板5形成在热沉6表面，热沉6形成在半导体制冷器7表面。
热敏电阻1及激光器阵列2通过焊接或烧结的方法与薄膜电路基板5的地电极实现电极连接。在本发明一实施例中，采用焊锡3连接热敏电阻1及激光器阵列2与薄膜电路基板5的地电极。
在本发明一实施例中，热敏电阻1的另一端与外部的温度采集电路及激光器阵列的P极与薄膜电路基板的信号线均采用金丝8连接。
此外，激光器阵列2的数量不受限制，集成方式包括但不限于单片集成与混合集成。
本发明实施例另一方面提供一种上述温度探测装置的制作方法，如图3所示，该方法包括：
S0，在半导体制冷器7表面制作热沉6，将薄膜电路基板5制作在热沉6表面。
S1，在薄膜电路基板5上沉积金刚石薄膜层4。
在步骤S1中，沉积时，使得金刚石薄膜层4的厚度不小于5μm，金刚石薄膜层4上除必须开窗的位置外，其余覆盖面积因尽可能的大，使其与激光器阵列2中所有芯片及热敏电阻1接触面积足够大，但金刚石薄膜层4的面积不大于薄膜电路基板5的底电极面积。在本发明一些实施例中，金刚石薄膜4的厚度沉积为5-10μm，采用的沉积方法为化学气相沉积的方法沉积金刚石薄膜层4。
S2，对金刚石薄膜层4上预装设热敏电阻1及激光器阵列2的位置做开窗处理。
做开窗处理时，使得开设的窗口的面积小于热敏电阻1及激光器阵列2与金刚石薄膜层4接触面的面积。
S3，在金刚石薄膜层4装设热敏电阻1及激光器阵列2。
在上述步骤S3中，通过焊接或烧结的方法将热敏电阻1一端及激光器阵列2的N极与薄膜电路基板5的地电极实现电极连接，将激光器阵列2的P极与薄膜电路基板5的信号线连接，热敏电阻1的另一端与外部温度采集电路。在本发明一实施例中，采用焊锡3连接热敏电阻1及激光器阵列2薄膜电路基板5的地电极，热敏电阻1的另一端与外部的温度采集电路及激光器阵列的P极与薄膜电路基板的信号线均采用金丝8连接。其中，装设的激光器阵列2的数量不受限制，集成方式包括但不限于单片集成与混合集成。
为了进一步验证本发明实施例提出的温度探测装置的性能，选取由4个激光器芯片构成激光器阵列，利用ANSYS有限元分析软件分别对激光器阵列和热敏电阻与薄膜电路基板的金属电极之间未插入导热率高的金刚石薄膜层的温度探测装置，以及插入金刚石薄膜层的温度探测装置进行了升温仿真模拟，其分析结果分别如图4及图5所示，比较图4及图5可知，具有金刚石薄膜的温度探测结构，激光器和芯片和周围的温差明显减小，阵列温度更均匀，实现热量均衡的目的。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度探测装置，其特征在于，包括：
热敏电阻(1)、激光器阵列(2)、金刚石薄膜层(4)及薄膜电路基板(5)；
所述金刚石薄膜层(4)形成在所述薄膜电路基板(5)表面，所述热敏电阻(1)及激光器阵列(2)装设在所述金刚石薄膜层(4)表面；
所述金刚石薄膜层(4)上与所述热敏电阻(1)及激光器阵列(2)的接触位置开设有窗口，使得所述热敏电阻(1)一端及所述激光器阵列(2)的N极均连接所述薄膜电路基板(5)的地电极，所述激光器阵列(2)的P极与所述薄膜电路基板(5)的信号线连接。
2.根据权利要求1所述的温度探测装置，其特征在于，所述金刚石薄膜层(4)的厚度不小于5μm。
3.根据权利要求1所述的温度探测装置，其特征在于，所述金刚石薄膜层(4)的面积不大于所述薄膜电路基板(5)地电极的面积。
4.根据权利要求1所述的温度探测装置，其特征在于，所述窗口的面积小于所述热敏电阻(1)及激光器阵列(2)与所述金刚石薄膜层(4)接触面的面积。
5.根据权利要求1所述的温度探测装置，其特征在于，所述温度探测装置还包括：热沉(6)及半导体制冷器(7)；
所述薄膜电路基板(5)形成在所述热沉(6)表面，所述热沉(6)形成在所述半导体制冷器(7)表面。
6.一种温度探测装置制作方法，其特征在于，包括：
S1，在薄膜电路基板(5)上沉积金刚石薄膜层(4)；
S2，对所述金刚石薄膜层(4)上预装设热敏电阻(1)及激光器阵列(2)的位置做开窗处理；
S3，在所述金刚石薄膜层(4)装设热敏电阻(1)及激光器阵列(2)。
7.根据权利要求6所述的温度探测装置制作方法，其特征在于，在步骤S1中，沉积时，使得所述金刚石薄膜层(4)的厚度不小于5μm。
8.根据权利要求6所述的温度探测装置制作方法，其特征在于，在步骤S1中，沉积时，使得所述金刚石薄膜层(4)的面积不大于所述薄膜电路基板(5)的底电极面积。
9.根据权利要求6所述的温度探测装置制作方法，其特征在于，在步骤S2中，做开窗处理时，使得开设的窗口的面积小于所述热敏电阻(1)及激光器阵列(2)与所述金刚石薄膜层(4)接触面的面积。
10.根据权利要求6所述的温度探测装置制作方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：
S0，在半导体制冷器(7)表面制作热沉(6)，将所述薄膜电路基板(5)制作在所述热沉(6)表面。
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