CN1365169A

CN1365169A - 有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法

Info

Publication number: CN1365169A
Application number: CN 01120959
Authority: CN
Inventors: 廖新胜; 刘云; 王立军
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2002-08-21

Abstract

本发明属于半导体光电子技术领域,提供一种有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法,把金刚石厚膜切割成热沉所需形状并将其表面抛光、清洗干净并在镀制钛、镍、金薄膜并金属化、镀铟;热沉包括:螺钉孔,铜板,绝缘垫,激光器阵列条,铜片,透孔,铜片。本发明将金刚石厚膜表面完全浸在由进水孔、浅槽、出水孔、水流向线组成的有源大通道的冷却液中以获得额外低热阻的热沉,提高了激光器和功率器件性能的稳定性和可靠性。广泛用于半导体激光器、集成电路、集成光路、微波管等需要散热功率器件。

Description

有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法

本发明属于半导体光电子技术领域，涉及到对散热功率器件的无源热沉及其制备方法的改进。

比如目前国内用于高功率半导体激光器的热沉主要是铜，也有实验用金刚石及AlN，BeO等热沉，它们大多以无源热沉为主。对于高功率半导体激光器阵列，由于转换效率等因素，发光器件的集成导致热富集，使得激光器结温升高。无源热沉热导率相对较低，因此使得高功率半导体激光器阵列的稳定性和可靠性差。金刚石与其他热沉材料相比具有很高的热导率(20w/k.cm²)，通过优化金刚石热沉的结构设计和工艺技术，与其他热沉相比，其热阻降低可达50％。

已有无源热沉因其热沉材料的热容量是一定的，当其热容量达到饱和时，在没有把热量即使带走的情况下，热沉的表面温度将会急剧升高，相应结温也急剧升高，这将带来一系列问题，如激光器的阈值电流增大、转化效率降低，输出功率减小，激光波长发生大范围漂移等弱点。

本发明的目的在于解决上述问题，为功率器件提供性能稳定可靠、易于散热、低热阻、获得高稳定性、高可靠性的关键技术即有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法。

为了实现上述目的，本发明的制备方法采取如图1、2、3所示，首先把金刚石厚膜8切割成热沉所需形状(图3d)并将其表面抛光、清洗干净；在金刚石厚膜8的正反两面及一侧面由下往上依次镀制上钛、镍、金薄膜并金属化，再在其正面或反面镀上铟；取两块铜板2、4抛光清洗，在铜板2本体上加工如图3a的进水孔12、浅槽16、螺钉孔1、6、9、10、11为绝缘透孔，其中螺钉孔10为正电极绝缘透孔、螺钉孔5为负电极不透孔，在铜板4本体上加工出水孔14、三层浅槽17和螺钉孔1b、6b、9b、10b、11b为不透孔，三层浅槽17由上、下两个台阶组成；将铜板2的前端由内向外分别镀钛、镍、金，合金化后镀铟；在绝缘垫3(图3c)本体上加工矩形透孔18、螺钉孔1c、6c、9c、10c、11c为透孔；铜片15(图3e)制成矩形形状。

本发明的热沉如图1、2和3包括：螺钉孔1、6、9、11、1b、6b、9b、10b、11b、1c、6c、9c、10c、11c，铜板2、4，绝缘垫3，负电极螺钉孔5，激光器阵列条7，金刚石厚膜8，正电极螺钉孔10，进水孔12，水流向线13，出水孔14，铜片15，浅槽16、三层浅槽17，透孔18，其特点为：铜片15固定在铜板4本体上三层浅槽17的下台阶上，金刚石厚膜8固定在铜板4的三层浅槽17的上台阶上，在金刚石厚膜8上放置绝缘垫3，铜板2扣置在绝缘垫3上，使得浅槽16、三层浅槽17、透孔18相互对应放置，用螺钉通过螺钉孔将铜板2、4和绝缘垫3固定连接，由铜板2上的进水孔12、浅槽16和铜板4上的出水孔14、三层浅槽17组成水流向线13，制成有源大通道金刚石厚膜热沉。

有源大通道金刚石厚膜热沉工作原理如图2所示，主要散热部件金刚石厚膜几乎完全浸在冷却液中，激光器阵列条工作时产生的热量首先传到金刚石厚膜上，置于进水孔、浅槽、三层浅槽、出水孔、水流向线组成的有源大通道的金刚石厚膜的热量被冷却液及时带走，提供低热阻的热沉。

本发明借助金刚石的高热导率以及几乎将金刚石厚膜表面完全浸在由进水孔、浅槽、三层浅槽、出水孔、水流向线组成的有源大通道的冷却液中以获得额外低热阻的热沉，很大程度上保证了激光器及别的功率器件工作在近似恒温下，提高了激光器性能的稳定性和可靠性。克服了已有技术制备无源热沉带来的高热阻的一系列问题。本发明在金刚石厚膜镀上钛、镍、金并合金化，解决了高功率激光器阵列的电接触问题。因为钛具有很好的粘附性，镍可以阻止钛金之间在热作用下生成金属间合物而增加系统电阻，金的电阻率很低，减小了系统电阻。铟作为软焊料，它很好的解决了阵列条与金刚石膜热膨胀不匹配的问题。本发明可广泛用于半导体激光器、集成电路、集成光路、微波管等需要散热功率器件。

附图说明：

图1是本发明有源大通道金刚石热沉结构示意图

图2是按图1虚线a剖开的截面示意图

图3是按图1和图2分解的立体示意图

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明：本发明包括螺钉孔1、6、9、11，1b、6b、9b、10b、11b，1c、6c、9c、10c、11c，铜板2、4，绝缘垫3，负电极螺钉孔5，激光器阵列条7，金刚石厚膜8，正电极螺钉孔10，进水孔12，水流向线13，出水孔14，铜片15，浅槽16、三层浅槽17，透孔18。

(1)将金刚石厚膜8按需要切割，得到体积为10×10×0.8mm³。

(2)将图3d金刚石厚膜8抛光清洗干净后，在正反两个面及一侧面由内向外分别镀上50nm钛、50nm镍、100nm金，再在正面或反面如图3d所示黑体的形状镀上1-2μm的铟。

(3)切割体积为30×30×3mm³的铜板2，加工成如图3a所示的形状：中间部分为10×10×3mm³，两边各10mm。中间部分的前端切割成10×1.5×0.07mm³的台阶，再加工成8×8×1mm³的浅槽16，浅槽16最前端壁厚为0.5mm，两边厚为1mm；螺钉孔1、6、9、10、11为带螺纹的透孔，直径为5mm；一个不透孔为负电极螺钉5，直径为3mm，在浅槽16的前壁处加工直径2mm的进水孔12，加工好后将铜板2清洗干净。

(4)切割体积为30×30×10mm³的铜板4，加工成如图3b所示的形状：三个浅槽17分别为10×12×0.8mm³，8×11.5×1.5mm³，6×9.5×2mm³，前壁厚0.5mm，在三层浅槽17的最下层前壁处加工直径为2mm的出水孔14。三层浅槽17的上、下两个台阶分别放金刚石厚膜8和0.5mm厚的铜片15。螺钉孔1b、6b、9b、10b、11b为带螺纹的不透孔，直径为5mm，加工好后清洗干净。

(5)切割体积为30×30×0.03mm³的具有弹性的绝缘垫3，加工成如图3c所示的形状：加工8×8×0.03mm³的透孔18和螺钉孔1c、6c、9c、10c、11c的为透孔，透孔18最前端壁厚0.5mm，两边厚1mm。

(6)切割体积为8×9.5×0.5mm³的铜片15，加工成如图3e所示的形状，加工好后清洗干净。

(7)铜片15固定在铜板4本体上三层浅槽17的下台阶上，金刚石厚膜8固定在铜板4的三层浅槽17的上台阶上，在金刚石厚膜8上放置绝缘垫3，铜板2扣置在绝缘垫3上，铜板2上的浅槽16、铜板4上的三层浅槽17、透孔18相互对应放置，用螺钉通过绝缘螺钉孔1、6、9、11，1b、6b、9b、11b，1c、6c、9c、11c将铜板2、4和绝缘垫3固定连接，制成有源大通道金刚石厚膜热沉。

Claims

1、有源大通道金刚石厚膜热沉及制备方法，其特征在于：首先把金刚石厚膜8切割成热沉所需形状并将其表面抛光、清洗干净；在金刚石厚膜8的正反两面及一侧面由下往上依次镀制上钛、镍、金薄膜并金属化，再在其正面或反面镀上铟；取两块铜板2、4抛光清洗，在铜板2本体上加工进水孔12、浅槽16、螺钉孔1、6、9、10、11为绝缘透孔，其中螺钉孔10为正电极绝缘透孔、螺钉孔5为负电极不透孔；在铜板4本体上加工出水孔14、三层浅槽17和螺钉孔1b、6b、9b、10b、11b为不透孔，三层浅槽17由上、下两个台阶组成；将铜板2的前端由内向外分别镀钛、镍、金，合金化后镀铟；在绝缘垫3本体上加工矩形透孔18、螺钉孔1c、6c、9c、10c、11c为透孔；铜片15制成矩形形状。

2、根据权利要求1所述有源大通道金刚石厚膜热沉，其特征在于：包括：螺钉孔1、6、9、11、1b、6b、9b、10b、11b、1c、6c、9c、10c、11c，铜板2、4，绝缘垫3，负电极螺钉孔5，激光器阵列条7，金刚石厚膜8，正电极螺钉孔10，进水孔12，水流向线13，出水孔14，铜片15，浅槽16、三层浅槽17，透孔18，铜片15固定在铜板4本体上三层浅槽17的下台阶上，金刚石厚膜8固定在铜板4的三层浅槽17的上台阶上，在金刚石厚膜8上放置绝缘垫3，铜板2扣置在绝缘垫3上，使得浅槽16、三层浅槽17、透孔18相互对应放置，用螺钉通过螺钉孔将铜板2、4和绝缘垫3固定连接，由铜板2上的进水孔12、浅槽16和铜板4上的出水孔14、三层浅槽17组成水流向线13。