CN206697748U - 半导体散热结构 - Google Patents

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Abstract

一种半导体散热结构,包含有散热基板、金属焊料层以及边射型雷射二极体。该散热基板的一侧包含有一平面,用以供该边射型雷射二极体设置。边射型雷射二极体设置于该金属焊料层上并透过降低该边射型雷射二极体的主动区以令该边射型雷射二极体的主动区靠近该散热基板的一侧。边射型雷射二极体的出光方向与该散热基板的平面平行,并于该散热基板及/或该金属焊料层上具有一沟槽。边射型雷射二极体的梁脊部设置于该散热基板上沟槽的开口位置,藉以避免该散热基板及该金属焊料层接触该边射型雷射二极体的梁脊部。

Description

半导体散热结构
技术领域
本实用新型系有关于一种半导体散热结构,特别是指一种具有高功率的半导体散热结构。
背景技术
随着光通讯元件效能的提升,其元件的需求也朝着体积小、高性能、高功率、高传输速度、耐热以及耐压的方向来发展,其中又以雷射二极体的运用最为广泛,当雷射二极体驱动时,必然会产生大量的热,若未适时地将热排除,则会导致雷射二极体的接面温度升高,使得自身元件的效能以及寿命降低,必然衍生出元件可靠度的问题,因此有必要针对散热的问题进行处理藉以提升元件的可靠度。
在光通讯领域中,雷射二极体的散热问题一直是学界与业界人士首要解决的问题,传统的雷射二极体系利用金属线打线方式再搭配散热基板进行封装,相较于导热性较好的金属线,热源会藉由金属线以及散热基板进行热传导,但金属线与雷射二极体电极的接触面积太小且雷射二极体的发光区距离散热基板太远,可能无法适时散热,进而影响到元件自身的发光效率与其寿命。因此,为克服上述的问题,本案发明人认为有必要针对如何改善雷射二极体散热不佳提供一种有效的散热结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决习知技术中雷射二极体散热效果不佳影响自身发光效率甚或产品寿命的问题,提供一种具有高功率的半导体散热结构。
为实现上述目的,本实用新型公开了一种半导体散热结构,其特征在于包含:
一散热基板,该散热基板的一侧设有一平面;以及
一边射型雷射二极体,包含一主动区、一设置于该散热基板上沟槽两侧以固定该边射型雷射二极体的金属焊料层以及一设置于该主动区发光区域一侧的梁脊部,该边射型雷射二极体设置于该散热基板上,并透过降低该边射型雷射二极体的主动区令该主动区与该边射型雷射二极体及金属焊料层接触面之间的距离为2μm至14μm,该边射型雷射二极体的出光方向与该散热基板的平面平行,并于该散热基板上具有一沟槽,该边射型雷射二极体的梁脊部对准设置于该散热基板上沟槽的开口位置以避免该散热基板接触该边射型雷射二极体的梁脊部。
其中,该散热基板为陶瓷基板。
其中,该散热基板由氮化铝、碳化硅或氧化铝所制成。
其中,该沟槽的宽度大于该边射型雷射二极体的梁脊部。
其中,该沟槽由该散热基板的平面上的一侧延伸至相对的另一侧。
还公开了一种半导体散热结构,其特征在于包含:
一散热基板,该散热基板的一侧包含有一平面;
一金属焊料层,设置于该散热基板的平面上,且该金属焊料层具有一沟槽;以及
一边射型雷射二极体,包含有一主动区以及一设置于该主动区发光区域一侧的梁脊部,该边射型雷射二极体设置于该金属焊料层上,并透过降低该边射型雷射二极体的主动区令该主动区与该边射型雷射二极体及该金属焊料层接触面之间的距离为2μm至14μm,该边射型雷射二极体的出光方向与该散热基板的平面平行,该边射型雷射二极体的梁脊部对准设置于该金属焊料层沟槽上的开口位置以避免该金属焊料层接触该边射型雷射二极体的梁脊部。
其中,该散热基板为陶瓷基板。
其中,该散热基板由氮化铝、碳化硅或氧化铝所制成。
其中,该沟槽的宽度大于该边射型雷射二极体的梁脊部。
是以,本实用新型比起习知技术具有以下优势功效:
1.本实用新型的半导体散热结构系将边射型雷射二极体系设置于该金属焊料层上并透过降低该边射型雷射二极体的主动区,使该边射型雷射二极体的主动区靠近于散热基板,藉以缩短该边射型雷射二极体的导热途径,有效地将边射型雷射二极体产生的热以较短的距离传导至该散热基板。
2.本实用新型中的半导体散热结构透过将沟槽设置于该散热基板上,使边射型雷射二极体的梁脊部对准至该沟槽上的开口位置,避免散热基板伤害到该边射型雷射二极体的梁脊部进一步影响其发光品质。
附图说明
图1为本实用新型第一实施态样的立体示意图。
图2为本实用新型第一实施态样的剖面示意图。
图3为本实用新型第二实施态样的立体示意图。
图4为本实用新型第二实施态样的剖面示意图。
具体实施方式
有关本实用新型之详细说明及技术内容,现就配合图式说明如下。再者,本实用新型中之图式,为说明方便,其比例未必照实际比例绘制,该等图式及其比例并非用以限制本实用新型之范围,在此先行叙明。
请先参阅图1,本实用新型第一实施态样的立体示意图,如图所示:
本实施态样提出用于散热的一种半导体散热结构,其中该半导体散热结构100主要包含有一散热基板10以及一边射型雷射二极体20(Edgeemitting laser diode)。所述的散热基板10的一侧系包含有一平面11、一金属焊料层30、以及一设置于该平面11上的沟槽12。其中,所述的散热基板10可以为陶瓷基板 (Ceramic Board),其具有高导热、低热阻、寿命长以及耐热的特性,由于陶瓷基板的导热性佳及耐热性佳,故可透过该陶瓷基板引导热进行散热。具体而言,所述的散热基板10可以由氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料或由上述材料组合而成的复合材料所制成,于本实用新型中不予以限制。于较佳实施态样中,以氮化铝(AlN)材料制成的散热基板为最佳,由于氮化铝具有导热性佳、热膨胀系数小的特性,因此不容易因为散热基板10受温度影响膨胀或缩小而导致边射型雷射二极体20光束偏移的问题。
请续参阅图2,本实用新型第一实施态样的立体示意图,如图所示:
所述的边射型雷射二极体20系包含有一主动区22、以及一设置于该主动区 22发光区域23一侧的梁脊部(Ridge)21。具体而言,该梁脊部21系可以为P型半导体,该主动区22系为P-N接面之间的区域,于该梁脊部21的底侧系可以选择性地设置有一电极层(图未示),覆盖于该梁脊部21的外侧,该电极层系可以朝二侧的方向延伸至该金属焊料层30的上侧。该边射型雷射二极体20设置于该散热基板10上,并透过降低该边射型雷射二极体20的主动区22以令该边射型雷射二极体20的主动区22靠近该散热基板10的一侧。该边射型雷射二极体20 的出光方向系与该散热基板10的平面11平行,并于该散热基板10上系具有一沟槽12,该边射型雷射二极体20的梁脊部21对准设置于该散热基板10上沟槽 12的开口位置,该金属焊料层30则设置于该沟槽12的两侧用以固定该边射型雷射二极体20,藉以避免该散热基板10以及该金属焊料层30接触该边射型雷射二极体20的梁脊部21。所述的梁脊部21于图式中系以方块表示,该梁脊部 21依据雷射半导体的种类可以凸出于该雷射半导体的底侧、或向内凹入形成槽状、或是与底侧齐平形成平坦面,于本实用新型中不欲限制该梁脊部21的实施方式。具体而言,所述的边射型雷射二极体20可以为梁脊式雷射二极体、平面掩埋式雷射二极体、条状掩埋式雷射二极体等或其他具有梁脊结构之雷射二极体,于本实用新型中不予以限制。
所述的散热基板10沟槽12的宽度系大于该边射型雷射二极体20的梁脊部 21。具体而言,该散热基板10的沟槽12的最小宽度可接近于边射型雷射二极体20的梁脊部21宽度约1~2μm,但仍需保留些许裕度避免伤到该梁脊部21。于一较佳实施态样中,该沟槽12系由该散热基板10的平面11上的一侧延伸至相对的另一侧,以便安装该边射型雷射二极体20时提供可供目测的基准准位调整该边射型雷射二极体20的梁脊部21的位置。于另一较佳实施态样中,该沟槽 12亦可仅设置于该边射型雷射二极体20的下侧、延伸至该散热基板10的另一面、或是由两块基板合并并于中间保持一适当距离藉以形成该沟槽,于本实用新型中不予以限制。
该金属焊料层30的材料于较佳实施态样中系由包含有金锡合金的材料所制成,且设置于该沟槽12的两侧,藉以使该边射型雷射二极体20能够附着于该散热基板10。于其余较佳实施态样中,该金属焊料层30的材料亦可以由例如纯锡、金锡合金或其他金属材料或包含其他金属材料的合金材料所制成,于本实用新型中不予以限制。
所述的边射型雷射二极体20的系透过降低该主动区22的高度使该主动区 22相当靠近于该散热基板10的平面11。于较佳实施态样中,该主动区22与该边射型雷射二极体20及金属焊料层接触面之间的距离系可以为2μm至14μm,藉以使该主动区22所产生的热经由该金属焊料层30直接传导至该散热基板10的平面11,以达到缩短导热途径的功效。
本实用新型的半导体散热结构除上述的实施态样外,亦可以为以下的实施方式。以下系针对本实用新型第二实施态样进行说明,请续参阅图3,系本实用新型第二实施态样的立体示意图,如图所示:
本实施态样与第一实施态样的差异在于散热结构的设计方式不同,其余相同部分以下便不再予以赘述。
本实施态样系提出用于散热的一种半导体散热结构,其中该半导体散热结构 200主要包含有一散热基板40、一边射型雷射二极体50、以及一金属焊料层60。所述的散热基板40的一侧系包含有一平面41。所述的金属焊料层60系设置于该散热基板40的平面41上,该金属焊料层60具有一沟槽61。
所述的散热基板40可以为陶瓷基板(Ceramic Board),其具有高导热、低热阻、寿命长以及耐热的特性,由于陶瓷基板的导热性佳及耐热性佳,故可透过该陶瓷基板引导热进行散热。
具体而言,所述的散热基板40较佳可以由包含有氮化铝(AlN)材料、碳化硅 (SiC)材料、氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料或由上述材料组合而成的复合材料所制成,于本实用新型中不予以限制。于较佳实施态样中,以氮化铝(AlN)材料的散热基板为最佳,由于氮化铝具有导热性佳、热膨胀系数小的特性,因此不会因为散热基板40受温度影响膨胀或缩小而导致边射型雷射二极体50光束偏移的问题。
所述的金属焊料层60的材料于较佳实施态样中系由包含有金锡合金的材料所制成,于该金属焊料层60上系具有沟槽61用以避开该边射型雷射二极体50 的梁脊部51。该金属焊料层60的材料亦可以由例如纯锡(Sn)、金锡合金或其他金属材料或包含其他金属材料的合金材料所制成,于本实用新型中不予以限制。
请续参阅图4,本实用新型第二实施态样的剖面示意图,如图所示:
所述的边射型雷射二极体50系包含有一主动区52、以及一设置于该主动区 52发光区域53一侧的梁脊部51。具体而言,该梁脊部51系可以为P型半导体,该主动区52系为P-N之间的区域,此部分端看边射型雷射二极体50的种类,于该梁脊部51的底侧系可以选择性地设置有一电极层(图未示),覆盖于该梁脊部 51的外侧,该电极层系可以朝二侧的方向延伸至该金属焊料层60的上侧。该边射型雷射二极体50设置于该金属焊料层60上,并透过降低该边射型雷射二极体 50的主动区52,以令该边射型雷射二极体50的主动区52靠近该散热基板40的一侧。该边射型雷射二极体50的出光方向系与该散热基板40的平面41平行,并于该金属焊料层60上设置有一沟槽61,该边射型雷射二极体50的梁脊部51 对准设置于该金属焊料层60沟槽61上的开口位置,藉以避免该金属焊料层60 接触该边射型雷射二极体50的梁脊部51。所述的梁脊部51于图式中系以方块表示,该梁脊部51依据雷射半导体的种类可以凸出于该雷射半导体的底侧、或向内凹入形成槽状、或是与底侧齐平形成平坦面,于本实用新型中不欲限制该梁脊部51的实施方式。具体而言,所述的边射型雷射二极体50可以为梁脊式雷射二极体、平面掩埋式雷射二极体、条状掩埋式雷射二极体等或其他具有梁脊结构之雷射二极体,于本实用新型中不予以限制。
所述的金属焊料层60沟槽61的宽度系大于该边射型雷射二极体50的梁脊部51的宽度。具体而言,该金属焊料层60的沟槽61的最小宽度可接近于边射型雷射二极体50的梁脊部51宽度约1~2μm,但仍需保留些许裕度避免伤到该梁脊部51。
所述的边射型雷射二极体50系透过降低该主动区52的高度使该主动区52 相当靠近于该金属焊料层60。于较佳实施态样中,该主动区52与该边射型雷射二极体50及金属焊料层60接触面之间的距离系可以为2μm至14μm,藉以使该主动区52所产生的热经由该金属焊料层60直接传导至该散热基板40的平面41,以达到缩短导热途径的功效。
综上所述,本实用新型的半导体散热结构系将边射型雷射二极体系设置于该金属焊料层上并透过降低该边射型雷射二极体的主动区,使该边射型雷射二极体的主动区靠近于散热基板,藉以缩短该边射型雷射二极体的导热途径,有效地将边射型雷射二极体产生的热以较短的距离传导至该散热基板。此外,本实用新型中的半导体散热结构透过将沟槽设置于该散热基板上,使边射型雷射二极体的梁脊部对准至该沟槽上的开口位置,避免散热基板伤害到该边射型雷射二极体的梁脊部进一步影响其发光品质。
以上已将本实用新型做一详细说明,惟以上所述,仅惟本实用新型的一较佳实施例而已,当不能以此限定本实用新型实施之范围,即凡依本实用新型申请专利范围所作之均等变化与修饰,皆应仍属本实用新型之专利涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种半导体散热结构,其特征在于包含:
一散热基板,该散热基板的一侧设有一平面;以及
一边射型雷射二极体,包含一主动区、一设置于该散热基板上沟槽两侧以固定该边射型雷射二极体的金属焊料层以及一设置于该主动区发光区域一侧的梁脊部,该边射型雷射二极体设置于该散热基板上,并透过降低该边射型雷射二极体的主动区令该主动区与该边射型雷射二极体及金属焊料层接触面之间的距离为2μm至14μm,该边射型雷射二极体的出光方向与该散热基板的平面平行,并于该散热基板上具有一沟槽,该边射型雷射二极体的梁脊部对准设置于该散热基板上沟槽的开口位置以避免该散热基板接触该边射型雷射二极体的梁脊部。
2.如权利要求1所述的半导体散热结构,其特征在于,该散热基板为陶瓷基板。
3.如权利要求2所述的半导体散热结构,其特征在于,该散热基板由氮化铝、碳化硅或氧化铝所制成。
4.如权利要求1所述的半导体散热结构,其特征在于,该沟槽的宽度大于该边射型雷射二极体的梁脊部。
5.如权利要求1所述的半导体散热结构,其特征在于,该沟槽由该散热基板的平面上的一侧延伸至相对的另一侧。
6.一种半导体散热结构,其特征在于包含:
一散热基板,该散热基板的一侧包含有一平面;
一金属焊料层,设置于该散热基板的平面上,且该金属焊料层具有一沟槽;以及
一边射型雷射二极体,包含有一主动区以及一设置于该主动区发光区域一侧的梁脊部,该边射型雷射二极体设置于该金属焊料层上,并透过降低该边射型雷射二极体的主动区令该主动区与该边射型雷射二极体及该金属焊料层接触面之间的距离为2μm至14μm,该边射型雷射二极体的出光方向与该散热基板的平面平行,该边射型雷射二极体的梁脊部对准设置于该金属焊料层沟槽上的开口位置以避免该金属焊料层接触该边射型雷射二极体的梁脊部。
7.如权利要求6所述的半导体散热结构,其特征在于,该散热基板为陶瓷基板。
8.如权利要求7所述的半导体散热结构,其特征在于,该散热基板由氮化铝、碳化硅或氧化铝所制成。
9.如权利要求6所述的半导体散热结构,其特征在于,该沟槽的宽度大于该边射型雷射二极体的梁脊部。
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