CN220107186U - 芯片衬底、芯片衬底组件及激光器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及激光器技术领域，公开了一种芯片衬底、芯片衬底组件及激光器，包括：基板、第一金属层和第二金属层。其中，基板由绝缘导热材料制成，第一金属层包括第一导电区和第二导电区，第一导电区和第二导电区间隔设置于基板的第一侧，第二金属层设置于基板与第一侧相对的第二侧，第一金属层和第二金属层由相同金属材料制成，第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值为0.43～0.80。通过上述方式，使得芯片衬底在具有导热能力的同时，芯片衬底的综合热膨胀系数与芯片的热膨胀系数匹配，当芯片工作时，能够避免芯片严重变形甚至开裂，从而提高芯片工作时光电性能的稳定性。

Description

芯片衬底、芯片衬底组件及激光器

技术领域

本申请实施例涉及激光器技术领域，具体涉及一种芯片衬底、芯片衬底组件及激光器。

背景技术

在半导体激光器的使用过程中，激光芯片会产生热量，若激光芯片所产生的热量不能及时散去，会导致其光电性能下降，严重时甚至会导致激光芯片烧毁。目前，通过在半导体激光器内设置芯片衬底，将激光芯片安装在芯片衬底上，使得激光芯片产生的热量通过芯片衬底能够传导出去，以降低激光芯片的结温，从而让激光芯片可以正常工作。

但是，在激光芯片产生热量以及芯片衬底传导激光芯片所产生的热量的过程中，激光芯片和芯片衬底均会受热膨胀，在激光芯片和芯片衬底的热应力的作用下，激光芯片容易严重变形甚至开裂从而严重影响激光芯片的光电性能(例如会导致半导体激光器的偏振度较低)。此外，在激光芯片和芯片衬底的焊接过程中，二者需要经历升降温过程，此时激光器的内部组件内会产生机械应力，也会导致激光芯片容易严重变形甚至开裂。因此，如何使芯片衬底在保证芯片散热良好的同时，还能降低芯片的变形程度成为了需要解决的问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种芯片衬底，用于解决如何使芯片衬底在保证芯片散热良好的同时，还能降低芯片的变形程度的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种芯片衬底，包括：基板，由绝缘导热材料制成；

第一金属层，包括第一导电区和第二导电区，所述第一导电区和所述第二导电区间隔设置于所述基板的第一侧；

第二金属层，设置于所述基板与所述第一侧相对的第二侧；

所述第一金属层和所述第二金属层由相同金属材料制成，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之和与所述基板的厚度的比值为0.43～0.80。

在一些实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度相同。

在一些实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层均由铜制成，所述基板由氮化铝制成，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之和与所述基板的厚度的比值为0.43～0.67。

在一些实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层均由铜制成，所述基板由碳化硅制成，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之和与所述基板的厚度的比值为0.64～0.80。

在一些实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层上均包覆有防护层，所述防护层由导电材料制成；

包覆所述第一导电区的防护层上包覆有第一焊接层，所述第一导电区用于通过包覆其上的防护层和所述第一焊接层与所述芯片的正极电连接；

包覆所述第二导电区的防护层上包覆有第二焊接层，所述第二导电区用于通过包覆其上的防护层和所述第二焊接层与所述芯片的负极电连接。

在一些实施例中，所述第一焊接层上设有焊料层，所述第一焊接层用于通过所述焊料层与所述芯片的正极焊接，所述第二焊接层用于通过导线与所述芯片的负极电连接。

在一些实施例中，所述第一导电区的横截面积大于所述第二导电区的横截面积。

在一些实施例中，包覆所述第二金属层的防护层上包覆有第三焊接层，所述第二金属层用于通过包覆其上的防护层和所述第三焊接层与散热器接触。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种芯片衬底组件，所述芯片衬底组件至少包括第一芯片衬底和第二芯片衬底，所述第一芯片衬底和所述第二芯片衬底为上述任一实施例所述的芯片衬底，所述第一芯片衬底的第二导电区通过导线与所述第二芯片衬底的第一导电区电连接。

根据本申请的第三方面，提供了一种激光器，所述激光器包括外壳、设置于所述外壳内的激光芯片和上述任一实施例所述的芯片衬底；所述激光芯片设置于所述芯片衬底上表面，所述激光芯片的正极与所述芯片衬底的第一导电区电连接，所述激光芯片的负极与所述芯片衬底的第二导电区电连接；或者，

所述激光器包括外壳、设置于所述外壳内的激光芯片和上述任一实施例所述的芯片衬底组件，所述芯片衬底组件的每个芯片衬底上表面均设置有激光芯片，每个激光芯片的正极均与设置该激光芯片的芯片衬底的第一导电区电连接，每个激光芯片的负极均与设置该激光芯片的芯片衬底的第二导电区电连接。

本申请实施例通过设置第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值为0.43～0.80，实现了在芯片衬底能有效传导芯片所产生的热量的同时保证了芯片衬底的综合热膨胀系数与芯片的热膨胀系数相匹配，当芯片工作时，能够避免芯片严重变形甚至开裂，从而提高芯片工作时光电性能的稳定性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的芯片衬底的侧视结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的芯片衬底的俯视结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的安装有芯片的芯片衬底的侧视结构示意图；

图4示出了一些实施例的第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值和综合热膨胀系数的关系的变化曲线示意图；

图5示出了另一些实施例的第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值和综合热膨胀系数的关系的变化曲线示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的安装有芯片的芯片衬底组件的俯视结构示意图；

图7示出了本实用新型另一实施例提供的安装有芯片的芯片衬底组件的俯视结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例提供的激光器的结构示意图；

图9示出了本实用新型另一实施例提供的激光器的结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

100、芯片衬底；110、第一金属层；111、第一导电区；1111、第一焊接层；1112、焊料层；112、第二导电区；1121、第二焊接层；120、第二金属层；121、第三焊接层；130、基板；140、防护层；

200、芯片；

300、导线；

400、芯片衬底组件；410、第一芯片衬底；420、第二芯片衬底；

500、激光器；510、外壳；520、激光芯片；530、散热器；

T1、第一金属层的厚度；T2、第二金属层的厚度；T3、基板的厚度。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本发明人注意到，目前激光器所使用的芯片衬底只考虑了芯片衬底对芯片的导热能力，并没有考虑到芯片在工作过程中容易在热应力的作用下发生形变甚至开裂的问题，使得芯片在工作过程中，其光电性能会受到影响，不能正常工作。而造成上述的问题的原因是因为芯片和芯片衬底的热膨胀系数不匹配，当芯片和芯片衬底受热膨胀时，由于热膨胀系数的不匹配，二者膨胀程度不同，变形趋势不一致，在芯片和芯片衬底的结合面上将会产生应力，从而导致芯片发生严重形变甚至开裂。或者在芯片和芯片衬底的焊接过程中，二者需要经历升降温过程，此时激光器的内部组件内会产生机械应力，也会导致激光芯片容易严重变形甚至开裂。因此，通过设置芯片衬底，在保证芯片散热良好的同时，其热膨胀系数还能与芯片的热膨胀系数匹配，将降低芯片工作时的变形程度。

本发明人经过深入研究，发明了一种芯片衬底，以解决上述问题。首先，通过选取具有导热性能的金属材料和基板，以保证芯片衬底能够对芯片进行导热。其次，通过设置第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值，以调整芯片衬底的综合热膨胀系数，使得芯片衬底的综合热膨胀系数与安装于该芯片衬底上的芯片的热膨胀系数相匹配的同时，保证了芯片衬底的低热阻，使得芯片衬底的整体性能得到提升。

图1示出了本实用新型实施例提供的芯片衬底的侧视结构示意图，图2示出了本实用新型实施例提供的芯片衬底的俯视结构示意图，图3示出了本实用新型实施例提供的安装有芯片的芯片衬底的侧视结构示意图。以下结合图1至图3说明本申请一实施例的一种芯片衬底100。该芯片衬底100包括基板130、第一金属层110和第二金属层120。

其中，基板130由绝缘导热材料制成。例如，基板130选用陶瓷基板，陶瓷材料可以是碳化硅、氧化铝或氮化铝等材料；基板130还可以选用晶体基板，晶体材料可以是碳化硅、氧化铝或氮化铝等材料。基板130可以为矩形基板、圆形基板或其他规则/不规则形状的基板。

第一金属层110包括第一导电区111和第二导电区112，第一导电区111和第二导电区112间隔设置于基板130的第一侧，第二金属层120则设置于基板130与第一侧相对的第二侧。

芯片衬底100用于安装芯片200以及传导芯片200所产生的热量以对芯片200进行散热，芯片200设置于芯片衬底100的第一侧，芯片200的正负极分别与第一导电区111和第二导电区112连接。

通过第一导电区111和第二导电区112间隔设置于基板130的第一侧，避免第一导电区111和第二导电区112导通，从而使芯片200的正负极短接，导致芯片200损坏以及无法正常工作。

由于基板130具有一定厚度，因此基板130通常具有至少3个侧面。第一侧和第二侧是指基板130上面积最大的两侧且呈平面状，从而适于在该侧设置用于放置芯片200的第一金属层110，以及缩短芯片200的热量通过基板130传导至激光器外壳510的路径，从而提高导热效率。

第一金属层110和第二金属层120可以由银、铜或铝等材料制成，这些金属材料具有良好的导热性。第一金属层110和第二金属层120位于基板130的两侧，其中，第一金属层110用于与芯片200连接，起到导电和导热的作用。第二金属层120设置于芯片衬底100的另一侧，起到导热作用的同时，与第一金属层110共同平衡芯片衬底100的应力。若仅在芯片衬底100的一侧设置金属层，会导致芯片衬底100在受热膨胀时基板130仅受到来自金属层一侧的应力作用，使基板130向另一侧弯曲严重，导致基板130出现损坏，使得芯片衬底100自身的结构不够稳定。

第一金属层110和第二金属层120由相同金属材料制成，第一金属层110和第二金属层120若采用不同的金属材料，由于不同的金属材料的热膨胀系数不同，所以为了使第一金属层110和第二金属层120的热膨胀系数保持一致，第一金属层110和第二金属层120需要设置为不同的厚度，但第一金属层110和第二金属层120的厚度不同会导致基板130的上下表面受力不均，从而使芯片衬底100的翘曲度过大，出现芯片衬底100和芯片200之间发生脱落的情况，影响芯片200的正常工作。因此为了避免单侧金属层过厚导致芯片衬底100的上下表面受力不均，采用相同的金属材料制成第一金属层110和第二金属层120，并且在一些实施例中，通过设置第一金属层110和第二金属层120的厚度相同，以保证第一金属层110和第二金属层120的热膨胀量相同。

第一导电区111的厚度和第二导电区112的厚度相同，第一金属层的厚度T1则为第一导电区111的厚度或第二导电区112的厚度。若第一导电区111和第二导电区112的厚度不同，会导致芯片衬底100在受热膨胀时，基板130分别与第一导电区111和第二导电区112的结合面受到的应力不相同，从而使基板130两端的膨胀程度不相同，膨胀趋势不一致。因此即便芯片衬底100的综合热膨胀系数与芯片200的热膨胀系数相匹配，但二者的膨胀趋势不能保持一致，也会导致芯片200出现严重变形甚至损坏，因此设置第一导电区111的厚度和第二导电区112的厚度相同。并且为了满足第一金属层110和第二金属层120的厚度相同，也需要将第一导电区的厚度设置成与第二导电区的厚度相同。

第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值为0.43～0.80。

芯片衬底100的性能与其自身的总热阻和综合热膨胀系数有关，总热阻越低，导热性越好，散热效率越快，而综合热膨胀系数则需要与安装于该芯片衬底100上的芯片200的热膨胀系数匹配，以避免芯片200和芯片衬底100受热膨胀时产生的应力对芯片200造成损坏。

芯片衬底100的总热阻可等效于芯片衬底100的每层材料的热阻之和，即∑R＝R1+R2+…+Rn，其中，∑R为总热阻，R1～Rn为各层材料的热阻。在本申请实施例中，∑R＝R1+R2+R3，其中R1为第一金属层110的热阻，R2为基板130的热阻，R3为第二金属层120的热阻。

每一层材料的热阻可以根据公式Rn＝L/(λ×S)计算得到，其中，L为该层材料厚度，λ为该层材料的热导率，S为热流通路的截面积。其中热流通路的截面积的计算可采用两种方式，在一种情况下，当热流通过的界面层很薄时，认为热是垂直于材料截面进行扩散的，基于该原理对界面层薄的热流通路的截面积进行计算。另一种情况下，当热流通过的界面层很厚时，热流通路的截面不断地增加，热的扩散比较复杂，可以将复杂的热扩散简化为45°扩散，此时截面积等效于平均热流通路面积，即热流通路面积的最小值与最大值的平均值。通过上述方式，本申请实施例可以计算得到芯片衬底100的总热阻。

由上述公式∑R＝R1+R2+…+Rn以及Rn＝L/(λ×S)可知，当材料的热导率越高时，该层的热阻越低，总热阻就越低。因此，为了得到较低总热阻的芯片衬底100，需要选取热导率高的材料。在一些实施例中，结合常见的金属材料的导热率以及制作成本，由于铜的低成本以及高热导率，本申请实施例选取铜作为第一金属层110和第二金属层120的制备材料。但是铜的热膨胀系数较高，为16×10^-6/K，该数值远远超过常见半导体芯片的热膨胀系数，例如砷化镓芯片的热膨胀系数仅为6.3×10^-6/K，因此为了使芯片衬底100的热膨胀系数与砷化镓芯片的热膨胀系数匹配，需要选取合适的基板130制作材料以降低整体芯片衬底100的热膨胀系数。

在选取基板130制作材料的时候，同样需要考虑到基板130制作材料的热导率。在一些实施例中，由于氮化铝陶瓷的热导率高，一般为250～260W/m*k，导热性能强，且氮化铝陶瓷的热膨胀系数较低，为4.8×10^-6/K，因此选取氮化铝作为基板130的制作材料以与金属铜层复合从而降低芯片衬底100的综合热膨胀系数。

在确定了各层材料的基础上，芯片衬底100的综合热膨胀系数还与各层材料的厚度直接相关。由于第一金属层110和第二金属层120由相同材料制成，可以将第一金属层110和第二金属层120视为一体，然后进行芯片衬底100的综合热膨胀系数计算。当第一金属层110和第二金属层120的厚度之和占芯片衬底100的总厚度(第一金属层110、第二金属层120和基板130的厚度之和)比重较大时，芯片衬底100的综合热膨胀系数较高，当第一金属层110和第二金属层120的厚度之和占芯片衬底100的总厚度比重较小时，芯片衬底100的综合热膨胀系数较低。因此，为了得到与芯片200的热膨胀系数相匹配的综合热膨胀系数，需要合理设置第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板130的厚度的比值。

当第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值为0.43时，芯片衬底100的综合热膨胀系数为6.3x10^-6/K，与砷化镓芯片的热膨胀系数完全匹配。但是，由于实际产品制程中，不能准确地控制第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值一定为0.43，会出现细微偏差，具体比值会在0.43上下浮动。考虑到砷化镓芯片不宜承受张应力，可适当承受压应力的特性，可以适应性地增加第一金属层110和第二金属层120的厚度以提高芯片衬底100的综合热膨胀系数。并且当芯片衬底100的综合热膨胀系数略大于砷化镓芯片的热膨胀系数时，砷化镓芯片所承受的适当的压应力还可以提高砷化镓芯片的偏振度。

对本申请实施例提供的芯片衬底100进行对照实验，选用铜作为第一金属层110和第二金属层120的制备材料，基板130选用氮化铝陶瓷，芯片200选用砷化镓芯片，限定芯片衬底的总厚度为450μm。采用5个实验例(序号2至序号6)和3个对照例(序号1、序号7和序号8)，各实验例的基板的厚度、第一金属层和第二金属层的厚度之和以及第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值参照表1所示。经过实验，得到表1所示的芯片衬底的综合热膨胀系数，根据各综合热膨胀系数得到如图4所示的第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值和综合热膨胀系数的关系的变化曲线示意图。

表1

由此可知，当第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值为0.43～0.67时(参见序号2至序号6的实验例)，芯片衬底的综合热膨胀系数在6.3×10^-6/K～7.06×10^-6/K的范围内，与砷化镓芯片的热膨胀系数的比值在1～1.12之间，二者相匹配。例如，参见序号3的实验例，当基板的厚度为300μm，第一金属层和第二金属层的厚度之和为150μm，二者的比值为0.50，此时芯片衬底的综合热膨胀系数为6.55×10^-6/K，与砷化镓芯片的热膨胀系数的比值为1.039，二者的热膨胀系数相差很小，膨胀程度近似相同，芯片衬底的综合热膨胀系数和砷化镓芯片的热膨胀系数匹配。

而当第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值位于0.43～0.67范围外时，当基板的厚度为250μm，第一金属层和第二金属层的厚度之和为200μm时(参见序号7的对照例)，二者比值为0.8，此时芯片衬底的综合热膨胀系数为7.44×10^-6/K，远大于砷化镓芯片的热膨胀系数。还有另一个对照例(参见序号1的对照例)，当基板的厚度为322μm，第一金属层和第二金属层的厚度之和为128μm时，此时芯片衬底的综合热膨胀系数为6.20×10^-6/K，略小于砷化镓芯片的热膨胀系数，由于前述提到的砷化镓芯片不宜承受张应力的原因，因此对于综合热膨胀系数小于砷化镓芯片的热膨胀系数的芯片衬底不予考虑。

在一些实施例中，优选地，第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值为0.52～0.56。当芯片衬底100应用在高功率激光芯片时，由于高功率激光芯片需要较高的驱动电流，因此需要降低芯片衬底100的总电阻以提高驱动电流的电流值。芯片衬底100的总电阻与芯片衬底100的总热阻正相关，因此在芯片衬底100总厚度一定的情况下，可以通过适当增加第一金属层110和第二金属层120的厚度，以降低芯片衬底100的总电阻，从而提高驱动电流的电流值。

在以铜作为第一金属层110和第二金属层120的制作材料的基础上，在一些实施例中，由于碳化硅陶瓷的热导率高，一般为150～270W/m*k，导热性能强，且碳化硅陶瓷的热膨胀系数较低，为4.0×10^-6/K，可以选取碳化硅作为基板130的制作材料以与金属铜层复合从而降低芯片衬底100的综合热膨胀系数。

在确定了各层材料的基础后，需要进行芯片衬底100的综合热膨胀系数计算。当第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值为0.64时，芯片衬底100的综合热膨胀系数为6.3x10^-6/K，与砷化镓芯片的热膨胀系数完全匹配。但是，由于实际产品制程中，不能准确地控制第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值一定为0.64，会出现细微偏差，具体比值会在0.64上下浮动。考虑到砷化镓芯片不宜承受张应力，可适当承受压应力的特性，可以适应性地增加第一金属层110和第二金属层120的厚度以提高芯片衬底100的综合热膨胀系数。并且当芯片衬底100的综合热膨胀系数略大于砷化镓芯片的热膨胀系数时，砷化镓芯片所承受的适当的压应力还可以提高砷化镓芯片的偏振度。

对本申请实施例提供的芯片衬底100进行对照实验，选用铜作为第一金属层110和第二金属层120的制备材料，基板130选用碳化硅陶瓷，芯片200选用砷化镓芯片，限定芯片衬底的总厚度为440μm。采用4个实验例(序号4至序号7)和4个对照例(序号1、序号2、序号3和序号8)，各实验例的基板的厚度、第一金属层和第二金属层的厚度之和以及第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值参照表2所示。经过实验，得到表2所示的芯片衬底的综合热膨胀系数，根据各综合热膨胀系数得到如图5所示的第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值和综合热膨胀系数的关系的变化曲线示意图。

表2

由此可知，当第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值为0.64～0.8时(参见序号2至序号5的实验例)，芯片衬底的综合热膨胀系数在6.3×10^-6/K～6.76×10^-6/K的范围内，与砷化镓芯片的热膨胀系数的比值在1～1.07之间，二者相匹配。例如，参见序号4的实验例，当基板的厚度为330μm，第一金属层和第二金属层的厚度之和为210μm，二者的比值为0.64，此时芯片衬底的综合热膨胀系数为6.30×10^-6/K，与砷化镓芯片的热膨胀系数的比值为1，二者的热膨胀系数近似相等，膨胀程度近似相同，芯片衬底的综合热膨胀系数和砷化镓芯片的热膨胀系数匹配。

而当第一金属层和第二金属层的厚度之和与基板的厚度的比值位于0.64～0.80范围外时，当基板的厚度为280μm，第一金属层和第二金属层的厚度之和为260μm时(参见序号8的对照例)，二者比值为0.93，此时芯片衬底的综合热膨胀系数为7.09×10^-6/K，远大于砷化镓芯片的热膨胀系数。还有另一个对照例(参见序号1的对照例)，当基板的厚度为340μm，第一金属层和第二金属层的厚度之和为200μm时，此时芯片衬底的综合热膨胀系数为6.15×10^-6/K，略小于砷化镓芯片的热膨胀系数，由于前述提到的砷化镓芯片不宜承受张应力的原因，因此对于综合热膨胀系数小于砷化镓芯片的热膨胀系数的芯片衬底不予考虑。

通过设置第一金属层110和第二金属层120的厚度之和与基板的厚度T3的比值为0.43～0.8，实现了在芯片衬底100能有效传导芯片200所产生的热量的同时保证了芯片衬底100的综合热膨胀系数与芯片200的热膨胀系数相匹配，当芯片200工作时，能够避免芯片200严重变形甚至开裂，从而提高芯片200工作时光电性能的稳定性。

在一些实施例中，第一金属层110和第二金属层120上均包覆有防护层140。防护层140用于防止第一金属层110和第二金属层120受热氧化，其可以由镍、铝等在空气中具有良好的钝化能力的金属材料制成。在一些实施例中，由于镍的钝化特性，可以更有效地防止第一金属层110和第二金属层120受热氧化，因此优选选取镍作为防护层140的制备材料。

由于第一导电区111和第二导电区112分别与芯片200的正负极连接，因此包覆第一导电区111和第二导电区112的防护层140需要由导电材料制成，以保证第一导电区111和第二导电区112与芯片200的正负极之间的电连接。

包覆第一导电区111的防护层140上包覆有第一焊接层1111，第一导电区111用于通过包覆其上的防护层140和第一焊接层1111与芯片200的正极电连接。包覆第二导电区112的防护层140上包覆有第二焊接层1121，第二导电区112用于通过包覆其上的防护层140和第二焊接层1121与芯片200的负极电连接。

焊接层用于将芯片200焊接于芯片衬底100上。第一焊接层1111和第二焊接层1121一般由耐高温材料制成，例如金。金的导电性能高、延展性好且耐高温，具有良好的抗色变能力，并且还易于焊接。通过在包覆第一导电区111的防护层140上设置第一焊接层1111以及在包覆第二导电区112的防护层140上设置第二焊接层1121，既能将芯片200焊接在芯片衬底100上，并且选用化学性质稳定的材料(自身不易生锈)，还对包覆第一金属层110的防护层140进行包覆以避免制成第一金属层110和包覆第一金属层110的防护层140的金属材料自由扩散，从而可以有效防止第一导电区111、第二导电区112以及包覆两者的防护层140生锈。此外，第一焊接层1111和第二焊接层1121还具有导电能力，保证了第一导电区111和第二导电区112与芯片200的正负极之间的电连接。

在一些实施例中，请参阅图1和图3，第一焊接层1111上设有焊料层1112，第一焊接层1111用于通过焊料层1112与芯片200的正极焊接，第二焊接层1121用于通过导线300与芯片200的负极电连接。

焊料层1112用于辅助芯片200与第一金属层110之间的焊接，焊料层1112设置于第一金属层110上安装芯片200的区域，其尺寸一般大于芯片200的尺寸以稳定地将芯片200焊接于第一金属层110上。焊料层1112可以采用金锡焊料、铟系或锡系焊料制成。在一些实施例中，焊料层1112为金锡层，其耐用性、抗氧化性、抗热疲劳性优异，使得第一金属层110和芯片200之间的焊接更加稳定。

由于芯片200的正极在实际应用过程中产生的热量较大，因此将芯片200的正极直接焊接在第一焊接层1111上，使得芯片200的正极所产生的热量可以直接通过芯片衬底100进行传导，提高了芯片衬底100对芯片200的散热效率。

在一些实施例中，请参阅图2，第一导电区111的横截面积大于第二导电区112的横截面积。

由于芯片200的正极与第一焊接层1111进行焊接，而芯片200的正极在实际应用过程中产生的热量较大，所以通过增大第一导电区111的横截面积，以提高第一导电区111的导热能力，使得芯片200的正极所产生的热量能够迅速通过第一导电区111传导出去。

在一些实施例中，包覆第二金属层120的防护层140上包覆有第三焊接层121，第二金属层120用于通过包覆其上的防护层140和第三焊接层121与散热器接触。

第三焊接层121一般由耐高温材料制成，例如金。金的导电性能高、延展性好且耐高温，具有良好的抗色变能力，并且还易于焊接。通过在包覆第二金属层的防护层140上设置第三焊接层121，其中第三焊接层121选用化学性质稳定的材料(自身不易生锈)，对包覆第二金属层120的防护层140进行包覆以避免制成第二金属层120和包覆第二金属层120的防护层140的金属材料自由扩散，从而可以有效防止第二金属层120以及包覆第二金属层120的防护层140生锈。

为了提高芯片200的散热效率，激光器中设置有散热器，散热器通过第三焊接层121与第二金属层120焊接，散热器用于对芯片衬底100进行散热。当芯片200所产生的热量从第一金属层110通过基板130传导至第二金属层120后，可以通过与第三焊接层121焊接的散热器进行散热，以提高散热效率。

第一焊接层1111、第二焊接层1121、第三焊接层121和防护层140的厚度很小，相比于第一金属层的厚度T1、第二金属层的厚度T2和基板的厚度T3，可以忽略不计，因此在计算芯片衬底100的综合热膨胀系数时，不需要考虑焊接层和防护层140的厚度影响。

根据本申请的另一实施例，请参阅图6，提供了一种芯片衬底组件400，芯片衬底组件400包括第一芯片衬底410和第二芯片衬底420，第一芯片衬底410和第二芯片衬底420为上述任一实施例的芯片衬底100，第一芯片衬底410的第二导电区112通过导线300与第二芯片衬底420的第一导电区111电连接。相比于单个芯片衬底100，芯片衬底组件400由于可以安装多个芯片200，每个芯片200可以为实现相同功能的芯片200，使安装该芯片衬底组件400的激光器可以实现更强大的该功能，也可以为实现不同功能的芯片200，从而使安装该芯片衬底组件400的激光器可以实现多种功能。

在一些实施例中，请参阅图7，芯片衬底组件400还可以设置5个芯片衬底100，以安装5个芯片200。在一些实施例中，芯片衬底组件400还可以包括其他数量的芯片衬底100，本发明对此不做限定。

根据本申请的实施例，还提供了一种激光器500，请参阅图8，该激光器500包括外壳510、设置于外壳510内的激光芯片520和上述任一实施例的芯片衬底100；激光芯片520设置于芯片衬底100上表面，激光芯片520的正极与芯片衬底100的第一导电区电连接，激光芯片520的负极与芯片衬底100的第二导电区电连接。

根据本申请的实施例，还提供了一种激光器500，请参阅图9，该激光器500包括外壳510、设置于外壳510内的激光芯片520和上述任一实施例的芯片衬底组件400，芯片衬底组件400的每个芯片衬底100上表面均设置有激光芯片520，每个激光芯片520的正极均与设置该激光芯片520的芯片衬底100的第一导电区电连接，每个激光芯片520的负极均与设置该激光芯片520的芯片衬底100的第二导电区电连接。相比于设置单个芯片衬底100的激光器500，芯片衬底组件400由于可以安装多个激光芯片520，每个激光芯片520可以为实现相同功能的激光芯片520，使安装该芯片衬底组件400的激光器500可以实现更强大的该功能，也可以为实现不同功能的激光芯片520，从而使安装该芯片衬底组件400的激光器500可以实现多种功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种芯片衬底，其特征在于，包括：

基板，由绝缘导热材料制成；

第一金属层，包括第一导电区和第二导电区，所述第一导电区和所述第二导电区间隔设置于所述基板的第一侧；

第二金属层，设置于所述基板与所述第一侧相对的第二侧；

所述第一金属层和所述第二金属层由相同金属材料制成，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之和与所述基板的厚度的比值为0.43～0.8。

2.如权利要求1所述的芯片衬底，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度相同。

3.如权利要求1或2所述的芯片衬底，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层均由铜制成，所述基板由氮化铝制成，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之和与所述基板的厚度的比值为0.43～0.67。

4.如权利要求1或2所述的芯片衬底，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层均由铜制成，所述基板由碳化硅制成，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之和与所述基板的厚度的比值为0.64～0.80。

5.如权利要求1所述的芯片衬底，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层上均包覆有防护层，所述防护层由导电材料制成；

包覆所述第一导电区的防护层上包覆有第一焊接层，所述第一导电区用于通过包覆其上的防护层和所述第一焊接层与所述芯片的正极电连接；

包覆所述第二导电区的防护层上包覆有第二焊接层，所述第二导电区用于通过包覆其上的防护层和所述第二焊接层与所述芯片的负极电连接。

6.如权利要求5所述的芯片衬底，其特征在于，所述第一焊接层上设有焊料层，所述第一焊接层用于通过所述焊料层与所述芯片的正极焊接，所述第二焊接层用于通过导线与所述芯片的负极电连接。

7.如权利要求6所述的芯片衬底，其特征在于，所述第一导电区的横截面积大于所述第二导电区的横截面积。

8.如权利要求7所述的芯片衬底，其特征在于，包覆所述第二金属层的防护层上包覆有第三焊接层，所述第二金属层用于通过包覆其上的防护层和所述第三焊接层与散热器接触。

9.一种芯片衬底组件，其特征在于，所述芯片衬底组件至少包括第一芯片衬底和第二芯片衬底，所述第一芯片衬底和所述第二芯片衬底为如权利要求1至8任一项所述的芯片衬底，所述第一芯片衬底的第二导电区通过导线与所述第二芯片衬底的第一导电区电连接。

10.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括外壳、设置于所述外壳内的激光芯片和如权利要求1至8任一项所述的芯片衬底；所述激光芯片设置于所述芯片衬底上表面，所述激光芯片的正极与所述芯片衬底的第一导电区电连接，所述激光芯片的负极与所述芯片衬底的第二导电区电连接；或者，

所述激光器包括外壳、设置于所述外壳内的激光芯片和如权利要求9所述的芯片衬底组件，所述芯片衬底组件的每个芯片衬底上表面均设置有激光芯片，每个激光芯片的正极均与设置该激光芯片的芯片衬底的第一导电区电连接，每个激光芯片的负极均与设置该激光芯片的芯片衬底的第二导电区电连接。