CN220774348U - 一种基于金刚石散热的光通讯结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于金刚石散热的光通讯结构，其金刚石基板设于铜钨底座上表面或侧面，至少金刚石基板上下表面设有金属化层，光芯片设于金刚石基板上，光芯片与金刚石基板和金刚石基板与铜钨底座之间设有焊料层，铜钨底座底面设于TEC制冷器上。该光通信结构通过采用金刚石基板作为散热传导件，将光芯片产生的热量迅速传导出去，并通过铜钨底座扩散，实现散热，铜钨底座在通过TEC制冷器进行降温；通过设置铜柱层的散热孔结构，将金刚石基板周围的热量传导温度较低位置，特别是接近TEC制冷器位置；该产品相对于采用氮化铝的功耗下降30％，从而能够满足在光通讯领域光芯片更高功率的要求，有利于推广应用。
Description
技术领域
本实用新型属于光通讯技术领域，尤其涉及一种基于金刚石散热的光通讯结构。
背景技术
在光通讯领域原采用氮化铝基板作为芯片的过渡热沉，但是随着现有芯片输出功率的提升，氮化铝过渡热沉已无法满足芯片功率提升带来的散热问题，从而导致芯片达不到设计的输出功率，并且使用寿命短。另外高质量氮化铝基板依赖国外进口，并且价格昂贵；光芯片高输出功率的需求，氮化铝已不满足这份需求。所以有必要开发一种能够替代氮化铝基板结构的光通讯结构，从而满足高输出功率芯片的散热需求。
实用新型内容
本实用新型提供了一种基于金刚石散热的光通讯结构，可以有效解决上述问题。
本实用新型是这样实现的：
一种基于金刚石散热的光通讯结构，包括铜钨底座、金刚石基板、TEC制冷器和光芯片，所述金刚石基板设于铜钨底座上表面或侧面，至少所述金刚石基板上下表面设有金属化层，所述光芯片设于金刚石基板上，所述光芯片与金刚石基板和金刚石基板与铜钨底座之间设有焊料层，所述铜钨底座底面设于TEC制冷器上。
作为进一步改进的，所述金刚石基板表面粗糙度Ra<1nm。
作为进一步改进的，所述光芯片设于金刚石基板侧面，且光芯片的短边与金刚石基板上边缘对齐。
作为进一步改进的，所述光芯片与金刚石基板之间的焊料层为金锡焊层，所述金刚石基板与铜钨底座之间的焊料层为银基焊料层或锡基焊料层。
作为进一步改进的，所述金刚石基板上表面设有金属化层。
作为进一步改进的，所述金刚石基板半嵌入铜钨底座内。
作为进一步改进的，所述铜钨底座的金刚石基板相对端面设有向金刚石基板延伸的散热孔一，所述散热孔一不与金刚石基板连通，所述散热孔内填充有铜柱层。
作为进一步改进的，所述铜钨底座的底面设有向上延伸的散热孔二，所述散热孔二与散热孔一连接，所述散热孔一和散热孔二内均填充有铜柱层。
作为进一步改进的，所述散热孔一和散热孔二呈锥台形。
作为进一步改进的，所述散热孔一和散热孔二至少设有一个。
本实用新型的有益效果是：该光通信结构通过采用金刚石基板作为散热传导件，可以将光芯片产生的热量迅速传导出去，并通过铜钨底座扩散，实现散热，铜钨底座在通过TEC制冷器进行降温；进一步通过设置铜柱层的散热孔结构，进一步将金刚石基板周围的热量传导温度较低位置，特别是接近TEC制冷器位置，并且通过钨铜底座可以缓解热膨胀问题；该产品相对于采用氮化铝的功耗下降30％，从而能够满足在光通讯领域光芯片更高功率的要求，有利于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本实用新型一种基于金刚石散热的光通讯结构的示意图；
图2是本实用新型一种基于金刚石散热的光通讯结构的实施例示意图；
图3是图2中A的放大示意图；
图4是本实用新型一种基于金刚石散热的光通讯结构的另一实施例示意图；
图5是本实用新型一种基于金刚石散热的光通讯结构的再一实施例示意图；
图6是本实用新型一种基于金刚石散热的光通讯结构的又一实施例示意图。
附图标记：
铜钨底座1；金刚石基板2；TEC制冷器3；光芯片4；金属化层21；金锡焊层22；银基焊料层或锡基焊料层23；散热孔一11；铜柱层12；散热孔二13。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中，术语“上”、“中”、“侧”、“侧面”、“上侧”、“端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
参照图1-6所示，一种基于金刚石散热的光通讯结构，包括铜钨底座1、金刚石基板2、TEC制冷器3和光芯片4，所述金刚石基板2设于铜钨底座1上表面或侧面，至少所述金刚石基板2上下表面设有金属化层21，所述光芯片4设于金刚石基板2上，所述光芯片4与金刚石基板2和金刚石基板2与铜钨底座1之间设有焊料层，所述铜钨底座1底面设于TEC制冷器3上。
金刚石基板2设于铜钨底座1表面时上下表面和至少一个侧面设有金属化层21，较优的六面均设有金属化层21。
进一步地，所述金刚石基板2表面粗糙度Ra<1nm。
进一步地，所述光芯片设于金刚石基板侧面，且光芯片的短边与金刚石基板上边缘对齐。使得光芯片是从上端面出光，出光效率好。
进一步地，所述光芯片4与金刚石基板2之间的焊料层为金锡焊层22，所述金刚石基板2与铜钨底座1之间的焊料层为银基焊料层或锡基焊料层23。
通过在金刚石基板2与铜钨底座1之间采用比光芯片4与金刚石基板2之间熔点更低的焊料层，避免影响焊接效果。
进一步地，所述金刚石基板2上表面设有金属化层21。金属化层21主要为镀金层。
光芯片4上表面和金刚石基板2上表面打金设有电极导线，金刚石基板2上可以设置多个电极导线接触点，确保电连接效果；金刚石基板2表面的电机导线设于未与光芯片4接触区域。金刚石上面除焊接区域其他区域也有金属层，光芯片4上下面为电极，光芯片4上表面直接打金线引出导线，光芯片4下面电流走向为：光芯片4下表面→焊料层→金属化层21→光芯片4正底下金属化层21的其他区域打金线出去。
进一步地，所述金刚石基板2半嵌入铜钨底座1内。形成台阶结构，避免光射出被挡住，出光效果好。
金刚石基板2上下表面及未嵌入铜钨底座1部分的金刚石基板2至少一个侧面设有金属化层21，较优的未嵌入铜钨底座1部分的金刚石基板2侧面均设有金属化层21，更优的金刚石基板2六面均设有金属化层21。
一方面可以提高安装的稳定性，另一方面可以提升导热性，并且金刚石导电性更佳。
进一步地，所述铜钨底座1的金刚石基板2相对端面设有向金刚石基板2延伸的散热孔一11，所述散热孔一11不与金刚石基板2连通，所述散热孔一11内填充有铜柱层12。
使得光芯片4上产生的热量更快的通过金刚石传导到铜钨底座1上，并通过热传导效率更高的铜向温度更低铜钨底座1方向传递，大大提升热传导效率，进一步降低功耗。该种设计可以限制铜出现热膨胀而影响结构稳定性的问题。
进一步地，所述铜钨底座1的底面设有向上延伸的散热孔二13，所述散热孔二13与散热孔一11连接，所述散热孔一11和散热孔二13内均填充有铜柱层12。进一步将热量向接近TEC制冷器3方向的铜钨底座1的底面传递，实现快速降温。
进一步地，所述散热孔一11和散热孔二13呈锥台形。锥台设计可以提升铜的热传导面积，提升热传导效果，同时由避免接近金刚石端或铜钨底座1中部铜面积过大造成的热膨胀而导致结构不稳等的问题。
进一步地，所述散热孔一11和散热孔二13至少设有一个。
一种基于金刚石散热的光通讯结构通过以下方式获得：
(1)金刚石基板2选用双抛Ra<1nm；
(2)在金刚石基板正面上进行金属化及预制金锡焊料；将光芯片4与金刚石金属化的基板在真空回流焊设备内焊接，形成COS结构；
(3)将COS放入等离子清洗机中进行清洗，以去掉COS表面的氧化物质及焊接时的残留杂质；
(4)COS与钨铜热沉或者铜热沉、铝合金等热沉(以下简称热沉)二次焊接时，选用比金锡熔点低的焊料，如Ag基焊料；
(5)将COS与焊料、热沉放进真空回流焊炉中，抽真空；
(6)在焊接过程中，充入保护性气体，如氮气，减低焊接过程中的氧化；
(7)设置散热孔，并填充铜冷却形成铜柱，或者通过打入相应形状的铜钉，形成散热的铜柱层12；
(8)将(7)这个组件进行金线引线键合，引出导线作为正负极；
(8)完成封装，对封装好了光芯片4进行测试。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，包括铜钨底座、金刚石基板、TEC制冷器和光芯片，所述金刚石基板设于铜钨底座上表面或侧面，至少所述金刚石基板上下表面设有金属化层，所述光芯片设于金刚石基板上，所述光芯片与金刚石基板和金刚石基板与铜钨底座之间设有焊料层，所述铜钨底座底面设于TEC制冷器上。
2.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述金刚石基板表面粗糙度Ra<1nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述光芯片设于金刚石基板侧面，且光芯片的短边与金刚石基板上边缘对齐。
4.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述光芯片与金刚石基板之间的焊料层为金锡焊层，所述金刚石基板与铜钨底座之间的焊料层为银基焊料层或锡基焊料层。
5.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述金刚石基板上表面设有金属化层。
6.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述金刚石基板半嵌入铜钨底座内。
7.根据权利要求1所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述铜钨底座的金刚石基板相对端面设有向金刚石基板延伸的散热孔一，所述散热孔一不与金刚石基板连通，所述散热孔一内填充有铜柱层。
8.根据权利要求7所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述铜钨底座的底面设有向上延伸的散热孔二，所述散热孔二与散热孔一连接，所述散热孔一和散热孔二内均填充有铜柱层。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述散热孔一和散热孔二呈锥台形。
10.根据权利要求9所述的一种基于金刚石散热的光通讯结构，其特征在于，所述散热孔一和散热孔二至少设有一个。
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