TWM546046U - 半導體及高導熱效率散熱基板的組合 - Google Patents
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Description
本創作係關於一種半導體及散熱基板的組合，特別指一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合。
隨著科技日新月異，雷射半導體(Laser Diode，LD)又稱雷射二極體係近年來廣泛的運用在光電領域的技術，由於雷射半導體的反應快、效率高以及輸出功率高等特性，因此，更在光通訊領域中受到廣泛運用。
然而，雷射半導體作為一種高功率的半導體元件，於驅動時容易產生熱，若無法有效的將熱排出時，將會導致半導體的接面溫度上升降低半導體元件的工作效率，進而影響雷射二極體的穩定性、發光效率、甚至壽命。因此，雷射半導體的散熱問題一直是首要解決的問題。
在過去的技術中，金屬塊可作為一種導熱性較佳的散熱基板，然而金屬塊固然導熱性佳，在長時間與高溫熱源的接觸下容易因為受熱而膨脹，金屬塊若是發生形變，則有可能影響到雷射半導體的位置產生偏移，造成整體光路偏移與耦光效率不佳等問題。因此，為克服上述的問題，本案創作人認為有必要針對如何
改善導熱效果不佳的問題，提供一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合。
有鑑於此，本創作目的在於解決一般散熱基板導熱效果不佳，造成在吸收大量的熱時因高溫影響半導體工作效率的問題。
為達上述目的，本創作係提供一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合，包含一金屬導熱基板、一承載基板、以及一垂直散熱塊。該金屬導熱基板包含有一基板本體、一設置於該基板本體上的設置槽，該設置槽的底側係具有一薄層部。該承載基板係設置於該設置槽上並相較該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該承載基板垂直方向的二側分別具有一用以設置雷射半導體的搭載面、以及一與該設置槽內底側的該薄層部接觸的散熱面。該垂直散熱塊係設置於該金屬導熱基板相對於該設置槽的另一側並相較於該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該垂直散熱塊用以吸收該薄層部向下傳導而來的熱。
進一步地，該薄層部的厚度係不大於該金屬導熱基板厚度的一半。
進一步地，該設置槽係由該金屬導熱基板的一側延伸至相對的另一側。
進一步地，該承載基板係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
進一步地，該金屬導熱基板係由銅(Cu)材料所製成。
進一步地，該垂直散熱塊係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
進一步地，該承載基板及該雷射半導體之間係具有一用以將該雷射半導體固定於該承載基板上的金屬焊料層。
進一步地，該金屬焊料層係為金錫合金材料所製成。
為達上述目的，本創作目的在於提供一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合，包含一金屬導熱基板、一承載基板以及一垂直散熱塊。該金屬導熱基板包含有一基板本體、一設置於該基板本體上的第一設置槽、以及一設置於該基板本體相對該第一設置槽另一側的第二設置槽，於該第一設置槽及該第二設置槽之間係具有一薄層部。該承載基板係設置於該第一設置槽上並相較該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該承載基板垂直方向的二側分別具有一用以設置雷射半導體的搭載面、以及一與該設置槽內底側的該薄層部接觸的散熱面。該垂直散熱塊係設置於該第二設置槽上並相較該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該垂直散熱塊用以吸收該薄層部向下傳導而來的熱。
進一步地，該薄層部的厚度係不大於該金屬導熱基板厚度的一半。
進一步地，該第一設置槽係由該金屬導熱基板的一側延伸至相對的另一側。
進一步地，該第二設置槽係由該金屬導熱基板的一側延伸至相對的另一側。
進一步地，該承載基板係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
進一步地，該垂直散熱塊係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
進一步地，該金屬導熱基板係由銅(Cu)材料所製成。
進一步地，該承載基板及該雷射半導體之間係具有一用以將該雷射半導體固定於該承載基板上的金屬焊料層。
進一步地，該金屬焊料層係為金錫合金材料所製成。
是以，本創作係比起習知技術具有以下之優勢功效：
1.本創作的半導體及高導熱效率散熱基板的組合可以有效的控制於垂直方向的熱膨脹變化量，避免雷射二極體因為散熱基板受熱膨脹後導致位置偏移，造成整體光路偏移與耦光效率不佳的問題。
2.本創作的半導體及高導熱效率散熱基板的組合大部分區域均為金屬材料，透過金屬材料大幅地增加散熱基板的整體導熱效率。
100‧‧‧半導體及高導熱效率散熱基板的組合
10‧‧‧金屬導熱基板
11‧‧‧基板本體
12‧‧‧設置槽
13‧‧‧薄層部
20‧‧‧承載基板
21‧‧‧搭載面
22‧‧‧散熱面
30‧‧‧金屬焊料層
40‧‧‧垂直散熱塊
200‧‧‧半導體及高導熱效率散熱基板的組合
50‧‧‧金屬導熱基板
51‧‧‧基板主體
52‧‧‧第一設置槽
53‧‧‧薄層部
54‧‧‧第二設置槽
60‧‧‧承載基板
61‧‧‧搭載面
62‧‧‧散熱面
70‧‧‧垂直散熱塊
80‧‧‧金屬焊料層
LD‧‧‧雷射半導體
圖1，為本創作第一實施態樣的外觀示意圖。
圖2，為本創作第一實施態樣的結構分解示意圖。
圖3，為本創作第一實施態樣的剖面示意圖。
圖4，為本創作第二實施態樣的外觀示意圖。
圖5，為本創作第二實施態樣的結構分解示意圖。
圖6，為本創作第二實施態樣的剖面示意圖。
有關本創作之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本創作中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本創作之範圍，在此先行敘明。
請先參閱「圖1」及「圖2」，係為本創作第一實施態樣的外觀示意圖及結構分解圖，如圖所示：本實施態樣係提出一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合100，該半導體及高導熱效率散熱基板的組合100包含一金屬導熱基板10、一承載基板20以及一垂直散熱塊40。該金屬導熱基板10包含有一基板本體11、一設置於該基板本體11上的設置槽12，該設置槽12的底側係具有一薄層部13。於較佳實施態樣中，該設置槽12係由金屬導熱基板10的一側延伸至相對的另一側。於另一較佳實施態樣中，該設置槽12亦可設置於該金屬導熱基板10的中間、前側或後側，於本創作中不予以限制。
具體而言，所述的金屬導熱基板10例如可以由導熱係數較佳的銅(Cu)、銅鎢(CuW)、銅合金、銅鉬(CuMo)、鋁(Al)、鋁合金、鑽銅或散熱陶瓷等導熱較佳的材質所製成，於較佳實施態
樣中，該金屬導熱基板10係由熱膨脹係數較佳的銅(Cu)材料所製成，並在製程過程中控制該薄層部13的厚度，使該薄層部13的厚度係不大於該金屬導熱基板10厚度的一半，當該薄層部13吸收來自該承載基板20所傳導熱時，使該薄層部13受熱時於垂直方向的變化量仍可以有效的控制於適當的容許範圍內。
所述承載基板20係設置於該設置槽12上並相較該金屬導熱基板10具有較低的熱膨脹係數，該承載基板20垂直方向的二側分別具有一用以設置雷射半導體LD的搭載面21、以及一與該設置槽12內底側的該薄層部13接觸的散熱面22。藉由該搭載面21吸收該雷射半導體LD產生的熱，並擴散至散熱面22，再透過該散熱面22將熱傳導至設置槽12內底側的薄層部13。
該承載基板20例如可以由氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al2O3)或包含上述材料的化合物或複合材料所製成，於本創作中不予以限制。於較佳實施態樣中，該承載基板20可選用以氮化鋁(AlN)材料製成的承載基板20實施，由於氮化鋁具有導熱性好、熱膨脹係數小的特性，不容易隨溫度的變化而膨脹或縮小，因此不容易因為該承載基板20受溫度影響膨脹或縮小而導致該雷射半導體LD位置偏移的問題。
該垂直散熱塊40係設置於該金屬導熱基板10相對於該設置槽12的另一側並相較於該金屬導熱基板10具有較低的熱膨脹係數，因此使整體的結構具有較低的熱膨脹係數，使該垂直散熱塊40於受熱時，不容易因受熱膨熱而發生形變的問題，並使
該整體導熱效果更好。該垂直散熱塊40用以吸收該薄層部13向下傳導的熱，再藉由該垂直散熱塊40將所吸收來的熱直接或間接導引至殼體。
該垂直散熱塊40例如可以由氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al2O3)或包含上述材料的化合物或複合材料所製成，於本創作中不予以限制。於較佳實施態樣中，該垂直散熱塊40可選用以氮化鋁(AlN)材料製成的垂直散熱塊40實施，由於氮化鋁具有導熱性好、熱膨脹係數低的特性，不容易隨溫度的變化膨脹或縮小，避免該金屬導熱基板10因溫度變化導致發生形變的問題。
請一併參閱「圖3」，係為本創作第一實施態樣的剖面示意圖。如圖所示：
具體而言，所述的雷射半導體LD係為邊射型雷射二極體。該雷射半導體LD係設置於該承載基板20上，並藉由一金屬焊料層30使該雷射半導體LD固定於該承載基板20上，該金屬焊料層30於較佳實施態樣中係由導熱性較好的金(Au)、錫(Sn)、金錫合金、其他金屬、或包含上述材料組合而成的合金或複合材料所製成，於本創作中不予以限制。
以下請先參閱「圖4」、「圖5」，係為本創作的第二實施態樣的外觀示意圖及結構分解示意圖，如圖所示：
本實施態樣係提出一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合200。半導體及高導熱效率散熱基板的組合200包含一金屬導熱基板50、一承載基板60、以及一垂直散熱塊70。該金屬導
熱基板50包含有一基板本體51、一設置於該基板本體51上的第一設置槽52、以及一設置於該基板主體51相對於該第一設置槽52另一側的第二設置槽54，並於該第一設置槽52與該第二設置槽54之間係具有一薄層部53。於一較佳實施態樣中，該第一設置槽52係由該金屬導熱基板50的一側延伸至相對的另一側，該第二設置槽54係設置於該基板本體51相對該第一設置槽52的另一側，並由該金屬導熱基板50的一側延伸至相對的另一側。於另一較佳實施態樣中，該第一設置槽52及該第二設置槽54亦可設置於該金屬導熱基板50的中間、前側或後側，於本創作中不予以限制。
具體而言，金屬導熱基板50係由導熱係數較好的銅(Cu)、銅鎢(CuW)、銅合金、銅鉬(CuMo)、鋁(Al)、鋁合金、鑽銅或散熱陶瓷等導熱較佳的材質所製成，於較佳實施態樣中，該金屬導熱基板50係由熱膨脹係數較佳的銅(Cu)材料所製成，並在製程過程中控制該薄層部53的厚度，使該薄層部53的厚度係不大於該金屬導熱基板50厚度的一半，當該薄層部53吸收來自該承載基板60所傳導熱時，使該薄層部53於受熱時於垂直方向的變化量仍可以有效的控制於適當的容許範圍內。
所述承載基板60係設置於該第一設置槽52上並相較該金屬導熱基板50具有較低的熱膨脹係數，該承載基板60垂直方向的二側分別具有一用以設置雷射半導體LD的搭載面61、以及一與該第一設置槽52內底側的該薄層部53接觸的散熱面62。
藉由該搭載面61吸收該雷射半導體LD產生的熱能，並擴散至該散熱面62，再透過該散熱面62將熱傳導至該第一設置槽52內底側的薄層部53。
該承載基板60例如可以由氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al2O3)或包含上述材料的化合物或複合材料所製成，於本創作中不予以限制。於較佳實施態樣中，該承載基板60可選用以氮化鋁(AlN)材料製成的承載基板實施，由於氮化鋁具有導熱性好、熱膨脹係數小的特性，不容易隨溫度的變化而膨脹或縮小，因此可避免雷射半導體LD因溫度變化導致位置偏移、整體光路偏移以及耦光效率不佳等問題。
所述的垂直散熱塊70係設置於該第二設置槽54上並相較於該金屬導熱基板50具有較低的熱膨脹係數，使該垂直散熱塊70於受熱時，不容易因受熱膨熱而發生形變的問題，並使該整體導熱效果更好。該垂直散熱塊70用以吸收該薄層部53向下傳導的熱，再藉由該垂直散熱塊70將所吸收來的熱直接或間接導引至殼體。
該垂直散熱塊70例如可以由氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al2O3)或包含上述材料的化合物或複合材料所製成，於本創作中不予以限制。於較佳實施態樣中，該垂直散熱塊70可選用以氮化鋁(AlN)材料製成的散熱塊實施，由於氮化鋁具有導熱性好、熱膨脹係數低的特性，不容易隨溫度的變化膨脹或縮小，避免該金屬導熱基板50因溫度變化導致發生形變的問題。
以下請一併參閱「圖6」，係為本創作的第二實施態樣的剖面示意圖，如圖所示：
具體而言，該雷射半導體LD係設置於該承載基板60上，並藉由一金屬焊料層80使該雷射半導體LD固定於該承載基板60上，該金屬焊料層80係由導熱性較佳的金(Au)、錫(Sn)、金錫合金、其他金屬、或包含上述材料組合而成的合金或複合材料製成合金材料所製成，於本創作中不予以限制。
綜上所述，本創作的半導體及高導熱效率散熱基板的組合可以有效的控制於垂直方向的熱膨脹變化量，避免雷射二極體因為散熱基板受熱膨脹後導致位置偏移，造成整體光路偏移以及耦光效率不佳的問題。此外，本創作的半導體及高導熱效率散熱基板的組合大部分區域均為金屬材料，透過金屬材料大幅地增加散熱基板的整體導熱效果。
以上已將本創作做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本創作之一較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍內。
100‧‧‧半導體及高導熱效率散熱基板的組合
10‧‧‧金屬導熱基板
11‧‧‧基板本體
13‧‧‧薄層部
20‧‧‧承載基板
21‧‧‧搭載面
30‧‧‧金屬焊料層
40‧‧‧垂直散熱塊
LD‧‧‧雷射二極體
Claims (17)
- 一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合，包含：一金屬導熱基板，包含有一基板本體、一設置於該基板本體上的設置槽，該設置槽的底側係具有一薄層部；一承載基板，係設置於該設置槽上並相較該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該承載基板垂直方向的二側分別具有一用以設置雷射半導體的搭載面、以及一與該設置槽內底側的該薄層部接觸的散熱面；以及一垂直散熱塊，係設置於該金屬導熱基板相對於該設置槽的另一側並相較於該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該垂直散熱塊用以吸收該薄層部向下傳導而來的熱。
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該薄層部的厚度係不大於該金屬導熱基板厚度的一半。
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該設置槽係由該金屬導熱基板的一側延伸至相對的另一側。
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該承載基板係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該金屬導熱基板係由銅(Cu)材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該垂直散熱塊係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該承載基板及該雷射半導體之間係具有一用以將該雷射半導體固定於該承載基板上的金屬焊料層。
- 如申請專利範圍第7項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該金屬焊料層係為金錫合金材料所製成。
- 一種半導體及高導熱效率散熱基板的組合，包含：一金屬導熱基板，包含有一基板本體、一設置於該基板本體上的第一設置槽、以及一設置於該基板本體相對該第一設置槽另一側的第二設置槽，於該第一設置槽及該第二設置槽之間係具有一薄層部；一承載基板，係設置於該第一設置槽上並相較該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該承載基板垂直方向的二側分別具有一用以設置雷射半導體的搭載面、以及一與該設置槽內底 側的該薄層部接觸的散熱面；以及一垂直散熱塊，係設置於該第二設置槽上並相較該金屬導熱基板具有較低的熱膨脹係數，該垂直散熱塊用以吸收該薄層部向下傳導而來的熱。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該薄層部的厚度係不大於該金屬導熱基板厚度的一半。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該第一設置槽係由該金屬導熱基板的一側延伸至相對的另一側。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該第二設置槽係由該金屬導熱基板的一側延伸至相對的另一側。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該承載基板係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該垂直散熱塊係由氮化鋁(AlN)材料所製成。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該金屬導熱基板係由銅(Cu)材料所製成。
- 如申請專利範圍第9項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該承載基板及該雷射半導體之間係具有一用以將該雷射半導體固定於該承載基板上的金屬焊料層。
- 如申請專利範圍第16項所述的半導體及高導熱效率散熱基板的組合，其中該金屬焊料層係為金錫合金材料所製成。
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