CN206697749U - 复合式散热基板结构 - Google Patents

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Abstract

一种复合式散热基板结构，包含一散热基板以及一导热金属层。该散热基板包含有一基板主体、以及一设置于该基板主体上的设置槽。该导热金属层系大面积地覆盖于该基板主体的设置槽上，于该导热金属层的一侧系具有用以搭载雷射半导体的搭载面，相对该搭载面的另一侧则具有一散热面，用以由该搭载面吸收该雷射半导体的热后，由该导热金属层另一侧的散热面扩散至该散热基板。

Description

复合式散热基板结构
技术领域
本实用新型系关于一种复合式散热基板结构，特别指一种高功率的复合式散热基板结构。
背景技术
近年来，随着半导体制程技术的进步，许多半导体元件逐渐朝向体积小、高功率、高速传输的方向发展。于光通讯领域中，一般利用雷射二极体作为讯号的发射单元，由于雷射二极体具有方向性佳及输出功率高等特性，在光通讯上受到广泛运用。由于雷射二极体系属于高功率的半导体元件，当雷射二极体驱动时容易产生热，若未将这些热即时释出，会导致半导体的接面温度上升，降低半导体元件的工作效率，降低的效率因热电转换，将累积更多的热造成雷射二极体的温度更进一步地上升，进而影响雷射二极体的稳定性、发光效率、甚至使用寿命。
一般为避免高温影响雷射二极体元件的工作效率，实务上多采用导热效果较佳的材料作为雷射二极体的散热基板，透过高导热的散热基板增加雷射二极体散热的效率，藉以达到较佳的散热效果。然而，一般散热基板的材料多采用陶瓷散热基板，应用于高功率的雷射二极体时，往往无法即时处理雷射二极体运作时产生的高温，而这类的高温将因为热的累积而持续上升，进而影响到雷射二极体的工作效率及使用寿命。因此，本案创作人认为有必要针对现有的散热基板进行改良，以改善高功率雷射二极体于运作时容易产生高温的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于解决一般散热基板无法应付高功率雷射二极体于运作时所产生的高温，进而影响雷射二极体的工作效率、使用寿命等若干问题，提供一种高功率的复合式散热基板结构。
为达上述目的，本实用新型公开了一种复合式散热基板结构，其特征在于包含：
一散热基板，包含有一基板主体以及一设置于该基板主体上的设置槽；以及
一导热金属层，覆盖于该基板主体的设置槽上，于该导热金属层的一侧具有用以搭载雷射半导体的搭载面，相对该搭载面的另一侧则具有一散热面以由该搭载面吸收该雷射半导体的热后由该导热金属层另一侧的散热面扩散至该散热基板。
其中，该雷射半导体及该导热金属层之间具有一用以将雷射半导体固定于该导热金属层上的金属焊料层。
其中，该雷射半导体为边射型雷射二极体。
其中，该散热基板由氮化铝所制成。
其中，该导热金属层由铜所制成。
其中，该散热基板由氮化铝所制成，该导热金属层由铜所制成。
其中，该设置槽内具有一平面，该导热金属层的散热面紧密贴合于该设置槽内的平面。
其中，该设置槽内系具有一或多个第一微结构，该导热金属层的散热面上具有与该第一微结构相对应的第二微结构从而由该第二微结构及该第一微结构之间的结合增加该导热金属层及该散热基板之间的接触面积。
其中，该导热金属层的厚度不大于该散热基板厚度的一半。
其中，该散热基板具有设置于该设置槽两侧与该设置槽间具有阶差的阶段部，该阶段部的宽度大于70μm。
还公开了一种复合式散热基板结构，其特征在于包含：
一散热基板，包含有一基板主体以及一设置于该基板主体上的设置表面；以及
一导热金属层，覆盖于该基板主体的设置表面上，于该导热金属层的一侧具有用以搭载雷射半导体的搭载面，相对该搭载面的另一侧则具有一散热面以由该搭载面吸收该雷射半导体的热后由该导热金属层另一侧的散热面与该散热基板接触扩散至该散热基板。
其中，该雷射半导体及该导热金属层之间具有一用以将雷射半导体固定于该导热金属层上的金属焊料层。
其中，该雷射半导体为边射型雷射二极体。
其中，该散热基板由氮化铝所制成。
其中，该导热金属层由铜所制成。
其中，该散热基板由氮化铝所制成，该导热金属层由铜所制成。
其中，该设置表面为一平面，该导热金属层的散热面紧密贴合于该设置表面上。
其中，该设置表面上具有一或多个第一微结构，该导热金属层的散热面上具有与该第一微结构相对应的第二微结构以由该第二微结构及该第一微结构之间的结合增加该导热金属层及该散热基板之间的接触面积。
其中，该导热金属层的厚度不大于该散热基板厚度的一半。
其中，该散热基板相对该设置表面的另一侧具有另一设置表面，该另一设置表面上形成另一导热金属层，该另一设置表面紧密接合于该另一导热金属层的一导热表面上。
其中，该另一设置表面上具有一或多个第三微结构，该另一导热金属层的该导热表面上具有与该第三微结构相对应的第四微结构从而由该第四微结构及该第三微结构之间的结合增加该另一导热金属层及该散热基板之间的接触面积。
是以，本实用新型系比起习知技术具有以下之优势功效：
1.本实用新型透过相对高导热效果的导热金属层预先吸收雷射二极体产生的高温，并藉由导热金属层与散热基板接触，可以将所吸收的热迅速的传导至该散热基板。
2.本实用新型系控制该导热金属层的厚度，藉以减少该导热金属层因热膨胀效应改变该雷射二极体的位置，进而导致该雷射二极体的耦光效率受到影响。
附图说明
图1，为本实用新型第一实施态样的外观示意图。
图2，为本实用新型第一实施态样的结构分解图。
图3，为本实用新型第一实施态样的剖面示意图。
图4，为本实用新型第二实施态样的剖面示意图。
图5，为本实用新型第三实施态样的外观示意图。
图6，为本实用新型第三实施态样的结构分解图。
图7，为本实用新型第三实施态样的剖面示意图。
图8，为本实用新型第四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、图2及图3，为本实用新型第一实施态样的外观示意图、结构分解示意图及剖面示意图，如图所示：
本实施态样系提出一种复合式散热基板结构100，该复合式散热基板100包含一散热基板10以及一设置于该散热基板10上的导热金属层20。该散热基板10包含有一基板主体11以及一设置于该基板主体11上的设置槽12。
所述的散热基板10例如可以由氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)或包含上述材料的化合物或复合材料所制成，于本实用新型中不予以限制。于较佳实施态样中，该散热基板10可选用以氮化铝(AlN)材料制成的散热基板10实施，由于氮化铝具有导热性好、热膨胀系数小的特性，不容易随温度的变化膨胀或缩小，可避免雷射二极体因温度变化导致光束偏移的问题。
所述的导热金属层20系形成于该基板主体11上，并大面积地覆盖于该基板主体11上的设置槽12的平面。该导热金属层20包含有一搭载面21以及一散热面22。该散热面22系紧密贴合于该设置槽12的平面上；该搭载面21系用以搭载雷射半导体30并吸收该雷射半导体30产生的热，并导热至该散热面22后扩散至该散热基板10。该导热金属层20例如可以由导热性较佳的铜(Cu)、铜钨(CuW)、铜合金、铜钼(CuMo)、铝(Al)、铝合金、钻铜(Dia Cu)、散热陶瓷或其它散热性较佳的材料所制成，于本实用新型中不予以限制。于较佳实施态样中，该导热金属层20可选用以铜(Cu)制成的导热金属层20实施，由于铜导热速度较快，可以迅速的接收来自雷射半导体30的热，并迅速的传导至该散热基板10。
于较佳实施态样中，所述的雷射半导体30系为边射型雷射二极体。该雷射半导体30系设置于该导热金属层20上，并藉由金属焊料层40固定于该导热金属层20上，该金属焊料层40例如可以为金(Au)、锡(Sn)、金锡合金、其他金属或包含上述材料组合而成的合金或复合材料所制成，于本实用新型中不予以限制。
于较佳实施态样中，为维持该散热基板10结构的强度，该导热金属层20的厚度系不大于该散热基板10厚度的一半，避免散热基板10过薄导致结构损坏，另一方面，限制该导热金属层20于垂直方向上受热膨胀而产生的偏移量。于另一较佳实施态样中，该散热基板10系具有设置于该设置槽12两侧与该设置槽12间具有阶差的阶段部13，该阶段部13的宽度系大于70μm，藉以维持该散热基板10的结构强度。
于本实施态样中，该导热金属层20系属于厚度较薄的金属层，当在预先吸收来自雷射半导体30的热时，减少该雷射半导体30于垂直方向上的偏移量，且该导热金属层20并与该设置槽12接触的距离较短，可以迅速经由该散热面22将热传导至该散热基板10。
请一并参阅图4，为本实用新型第二实施态样的剖面示意图，如图所示：
本实施态样中，该散热基板10的设置槽12内系具有一或多个第一微结构A1以及该导热金属层20的散热面22上系具有与该第一微结构A1相对应的一或多个第二微结构A2，藉由该第二微结构A2及该第一微结构A1之间的结合，增加该导热金属层20与该散热基板10的接触面积，使该导热金属层20更易于将热传导至该散热基板10。
以下请先参阅图5、图6及图7，为本实用新型的第三实施态样的外观示意图、结构分解示意图及剖面示意图，如图所示：
本实施态样与第一实施态样及第二实施态样的差异在于散热基板结构的设计方式不同，其余相同部分以下便不再予以赘述。
本实施态样系提出一种复合式散热基板结构200，该复合式散热基板200包含有一散热基板50以及一设置于该散热基板50上的导热金属层60。该散热基板50包含有一基板主体51、一设置于该基板主体51上的设置表面52。该导热金属层60大面积地覆盖于该基板主体51的设置表面52上。该导热金属层60包含有分别设置于对向两侧的搭载面61以及散热面62。该搭载面61系用以搭载雷射半导体80并吸收该雷射半导体80产生的热并导热至该散热面62，再藉由散热面62扩散至该散热基板50。
所述的雷射半导体80系设置于该导热金属层60上，并藉由金属焊料层70使该雷射半导体80固定于该导热金属层60上。该金属焊料层70例如可以为金(Au)、锡(Sn)、金锡合金、其他金属或包含上述材料的合金或复合材料制成，于本实用新型中不予以限制。
所述的散热基板50更包含一设置于该散热基板50底部的另一设置表面53，并形成另一导热金属层90于该另一设置表面53上，以使该另一导热金属层90的导热表面91与该另一设置表面53之间紧密贴合，藉以使将该散热基板50的热即时导热至该另一导热金属层90再扩散至传热表面92，藉由该传热表面92将热能藉由热传导、热辐射以及热对流方式将热能传播出去，其传导方式于本实用新型中不予以限制。
以下请一并参阅图8，本实用新型第四实施态样的剖面示意图，如图所示：
于本较佳实施态样中，该导热金属层60的厚度及该另一导热金属层90的厚度分别系不大于该散热基板50厚度的一半，避免散热基板50过薄导致结构损坏。
于本实施态样中，该导热金属层60与该另一导热金属层90系采用厚度较薄的金属层，当在吸收来自雷射半导体80的热时，减少该雷射半导体80于垂直方向上的偏移量，且该导热金属层60、该另一导热金属层90与该设置表面52和另一设置表面53接触的距离较短，可以迅速经由该散热面62将热传导至该散热基板50，该另一导热金属层90可以与基板、壳体或散热材料或散热介质接触，可以迅速的将累积在该散热基板50的迅速吸收并导出至外部。
为了增加该导热金属层60与该散热基板50的接触面积，该散热基板50的设置表面52上系具有一或多个第一微结构B1，该导热金属层60的散热面62上系具有与该第一微结构B1相对应的第二微结构B2，藉由该第二微结构B2及该第一微结构B1之间的结合，增加该导热金属层60与该散热基板50之间的接触面积。该散热基板50的另一设置表面53上系具有一或多个第三微结构B3，该另一导热金属层90的导热表面91上系具有与该第三微结构B3相对应的第四微结构B4，藉由该第四微结构B4及该第三微结构B3之间的结合，增加该导热金属层90与该散热基板50之间的接触面积，藉由该第一微结构B1与该第二微结构B2的结合，以及第三微结构B3与该第四微结构B4的结合，可使整体的散热基板50结构的导热系数提升，使该散热基板50更快速的导热及提升整体的导热效率。
综上所述，本实用新型透过相对高导热效果的导热金属层预先吸收雷射半导体所产生的高温，并藉由导热金属层与散热基板之间的接触，导热金属层可以迅速的将热吸收并传导至散热基板。此外，本实用新型系控制该导热金属层的厚度，当热膨胀发生时其形变量较小，藉以减少该导热金属层因热膨胀效应对该雷射半导体出光位置及耦光效率造成的影响。
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 (21)

1.一种复合式散热基板结构，其特征在于包含：
一散热基板，包含有一基板主体以及一设置于该基板主体上的设置槽；以及
一导热金属层，覆盖于该基板主体的设置槽上，于该导热金属层的一侧具有用以搭载雷射半导体的搭载面，相对该搭载面的另一侧则具有一散热面以由该搭载面吸收该雷射半导体的热后由该导热金属层另一侧的散热面扩散至该散热基板。
2.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该雷射半导体及该导热金属层之间具有一用以将雷射半导体固定于该导热金属层上的金属焊料层。
3.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该雷射半导体为边射型雷射二极体。
4.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该散热基板由氮化铝所制成。
5.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该导热金属层由铜所制成。
6.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该散热基板由氮化铝所制成，该导热金属层由铜所制成。
7.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该设置槽内具有一平面，该导热金属层的散热面紧密贴合于该设置槽内的平面。
8.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该设置槽内系具有一或多个第一微结构，该导热金属层的散热面上具有与该第一微结构相对应的第二微结构从而由该第二微结构及该第一微结构之间的结合增加该导热金属层及该散热基板之间的接触面积。
9.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该导热金属层的厚度不大于该散热基板厚度的一半。
10.如权利要求1所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该散热基板具有设置于该设置槽两侧与该设置槽间具有阶差的阶段部，该阶段部的宽度大于70μm。
11.一种复合式散热基板结构，其特征在于包含：
一散热基板，包含有一基板主体以及一设置于该基板主体上的设置表面；以及
一导热金属层，覆盖于该基板主体的设置表面上，于该导热金属层的一侧具有用以搭载雷射半导体的搭载面，相对该搭载面的另一侧则具有一散热面以由该搭载面吸收该雷射半导体的热后由该导热金属层另一侧的散热面与该散热基板接触扩散至该散热基板。
12.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该雷射半导体及该导热金属层之间具有一用以将雷射半导体固定于该导热金属层上的金属焊料层。
13.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该雷射半导体为边射型雷射二极体。
14.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该散热基板由氮化铝所制成。
15.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该导热金属层由铜所制成。
16.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该散热基板由氮化铝所制成，该导热金属层由铜所制成。
17.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该设置表面为一平面，该导热金属层的散热面紧密贴合于该设置表面上。
18.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该设置表面上具有一或多个第一微结构，该导热金属层的散热面上具有与该第一微结构相对应的第二微结构以由该第二微结构及该第一微结构之间的结合增加该导热金属层及该散热基板之间的接触面积。
19.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该导热金属层的厚度不大于该散热基板厚度的一半。
20.如权利要求11所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该散热基板相对该设置表面的另一侧具有另一设置表面，该另一设置表面上形成另一导热金属层，该另一设置表面紧密接合于该另一导热金属层的一导热表面上。
21.如权利要求20所述的复合式散热基板结构，其特征在于，该另一设置表面上具有一或多个第三微结构，该另一导热金属层的该导热表面上具有与该第三微结构相对应的第四微结构从而由该第四微结构及该第三微结构之间的结合增加该另一导热金属层及该散热基板之间的接触面积。
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