一種用于溫控的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于單光子探測和量子保密通信領(lǐng)域，特別涉及一種用于溫控的裝置，裝置包括與陶瓷基片一體式燒結(jié)成型的管夾或基座，陶瓷基片與管夾或基座形成的一體式結(jié)構(gòu)由氧化鋁陶瓷制成。本實(shí)用新型將陶瓷基片與管夾或基座設(shè)置成一體式結(jié)構(gòu)，連接可靠，耐高低溫循環(huán)、耐氧化、耐老化、使用壽命長；且能夠適應(yīng)大規(guī)模量產(chǎn)，提高了裝置性能的一致性、可靠性。
【專利說明】
一種用于溫控的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于單光子探測和量子保密通信領(lǐng)域，特別涉及一種用于溫控的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在單光子探測及量子保密通信技術(shù)領(lǐng)域中，常采用半導(dǎo)體制熱制冷器(TEC)來控制雪崩二極管或波導(dǎo)元件的溫度，雪崩二極管和波導(dǎo)元件分別放置在管夾和基座上，TEC先通過陶瓷基片將熱量傳導(dǎo)到管夾或基座，然后再通過管夾或基座將熱量傳導(dǎo)至雪崩二極管或波導(dǎo)元件，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中管夾13’或基座與陶瓷基片12’為分體式結(jié)構(gòu)，管夾13’或基座由金屬材料制成，管夾13 ’或基座與陶瓷基片12 ’之間的結(jié)合面M大致有兩種連接方式:
[0003](I)TEC上表面的陶瓷基片12’與管夾13’或基座為焊錫焊接。該連接方式的缺陷在于:由于器件使用環(huán)境要求管夾或基座處于常溫與-50°C或60°C的交替環(huán)境中，且工作環(huán)境內(nèi)部不能去除空氣中的水分，工作一段時(shí)間后TEC上表面的陶瓷基片12’金屬化部分與管夾13’或基座焊錫焊接處會(huì)氧化，管夾13’或基座便會(huì)脫落，導(dǎo)致產(chǎn)品無法繼續(xù)使用。
[0004](2)TEC上表面的陶瓷基片12’與管夾13’或基座為導(dǎo)熱硅膠粘結(jié)。該連接方式的缺陷在于:導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)過低，管夾13’或基座達(dá)到理想設(shè)置溫度的時(shí)間較長，導(dǎo)熱硅膠涂抹與固化工藝較繁瑣，且導(dǎo)熱硅膠存在老化問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)熱效果好、耐用度高的用于溫控的裝置，以及該裝置的制造方法。
[0006]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題的:一種用于溫控的裝置，包括半導(dǎo)體制熱制冷器，所述半導(dǎo)體制熱制冷器的冷面設(shè)有晶粒陣列，所述晶粒陣列上方設(shè)有陶瓷基片以及用于容置雪崩二極管的管夾，所述管夾為半管狀結(jié)構(gòu)，管夾上設(shè)有至少一個(gè)用于容置雪崩二極管的弧形槽，所述管夾由陶瓷材料制成，且管夾與陶瓷基片一體式燒制成型，所述陶瓷基片底部為金屬層，陶瓷基片底部與所述晶粒陣列焊接固定；
[0007]優(yōu)選的，所述管夾的側(cè)壁與陶瓷基片的上表面之間設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋與陶瓷基片和管夾一體式燒制成型；
[0008]優(yōu)選的，所述陶瓷基片和管夾為氧化鋁陶瓷；
[0009]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體制熱制冷器的冷面設(shè)有多層陶瓷基片，各層陶瓷基片相互平行間隔設(shè)置，且相鄰兩層陶瓷基片之間均設(shè)有晶粒陣列，其中最外層陶瓷基片與所述管夾一體式燒制成型。
[0010]—種用于溫控的裝置，包括半導(dǎo)體制熱制冷器，所述半導(dǎo)體制熱制冷器的熱面設(shè)有晶粒陣列，所述晶粒陣列上方設(shè)有陶瓷基片以及用于容置波導(dǎo)元件的基座，所述基座為條槽狀結(jié)構(gòu)，基座與陶瓷基片一體式燒制成型，所述陶瓷基片底部為金屬層，陶瓷基片底部與所述晶粒陣列焊接固定；
[0011]優(yōu)選的，所述基座的側(cè)壁與陶瓷基片的上表面之間設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋與陶瓷基片和基座一體式燒制成型；
[0012]優(yōu)選的，所述陶瓷基片和基座為氧化鋁陶瓷；
[0013]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體制熱制冷器的熱面設(shè)有多層陶瓷基片，各層陶瓷基片相互平行間隔設(shè)置，且相鄰兩層陶瓷基片之間均設(shè)有晶粒陣列，其中最外層陶瓷基片與所述基座一體式燒制成型。
[0014]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于:本實(shí)用新型將陶瓷基片與管夾或基座設(shè)置成一體式結(jié)構(gòu)，連接可靠，耐高低溫循環(huán)、耐氧化、耐老化、使用壽命長;且能夠適應(yīng)大規(guī)模量產(chǎn)，提高了裝置性能的一致性、可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的溫控裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型的管夾立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型的基座立體結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下述實(shí)施例是對于本【實(shí)用新型內(nèi)容】的進(jìn)一步說明以作為對本實(shí)用新型技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神的簡單變化或替換均應(yīng)屬于本實(shí)用新型所要求的保護(hù)范圍。
[0020]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖2、3所示，一種用于溫控的裝置，包括半導(dǎo)體制熱制冷器10，所述半導(dǎo)體制熱制冷器10的冷面設(shè)有晶粒陣列11，所述晶粒陣列11由高導(dǎo)熱金屬材料制成，所述晶粒陣列11上方設(shè)有陶瓷基片12以及用于容置雪崩二極管的管夾13，所述管夾13為半管狀結(jié)構(gòu)，管夾13上設(shè)有至少一個(gè)用于容置雪崩二極管的弧形槽131，所述管夾13由陶瓷材料制成，且管夾13與陶瓷基片12—體式燒制成型，所述陶瓷基片12底部做金屬化處理，金屬化處理后的陶瓷基片12底部與所述晶粒陣列11焊接固定。管夾13與半導(dǎo)體制熱制冷器10上表面的陶瓷基片12制作成一體結(jié)構(gòu)，可以大幅度增加溫控裝置的使用壽命，增加產(chǎn)品可靠性，節(jié)約成本。
[0023]優(yōu)選的，所述管夾13的側(cè)壁與陶瓷基片12的上表面之間設(shè)有加強(qiáng)筋15，所述加強(qiáng)筋15與陶瓷基片12和管夾13—體式燒制成型。無加強(qiáng)筋15的機(jī)構(gòu)，也可以滿足使用需求，但考慮到結(jié)構(gòu)的完美性，引入加強(qiáng)筋15，可以大幅度優(yōu)化平面度與圓度，再次增加產(chǎn)品可靠性。
[0024]優(yōu)選的，所述陶瓷基片12和管夾13由氧化鋁陶瓷制成。在設(shè)計(jì)該一體結(jié)構(gòu)時(shí)，首先難點(diǎn)是材質(zhì)的選擇，要有良好的導(dǎo)熱及一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，試驗(yàn)93-99氧化鋁都可滿足使用要求。
[0025]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體制熱制冷器10的冷面設(shè)有多層陶瓷基片，各層陶瓷基片相互平行間隔設(shè)置，且相鄰兩層陶瓷基片之間均設(shè)有晶粒陣列，其中最外層陶瓷基片12與所述管夾13—體式燒制成型。
[0026]實(shí)施例2
[0027]如圖2結(jié)合圖4所示，一種用于溫控的裝置，包括半導(dǎo)體制熱制冷器10，所述半導(dǎo)體制熱制冷器10的熱面設(shè)有晶粒陣列11，所述晶粒陣列11由高導(dǎo)熱金屬材料制成，所述晶粒陣列11上方設(shè)有陶瓷基片12以及用于容置波導(dǎo)元件的基座14，所述基座14為條槽狀結(jié)構(gòu)，所述基座14由陶瓷材料制成，且基座14與陶瓷基片12—體式燒制成型，所述陶瓷基片12底部做金屬化處理，金屬化處理后的陶瓷基片12底部與所述晶粒陣列11焊接固定。
[0028]優(yōu)選的，所述基座14的側(cè)壁與陶瓷基片12的上表面之間設(shè)有加強(qiáng)筋15，所述加強(qiáng)筋15與陶瓷基片12和基座14 一體式燒制成型。
[0029]優(yōu)選的，所述陶瓷基片12和基座14由氧化鋁陶瓷制成。
[0030]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體制熱制冷器10的熱面設(shè)有多層陶瓷基片，各層陶瓷基片相互平行間隔設(shè)置，且相鄰兩層陶瓷基片之間均設(shè)有晶粒陣列，其中最外層陶瓷基片12與所述基座14 一體式燒制成型。
[0031]本實(shí)用新型將半導(dǎo)體制熱制冷器(TEC)最上層的陶瓷基片12與管夾13或基座14制作為陶瓷一體式結(jié)構(gòu)，可避免由于金屬管夾13’或基座與TEC上表面的陶瓷基片12’連接方式為焊錫焊接或?qū)崮z粘結(jié)導(dǎo)致的脫落、制冷效果差、導(dǎo)熱膠本身存在老化的問題;且陶瓷一體式管夾均為陶瓷材質(zhì)，不存在膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的脫落;陶瓷一體式管夾底面進(jìn)行金屬化處理，與TEC晶粒11焊接，由于陶瓷一體式管夾與晶粒11焊接方式同陶瓷基片12’與晶粒焊接方式一致，不會(huì)引入其他不良因素。本方法有效解決了管夾13或基座脫落問題，以及制冷或制熱不良的問題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于溫控的裝置，包括半導(dǎo)體制熱制冷器，所述半導(dǎo)體制熱制冷器的冷面設(shè)有晶粒陣列，所述晶粒陣列上方設(shè)有陶瓷基片以及用于容置雪崩二極管的管夾，其特征在于:所述管夾與陶瓷基片一體式燒制成型，所述陶瓷基片的底部為金屬層，陶瓷基片底部與所述晶粒陣列焊接固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述管夾為半管狀結(jié)構(gòu)，管夾上設(shè)有至少一個(gè)用于容置雪崩二極管的弧形槽。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述管夾的側(cè)壁與陶瓷基片的上表面之間設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋與陶瓷基片和管夾一體式燒制成型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述陶瓷基片和管夾為氧化鋁陶瓷。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述半導(dǎo)體制熱制冷器的冷面設(shè)有多層陶瓷基片，各層陶瓷基片相互平行間隔設(shè)置，且相鄰兩層陶瓷基片之間均設(shè)有晶粒陣列，其中最外層陶瓷基片與所述管夾一體式燒制成型。6.—種用于溫控的裝置，包括半導(dǎo)體制熱制冷器，所述半導(dǎo)體制熱制冷器的熱面設(shè)有晶粒陣列，所述晶粒陣列上方設(shè)有陶瓷基片以及用于容置波導(dǎo)元件的基座，其特征在于:所述基座與陶瓷基片一體式燒制成型，所述陶瓷基片底部為金屬層，陶瓷基片底部與所述晶粒陣列焊接固定。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述基座為條槽狀結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述基座的側(cè)壁與陶瓷基片的上表面之間設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋與陶瓷基片和基座一體式燒制成型。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述陶瓷基片和基座為氧化鋁陶瓷。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于溫控的裝置，其特征在于:所述半導(dǎo)體制熱制冷器的熱面設(shè)有多層陶瓷基片，各層陶瓷基片相互平行間隔設(shè)置，且相鄰兩層陶瓷基片之間均設(shè)有晶粒陣列，其中最外層陶瓷基片與所述基座一體式燒制成型。
【文檔編號】H01L23/367GK205645796SQ201620535417
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】祝海濤, 王林松, 王春松, 胡浩, 常磊
【申請人】科大國盾量子技術(shù)股份有限公司