本發(fā)明涉及一種TEC溫控結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體制冷器TEC是利用半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng)制作而成的，所謂珀?duì)柼?yīng)是指，當(dāng)直流電通過(guò)兩種半導(dǎo)體材料組成的電偶時(shí)，其一端吸熱，另一端放熱的現(xiàn)象。基于TEC的溫控方案具有體積小易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

近年來(lái)硅基光子學(xué)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于硅基集成光器件的制作工藝與微電子工藝完全兼容；而光子芯片中傳輸?shù)妮d波光波又是一種頻率極高的電磁波能夠?yàn)樾盘?hào)的傳輸提供極大的帶寬；此外還有較小的延遲量和極大的帶寬提升空間。硅基光子芯片正是在這一背景下成為一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域，基于其上的新設(shè)計(jì)新器件層出不窮。特別是光開(kāi)關(guān)、微環(huán)諧振腔、波導(dǎo)延遲線(xiàn)、生物傳感芯片等這些基于熱效應(yīng)原理的器件，具有較高的溫度敏感性。以及片上集成硅基激光器、探測(cè)器等有源光器件都需要外接電極進(jìn)行調(diào)制，而這就對(duì)光子芯片的溫度穩(wěn)定性提出較高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)。通過(guò)該結(jié)構(gòu)集成TEC和光子芯片的方法，解決了光子芯片熱調(diào)制中溫漂的問(wèn)題，并大大提高了對(duì)該光子芯片進(jìn)行熱調(diào)耦合及封裝的效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)，包括溫控目標(biāo)光子芯片、用于引出光子芯片熱調(diào)電極的PCB基板以及導(dǎo)熱板，所述導(dǎo)熱板上設(shè)有導(dǎo)熱凸臺(tái)，所述光子芯片通過(guò)導(dǎo)熱銀膠粘接在導(dǎo)熱凸臺(tái)上；所述PCB基板上開(kāi)設(shè)有通孔，所述光子芯片穿過(guò)該通孔并凸出于PCB基板的上表面，光子芯片的熱調(diào)電極通過(guò)引線(xiàn)鍵合貼裝方式引出至PCB基板；所述導(dǎo)熱板底端通過(guò)導(dǎo)熱硅脂貼在TEC制冷片的冷端，TEC制冷片的熱端通過(guò)導(dǎo)熱硅脂貼在散熱底座的上端面，導(dǎo)熱板側(cè)壁開(kāi)孔至導(dǎo)熱凸臺(tái)正下方，孔內(nèi)裝有NTC溫度傳感器，孔中充滿(mǎn)導(dǎo)熱硅脂使得放置其中的NTC溫度傳感器和導(dǎo)熱板充分熱接觸，NTC溫度傳感器由紫外固化膠包覆裸露的銅引線(xiàn)。

優(yōu)選的，PCB基板通過(guò)栓緊固在導(dǎo)熱板上。

優(yōu)選的，導(dǎo)熱板采用導(dǎo)熱系數(shù)為398W/m.K的純銅。

優(yōu)選的，導(dǎo)熱板與散熱底座通過(guò)螺栓緊固，且導(dǎo)熱板與散熱底座之間設(shè)有與TEC等高的防壓柱。

優(yōu)選的，散熱底座采用鋁合金制成。

優(yōu)選的，散熱底座底部陣列排布著35個(gè)厚度為0.5mm間隔mm的散熱面，中間預(yù)留4mm寬度的縱向通風(fēng)道。

優(yōu)選的，散熱底座底部設(shè)計(jì)有支撐結(jié)構(gòu)并預(yù)留用于緊固的螺栓孔。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明通過(guò)集成TEC和光子芯片的方法，解決了光子芯片熱調(diào)制中溫漂的問(wèn)題，并大大提高了對(duì)該光子芯片進(jìn)行熱調(diào)耦合及封裝的效率，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，集成了TEC的光子芯片也為基于其的衍生器件走向?qū)嵱锰峁┯行緩健?/p>

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)主體三維分離圖；

圖2是本發(fā)明基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)主體三維圖；

圖3是本發(fā)明基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)，帶有NTC傳感器的導(dǎo)熱凸臺(tái)示意圖；

圖4是本發(fā)明基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)，PCB基板示意圖；

圖5是本發(fā)明基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)，散熱底座結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1、2、3、4、5所示，為本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)示意圖。一種基于TEC的光子芯片溫控結(jié)構(gòu)，包括溫控目標(biāo)光子芯片1、用于引出光子芯片1熱調(diào)電極的PCB基板2以及導(dǎo)熱板3，所述導(dǎo)熱板3上設(shè)有導(dǎo)熱凸臺(tái)4，所述光子芯片1通過(guò)導(dǎo)熱銀膠粘接在導(dǎo)熱凸臺(tái)4上；所述PCB基板2上開(kāi)設(shè)有通孔，所述光子芯片1穿過(guò)該通孔并凸出于PCB基板2的上表面，光子芯片1的熱調(diào)電極通過(guò)引線(xiàn)鍵合貼裝方式引出至PCB基板2；所述導(dǎo)熱板3底端通過(guò)導(dǎo)熱硅脂5貼在TEC制冷片6的冷端，TEC制冷片6的熱端通過(guò)導(dǎo)熱硅脂5貼在散熱底座7的上端面，導(dǎo)熱板3側(cè)壁開(kāi)孔8至導(dǎo)熱凸臺(tái)4正下方，孔8內(nèi)裝有NTC溫度傳感器9，孔8中充滿(mǎn)導(dǎo)熱硅脂5使得放置其中的NTC溫度傳感器9和導(dǎo)熱板3充分熱接觸，NTC溫度傳感器9由紫外固化膠包覆裸露的銅引線(xiàn)。

本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，所述器件主體材料也可以是其他導(dǎo)熱性能優(yōu)良的材料，散熱底座上兩個(gè)矩形防壓柱也可以是圓柱形或其他結(jié)構(gòu)。因此，凡是在本發(fā)明權(quán)利要求技術(shù)方案基礎(chǔ)上做出的任何簡(jiǎn)單變形都在本發(fā)明意圖保護(hù)范圍之列。

該P(yáng)CB基板2厚度為h2，上下兩端各預(yù)留26針的0.5mm間距的下接翻蓋式軟排線(xiàn)接口，極大的方便光子芯片厚度h1上電極的引出。

PCB基板2放置在導(dǎo)熱凸臺(tái)上對(duì)齊預(yù)留的4顆螺孔，使用M2內(nèi)六角螺栓進(jìn)行固定。

導(dǎo)熱凸臺(tái)4高度h3，先在其上涂覆液態(tài)導(dǎo)熱銀膠，放置光子芯片1并對(duì)準(zhǔn)PCB基板2上的通孔21。然后放入高溫烘烤箱根據(jù)導(dǎo)熱銀膠規(guī)格設(shè)定溫度值，經(jīng)過(guò)若干時(shí)間后達(dá)到光子芯片和導(dǎo)熱凸臺(tái)永久固定的效果。此處應(yīng)保證h1+h3略大于h2。

利用引線(xiàn)鍵合技術(shù)連接光子芯片1上電極和PCB基板2。

TEC制冷器6選用擁有17對(duì)熱電偶，耐受10A電流工作電壓為2V最大制冷量為4.8W，大小15mm*15mm的01710型。在TEC制冷器6上下表面均勻涂覆導(dǎo)熱硅脂5。冷端貼在導(dǎo)熱板3下端，熱端貼在散熱底座7上端，并使得導(dǎo)熱板3和散熱底座7的固定螺孔對(duì)齊，先擰緊防壓柱71中的兩顆螺栓，然后慢慢交替擰緊另一端的兩顆螺栓，這樣可以消除防壓柱71的加工誤差導(dǎo)致TEC制冷器6接觸不緊密的問(wèn)題。防壓柱71的高度h4應(yīng)等于TEC制冷器6的厚度，保證TEC制冷器6和上下結(jié)構(gòu)的緊密熱接觸。

進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度反饋的NTC溫度傳感器9是由裸銅線(xiàn)引出的。為防止NTC引出線(xiàn)和導(dǎo)熱板3短路，在NTC根部滴上適量紫外固化膠使得導(dǎo)熱凸臺(tái)內(nèi)的裸銅線(xiàn)完全覆蓋住，在紫外燈下照射30秒固話(huà)，然后放入50℃高溫箱烘烤1小時(shí)進(jìn)行老化。

向?qū)嵬古_(tái)側(cè)壁開(kāi)孔8中灌注導(dǎo)熱硅脂，NTC插入導(dǎo)熱板3側(cè)邊孔中，準(zhǔn)確探測(cè)光子芯片1的實(shí)時(shí)溫度。

優(yōu)選的，導(dǎo)熱板3采用導(dǎo)熱系數(shù)為398W/m.K的純銅。導(dǎo)熱板3與散熱底座7之間設(shè)有與TEC等高的防壓柱71。散熱底座7采用鋁合金制成。散熱底座7底部陣列排布著35個(gè)厚度為0.5mm間隔1mm的散熱面72，中間預(yù)留4mm寬度的縱向通風(fēng)道75。散熱底座7底部設(shè)計(jì)有支撐結(jié)構(gòu)73并預(yù)留用于緊固的螺栓孔74。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。