一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，属于半导体激光器散热领域，包括相互交错分布的多片第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和第二制冷片均为片状结构，且均设置有通水区和芯片焊接区，所述第一制冷片和第二制冷片均包括上表面和下表面，所述上表面在所述通水区内设置有进水孔，所述下表面设置有与所述进水孔相对应的出水孔，进水口和出水孔贯通形成从上表面到下表面的通孔，所述第一制冷片的进水孔位于通水区内远离芯片焊接区的一端，所述第二制冷片的进水孔位于通水区内靠近芯片焊接区的一端。本实用新型专利技术结构简单、散热面积大、散热效果好。

A Macro Channel Liquid Refrigerator for High Power Semiconductor Laser

【技术实现步骤摘要】
一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片
本技术涉及一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，属于半导体激光器散热

技术介绍
半导体激光器的应用行业涉及照明、投影、通信、医疗、军事以及科研等领域，具有体积小、重量轻、光电转换效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点，发展前景广阔。半导体激光器功率的提高会导致热量沉积，从而对激光器的阈值、波长、偏振都有重要的影响，严重时导致激光器失效。因此为了提高半导体激光器的可靠性和稳定性，降低生产成本，设计出低成本、高效散热结构是十分必要的。对于高功率激光器的封装，有三种冷却方式：传导冷却、微通道液体冷却和宏通道液体冷却。对于高功率半导体激光器而言，传导冷却的方式散热效率较低，一般只能达到几十瓦的输出功率；微通道液体冷却的热沉结构非常复杂，制冷液体需采用高质量的去离子水，成本较高，并且长时间使用会导致通道内部电化学腐蚀和锈蚀，严重降低半导体激光器的可靠性。中国专利文件CN205265035U公开了一种宏通道液体制冷器及其组合，虽然解决了微通道液体制冷的腐蚀和锈蚀问题，但是散热效果仍有待提高。
技术实现思路
：针对现有技术的不足，本技术提供一种结构简单、散热面积大、散热效果好的用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片。本技术采用以下技术方案：一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，包括相互交错分布的多片第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和第二制冷片均为片状结构，且均设置有通水区和芯片焊接区，所述芯片焊接区位于第一制冷片或第二制冷片的一端，所述通水区位于第一制冷片或第二制冷片靠近芯片焊接区的位置，所述第一制冷片和第二制冷片均包括上表面和下表面，所述上表面在所述通水区内设置有进水孔，所述下表面设置有与所述进水孔相对应的出水孔，进水口和出水孔贯通形成从上表面到下表面的通孔，所述第一制冷片的进水孔位于通水区内远离芯片焊接区的一端，所述第二制冷片的进水孔位于通水区内靠近芯片焊接区的一端，第一制冷片和第二制冷片上的进水孔对称分布于通水区。工作时，第一制冷片与第二制冷片交错分布，制冷液体从第一制冷片的进水孔进入，经第一制冷片的出水口出来，再经过第二制冷片的通水区，从第二制冷片的进水孔进入，经第二制冷片的出水口出来，再经过下一个第一制冷片的通水区(非进水孔区域)，从该第一制冷片的进水孔进入，经该第一制冷片的出水口出来，实现冷却目的，本技术的第一制冷片和第二制冷片相互交错安装，制冷液体可以流经通水区表面，增大了接触面积，提高了散热效果。优选的，所述进水孔或出水孔所占的面积为通水区面积的1/8～1/4，实验表明，当进水孔或出水孔所占的面积为通水区面积的1/6时，散热效果最好。优选的，所述进水孔和出水孔均包括多排并列的圆孔或多边形孔。优选的，所述进水孔为矩形的进水空隙，出水孔为矩形的出水空隙，矩形结构的进水孔和出水孔，对制冷液体的颗粒度要求很低，且易于机械加工，增加了便利性。优选的，所述第一制冷片和第二制冷片的上表面均设置有密封区，所述密封区为环绕于通水区周围的环形凹槽，用于放置密封装置。优选的，所述芯片焊接区上设置有应力缓冲层，所述应力缓冲层以焊接或者金属键合的方式设置在芯片焊接区，所述应力缓冲层材料的热膨胀系数与激光芯片的热膨胀系数相匹配，应力缓冲层可以采用铜钨或者陶瓷材料，陶瓷材料为氮化铝或者氧化铍等。优选的，所述出水孔的截面积等于或者小于所述进水孔的截面积。本技术中，若圆孔的直径过大，则圆孔的数量会减少，总的散热面积减少，优选的，所述圆孔的直径为0.3～3mm，相邻两个圆孔之间的壁厚在0.2mm以上。进一步优选的，所述第一制冷片和第二制冷片的材质为高导热率材质，如铜、金刚石、陶瓷等。进一步优选的，所述第一制冷片和第二制冷片的厚度均为1～10mm，长度为15～30mm，宽度为8～30mm。优选的，所述第一制冷片和第二制冷片上远离所述芯片焊接区的一端设置有定位孔，用于使用时固定液体制冷片。本技术的有益效果为：1)具有低使用和维护成本：该制冷片采用通孔结构，对制冷液体的颗粒度要求不高，增强了用户便利性。2)低制作成本：本技术结构简单，易于机械加工，从而有效降低制作成本。3)散热能力强：本技术采用相互配合的多组第一制冷片和第二制冷片，制冷液体从第一制冷片的进水孔进入，经第一制冷片的出水口出来，再经过第二制冷片的通水区，从第二制冷片的进水孔进入，经第二制冷片的出水口出来，再经过下一个第一制冷片的通水区(非进水孔区域)，从该第一制冷片的进水孔进入，经该第一制冷片的出水口出来，实现冷却目的，本技术的制冷液体可以流经通水区表面，增大了接触面积，增加了湍流度，提高了散热效果。4)可靠性高：由于水路尺寸相比微通道结构尺寸大大增加，因此制冷液通道被腐蚀的风险较低；此外，增加了应力缓释层结构，可以采用硬焊料无铟化工艺，具有耐高温、抗热疲劳、不易氧化、储存寿命长、性能稳定、降低电迁移和电热迁移等优点，极大地提高了器件的可靠性。附图说明：图1为本技术的液体制冷片的一种实施例的结构示意图；图2为图1中第一制冷片的上表面结构示意图；图3为图1中第一制冷片的下表面结构示意图；图4为图1中第二制冷片的上表面结构示意图；图5为图1中第二制冷片的下表面结构示意图；图6为本技术的液体制冷片的另一种实施例的结构示意图；图7为图6中第一制冷片的上表面结构示意图；图8为图6中第一制冷片的下表面结构示意图；图9为图6中第二制冷片的上表面结构示意图；图10为图6中第二制冷片的下表面结构示意图。具体实施方式：为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本技术未详尽说明的，均按本领域常规技术。实施例1：如图1～5所示，一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，包括相互交错分布的多片第一制冷片A和第二制冷片B，第一制冷片A和第二制冷片B均为片状结构，且均设置有通水区1和芯片焊接区3，芯片焊接区3位于第一制冷片A或第二制冷片B的一端，通水区1位于第一制冷片A或第二制冷片A靠近芯片焊接区3的位置，第一制冷片A和第二制冷片B均包括上表面和下表面，上表面在通水区1内设置有进水孔2，下表面设置有与进水孔2相对应的出水孔6，进水口2和出水孔6贯通形成从上表面到下表面的通孔，第一制冷片A的进水孔2位于通水区1内远离芯片焊接区3的一端，第二制冷片B的进水孔位于通水区1内靠近芯片焊接区3的一端，第一制冷片A和第二制冷片B上的进水孔2对称分布于通水区1。工作时，第一制冷片A与第二制冷片B交错分布，制冷液体从第一制冷片A的进水孔2进入，经第一制冷片A的出水口6出来，再经过第二制冷片B的通水区1，从第二制冷片B的进水孔2进入，经第二制冷片B的出水口6出来，再经过下一个第一制冷片A的通水区1(非进水孔区域)，从该第一制冷片A的进水孔2进入，经该第一制冷片A的出水口出来，实现冷却目的，制冷液体流动路线如图1中箭头所示，本技术的第一制冷片A和第二制冷片B相互交错安装，制冷液体可以流经通水区1表面，增大了接触面积，提高了散热效果。实施例2：一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，结构如实施例1所示，所不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，其特征在于，包括相互交错分布的多片第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和第二制冷片均为片状结构，且均设置有通水区和芯片焊接区，所述芯片焊接区位于第一制冷片或第二制冷片的一端，所述通水区位于第一制冷片或第二制冷片靠近芯片焊接区的位置，所述第一制冷片和第二制冷片均包括上表面和下表面，所述上表面在所述通水区内设置有进水孔，所述下表面设置有与所述进水孔相对应的出水孔，进水口和出水孔贯通形成从上表面到下表面的通孔，所述第一制冷片的进水孔位于通水区内远离芯片焊接区的一端，所述第二制冷片的进水孔位于通水区内靠近芯片焊接区的一端。

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，其特征在于，包括相互交错分布的多片第一制冷片和第二制冷片，所述第一制冷片和第二制冷片均为片状结构，且均设置有通水区和芯片焊接区，所述芯片焊接区位于第一制冷片或第二制冷片的一端，所述通水区位于第一制冷片或第二制冷片靠近芯片焊接区的位置，所述第一制冷片和第二制冷片均包括上表面和下表面，所述上表面在所述通水区内设置有进水孔，所述下表面设置有与所述进水孔相对应的出水孔，进水口和出水孔贯通形成从上表面到下表面的通孔，所述第一制冷片的进水孔位于通水区内远离芯片焊接区的一端，所述第二制冷片的进水孔位于通水区内靠近芯片焊接区的一端。2.根据权利要求1所述的用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，其特征在于，所述进水孔或出水孔所占的面积为通水区面积的1/8～1/4。3.根据权利要求2所述的用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，其特征在于，所述进水孔和出水孔均包括多排并列的圆孔或多边形孔。4.根据权利要求2所述的用于高功率半导体激光器的宏通道液体制冷片，其特征在于，所述进水孔为矩形的进水空隙，出水孔为矩形的出水空隙。5.根据权利要求4所述的用于高功率半导体激光器的宏通...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾宁宁，开北超，于果蕾，徐现刚，郑兆河，
申请(专利权)人：潍坊华光光电子有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37