一种轻质量高导热激光器模块壳体制造技术

本发明专利技术公开了一种轻质量高导热激光器模块壳体，包括热扩散层、外框、热沉结构和热源接触面，热扩散层具有局部镂空结构，热扩散层分布在热源接触面下方，热源接触面呈倾斜式阶梯分布在热沉结构上，外框与热沉结构相连且二者之间具有一定的夹角。本发明专利技术中，热扩散层与热沉结构之间一体铸造，外框与热沉结构之间一体铸造，通过选择高导热轻质量的材料，调整热沉结构，能够有效地提高热源在壳体上的热传导效率，有利于提高半导体激光器壳体的传热效率，从而提高了半导体激光器的稳定性，具有结构稳定合理、导热效率高、整体质量轻的优点，将更好的应用于对重量和导热要求严格的激光器场景。的应用于对重量和导热要求严格的激光器场景。的应用于对重量和导热要求严格的激光器场景。

【技术实现步骤摘要】
一种轻质量高导热激光器模块壳体


[0001]本专利技术属于半导体激光器
，具体涉及一种轻质量高导热激光器模块壳体。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有体积小、质量轻、能耗小、易调制、可以批量化生产等众多优点，被广泛应用于工业加工、信息通信、医疗、生命科学和军事等领域。近年来，市场对轻质量半导体激光器有较大需求。目前，常规材料如铝、铜，不能兼顾高导热和轻质量的要求。由于材料与传统阶梯式机械设计的限制，使得热源与散热面之间存在较大热阻，这导致热量不能快速传导出去，进而导致半导体激光器有源区温度升高，输出指标变化，严重影响客户使用和激光器的寿命及可靠性。
[0003]随着技术不断更新进步，应用市场对激光器的输出功率提出了更高的要求，而输出功率的提高，伴随着的则是更多热量的产生，这对激光器的热管理提出了更高的要求。因此，迫切需求一种轻质量高导热激光器模块壳体。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种轻质量高导热激光器模块壳体。
[0005]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种轻质量高导热激光器模块壳体，包括热扩散层、外框、热沉结构和热源接触面，所述热扩散层具有局部镂空结构，所述热扩散层分布在热源接触面下方，所述热源接触面呈倾斜式阶梯分布在热沉结构上，所述热扩散层与热沉结构之间一体铸造，所述外框与热沉结构之间一体铸造。
[0007]进一步的，所述热扩散层的厚度为1
‑r/>2mm，所述热扩散层的镂空部分填充有铝碳化硅，所述热扩散层居中放置在热源接触面下方，所述热扩散层的外型尺寸大于热源接触面，所述热扩散层与热沉结构底面相距1.5mm。
[0008]进一步的，所述外框采用密度为1.6
‑
1.8g/cm2的铝硅复合材料，热导率50W/mK。
[0009]进一步的，所述热沉结构采用45％
‑
75％体积分数的铝碳化硅，密度2.95
‑
3.0g/cm2，热导率170
‑
220W/mK。
[0010]进一步的，所述热源接触面的上侧边和右侧边均设置有溢流槽。
[0011]进一步的，所述热扩散层与外框及热沉结构之间一体铸造的步骤包括：
[0012]在热源下方，加入镂空的高热导率石墨预制体，并由多个碳化硅预制件来定位高热导率石墨预制体位置，于680～780℃的熔融铝或铝合金熔液中一次渗铝，形成铸件。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0014]本专利技术公开了一种轻质量高导热激光器模块壳体，包括热扩散层、外框、热沉结构和热源接触面，热扩散层具有局部镂空结构，热扩散层分布在热源接触面下方，热源接触面
呈倾斜式阶梯分布在热沉结构上，热扩散层与热沉结构之间一体铸造，外框与热沉结构之间一体铸造。本专利技术中，将热扩散层与热沉结构一体铸造，将外框与热沉结构一体铸造，通过选择高导热轻质量的材料，调整热沉结构，能够有效地提高热源在壳体上的热传导效率，有利于提高半导体激光器壳体的传热效率，从而提高了半导体激光器的稳定性，具有结构稳定合理、导热效率高、整体质量轻的优点，将更好的应用于对重量和导热要求严格的激光器场景。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术的倾斜式阶梯结构的结构示意图；
[0017]图3为本专利技术的常规阶梯结构的热模拟验证结果图；
[0018]图4为本专利技术的倾斜式阶梯结构的热模拟验证结果图；
[0019]图5为本专利技术对设置热扩散层的热沉结构进行热模拟分析结果图。
具体实施方式
[0020]下面对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0021]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0022]如图1
‑
5所示，一种轻质量高导热激光器模块壳体，包括热扩散层1、外框2、热沉结构3和热源接触面4，热扩散层1与热沉结构3之间一体铸造，外框2与热沉结构3之间一体铸造；其中，热扩散层1的厚度为1
‑
2mm，热扩散层1与热沉结构3底面相距约1.5mm，其外型尺寸要求大于热源接触面4(单边约0.5
‑
1mm)，热扩散层1居中放置在热源接触面4下方，热扩散层1采用高热导率石墨材料(水平方向热导率高达1500W/mK)，可以快速的将热量水平散开，从而进一步提高导热效率，但由于高热导率石墨材料垂直方向的热导率只有150W/mK，因此，对热扩散层1进行镂空处理，镂空部分用铝碳化硅填充，以此保证垂直方向上的导热性能；外框2采用密度为1.6
‑
1.8g/cm2的铝硅复合材料，热导率50W/mK左右，大大减轻整体重量；热沉结构3与热源接触，热沉结构3采用45％
‑
75％体积分数的铝碳化硅，密度2.95
‑
3.0g/cm2，热导率170
‑
220W/mK，既兼顾轻质量，又能保证较高的热导率，其上分布的热源接触面4和其底面呈一定角度(0
‑5°
)，热源接触面4及与其垂直的定位面呈倾斜式阶梯分布在热沉结构3上，热源接触面4的上侧边和右侧边均设置有溢流槽。
[0023]热扩散层1与外框2及热沉结构3之间一体铸造的步骤包括：
[0024]将陶瓷预制件放在成型模具中，与模具配合做铸件内部空间预成型，在热源下方，加入镂空的高热导率石墨预制体，并由多个碳化硅预制件来定位高热导率石墨预制体位置，一次渗铝(将所需碳化硅预制件放入680～780℃的熔融铝或铝合金熔液中)，形成铸件，铸件单边留加工余量0.4
‑
0.8厚。碳化硅预制件由机加工提供。
[0025]若热源接触面4的温度为Tj，热沉结构3底面的温度为T0，则热源区和热沉底面形
成的温度差ΔT为：
[0026]ΔT＝Tj
‑
T0
[0027]热量从热源接触面4传到热沉结构3底面会遇到阻力，即为热阻R
th
，可表示为：
[0028][0029]式中，ΔP为热功率，ΔP＝P
‑
Po，P为输入功率，Po为光功率，在实际应用过程中，输入功率P可以通过测量激光器的电压U和输入电流I计算得出，P＝U*I，光功率Po可以通过光功率计测量得到。实践中，我们可用该方法测量热量从热源接触面4传到热沉结构3底面的热阻。
[0030]根据傅里叶定律，热阻R
th
又可以表示为：
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质量高导热激光器模块壳体，其特征在于，包括热扩散层、外框、热沉结构和热源接触面，所述热扩散层具有局部镂空结构，所述热扩散层分布在热源接触面下方，所述热源接触面呈倾斜式阶梯分布在热沉结构上，所述热扩散层与热沉结构之间一体铸造，所述外框与热沉结构之间一体铸造。2.根据权利要求1所述的一种轻质量高导热激光器模块壳体，其特征在于，所述热扩散层的厚度为1
‑
2mm，所述热扩散层的镂空部分填充有铝碳化硅，所述热扩散层居中放置在热源接触面下方，所述热扩散层的外型尺寸大于热源接触面，所述热扩散层与热沉结构底面相距1.5mm。3.根据权利要求1所述的一种轻质量高导热激光器模块壳体，其特征在于，所述外框采用密度为1.6
‑
1.8g/cm2的铝硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡震，王兴辉，仲浩浩，冯小明，
申请(专利权)人：无锡亮源激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：