一种用于半导体激光器的液体制冷器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于半导体激光器的液体制冷器，包括制冷器主体，所述制冷器主体的上端为一安装平面，所述安装平面上平行开设有一条或多条预留通道，预留通道内的一端设有进水口，另一端设有出水口，预留通道的底部设有卡座，卡座上插设有散热翅片组件，所述散热翅片组件由连接盖板和固定排列于连接盖板下侧面的翅片阵列组成，翅片阵列伸进预留通道内且下端插在卡座上，连接盖板与预留通道组成密封的散热通道。这种液体制冷器采用液体结合翅片的散热方式，通过改变液体通道形式，增大散热面积，增加液体流动中的湍流，达到提高散热能力和延长使用寿命的目的。且该液体制冷器不需要使用去离子水作为冷却介质，因此降低了使用成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体激光器制造领域，涉及一种液体制冷器，尤其是一种适用于大 功率半导体激光器的液体制冷器。
技术介绍
随着半导体激光器的输出功率、电光转换效率、可靠性和性能稳定性不断提高，大 功率半导体激光器在工业，医疗和军事中的应用更加广泛，市场需求巨大，发展前景广阔。 激光器的性能除了与芯片有关外，还与激光器的散热和封装有关。为了提高激光器的可靠 性和稳定性，降低生产成本，设计高效的散热结构是必须的。此外，还要求封装结构设计和 制造简单成本低、散热效率高。目前，大功率半导体激光器已经有商业化产品出现，这类激光器的散热主要有微 通道液体制冷型、液体制冷型和传导冷却型三种，这三种冷却方式均存在不足，列举如下 1) 微通道液体制冷器使用和维护成本高。通常情况下微通道是由高导热性金属，常用的如 铜制做而成，而制冷器的冷却液与激光器正负极直接接触，因此在工作时必须使用高质量 的去离子水作为冷却介质，防止正负极导通。去离子水作为冷却介质成本高，并且必须采用 低电导率的去离子水，因此使用和维护成本很高。2).微通道液体制冷器加工难度大、制造成本高、使用寿命短。微通道液体制冷器 由几层很薄的铜片层叠加工成型，内部的微通道大约为300微米。在制造过程中，需要对每 一层铜片进行精确的加工，以使层叠后的微通道在液体流过时形成散热能力强的湍流。因 此，微通道制冷器的精确加工是一个难点，由于微通道制冷器的精密加工难度相当大，导致 其制造成本非常高。而微通道制冷器中冷却介质的流动空间非常狭小，容易产生多余的压 力降，密封条件恶劣，导致微通道制冷器使用寿命缩短。此外，激光器工作的过程中，若冷却 介质(通常为去离子水)中存在杂质时，这些杂质很容易附着在微通道内壁上，从而引起微 通道管壁的电化学腐蚀，严重时可能将微通道制冷器的管壁蚀穿，既对激光器的安全性造 成极大的影响，从而影响激光器的使用寿命。3).普通液体制冷器制冷效果差。这种制冷器主要依靠中间或近热源一侧的贯通 通道进行散热，散热面积有限，且其内部冷却介质不能有效形成湍流，对流换热系数低，因 此不能高效地将激光器芯片产生的热量带走，制冷效果差。4).传导制冷器主要通过高导热率金属或者其他导热性较好的材料进行传导散 热，散热能力有限，制约了激光器的功率扩展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于半导体激光器的液体 制冷器，这种液体制冷器采用液体结合翅片的散热方式，通过改变液体通道形式，增大散热 面积，增加液体流动中的湍流，达到提高散热能力和延长使用寿命的目的。且该液体制冷器 不需要使用去离子水作为冷却介质，因此降低了使用成本。3本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的这种用于半导体激光器的液体制冷 器，包括制冷器主体，所述制冷器主体的上端为一安装平面，所述安装平面上平行开设有一 条或多条预留通道，预留通道内的一端设有进水口，另一端设有出水口，预留通道的底部设 有卡座，卡座上插设有散热翅片组件，所述散热翅片组件由连接盖板和固定排列于连接盖 板下侧面的翅片阵列组成，翅片阵列伸进预留通道内且下端插在卡座上，连接盖板与预留 通道组成密封的散热通道。上述制冷器主体为矩形块状，所述预留通道的进水口和出水口分别通过设于制冷 器主体内的冷却液通道连通至制冷器主体两端的侧壁上。上述散热翅片组件的翅片阵列是由多个相互平行的条形片状翅片组成，所述条形 片状翅片垂直固定于连接盖板上；所述卡座上设有多条与翅片阵列的条形片状翅片下端对 应的凹槽，所述多个条形片状翅片的下端分别插于卡座的各凹槽中。上述散热翅片组件的翅片阵列是由多个垂直阵列于连接盖板上的柱状体组成，所 述卡座上设有多个与翅片阵列的柱状体下端对应的固定孔，所述多个柱状体的下端分别插 于卡座的各固定孔中。本专利技术的一个优选实施方案为以上所述组成翅片阵列的多个柱状体的横截面为 圆形，所述卡座上的固定孔为圆孔，圆孔的内径与柱状体的外径相同。本专利技术的另一优选实施方案为以上所述组成翅片阵列的多个柱状体的横截面为 多边形，所述卡座上固定孔的孔截面形状与对应的柱状体横截面形状相适应。以上所述连接盖板和翅片阵列为一体式结构。上述连接盖板的外侧面与安装平面平齐，所述安装平面上垂直开设有多组用于固 定巴条的螺丝孔。本专利技术的优选方案中，制冷器主体选用的材料为导热率高的金属或陶瓷。本专利技术具有以下有益效果1)成本低。本专利技术包括制冷器主体、散热翅片组件和 卡座，这些部件的结构易于机械加工，制作成本低。譬如制冷器主体可直接用普通机械加工 方法制备，并可在制冷器主体上加工螺纹孔等辅助工艺；散热翅片组件和卡座根据其形状 可用挤型或者压铸或者一次成型工艺生产，比一般使用线切割工艺的制冷器成本更低，适 宜于批量化生产。2)散热能力强。本专利技术采用液体制冷，其在液体通路中使用散热片结构，在内部将 水路分成多路水流，构成了复杂的微通道单元，大大增加了液体制冷器的散热面积，并加大 了冷却介质的湍流度，从而加强制冷器的制冷效果。3)可靠性高。与一般微通道相比，本制冷器的水路尺寸大，且可加防腐蚀镀层，因 此极大地降低了水路被堵塞或严重腐蚀的风险，可靠性大大提高。4)具有可调整性，本专利技术的各部件可以根据不同的散热要求，更改散热片外形及 对应卡座中卡槽的外形，而主体结构不需要改变。例如，如散热要求低时可选择只有一片翅 片的结构；散热要求较高时，可选择具有多片翅片的结构，方便对结构的合理运用和对成本 的管控。附图说明图1为本专利技术的整体结构图；图2为本专利技术的各部件拆解示意图；图3为本专利技术的制冷器主体1结构示意图；图4-1，4-2，4-3为本专利技术卡座3的三种不同实施例的结构示意 图；图5-1，5-2，5-3为本专利技术散热片组件2的三种不同实施例的结构示意图；图6-1，6-2， 6-3为本专利技术的三种不同结构的实施例内部结构和工作原理示意图。其中1为制冷器主体；2为散热片；3为卡座；4为通水孔；5为安装平面；6为预留 通道；7为连接盖板；8为翅片阵列；9为冷却液通道；10为主水流；11为分水流。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述本专利技术以制冷器主体1为基础，制冷 器主体1的结构如图3所示，在制冷器主体1的上端加工安装平面5，安装平面5上平行开 设一条或多条预留通道6 (图3所示为一条)，预留通道6内的一端设有进水口，另一端设有 出水口，预留通道6的进水口和出水口分别通过设于制冷器主体1内的冷却液通道9连通 至制冷器主体1两端的侧壁上。制冷器主体1侧壁上连通冷却液通道9的进出水口的位置 可以根据工艺要求来设定，图3或图1所示的制冷器主体1侧壁进水口和出水口均开设在 矩形块状的制冷器主体1的两端。制冷器主体1的材质可选用导热良好的金属，如铜块，也 可以由导热良好的陶瓷做成，本专利技术的最优方案中，制冷器主体1选用导热陶瓷。预留通道6的底部设有卡座3，卡座3的宽度与预留通道的宽度相等，以便卡座3 能够固定安装于预留通道内。卡座3上插设有散热翅片组件2，散热翅片组件2由连接盖 板7和固定排列于连接盖板7下侧面的翅片阵列8组成，卡座3上设有与翅片阵列8下端 头相适应的固定结构，翅片阵列8伸进预留通道6内且下端插在卡座3上，连接盖板7与预 留通道6组成密封的散热通道，并且连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体激光器的液体制冷器，包括制冷器主体（１），其特征在于：所述制冷器主体（１）的上端为一安装平面（５），安装平面（５）上平行开设有一条或多条预留通道（６），预留通道（６）内的一端设有进水口，另一端设有出水口，预留通道（６）的底部设有卡座（３），卡座（３）上插设有散热翅片组件（２），所述散热翅片组件（２）由连接盖板（７）和固定排列于连接盖板（７）下侧面的翅片阵列（８）组成，翅片阵列（８）伸进预留通道（６）内且下端插在卡座（３）上，连接盖板（７）与预留通道（６）组成密封的散热通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴胜，宗恒军，
申请(专利权)人：西安炬光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]