專利名稱：一種微通道式水冷熱沉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微通道式水冷熱沉裝置。
背景技術(shù)：
一般二極管泵浦固體激光器系統(tǒng)為高功率、高集成度的整機(jī)系統(tǒng)，發(fā)熱單元眾多， 主要包括激光二極管(LD)、激光晶體，Q開關(guān)晶體及驅(qū)動(dòng)器、非線性晶體等，激光器運(yùn)行時(shí)各單元的散熱功率要求、溫度控制點(diǎn)及溫控精度等不盡相同，特別是在工業(yè)及軍事等應(yīng)用中激光器系統(tǒng)的工作溫度范圍很寬，大體上從-40°C +55°C范圍激光器均要能正常工作。 為了保證各散熱單元恒定的工作溫度區(qū)間，高低溫狀態(tài)下功能要求還要區(qū)別對(duì)待。因此整個(gè)激光器系統(tǒng)的散熱能力及溫度管理控制能力非常重要，其運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行效率直接決定激光器系統(tǒng)能否正常可靠工作。在系統(tǒng)的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)極限使用情況分析、計(jì)算出系統(tǒng)總的熱功率水平，確定總的制冷和制熱能力，然后針對(duì)各散熱單元的不同特點(diǎn)，對(duì)水冷系統(tǒng)的制冷量進(jìn)行合理分配，量化分配比率。各單元的散熱及溫控技術(shù)具有不同的技術(shù)要求，對(duì)散熱要求高的LD、激光晶體應(yīng)重點(diǎn)解決，包括高效熱沉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、進(jìn)出水方式、水路的設(shè)計(jì)、流量的設(shè)計(jì)、溫控速度及精度等必須適應(yīng)各自特點(diǎn)。在二極管泵浦固體激光器器中，激光晶體是激光器中熱量最為集中的光學(xué)元件， 針對(duì)二極管端面泵浦方式激光晶體內(nèi)部熱分布特點(diǎn)，晶體散熱采用金屬銅熱沉傳導(dǎo)結(jié)合液體對(duì)流散熱的結(jié)構(gòu)方式，以最大限度、最高效率地導(dǎo)出激光器工作時(shí)所產(chǎn)生的廢熱，提高激光器的性能。常規(guī)的水冷晶體散熱熱沉結(jié)構(gòu)處于加工的考慮，通常走水方式較為簡單，一般為直進(jìn)直出，散熱效率會(huì)大打折扣，特別是在高溫環(huán)境溫度下，晶體溫控問題更是難以解決。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種微通道式水冷熱沉裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)水冷熱沉結(jié)構(gòu)走水方式過于簡單、換熱效率較低的問題。具體的，本實(shí)用新型提供一種微通道式水冷熱沉裝置，包括分別安裝有進(jìn)、出水嘴的上熱沉塊和下熱沉塊，所述上熱沉塊與下熱沉塊貼合后中間形成被控溫元件安放槽， 且所述上熱沉塊和下熱沉塊上沿著所述被控溫元件安放槽外圍部署有水冷控溫結(jié)構(gòu)，所述水冷控溫結(jié)構(gòu)兩側(cè)裝配有密封壓片，其特征在于，所述水冷控溫結(jié)構(gòu)為多個(gè)圓狀-齒狀微通道串聯(lián)交織形成的水流微通道結(jié)構(gòu)。其中，所述齒狀微通道與圓狀微通道成層狀分布，其中，齒狀微通道靠近所述被控溫元件安放槽側(cè)，所述圓狀微通道靠近齒狀微通道，布置在所述齒狀微通道的外圍；且所述各微通道孔徑小于2mm。其中，所述水流微通道采用電火花結(jié)合線切割的加工方式形成。[0011]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述裝置中，所述上沉塊、下沉塊為表面鍍金的紫銅材料； 其中，所述鍍金層的厚度為微米量級(jí)。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述裝置中，所述被控溫元件安放槽為圓形結(jié)構(gòu)；其中，所述被控溫元件安放槽內(nèi)安放激光晶體。其中，所述被控溫元件安放在被控溫元件安放槽內(nèi)時(shí)外圍包裹有導(dǎo)熱箔。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述裝置中，所述上沉塊和下沉塊貼合后通過螺釘固定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果如下首先，本實(shí)用新型提供的微通道式水冷熱沉裝置，解決了常規(guī)熱沉走水方式過于簡單、換熱效率較低的問題，大大提高了熱沉與水的換熱效率，進(jìn)而提高了熱沉的散熱效率；其次，本實(shí)用新型所述的熱沉裝置采用電火花結(jié)合線切割的加工方式，與傳統(tǒng)加工方式相比，大大降低了加工難度。

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實(shí)用新型提供的一種微通道式水冷熱沉裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型中水冷控溫結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖3A為本實(shí)用新型中組裝后的熱沉的截面圖；圖3B為本實(shí)用新型中組裝后的熱沉的側(cè)視圖；圖3C為本實(shí)用新型中組裝后的熱沉的立體圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中熱沉散熱效率低下的問題，本實(shí)用新型提供一種微通道式水冷熱沉裝置，該裝置不僅解決了常規(guī)水冷熱沉走水方式過于簡單、換熱效率較低的問題，還大大提高了熱沉與水的換熱效率，進(jìn)而提高了熱沉中的晶體的散熱效率。實(shí)施例一如圖1所示，為本實(shí)用新型提供的一種微通道式水冷熱沉裝置的結(jié)構(gòu)圖，所述裝置包括上熱沉塊110和下熱沉塊120、所述上、下熱沉塊彼此貼合面?zhèn)确謩e具有一凹槽，當(dāng)上、下熱沉塊二者貼合在一起時(shí)中間部位的上下凹槽形成一被控溫元件安放槽130 ；所述上、下熱沉塊上沿著各自的凹槽外沿布置有水冷控溫結(jié)構(gòu)140 ；并在所述水冷控溫結(jié)構(gòu)140 的兩端分別布置有壓片平臺(tái)150，該壓片平臺(tái)150用于放置密封壓片160，該密封壓片160 將水冷控溫接口 140進(jìn)行密封；所述上、下熱沉塊上還分別布置有進(jìn)、出水水嘴170，通過進(jìn)水嘴將水注入水冷控溫結(jié)構(gòu)140，并結(jié)合出水嘴完成水路的循環(huán)。其中，上、下熱沉塊貼合后優(yōu)選的通過螺釘180進(jìn)行固定，當(dāng)然本實(shí)用新型并不限于這一種固定方式，只要能實(shí)現(xiàn)上、下熱沉塊間固定的方式均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)在寬溫度范圍內(nèi)高散熱的要求，本實(shí)用新型所述的熱沉裝置中采用了紫銅(純銅)作為熱沉的材料，紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到398W· (m-K)-1, 是適用的工業(yè)金屬中最高的，是熱沉的理想材料。本實(shí)用新型考慮到紫銅材料本色抗氧化能力太差的問題，在采用紫銅加工完后在其外表面鍍金，可以使紫銅在使用的過程中不被氧化，由于金本身也是一種導(dǎo)熱性能良好的金屬，其導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到315W · (m · ΚΓ1，而且金的鍍層只有幾個(gè)微米，對(duì)紫銅的導(dǎo)熱性能絲毫不產(chǎn)生影響；進(jìn)一步的，本實(shí)用新型考慮到傳統(tǒng)水冷控溫結(jié)構(gòu)是在熱沉上開出單路或幾路的水通道，通過水流將熱量帶走，這樣的常規(guī)方式散熱效率較低，不能滿足寬溫度范圍內(nèi)的高散熱密度的使用要求。而本實(shí)用新型所述熱沉裝置充分考慮了熱沉熱流的傳遞路徑，設(shè)計(jì)所述水冷控溫結(jié)構(gòu)140為多個(gè)圓狀-齒狀微通道串聯(lián)交織形成的水流微通道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)優(yōu)化了水流與熱流的匹配，形成了類似樹杈狀的熱流通道，這樣可以讓水流的散熱效率得到進(jìn)一步的提高，滿足寬溫度范圍內(nèi)的高散熱密度的散熱要求；其中，所述齒狀微通道與圓狀微通道間優(yōu)選的成層狀分布，其中齒狀微通道靠近所述被控溫元件安放槽130側(cè)，所述圓狀微通道靠近齒狀微通道，布置在所述齒狀微通道的外圍；這樣的設(shè)置更有助于散熱效率；其中，所述圓狀或齒狀微通道為通水孔徑小于2mm 的小通道；該水冷控溫結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖具體如圖2所示；圖中210表示水流微通道。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型考慮到微通道加工存在一定的難度，所以在微通道加工的設(shè)計(jì)上也進(jìn)行了改善，主要采用電火花結(jié)合線切割的加工方式，通過該加工方式可以使微通道在只打一到兩個(gè)穿絲孔的情況下通過線切割完成加工，且切割的周期較短，加工難度與傳統(tǒng)的微通道比較大大降低。本實(shí)施例所述的微通道式水冷熱沉裝置可以應(yīng)用于固體激光器中；固體激光器技術(shù)特別是二極管端面泵浦激光技術(shù)中必然涉及到的激光晶體的散熱結(jié)構(gòu)。二極管泵浦固體激光器技術(shù)是目前最主流的激光技術(shù)，其中最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一就是其中的激光晶體的高效散熱和溫控技術(shù)，它對(duì)激光的高效、高功率、穩(wěn)定輸出起著決定性的作用。而通過將本實(shí)用新型所述的熱沉裝置應(yīng)用在激光晶體上，其能夠解決激光器在高功率泵浦狀態(tài)下激光晶體的高效散熱問題，使激光器在高溫+55°C環(huán)境下可以正常工作，達(dá)到了適應(yīng)極寬的環(huán)境溫度變化范圍的技術(shù)效果。當(dāng)然，本實(shí)用新型所述的微通道式水冷熱沉裝置應(yīng)用在固體激光器中只是列舉的一種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式，而并非唯一應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)施例二基于本實(shí)用新型提供的微通道式水冷熱沉裝置，下面詳細(xì)的介紹一下本實(shí)用新型所述微通道式水冷熱沉裝置的組裝過程，具體包括步驟1、使用超聲清洗熱沉裝置將所有構(gòu)件清洗干凈。步驟2、封裝激光晶體前的準(zhǔn)備在上熱沉塊的棒槽兩端各滴兩滴酒精，用棉簽從一端開始擦拭至另一端，然后換一根棉簽重復(fù)擦拭過程；同樣的方法將下熱沉塊的棒槽清理干凈。步驟3、晶體封裝將準(zhǔn)備好的棒狀晶體用導(dǎo)熱箔包好，放置于下熱沉塊的晶體棒槽中間，然后將上熱沉塊壓在下熱沉塊上；其中，導(dǎo)熱箔的厚度以上、下熱沉塊剛好緊密接觸為適。步驟4、將四顆螺釘置于相應(yīng)孔位并擰緊。步驟5、清理密封壓片。步驟6、密封壓片的安裝在一圈壓片平臺(tái)上涂滿703 (704)膠，將密封壓片平放在壓片平臺(tái)上。步驟7、將螺釘置于密封壓片上的孔位并擰緊。步驟8、清理密封壓片上的703 (704)密封膠。步驟9、水嘴裝配在四個(gè)水嘴的螺紋上涂上預(yù)備好的504密封膠，然后置于相應(yīng)孔位并擰緊。步驟10、清理水嘴上的504密封膠。步驟11、將熱沉放置于桌面上，使熱沉棒槽保持水平，放置時(shí)間為10 12小時(shí)。組裝后的熱沉裝置結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中，圖3A給出了熱沉裝置的截面圖，圖中 190為熱敏電阻；圖3B給出了熱沉裝置的側(cè)視圖；圖3C給出了熱沉裝置的立體圖。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微通道式水冷熱沉裝置，包括分別安裝有進(jìn)、出水嘴的上熱沉塊和下熱沉塊， 所述上熱沉塊與下熱沉塊貼合后中間形成被控溫元件安放槽，且所述上熱沉塊和下熱沉塊上沿著所述被控溫元件安放槽外圍部署有水冷控溫結(jié)構(gòu)，所述水冷控溫結(jié)構(gòu)兩側(cè)裝配有密封壓片，其特征在于，所述水冷控溫結(jié)構(gòu)為多個(gè)圓狀-齒狀微通道串聯(lián)交織形成的水流微通道結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述齒狀微通道與圓狀微通道成層狀分布， 其中，齒狀微通道靠近所述被控溫元件安放槽側(cè)，所述圓狀微通道靠近齒狀微通道，布置在所述齒狀微通道的外圍。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述各微通道孔徑小于2mm。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的裝置，其特征在于，所述水流微通道采用電火花結(jié)合線切割的加工方式形成。
5.如權(quán)利1所述的裝置，其特征在于，所述上沉塊、下沉塊為表面鍍金的紫銅材料。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述鍍金層的厚度為微米量級(jí)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述被控溫元件安放槽為圓形結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述被控溫元件安放槽內(nèi)安放激光晶體。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述被控溫元件安放在被控溫元件安放槽內(nèi)時(shí)外圍包裹有導(dǎo)熱箔。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上沉塊和下沉塊貼合后通過螺釘固定。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微通道式水冷熱沉裝置，所述裝置包括分別安裝有進(jìn)、出水嘴的上熱沉塊和下熱沉塊，所述上熱沉塊與下熱沉塊貼合后中間形成被控溫元件安放槽，且所述上熱沉塊和下熱沉塊上沿著所述被控溫元件安放槽外圍部署有水冷控溫結(jié)構(gòu)，所述水冷控溫結(jié)構(gòu)兩側(cè)裝配有密封壓片，其特征在于，所述水冷控溫結(jié)構(gòu)為多個(gè)圓狀-齒狀微通道串聯(lián)交織形成的水流微通道結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型解決了常規(guī)熱沉走水方式過于簡單、換熱效率較低的問題，大大提高了熱沉與水的換熱效率，進(jìn)而提高了熱沉的散熱效率。
文檔編號(hào)H01S3/042GK202068083SQ20112006060
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者吳軍勇, 王克強(qiáng), 耿圓圓, 胡學(xué)浩, 苑利鋼, 鄭毅, 鐘國舜, 韓隆, 魏磊 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所