半導體激光器單片式宏通道熱沉及半導體激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體激光器設備領域，特別是一種半導體激光器單片式宏通道熱沉。該熱沉采用格柵狀過水通道顯著提高了熱沉的散熱效果，本實用新型還相應提供了包括該熱沉的半導體激光器。
【背景技術】
[0002]大功率半導體激光器在固體激光器泵浦、激光加工、激光醫(yī)療、美容等領域應用廣泛，然而半導體激光器在工作時，會有約30%?50%電能會轉化為熱能損耗，且隨著功率的增大，面臨的散熱要求就越苛刻。
[0003]目前半導體激光器的封裝形式有整體宏通道和微通道。
[0004]對于高功率半導體激光器而言，采用整體宏通道方式，散熱效率不高，一般只能達到幾十瓦的輸出功率，同時由于半導體激光疊陣是將多個半導體激光芯片(亦稱巴條)緊密垂直排列而成的高功率模塊，一個激光器芯片出現(xiàn)問題會導致整個激光器作廢，若采用微通道熱沉雖然能一定程度上改善散熱效率，但熱沉本身及其昂貴，使用過程中需要去離子水，成本較高，并且長時間使用一樣會因為電化學反應導致微通道管壁腐蝕或堵塞，嚴重影響了半導體激光器的可靠性。
[0005]中國專利CN 104538836 A公開了一種用于高功率半導體激光器的液體制冷片，該制冷片包括通水區(qū)，通水區(qū)上設置有進水柱孔和出水柱孔以形成供冷卻液流通的通孔，其中還公開了通孔的具體形狀為花瓣形以及圓柱形。對于圓柱形通孔而言，其在水平方向上靠近芯片安裝區(qū)的一側形成較長的弧形面，這就造成激光芯片散熱不均勻的問題，在半導體激光器的工作過程中，激光芯片會產生局部的熱損傷，然后逐漸向其他部分擴散，致使整個激光疊陣報廢。對于花瓣形的通孔而言，其向外發(fā)散的邊界使得通孔整體構成了一個更大的圓弧面，上述散熱不均的問題更加嚴重。中國專利CN 104538836 A披露的內容當中顯然并沒有意識到上述技術問題，故也沒有給出解決上述技術問題的相關技術方案或啟示，在其他現(xiàn)有技術文獻中也未見報道。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種半導體激光器單片式宏通道熱沉，具有高效、均勻的散熱效果。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的一種半導體激光器單片式宏通道熱沉，包括熱沉主體，熱沉主體上設有芯片安裝區(qū)和水冷區(qū)，芯片安裝區(qū)位于熱沉主體的一端，水冷區(qū)位于靠近芯片安裝區(qū)的位置，所述水冷區(qū)上設有貫通熱沉主體的格柵；格柵由至少兩個平行排列的格柵孔組成，每個格柵孔包括兩個相互平行的側壁以及用于銜接兩個側壁的銜接端O
[0008]優(yōu)選地，所述格柵孔的銜接端為圓弧形狀，且
[0009]每個格柵孔中兩個側壁之間的距離明顯小于側壁的長度。
[0010]優(yōu)選地，所述格柵孔的形狀為矩形，矩形中一組相互平行的邊構成所述側壁，另一組相互平行的邊構成所述銜接端。
[0011]優(yōu)選地，所述格柵包括至少三個格柵孔，格柵孔平行排列后，其排列方向定義出一條基準線，基準線與所述芯片安裝區(qū)的長邊平行。
[0012]進一步地，靠近所述芯片安裝區(qū)的各個所述銜接端到芯片安裝區(qū)的距離都相等。
[0013]優(yōu)選地，所述熱沉主體在所述芯片安裝區(qū)所在的一面上設有兩個密封槽，其中一個密封槽環(huán)繞于所述水冷區(qū)的周圍，另一個密封槽位于遠離芯片安裝區(qū)的一端。
[0014]更優(yōu)選地，所述熱沉主體在背離所述芯片安裝區(qū)所在的一面上設有兩個密封槽，且與芯片安裝區(qū)所在一面上的兩個密封槽位置對應。
[0015]優(yōu)選地，所述芯片安裝區(qū)的兩側設置有缺口，且水冷區(qū)的長度不小于芯片安裝區(qū)的長度，增大了散熱面積且使散熱更均勻，此外缺口的設計還可以為各種焊接夾具對芯片進行裝卡提供了空間。
[0016]優(yōu)選地，所述熱沉主體的厚度為1.0mm-l0.0mm,長度為10mm-30mm，寬度為10mm-20mm ;所述水冷區(qū)的寬度為Imm-1Omm ;所述芯片安裝區(qū)的最外側邊到所述格柵孔中心的距離為;相鄰兩個所述格柵孔之間的距離不小于0.2mm ;格柵孔從一個銜接端到另一銜接端的距離為2.0mm-5mm，每個格柵孔的兩個平行側壁之間的距離為0.3mm-2.0mnin
[0017]半導體激光器單片式宏通道熱沉的半導體激光器，包括自下而上依次設置的下通水塊，下絕緣片，正電極片，半導體激光器模塊，負電極片，上絕緣片，上通水塊；所述的半導體激光器模塊為多個半導體激光器單元堆疊而成，且半導體激光器模塊內設有液體制冷通道；所述的半導體激光器單元包括激光芯片，半導體激光器單片式宏通道熱沉，絕緣層和負極連接片，所述半導體激光器單片式宏通道熱沉包括熱沉主體，熱沉主體上設有芯片安裝區(qū)和水冷區(qū)，芯片安裝區(qū)位于熱沉主體的一端，水冷區(qū)位于靠近芯片安裝區(qū)的位置，所述水冷區(qū)上設有貫通熱沉主體的格柵；格柵由至少兩個平行排列的格柵孔組成，每個格柵孔包括兩個相互平行的側壁以及用于銜接兩個側壁的銜接端。
[0018]本實用新型提供的半導體激光器單片式宏通道熱沉，采用了格柵式的散熱通道，每個格柵孔相互平行排列且包含相互平行的側壁，平行的側壁使得格柵孔邊界更加平整，散熱面更加均勻，且能限制銜接端的不平整度，使得銜接端靠近芯片安裝區(qū)的部分盡可能平齊，進而使得散熱效果更佳均勻，此外這種宏通道尺寸相較于微通道尺寸大幅增加，因此通水道被腐蝕而堵塞的風險大幅降低，提高了半導體激光器件的可靠性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型實施例1所提供的半導體激光器單片式宏通道熱沉的結構示意圖；
[0020]圖2為圖1格柵孔的俯視圖；
[0021]圖3為實施例2所提供的半導體激光器單片式宏通道熱沉的結構示意圖；
[0022]圖4為圖3格柵孔的俯視圖；
[0023]圖5為含有實施例1、2熱沉的半導體激光器中組件的爆炸圖；
[0024]圖6格柵孔排列方向定義的基準線示意圖；
[0025]圖中:
[0026]1.熱沉主體2.芯片安裝區(qū)3.水冷區(qū)4.格柵孔5.密封槽6.銷孔7.缺口8.基準線11.下通水塊12.下絕緣片13.正電極片14.半導體激光器模塊15.負電極片16.上絕緣片17.上通水塊
【具體實施方式】
[0027]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]請參考圖1、2，本實用新型提供的一種半導體激光器單片式宏通道熱沉，主要包括一個熱沉主體I，熱沉主體I為片狀結構，其表面形狀為矩形，在熱沉主體I的其中一面(為方便描述將此面定義為“上表面”，相對一面為“下表面”)上設置有芯片安裝區(qū)2，芯片安裝區(qū)2位于熱沉主體I的一端，在芯片安裝區(qū)2的兩側設置有缺口 7，使芯片安裝區(qū)2相對于熱沉主體I的其他部分形成向外凸出的結構，在靠近芯片安裝區(qū)2的位置設有水冷區(qū)3，其形狀為“跑道型”，也可以是矩形或其他形狀，水冷區(qū)3的長度長于芯片安裝區(qū)2的長度，使得散熱面積更大，更均勻，缺口 7的設計除了方便將水冷區(qū)3的長度設置長于芯片安裝區(qū)2的長度之外，還能夠給各種焊接夾具提供工作空間，方便其對半導體激光芯片(亦稱巴條、BAR條)進行裝卡、定位和校準，增加了半導體激光芯片的穩(wěn)定性和可靠性。
[0030]水冷區(qū)3上設有由多個格柵孔4構成的格柵，每個格柵孔4都自上而下貫通熱沉主體1，形成供制冷液流通的通道。格柵孔4的孔型類似于跑道型，即包括兩個相互平行、長度相等的側壁41，側壁41的兩個自由端通過銜接端42連接，銜接端42的形狀為圓弧形，在同一格柵孔4上，兩平行側壁41之間的距離，即格柵孔4的寬度明顯小于側壁41的長度，以使銜接端42與側壁41銜接在一起后形成前述的“跑道型”孔型，本領域技術人員可以根據實際情況按上述標準對具體的格柵孔尺寸進行適應性設置和調整，本實施例中兩平行側壁41之間的距離為0.3-2.0mm，本實施例中具體是0.5mm，格柵孔4的長度為2.5mm(以一個銜接端的最外側端點到另一個銜接端最外側的端點計算)。本實施例中采用12組上述格柵孔4來構成格柵，12組格柵孔4等間距平行排列在水冷區(qū)3，相鄰兩組格柵孔4之間的距離不小于0.2mm。格柵孔4的排列方向定義出了一條虛擬的基準線8 (如圖6所示)，該基準線8與與芯片安裝區(qū)2的長邊相互平行，并且，所有銜接端42到芯片安裝區(qū)2長邊的距離都相等，即各銜接端42的端點也都在同一條與基準線8平行的直線上。這種排列方式形成了圖1中規(guī)則的格