一種宏通道液體制冷器及其組合的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種宏通道液體制冷器。
【背景技術】
[0002]高功率半導體激光器的散熱設計是封裝的核心內容之一。目前的高功率半導體激光器通常由以下幾種方式封裝:
[0003]a)如圖1、圖2所示，激光器巴條直接鍵合到液體制冷器上，液體制冷器采用一種基于微通道的結構熱沉。這種封裝結構通過熱沉的疊加可以實現(xiàn)較大功率的輸出，但該方式封裝的有如下缺點:首先，微通道容易因為水通道狹窄，容易造成堵塞;第二，熱沉本身帶電，所以必須采用去離子水進行冷卻，且對于離子濃度有很高的要求;第三，微通道內的高速水流，會造成通道的侵蝕，導致產品失效;第四，微通道熱沉的整體強度與剛度缺乏，容易在組裝和制造過程中發(fā)生折彎、變形，從而影響封裝的質量。
[0004]這種封裝因為巴條與熱沉材料的CTE不匹配，通常只能選擇軟焊料封裝以降低因為熱應力造成的巴條內部微損傷甚至撕裂，制約了激光器可靠性的提升。這種封裝形式的激光器巴條也可以先鍵合在CTE匹配的導電襯底(通常是銅鎢)上，再封裝到熱沉上。這樣的優(yōu)點是可以使用硬焊料進行封裝，但是卻增加了散熱路徑，降低了散熱能力。
[0005]另外，還存在一種宏通道的熱沉用于巴條的封裝，類似圖1所示結構，通過貫通的入水口、出水口起到散熱的作用。其優(yōu)點是通道較大，不易產生通道堵塞，液體的流速也會相對較低，可以減少通道的侵蝕。但是，這也造成了宏通道封裝器件的散熱能力較差、且存在通道內溫度不均勻的問題，熱沉也是帶電的。所以這種封裝只適用于在功率較低的應用場合。
[0006]13)相關專利文獻例如:1^5105429、1^5311530、1]56480514、1]56865200、1]57016383，US7944955B2、US7660335B2等。常見的一種封裝形式是:激光器巴條鍵合到CTE匹配的襯底形成一個發(fā)光單元，多個發(fā)光單元并列組合，封裝到絕緣塊上，再封裝到通常為宏通道的熱沉上。這樣的封裝形式，因為熱沉與激光器發(fā)光組件整體絕緣，為后續(xù)的應用提供了方便，同時可以使用硬焊料封裝，實現(xiàn)非去離子水(DIW)制冷。因為襯底與絕緣塊的存在，該封裝的主要缺點是巴條的散熱路徑比較長，難以適應高功率高占空比的場合。配合使用的宏通道液體制冷器可以通過水制冷或者其他方式制冷?；谶@種熱沉結構的每個產品，很難進行組裝拼接以實現(xiàn)巴條數(shù)目的擴展。當需要更多bar條時，只能做不同尺寸的底部熱沉進行匹配適應。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型提出一種宏通道液體制冷器的結構設計，散熱效率高，結構性好。
[0008]本實用新型的技術方案如下:
[0009]—種宏通道液體制冷器，在液體制冷器的側面貫通開設有相互平行的入水口和出水口，液體制冷器內部設置有宏通道的液冷回路，所述液體制冷器內部具有多層分隔的循環(huán)水路;循環(huán)水路分別自所述入水口起，繞經液體制冷器在制冷工作面與入水口之間的區(qū)域再回流到出水口(即各層循環(huán)水路之間相互并聯(lián))。
[0010]實現(xiàn)上述多層分隔的循環(huán)水路，優(yōu)選以下兩種具體結構:
[0011]1、液體制冷器由多個獨立的通水板沿入水口、出水口貫通方向層疊組成，在每個通水板的內部均設置有與所述入水口、出水口連通的循環(huán)水路；
[0012]2、液體制冷器為一體件，在內部開設多層相互隔離的循環(huán)水路，循環(huán)水路所在平面與入水口、出水口貫通方向垂直。
[0013]為進一步提高芯片組安裝面的散熱均勻性，相鄰兩層循環(huán)水路在入水口、出水口處的通水接口對稱設置，使相鄰兩層循環(huán)水路的流向相反。
[0014]入水口和出水口的貫通方向與制冷工作面平行。尤其對于堆疊式的制冷對象，所述入水口和出水口的貫通方向與安裝在制冷工作面的制冷對象的堆疊方向為同一方向或者相互垂直。這樣可以使得液體制冷器具有擴展性。最好使入水口位于制冷工作面的近端，出水口位于制冷工作面的遠端。
[0015]本實用新型還由此提出一種宏通道液體制冷器組合，采用若干個上述宏通道液體制冷器沿入水口、出水口貫通方向依次對準組裝，使得所有宏通道液體制冷器形成統(tǒng)一的入水口、出水口；相鄰宏通道液體制冷器的入水口、出水口位置安裝有密封圈。例如，對于以堆疊方式形成的半導體激光器芯片組，在每個液體制冷器上安裝芯片組構成一個激光器模塊，能夠實現(xiàn)多個激光器模塊之間的電和水路的串聯(lián)聯(lián)接。
[0016]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0017]液體制冷器的結構性好，剛性大，不易變形，適合后續(xù)組裝;獨特的多層并聯(lián)循環(huán)水路結構，顯著提高了散熱效果。
[0018]對循環(huán)水路的具體結構優(yōu)化，使得散熱均衡性更好，一定程度上也加強了安裝芯片組的應力平衡。
[0019]多個液體制冷器能夠很方便地機械組裝、維護，從而支持半導體激光器芯片組的擴展。
【附圖說明】
[0020]圖1、圖2為傳統(tǒng)的芯片組-液體制冷器的安裝結構示意圖；其中，圖1(a)為主視圖，圖1 (b)為側視圖；圖中標號:1-散熱器(金屬片)；2-激光器芯片；3-負極連接片;4-絕緣層；5-入水口 ； 6-出水口。
[0021]圖3、圖4為應用本實用新型的芯片組-液體制冷器的安裝結構示意圖，其中圖3為主視圖；圖4為側視圖。
[0022]圖5為本實用新型多個模塊組裝擴展的示意圖。
[0023]圖6為本實用新型液體制冷器的一種層疊結構(多層通水板)示意圖。
[0024]圖7為本實用新型液體制冷器的另一種層疊結構(一體件)示意圖。
[0025]圖8為相鄰兩層通水板的循環(huán)水路示意圖。
[0026]圖9為貫通的入水口和出水口的安裝位置示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合具體的芯片組-液體制冷器的安裝結構，對本實用新型的液體制冷器結構作詳細介紹。
[0028]如圖3、4所示，激光器芯片12組裝在高熱導率、CTE匹配的導電材料的襯底11上。安裝有激光器芯片的襯底通過高熱導率的絕緣塊13，組裝到液體制冷器14上，組成一個激光器模塊。液體制冷器側面貫通開設有相互平行的入水口和出水口，液體制冷器內部設置有宏通道的液冷回路。使得多個激光器模塊可以通過密封圈“無縫”聯(lián)接，共享入水口 15和出水口 16，實現(xiàn)擴展，如圖5所示。
[0029]液體制冷器具體由多層通水板層疊組成，相鄰兩層之間流向相反，以實現(xiàn)激光器安裝面的散熱均勻性。液體制冷器的液體制冷器對冷卻水的冷卻路徑進行了規(guī)劃，保證了散熱的有效性、均勻性。液體制冷器從側邊進水，入口交叉，相互均衡。需要說明的是，除了圖8所示的循環(huán)水路結構，還可以調整通道的進出水口位置，水流的方向也可以是其他的組入口 ο
[0030]與傳統(tǒng)的基于微通道液體制冷器冷卻的產品所區(qū)別的是:如圖9，傳統(tǒng)的微通道封裝是將激光器芯片安裝到31面上，而本方案是將激光器芯片安裝到30面上。這是區(qū)別于傳統(tǒng)微通道封裝產品的主要標志之一。
[0031]每個激光器模塊的巴條個數(shù)可以是1、2、3個等。建議的最大個數(shù)不大于10個，以提高產品的可配置性、可靠性。
[0032]本實用新型組裝宏通道液冷高功率半導體激光器裝置的步驟如下:
[0033]I)將一個或者多個激光器芯片與襯底以及絕緣塊依次組裝到一起組成芯片組，各個芯片與襯底之間形成電聯(lián)結。巴條使用硬焊料與金剛石銅襯底、金剛石絕緣塊進行鍵合，形成多巴條組。
[0034]2)多巴條組與液體制冷器進行組裝，組成一個獨立的激光器模塊。
[0035]3)重復以上兩個步驟，制成多個激光器模塊。
[0036]4)對每個激光器模塊的性能參數(shù):波長、功率等，進行單獨進行測試、老化、篩選。
[0037]5)滿足要求的一個或多個模塊可以按照一定的性能順序或要求，通過密封圈和機械夾具組裝成所需的產品應用。
[0038]需要說明的是，以上實施例僅作為本實用新型在半導體激光器疊陣制冷技術方面的一個較佳實施例。本實用新型當然可以適用于其他制冷對象。
【主權項】
1.一種宏通道液體制冷器，在液體制冷器的側面貫通開設有相互平行的入水口和出水口，液體制冷器內部設置有宏通道的液冷回路，其特征在于:所述液體制冷器內部具有多層分隔的循環(huán)水路;循環(huán)水路分別自所述入水口起，繞經液體制冷器在制冷工作面與入水口之間的區(qū)域再回流到出水口。2.根據權利要求1所述的宏通道液體制冷器，其特征在于:所述液體制冷器由多個獨立的通水板沿入水口、出水口貫通方向層疊組成，在每個通水板的內部均設置有與所述入水口、出水口連通的循環(huán)水路。3.根據權利要求1所述的宏通道液體制冷器，其特征在于:所述液體制冷器為一體件，在內部開設多層相互隔離的循環(huán)水路，循環(huán)水路所在平面與入水口、出水口貫通方向垂直。4.根據權利要求1至3任一所述的宏通道液體制冷器，其特征在于:相鄰兩層循環(huán)水路在入水口、出水口處的通水接口對稱設置，使相鄰兩層循環(huán)水路的流向相反。5.根據權利要求1所述的宏通道液體制冷器，其特征在于:入水口和出水口的貫通方向與制冷工作面平行。6.根據權利要求5所述的宏通道液體制冷器，其特征在于:對于堆疊式的制冷對象，所述入水口和出水口的貫通方向與安裝在制冷工作面的制冷對象的堆疊方向為同一方向或者相互垂直。7.根據權利要求5所述的宏通道液體制冷器，其特征在于:所述入水口位于制冷工作面的近端，出水口位于制冷工作面的遠端。8.一種宏通道液體制冷器組合，其特征在于:采用若干個權利要求5所述的宏通道液體制冷器沿入水口、出水口貫通方向依次對準組裝，使得所有宏通道液體制冷器形成統(tǒng)一的入水口、出水口；相鄰宏通道液體制冷器的入水口、出水口位置安裝有密封圈。
【專利摘要】本實用新型提出一種宏通道液體制冷器及其組合。該宏通道液體制冷器，在液體制冷器的側面貫通開設有相互平行的入水口和出水口，液體制冷器內部設置有宏通道的液冷回路，所述液體制冷器內部具有多層分隔的循環(huán)水路；循環(huán)水路分別自所述入水口起，繞經液體制冷器在制冷工作面與入水口之間的區(qū)域再回流到出水口。本實用新型的結構性好，剛性大，不易變形，適合后續(xù)組裝；獨特的多層并聯(lián)循環(huán)水路結構，顯著提高了散熱效果。
【IPC分類】H01S5/024
【公開號】CN205265035
【申請?zhí)枴緾N201521050451
【發(fā)明人】劉興勝, 蔡萬紹, 陶春華, 邢卓, 梁雪杰
【申請人】西安炬光科技股份有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月15日