[发明专利]一种用于高功率半导体激光器的液体制冷片

说明书

技术领域

本发明属于激光器制造领域，涉及一种用于高功率半导体激光器的液体制冷片，尤其涉及一种宏通道型液体制冷片。

背景技术

目前，高功率半导体激光器在工业、国防等领域已经得到广泛的应用，市场需求巨大，发展前景广阔。随着半导体激光器功率的提高，基质材料热扩散将引起应力的变化，由于热量的沉积，会导致半导体激光器芯片温度升高、输出波长变化，使半导体激光器不能正常工作。为了提高半导体激光器的功率、可靠性和性能稳定性，降低生产成本，必须设计出高效散热结构。因此，设计和制备低成本、高效率的制冷器是十分必要的。

现有技术中，功率类电子器件的封装形式有热传导冷却型、微通道液体制冷型及高效液体制冷片（200910023753.3）。对于高功率半导体激光器而言，采用传导冷却的方式，散热效率较低，会导致器件寿命和可靠性下降，一般只能达到几十瓦的输出功率；若采用微通道液体制冷的方式，制冷液体需采用高质量的去离子水，成本较高，并且长时间使用会导致微通道管壁腐蚀或者堵塞，严重影响了半导体激光器的可靠性。

中国专利200910023753.3提出了一种液体制冷片结构，虽然解决了微通道液体制冷的管壁堵塞问题，但是散热效果有待提高，制约了半导体激光器的功率的进一步提高和应用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于高功率半导体激光器的液体制冷片。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种用于高功率半导体激光器的液体制冷片包括制冷片主体，制冷片主体为片装结构，该片状结构包括上表面和下表面；制冷片主体上设有通水区和芯片安装区，芯片安装区位于液体制冷片主体的一端，为激光芯片安装的位置；通水区位于制冷片主体上靠近芯片安装区的位置；制冷片主体的通水区分为相互对应的A面和B面，A面和B面分别位于片状制冷片主体的上表面和下表面，通水区的A面设置有多个出水柱孔C，B面设置有多个进水柱孔D；A面的出水柱孔C与B面的进水柱孔D连通。所述的A面上设置密封区，环绕于出水柱孔C的周围，或者所述的B面上设置密封区，密封区环绕于进水柱孔D的周围，密封区为环形的凹槽，用于放置密封装置。

所述的制冷片主体上设置有定位孔，在实际使用时用于固定液体制冷片。

当A面的出水柱孔C与B面进水柱孔D一一对应时，即A面的一个出水柱孔C对应B面的一个进水柱孔D；两者穿通形成从A面至B面的通孔，或者为出水柱孔C与进入柱孔D交错贯通的形式；所述A面出水柱孔C的截面积可以与B面进水柱孔D的截面积大小一样，也可以小于进水柱孔D的截面积。所述的从A面至B面的通孔可以为花瓣型，也可以为圆柱形或者不规则多边形等。

当A面的出水柱孔C与B面的进水柱孔D的个数不相等时，其对应方式可以为1个进水柱孔D对应N个出水柱孔C，N大于1，进水柱孔D的横截面积不小于对应的N个出水柱孔C在进水柱孔D截面上的投影面积之和；也可以为M个进水柱孔D对应1个出水柱孔C，M大于1，M个进水柱孔D的横截面积之和大于M个进水柱孔D在所对应的1个出水柱孔C横截面上的投影面积之和，保证制冷液体在流过通水区时有较大的压强差，增强散热效率。

根据所述的A面的出水柱孔C与B面的进水柱孔D的个数不相等时，所述的A面的出水柱孔C和B面的进水柱孔D的深度均不小于制冷片主体厚度的一半，出水柱孔C与对应的进水柱孔D存在通水重合区域，用于平衡液体在通水区的压强差，保证液体最优的制冷效果。

所述的A面的出水柱孔C和B面的进水柱孔D直径在0.3毫米到3.0毫米之间，若柱孔的直径过大，柱孔的数量会少，总的散热面积会小。所述的A面相邻两个进水柱孔D之间的壁厚不小于0.2毫米或者所述的B面相邻两个出水柱孔C之间的壁厚不小于0.2毫米。

所述的A面的进水柱孔D和B面的出水柱孔C可以是圆柱型孔，也可以是矩形方柱孔、菱形方柱孔或者多边形柱孔。

所述的芯片安装区上设置应力缓释层，应力缓释层以焊接或者金属键合的方式设置在芯片安装区位置上。激光芯片焊接或者金属键合在应力缓释层上，应力缓释层的材料的热膨胀系数与激光芯片匹配，比如铜钨或者陶瓷，陶瓷材料为氮化铝或者氧化铍。

上述液体制冷片的材质为高导热率材料，比如铜、金刚石、陶瓷。

所述的液体制冷片主体的厚度为1.0毫米到10.0毫米；长度为15毫米到30毫米；宽度为8.0毫米到30毫米。

本发明具有以下有益效果：

（1） 使用和维护简单：该制冷片没有微通道结构，采用的是通孔，对制冷液颗粒度要求不高。