[发明专利]一种光源芯片阵列散热结构

说明书

本发明提供一种光源芯片阵列散热结构，主要解决了现有光源芯片阵列散热结构在应对多个光源器件叠加使用的情况下，散热不均匀，顶部甚至上部芯片极易出现红移，从而烧毁芯片，导致芯片寿命严重降低的问题。本发明提供的光源芯片阵列散热结构，在等流量条件下，低压力冷却热沉需要驱动的压力下降，低压力冷却热沉出入口因分流与竖直入水通道流阻压力下降，使用低压力冷却热沉在低压条件下仍可以满足流量流过器件。该低压力冷却热沉需要满足以下条件：①低压力冷却热沉驱动相同流量经过热沉所需的压差低于原有冷却热沉；②在满足①条件基础上，芯片温升并不降低。本发明提供的光源芯片阵列散热结构，结构简单，降温效果好，顶部光源芯片不易被烧毁。

技术领域

本发明涉及一种光源芯片阵列散热结构，主要用于半导体光源器件/光源芯片的散热。

背景技术

半导体光源芯片应用广泛，例如科研，工业等行业，对光源产品的参数性能要求逐步提高。半导体光源芯片一般有20％-30％的电功率转换为热能，热量直接作用于芯片，增加温升，影响芯片的可靠性及寿命。而温升与效率形成负反馈，若降低光电转换效率，严重直接烧毁。

在一些特殊应用领域，对半导体光源芯片强度的要求不断增高，从而导致光源叠加的数量随之不断增多，由于现有散热结构自身性能不够优异，再累加急剧增加的散热需求，烧毁情况更为常见。尤其是大于30个光源器件叠加使用形成的芯片阵列序列，顶部芯片温升高于底部温升，芯片波长产生明显红移，大大降低了顶部芯片使用寿命。

顶部器件更易烧毁的具体原因是：顶部温升增高的原因在于底部器件出入口压差高，大部分流量从底部流失，顶部分流流量减少导致顶部压力降低，从而降低冷却效果；同时，叠阵序列内部入水通道与水流损耗，降低顶部器件热沉出入水压力差，顶部器件流量降低，进一步降低顶部器件的冷却效果。

以申请号CN201911333527.5公开的一种绝缘型热沉的半导体激光器、叠阵阵列和水平阵列为例，该类结构本质上仍只针对较少数量的叠阵进行散热，现有技术也未公开任何针对大数量叠阵散热的参考方案。

综上，直接应用现有散热方案，无法满足大数量光源器件叠加使用时的散热需求，从而导致半导体光源芯片易被烧毁，尤其是顶部芯片极易被烧毁的问题。

发明内容

本发明提供一种光源芯片阵列散热结构，主要解决了现有光源芯片阵列散热结构在应对多个光源器件叠加使用的情况下，散热不均匀，顶部甚至上部芯片极易出现红移，从而烧毁芯片，导致芯片寿命严重降低的问题。

本发明的原理是：

由于多个冷却热沉叠加后，入水口和出水口均叠加并连通，这样从底部冷却热沉的入水口通入冷却液后，由于压力问题，冷却液会朝两个方向分流，即：底部冷却热沉的出水口方向和上部冷却热沉的入水口方向，当叠加的冷却热沉数量不断增大后，底部入水口压力大于顶部入水口压力，进入顶部热沉的冷却液流量过小，无法满足散热要求，通过调整顶部器件入水口和出水口的压差，即可克服该问题，也就是说，最为理想的状态调整至：

底部入水口压力≈顶部入水口压力＞顶部出水口压力≈底部出水口压力

因此，逐级递减是解决该问题的具体方案，但从实际加工的角度考虑，若每一级均改变压力，则需每一级的冷却热沉结构均进行调整，这样成本过高，在不考虑成本的前提下，可以采用逐级递减的方案，但考虑成本时，分级进行调控则很好地解决了该问题，只用调整单个冷却热沉的内部压差即可满足流量的要求。

本发明依据上述原理进行了更为优化的设计，在考虑实际的应用场景下，不同数量的冷却热沉对应的合理级数，以及各级压差，从而有效的解决了现有技术中存在的问题，同时，在压差方案完成后，本发明也进一步优化了现有冷却热沉的结构，更为适配该方案。