CN112382916A - 一种热沉及包括该热沉的激光器 - Google Patents
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Abstract
一种热沉及包括该热沉的激光器涉及激光器散热技术领域，解决了现有热沉效果差和激光器可靠性低的问题，包括顺次设置的热沉本体、第一盖板、第二盖板和第三盖板，热沉本体上设有进水口、出水口、连通进水口的进水分水槽和连通出水口的出水分水槽，进水分水槽和出水分水槽均设置在热沉本体上表面上，第一盖板上设有第一进出水单元，第一进出水单元的进水区对应进水分水槽、出水区对应出水分水槽，第二盖板上设有第二进出水单元，第二进出水单元对应第一进出水单元设置，第三盖板下表面上对应第二进出水单元设有第三进出水单元。激光器包括热沉、第一电极绝缘片、激光模块和电极片。本发明的热沉增加了实际热传导效率，散热均匀，激光器可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及激光器散热技术领域，具体涉及一种热沉及包括该热沉的激光器。
背景技术
激光是近代科学技术中的重大实用新型技术之一，其中，固体激光广泛应用于工业、医疗、军工、科研等领域；获取能稳定运转的固体激光器，具有很重要的意义。在中小功率的端面泵浦的固体激光器中，特别是绿光、紫外等做倍频处理的激光器，由于光学腔内谐振腔依托于结构，激光晶体、Q晶体需要散热，如果不对激光头采用一定的热处理，热胀冷缩结构变化会导致谐振器失调，激光晶体、Q晶体受热太大也会造成器件损坏；基于此，必须对激光头部分进行温控处理，最理想的状态是激光头维持一个恒定的温度不变，过高或过低都会对激光器造成不良影响，而且不同温度值激光输出功率会有所差别，如果激光头温度波动，势必会影响应用效果；最好恒定激光头的温度，才能保证激光器持续有效的工作。而在对激光头进行精确均衡的温控时，在大功率激光设备都是采用水冷的形式，热沉包括宏通道热沉和微通道热沉，热沉的效果直接影响了半导体激光器的可靠性。
现有的半导体微通道热沉是通过单个微通道模块叠加而成，微通道的热沉具有以下缺点/要求：①单个微通道是由多层铜片蚀刻后进行焊接成型，加工工艺需求高，产品的公差要求高；②使用的水必须是蒸馏水电导率5-10us/cm以下，单层的液体流速约为0.3L/min，颗粒物大小＜15um；③冷却水循环系统不能使用那些与铜产生原电池效应的材料(铝，锌，黄铜)最好是不含琉的V4A合金材料。
现有的半导体宏通道热沉通过导热锯齿进行导热后，再经过水流不断的去冲刷，从而降低激光器的温度，同时定期换水以保证水道清洁和冷却效果；水流与散热面积决定着散热效果。通道的热沉具有以下缺点/要求：①导热锯齿要密才会有好的导热效果，但是当水长时间使用后会有杂质或者产生氧化反应会引起堵塞，导致热量无法散出，形成积累，而且导热锯齿密后会影响水的流速，从而减少水流带走的热量，形成热积累；②加工的难度大，加工成本高；③产品的体积大，重量重；④不适用于多组激光模块并联使用。
发明内容
为了解决现有热沉的上述问题，本发明提供一种热沉及包括该热沉的激光器。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种热沉，包括从下至上顺次设置的热沉本体、第一盖板、第二盖板和第三盖板，所述热沉本体上设有进水口、出水口、连通进水口的进水分水槽和连通出水口的出水分水槽，进水分水槽和出水分水槽均设置在热沉本体上表面上，第一盖板上设有第一进出水单元，第一进出水单元的进水区对应进水分水槽、出水区对应出水分水槽，第二盖板上设有第二进出水单元，第二进出水单元的进水区对应第一进出水单元的进水区设置、出水区对应第一进出水单元的出水区设置，第三盖板下表面上对应第二进出水单元设有第三进出水单元。
一种激光器，包括第一电极绝缘片、设置在第一电极绝缘片上的激光模块和连接激光模块的电极片，其特征在于，还包括所述的一种热沉，第一电极绝缘片设置在所述热沉上，电极片安装在热沉上，电极片和热沉之间设有第二电极绝缘片。
本发明的有益效果是：
本发明的一种热沉易加工成本低，体积小，重量轻，对于材料限制小，不要求使用一定要求的蒸馏水，长时间使用后不易堵塞，能够保证稳定的散热效果，散热均匀，增加了水流接触的截面积和流速，增加了实际热传导效率，适用于大面积激光模块的并联组合使用。
本发明的一种激光器采用多回路水流导向设计的热沉，保证激光器在使用过程中的长时间的稳定性与均匀性，提高了激光器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种热沉的爆炸图。
图2为本发明的一种热沉的热沉本体立体结构图。
图3为本发明的一种激光器的爆炸图。
图中：1、热沉本体，11、进水口，12、进水连接通道，13、进水分水槽，14、出水口，15、出水连接通道，16、出水分水槽，17、水冷座定位孔，18、螺丝孔，19、螺纹孔，2、第一盖板，21、进水孔，3、第二盖板，31、进水通道，32、出水通道，4、第三盖板，41、通水槽，5、第一电极绝缘片，6、激光模块，7、电极片，8、第二电极绝缘片。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种热沉，包括热沉本体1、第一盖板2、第二盖板3和第三盖板4，热沉本体1、第一盖板2、第二盖板3和第三盖板4顺次设置，本文定义为从下至上顺次设置。如图1所示。
热沉本体1上设有进水口11、出水口14、进水分水槽13和出水分水槽16，如图2，进水分水槽13和出水分水槽16均设置在热沉本体1上表面上，进水口11连通进水分水槽13，出水口14连通出水分水槽16，具体为进水口11通过进水连接通道12进水分水槽13，出水口14通过出水连接通道15连通出水分水槽16，进水连接通道12和出水连接通道15均为设置在热沉本体1上表面上的凹槽，进水连接通道12一端连通进水口11另一端连通进水分水槽13，出水连接通道15一端连通出水口14另一端连通出水分水槽16。进水分水槽13和出水分水槽16纵向设置，纵向为水平y方向，即进水分水槽13和出水分水槽16的长度方向沿热沉本体1长度方向设置。进水口11和出水口14用于连接水冷座。进水和出水口14是相互独立且不相通，进水分水槽13和出水分水槽16不相通。本实施方式中进水口11和出水口14均贯穿热沉本体1的上下表面。
热沉本体1上还设有用于连接水冷座的水冷座定位孔17、用于连接水冷座的螺丝孔18、用于连接电极片7的螺纹孔19。水冷座定位孔17、螺丝孔18和螺纹孔19均为盲孔。水冷座定位孔17和螺丝孔18均设置在热沉本体1下表面上，通过水冷座定位孔17和螺丝孔18实现热沉与水冷座的精准定位和快速安装。螺纹孔19设置在热沉本体1的侧壁上，本实施方式中螺纹孔19设置在左侧壁和右侧壁上。
第一盖板2上设有第一进出水单元，第一进出水单元的进水区对应进水分水槽13，第一进出水单元的出水区对应出水分水槽16。第一进出水单元为N个，N为大于2的整数。每个第一进出水单元包括1个进水孔21和1个出水孔。进水孔21作为第一进出水单元的进水区，出水孔作为第一进出水单元的出水区。第一盖板2的进水孔21和出水孔数量相等，均为N个，且一一对应设置。进水孔21和出水孔均贯穿第一盖板2的上下表面。进水孔21对应进水分水槽13，位于进水分水槽13正上方，所有进水口11沿纵向排成一列。出水孔对应出水分水槽16设置，位于出水分水槽16正上方，所有出水孔沿纵向排成一列。
第二盖板3上设有第二进出水单元，第二进出水单元的进水区对应第一进出水单元的进水区设置，第二进出水单元的出水区对应第一进出水单元的出水区设置。第二进出水单元为N个，N个第二进出水单元和N个第一进出水单元一一对应设置。每个第二进出水单元包括1个进水通道31和1个出水通道32，进水通道31和出水通道32相互独立且不相通，进水通道31和出水通道32的结构相同，进水通道31和出水通道32均横向设置，横向为水平x方向，即进水通道31和出水通道32的长度方向均沿热沉本体1宽度方向设置。进水通道31对应进水孔21设置，进水通道31位于进水孔21正上方，进水通道31的数量为N个，进水通道31与进水孔21一一对应。进水通道31和出水通道32均贯穿第二盖板3上下表面。进水通道31不连通出水孔，出水通道32不连通进水孔21。如图1，进水通道31和出水通道32间隔设置，且相互平行。
第三盖板4上设有N个第三进出水单元，第三进出水单元设置在第三盖板4下表面上，N个第三进出水单元和N个第二进出水单元一一对应设置。第三进出水单元包括M个通水槽41，M为大于1的整数，优选的是M大于等于3。通水槽41为设置在第三盖板4下表面的凹槽，凹槽一端对应进水通道31、另一端对应出水通道32。M个通水槽41沿热沉本体1宽度方向顺次排列，通水槽41为条形，M个通水槽41相互平行设置，通水槽41的长度方向沿热沉本体1长度方向设置。
上述第一盖板2、第二盖板3和第三盖板4共同构成热沉本体1的盖体，盖体上设有N个液体循环通道，液体循环通道包括1个第一进出水单元、1个第二进出水单元和1个第三进出水单元。第一盖板2与热沉本体1焊接连接，第一盖板2与第二盖板3焊接连接，第二盖板3和第三盖板4焊接连接。盖体也可以为一体成型结构。上述热沉也可为一体成型结构，即热沉本体1、第一盖板2、第二盖板3和第三盖板4一体成型制造。
流入热沉的液体依次经进水口11、进水连接通道12、进水分水槽13、第一进出水单元的进水区(进水孔21)、第二进出水单元的进水区(进水通道31)、第三进出水单元(通水槽41的一端到另一端)、第二进出水单元的出水区(出水通道32)、第一进出水单元的出水区(出水孔)、出水分水槽16、出水连接通道15和出水口14流出热沉。
本发明的一种热沉适用于激光阵列的散热。基于上述热沉的结构本发明提供了一种激光器，如图3，该激光器包括：激光模块6、第一电极绝缘片5、热沉和电极片7。第一电极绝缘片5设置在热沉的第三盖板4上，激光模块6设置在第一电极绝缘片5上。电极片7电连接激光模块6，电极片7固定在热沉上。第二电极绝缘片8设置在电极片7和热沉之间，用于热沉和电极片7的绝缘。具体为热沉的左右两侧各设置一个电极片7，电极片7与热沉之间设有第二电极绝缘片8，电极片7和第二电极绝缘片8通过螺钉和螺纹孔19连接热沉本体1，优选的是电极片7采用螺丝压合与焊接同步进行，保证了电传导功率。电极片7的上部连接激光模块6。激光器为半导体激光器。激光模块6包括至少一组激光单元，其中激光单元包括激光巴条和激光芯片，激光巴条正负极钨铜与激光芯片加以金锡焊料焊接而成。
本发明的一种热沉是由热沉的进水口11分散到进水分水槽13中，再经过第一进出水单元、第二进出水单元和第三进出水单元——通过高速水流将激光模块6产生的热量循环导出，再通过出水分水槽16汇集到热沉本体1出水口14将热量带走冷却。本发明的一种热沉的进水分水槽13作为所有液体循环通道的入水部，出水分水槽16作为所有液体循环通道的出水部，通过多个液体循环通道实现多回路的水流导向，实现快速热传导的效果，且散热均匀，能够实现需散热物体的均匀散热，增加了水流接触的截面积和流速，增加了实际热传导效率。热沉的各层结构的水道可采用防氧化镀层的各层水道熔覆焊接而成，加工难度小，成本较低，对于材料限制小，不要求使用一定要求的蒸馏水。本发明的热沉不设置导热锯齿，热沉长时间使用后不易堵塞，不影响水的流速，能够保证稳定的散热效果。本发明一种热沉的整体体积小，重量轻。本发明的一种热沉适用于激光模块6散热，热沉内部各个回路的水流导向是相互并联的，使激光模块6能够实现多组串联后，再并联使用，热沉实现了大面积激光模块6的散热需求使得激光模块6运用到更多的领域。
本发明的一种激光器采用多回路水流导向设计的热沉，保证激光器在使用过程中的长时间的稳定性与均匀性，提高了激光器的使用寿命。
Claims (10)
1.一种热沉，其特征在于，包括从下至上顺次设置的热沉本体(1)、第一盖板(2)、第二盖板(3)和第三盖板(4)，所述热沉本体(1)上设有进水口(11)、出水口(14)、连通进水口(11)的进水分水槽(13)和连通出水口(14)的出水分水槽(16)，进水分水槽(13)和出水分水槽(16)均设置在热沉本体(1)上表面上，第一盖板(2)上设有第一进出水单元，第一进出水单元的进水区对应进水分水槽(13)、出水区对应出水分水槽(16)，第二盖板(3)上设有第二进出水单元，第二进出水单元的进水区对应第一进出水单元的进水区设置、出水区对应第一进出水单元的出水区设置，第三盖板(4)下表面上对应第二进出水单元设有第三进出水单元。
2.如权利要求1所述的一种热沉，其特征在于，所述进水分水槽(13)和出水分水槽(16)均沿热沉本体(1)长度方向设置。
3.如权利要求1所述的一种热沉，其特征在于，所述第一进出水单元贯穿第一盖板(2)的上下表面，第二进出水单元贯穿第二盖板(3)的上下表面。
4.如权利要求1所述的一种热沉，其特征在于，所述第一进出水单元、第二进出水单元和第三进出水单元均为N个，N为大于2的整数，N个第一进出水单元和N个第二进出水单元一一对应设置，N个第二进出水单元和N个第三进出水单元一一对应设置。
5.如权利要求1所述的一种热沉，其特征在于，所述第一进出水单元包括1个进水孔(21)和1个出水孔，所述进水孔(21)位于进水分水槽(13)的正上方，出水孔位于出水分水槽(16)的正上方；所述第二进出水单元包括1个进水通道(31)和1个出水通道(32)，所述进水通道(31)位于进水孔(21)正上方，出水通道(32)位于出水孔正上方；所述第三进出水单元包括M个通水槽(41)，通水槽(41)连通进水通道(31)和出水通道(32)，M为大于1的整数。
6.如权利要求5所述的一种热沉，其特征在于，流入所述热沉的液体依次经进水口(11)、进水分水槽(13)、进水孔(21)、进水通道(31)、通水槽(41)、出水通道(32)、出水孔、出水分水槽(16)和出水口(14)流出热沉。
7.如权利要求5所述的一种热沉，其特征在于，所述进水通道(31)和出水通道(32)的长度方向沿热沉本体(1)宽度方向设置，通水槽(41)的长度方向均沿热沉本体(1)长度方向设置。
8.如权利要求5所述的一种热沉，其特征在于，所有所述进水孔(21)沿热沉本体(1)长度方向顺次设置，所有所述出水孔沿热沉本体(1)长度方向顺次设置。
9.如权利要求1所述的一种热沉，其特征在于，所述热沉本体(1)上设有用于连接水冷座的水冷座定位孔(17)、用于连接水冷座的螺丝孔(18)和用于连接电极片(7)的螺纹孔(19)。
10.一种激光器，包括第一电极绝缘片(5)、设置在第一电极绝缘片(5)上的激光模块(6)和连接激光模块(6)的电极片(7)，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任意一项所述的一种热沉，第一电极绝缘片(5)设置在所述热沉上，电极片(7)安装在热沉上，电极片(7)和热沉之间设有第二电极绝缘片(8)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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