CN113927176B - 异种材料钎焊局部镀水冷底座 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种异种材料钎焊局部镀水冷底座，主要涉及激光器底座的技术领域，其包括铝合金底板、两个穿设在铝合金底板上的冷却水管、设在冷却水管两端的连接组件、设在铝合金底板边缘的挡板和两个设在铝合金底板上表面的芯片座；两个所述冷却水管分别与两个芯片座的安装位置上下对应。本申请具有散热效率较高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及激光器底座的技术领域，尤其是涉及一种异种材料钎焊局部镀水冷底座。
背景技术
工业上常采用激光器雕刻技术对半导体芯片进行加工。在进行激光器激光雕刻过程中，需要将被加工的半导体芯片放置在激光器底座上。激光器底座一方面能够对半导体芯片起到稳固支撑，另一方面能够将激光雕刻产生的热量传递至外界。
目前，常见的激光器底座是由无氧铜材质的矩形块通过数控机床切割的方式制成。这种激光器底座使用了较多的铜材，且仅通过铜材导热的方式进行被动散热，造价高的同时散热效率较低。当激光器的使用功率增加时，激光雕刻局部产生的热量也会增加，散热效率较低的底座难以满足激光器高功率状态下的使用需求。
针对上述中的相关技术，发明人发现现有的激光器底座存在散热效率较低的缺陷。
发明内容
为了提高激光器底座的散热效率，本申请提供一种异种材料钎焊局部镀水冷底座。
本申请提供的一种异种材料钎焊局部镀水冷底座采用如下的技术方案：
一种异种材料钎焊局部镀水冷底座，包括铝合金底板、两个穿设在铝合金底板上的冷却水管、设在冷却水管两端的连接组件、设在铝合金底板边缘的挡板和两个设在铝合金底板上表面的芯片座；两个所述冷却水管分别与两个芯片座的安装位置上下对应。
通过采用上述技术方案，铝合金底板和芯片座通过钎焊结合的结构设计降低了本申请整体的无氧铜材用量，使本申请更加轻量化，造价更低。穿设在铝合金底板上的冷却水管在接通流动水源后能够通过对流传导的方式将激光雕刻产生的热量从芯片座上传导至外界，相比于单纯使用铜材被动散热的方式，本申请具有更高的散热效率，两个芯片座的双工位设计提高了本申请单位时间内的生产量，两个冷却水管安装位置分别与两个芯片座上下对应的结构能够使两个冷却水管分别对两个芯片座进行散热，进一步提升了本申请的散热效率。
可选的，两个所述芯片座厚度较大的一端分别位于铝合金底板的两端。
通过采用上述技术方案，芯片座厚度较大的一端为热量容易蓄积的一端，两个芯片座厚度较大的一端分别位于铝合金底板两端的结构设计有利于热量通过挡板向挡板的外部传导，避免热量在本申请中间位置蓄积，从而进一步提升了本申请的散热效率。
可选的，芯片座包括固定设在铝合金底板上的无氧铜阶梯和设在无氧铜阶梯外表面的镍金镀层。
通过采用上述技术方案，无氧铜具有良好的导热性能，能够迅速将热量传递至铝合金底板中的冷却水管，无氧铜阶梯的结构设计能够对待加工的半导体芯片起到稳固的支撑作用，无氧铜阶梯外表面的镍金镀层能够保护无氧铜阶梯不受环境因素侵蚀，同时镍金镀层相比于无氧铜材质能够更好的与半导体芯片贴合，提高半导体芯片的成型质量。
可选的，无氧铜阶梯厚度较大的一端开设有散热回路，所述散热回路的两端均与冷却水管连通；所述冷却水管内设有单向球阀，所述单向球阀位于散热回路与冷却水管的连通点之间。
通过采用上述技术方案，无氧铜阶梯上开设的散热回路与冷却水管连通并配合单向球阀的结构设计能够使冷却水进入到散热回路中，并通过散热回路与无氧铜阶梯直接接触，从而进一步提升了本申请的散热效率，单向球阀可以对冷却水在冷却水管内的流动方向进行控制，使其能够适应不同情况下的使用场景。
可选的，芯片座厚度较大的一端设有散热块，所述散热块包括与镍金镀层贴合的接触片、多个垂直设在接触片上的均热片和导热块；所述均热片延伸至挡板外表面，所述导热块与均热片远离接触片的一端相连，所述导热块套设在冷却水管上。
通过采用上述技术方案，散热块的结构设计能够进一步提升芯片座向外界传递热量的速度，接触片与芯片座贴合的结构能够增加芯片座与散热块的接触面积，均热片能够将热量传导至导热块，导热块能够将热量传导至冷却水管，并借助冷却水管将热量导向外界。
可选的，均热片位于挡板外侧的部分向两侧发散。
通过采用上述技术方案，挡板外侧均热片向两侧发散的结构的均热片间隙距离更大，能够使热量能够更均匀快速地传递至导热块，有利于避免热量在均热片上蓄积影响散热块整体的导热能力，从而提高了本申请的散热效率。
可选的，连接组件包括与冷却水管固定连接的螺纹管和套设在螺纹管上的防水胶套，所述防水胶套一端与螺纹管固定连接，另一端向内侧延伸并翻转成喇叭嘴；所述喇叭嘴的开口孔径小于螺纹管的孔径。
通过采用上述技术方案，螺纹管用于与水管固定连接，螺纹的结构提升了螺纹管与水管链接处的结构稳定性，套设在螺纹管与水管连接处的防水胶套提高了螺纹管与水管连接处的密封性，有利于避免冷却水从连接处渗漏到外部，使冷却水能够在冷却水管内的流速和流量保持稳定，保持了冷却水管的散热效果，防水胶套靠近水管的一端向内侧弯曲形成的喇叭嘴结构能够与水管紧密贴合，进一步提升了连接组件整体的防水性和密封性。
可选的，挡板沿长度方向穿设有多个散热扇，所述散热扇靠近芯片座的一端设有导向板；所述挡板外表面边缘处设有安装块。
通过采用上述技术方案，设在挡板上的散热扇能够通过风冷的方式对正在进行激光雕刻的半导体芯片进行主动散热，散热扇的主动散热能够配合冷却水管和芯片座本身的被动散热达到更好的散热效果，散热扇开心芯片座一端安装的导向板对散热扇吹出的冷空气流起到汇聚的作用，使散热扇的主动散热效果进一步提升，进而提升本申请整体的散热效率。
可选的，冷却水管的冷却水流向相反。
通过采用上述技术方案，冷却水流向相反有利于使铝合金底板上各处的温度保持一致，若冷却水管内冷却水的流动方向相同则可能会导致铝合金底板靠近冷却水管上冷却水的流出端的一侧温度较高，冷却水流向相反则可以有效避免这一情况发生，从而提升了本申请的散热效率。
可选的，冷却水管设有多个散热环，所述散热环垂直套设在冷却水管的管壁上，且从冷却水管内侧延伸至外侧。
通过采用上述技术方案，散热环从冷却水管内部延伸至外侧并与铝合金底座直接接触的结构增加了冷却水管与铝合金底座的接触面积，能够方便冷却水管与铝合金底座进行更高效率的热交换，从而提升了本申请整体的散热效率。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请中的铝合金底板和芯片座通过钎焊结合的结构设计降低了本申请整体的无氧铜材用量，使本申请更加轻量化，造价更低。穿设在铝合金底板上的冷却水管在接通流动水源后能够通过对流传导的方式将激光雕刻产生的热量从芯片座上传导至外界，相比于单纯使用铜材被动散热的方式，本申请具有更高的散热效率，两个芯片座的双工位设计提高了本申请单位时间内的生产量，两个冷却水管安装位置分别与两个芯片座上下对应的结构能够使两个冷却水管分别对两个芯片座进行散热，进一步提升了本申请的散热效率；
2.本申请中的螺纹管用于与水管固定连接，螺纹的结构提升了螺纹管与水管链接处的结构稳定性，套设在螺纹管与水管连接处的防水胶套提高了螺纹管与水管连接处的密封性，有利于避免冷却水从连接处渗漏到外部，使冷却水能够在冷却水管内的流速和流量保持稳定，保持了冷却水管的散热效果，防水胶套靠近水管的一端向内侧弯曲形成的喇叭嘴结构能够与水管紧密贴合，进一步提升了连接组件整体的防水性和密封性；
3.本申请中的设在挡板上的散热扇能够通过风冷的方式对正在进行激光雕刻的半导体芯片进行主动散热，散热扇的主动散热能够配合冷却水管和芯片座本身的被动散热达到更好的散热效果，散热扇开心芯片座一端安装的导向板对散热扇吹出的冷空气流起到汇聚的作用，使散热扇的主动散热效果进一步提升，进而提升本申请整体的散热效率。
附图说明
图1是本申请实施例公开的异种材料钎焊局部镀水冷底座的结构示意图。
图2是本申请实施例公开的异种材料钎焊局部镀水冷底座的部分剖面示意图。
图3是本申请实施例中冷却水管的结构示意图。
图4使本申请实施例中防水胶套的结构示意图。
图5是图1中A处的局部放大图。
图6是本申请实施例中散热块的结构示意图。
附图标记说明：1、铝合金底板；2、冷却水管；21、单向球阀；22、散热环；3、连接组件；31、螺纹管；32、防水胶套；321、喇叭嘴；4、挡板；41、散热扇；42、导向板；43、安装块；5、芯片座；51、无氧铜阶梯；52、镍金镀层；53、散热块；511、散热回路；531、接触片；532、均热片；533、导热块。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
在使用激光器对半导体芯片进行激光雕刻作业时，需要将半导体芯片放置在激光器底座上。该激光器底座一方面对待加工的半导体芯片起到支撑作用，另一方面能够将激光雕刻产生的热量从芯片上传导至外界，避免芯片因局部温度过高而发生损坏。然而，常见的激光器底座为无氧铜材质的实心阶梯块。该类底座仅通过铜材的导热性进行被动散热，散热效率较低。为了能够满足高功率激光器的使用需求，提高激光器底座的散热效率，本申请实施例提出了一种异种材料钎焊局部镀水冷底座。
本申请实施例公开了一种异种材料钎焊局部镀水冷底座。参照图1，异种材料钎焊局部镀水冷底座包括铝合金底板1、冷却水管2、连接组件3、挡板4和芯片座5。其中，冷却水管2穿设在铝合金底板1内，连接组件3固定设在冷却水管2的两端，挡板4安装在铝合金底板1的边缘，两个芯片座5呈中心对称设置在铝合金底板1的上表面处，且两个芯片座5厚度较大的一端分别位于铝合金底板1的两侧。
铝合金底板1对本申请其他部分零件起到了支撑和固定的作用，同时起到了将来自芯片座5的热量传递至冷却水管2的作用，穿设在铝合金底板1上的冷却水管2作为冷却水流通的管道，能够将来自铝合金底板1的热量通过冷却水的流动传导至外界，能够配合芯片座5的被动散热，达到提升散热效率的效果，固定连接在冷却水管2两端的连接组件3起到了将冷却水管2与供水管道连通的作用，铝合金底板1边缘的挡板4对部分零件起到了支撑和固定的作用，芯片座5作为待加工的半导体芯片直接放置的承接平台，一方面对芯片起到稳定支撑的作用，另一方面能够将半导体芯片激光雕刻产生的热量传导至铝合金底板1和外界空气中。
参照图1和图2，铝合金底板1可以是一块平行开设有两个圆形通孔的铝合金材质矩形金属板，铝合金底板1边缘做倒角处理，铝合金底板1四角做圆角处理。
参照图2和图3，冷却水管2可以是穿设在铝合金底板1圆形通孔中的铜制金属管，冷却水管2通过铸造的方式沿长度方向安装有多个散热环，散热环可以是铜制的金属圆环，散热环所在平面垂直于冷却水管2的轴线，散热环从冷却水管2内壁延伸至外侧，冷却水管2内还安装有单向球阀21，单向球阀21的控制旋钮安装在铝合金底板1的一侧，通过一根穿设在铝合金底板1上的连杆与单向球阀21的阀体相连。
参照图2和图4，连接组件3包括螺纹管31和防水胶套32。其中，螺纹管31通过焊接的方式固定安装在冷却水管2的两端，防水胶套32套设在螺纹管31的外表面上，并通过黏合剂进行固定。螺纹管31可以是一段内壁上加工有螺纹的铜制空心管，防水胶套32可以是一个橡胶材质的空心管，防水胶套32远离芯片座5的一端向内侧翻折形成喇叭嘴321，喇叭嘴321与供水管的外壁抵接。
参照图1和图5，挡板4通过焊接的方式安装在铝合金底板1的边缘处，挡板4可以是一个铝合金材质的金属环，挡板4上开设有两个圆形的安装孔，安装孔内通过螺栓连接的方式安装有散热扇41，散热扇41靠近芯片座5的一侧通过焊接的方式安装有导向板42，导向板42呈环状，对散热扇41吹出的冷风起到导向作用，挡板4的外表面的四角处通过焊接的方式安装有四个安装块43，安装块43与挡板4的连接处做圆角过渡处理，增加安装块43与挡板4的连接稳定性，所有安装块43上均开设有用于本申请固定安装的螺栓孔。
参照图2和图6，两个芯片座5通过钎焊的方式固定安装在铝合金底板1的上表面，且两个芯片座5的厚度较大的一端分别位于铝合金底板1的两侧，芯片座5包括无氧铜阶梯51和镍金镀层52。其中，无氧铜阶梯51可以是由一块无氧铜材质的金属块通过数控机床车削加工制成的阶梯状承台，无氧铜阶梯51的外表面镀有镍金镀层52，无氧铜阶梯51厚度较大的一端还开设有散热回路511，散热回路511的两端均与冷却水管2连通，且散热回路511与冷却水管2的连通处分别位于单向球阀21的两侧。无氧铜阶梯51厚度较大的一侧侧壁上还通过焊接的方式安装有散热块53，散热块53包括接触片531、均热片532和导热块533。其中，接触片531与无氧铜阶梯51焊接，多个均热片532焊接在接触片531上，均热片532在挡板4内侧的部分与接触片531垂直，均热片532在挡板4外侧的部分向两侧发散，并均与导热块533相连，导热块533可以是一块铜制的金属块，导热块533一端与均热片532焊接，另一端套设在冷却水管2上。
本申请实施例的异种材料钎焊局部镀水冷底座的实施原理为：操作人员首先将待加工的半导体芯片按照规定排序码放在芯片座5上，然后为本申请接通电源，再将冷却水的供水管与连接组件3中的螺纹管31固定连接，旋转单向球阀21的控制旋钮使单向球阀21处于开启状态，并为冷却水管2提供持续流动的低温冷却水，打开散热扇41开关，即可开始进行芯片的激光雕刻加工。
当芯片座5上厚度较大的一端出现温度过高的情况时，旋转单向球阀21的控制旋钮，控制单向球阀21关闭，此时冷却水会从散热回路511中流动，冷却水管2内的冷却水流量下降，但芯片座5上厚度较大一端的温度会逐渐下降，当温度下降至与芯片座5厚度较小一端温度相等时重新控制单向球阀21开启，恢复冷却水管2流量即可。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：包括铝合金底板（1）、两个穿设在铝合金底板（1）上的冷却水管（2）、设在冷却水管（2）两端的连接组件（3）、设在铝合金底板（1）边缘的挡板（4）和两个设在铝合金底板（1）上表面的芯片座（5）；两个所述冷却水管（2）分别与两个芯片座（5）的安装位置上下对应；所述芯片座（5）包括固定设在铝合金底板（1）上的无氧铜阶梯（51）和设在无氧铜阶梯（51）外表面的镍金镀层（52）；所述无氧铜阶梯（51）厚度较大的一端开设有散热回路（511），所述散热回路（511）的两端均与冷却水管（2）连通；所述冷却水管（2）内设有单向球阀（21），所述单向球阀（21）位于散热回路（511）与冷却水管（2）的连通点之间。
2.根据权利要求1所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：两个所述芯片座（5）厚度较大的一端分别位于铝合金底板（1）的两端。
3.根据权利要求1所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：所述芯片座（5）厚度较大的一端设有散热块（53），所述散热块（53）包括与镍金镀层（52）贴合的接触片（531）、多个垂直设在接触片（531）上的均热片（532）和导热块（533）；所述均热片（532）延伸至挡板（4）外表面，所述导热块（533）与均热片（532）远离接触片（531）的一端相连，所述导热块（533）套设在冷却水管（2）上。
4.根据权利要求3所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：所述均热片（532）位于挡板（4）外侧的部分向两侧发散。
5.根据权利要求1所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：所述连接组件（3）包括与冷却水管（2）固定连接的螺纹管（31）和套设在螺纹管（31）上的防水胶套（32），所述防水胶套（32）一端与螺纹管（31）固定连接，另一端向内侧延伸并翻转成喇叭嘴（321）；所述喇叭嘴（321）的开口孔径小于螺纹管（31）的孔径。
6.根据权利要求1所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：所述挡板（4）沿长度方向穿设有多个散热扇（41），所述散热扇（41）靠近芯片座（5）的一端设有导向板（42）；所述挡板（4）外表面边缘处设有安装块（43）。
7.根据权利要求1所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：所述冷却水管（2）的冷却水流向相反。
8.根据权利要求1所述的异种材料钎焊局部镀水冷底座，其特征在于：所述冷却水管（2）设有多个散热环（22），所述散热环（22）垂直穿设在冷却水管（2）的管壁上，且从冷却水管（2）内侧延伸至外侧。
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