CN115842283A - 一种泵浦封装壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵浦封装壳体，其包括壳体及封装于壳体内的制冷装置、第一毛细结构板、第二毛细结构板及多个导流管，第一毛细结构板通过多个导流管连通第二毛细结构板，第一毛细结构板与第二毛细结构板平行。制冷装置的第一面贴合第一毛细结构板，第二毛细结构板贴合壳体。光路结构和多个芯片均封装于壳体内，泵浦的多个芯片均贴装于制冷装置的第二面，泵浦的光路结构与壳体内壁连接，泵浦的多个芯片均位于泵浦的光路结构与制冷装置的第二面之间。通过控制制冷装置的制冷功率来控制芯片的温度，实现大功率的主动散热，从而适用于大功率的泵浦。通过制冷装置合理控制芯片的结温，防止器件烧毁，而且能够高效散热，很快带走芯片散发额外热量。

Description

一种泵浦封装壳体

技术领域

本发明涉及泵浦封装散热技术领域，尤其涉及一种泵浦封装壳体。

背景技术

光纤激光器在使用过程中，泵浦电光转化过程和光纤吸收泵浦光束转化成激光的过程中会产生大量的热量，大量的热量会导致泵浦内部能量分布不均，输出波长产生漂移，影响能量光纤的转化效率，进而影响激光器的输出性能。现有水冷板结构散热器，因为水流速波动变化以及流道位置差异会导致泵浦源温度不均，严重影响泵浦均一波长的输出。并且，现有的水冷板结构散热器由于散热功率低，无法满足大功率的光纤激光器的散热要求。另外，现有的散热器结构分散，不能够与激光器器件形成模块化的结构，无法满足现有激光器器件趋向集成化、小型化以及轻量化设计的要求。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种泵浦封装壳体，其解决了散热温度不均、功率低以及模块设计差的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明的泵浦封装壳体包括：

壳体以及封装于所述壳体内的制冷装置和散热装置；

所述散热装置包括第一毛细结构板、第二毛细结构板以及多个导流管，所述第一毛细结构板通过多个所述导流管连通所述第二毛细结构板，所述第一毛细结构板与所述第二毛细结构板相互平行；

所述制冷装置的第一面与所述第一毛细结构板贴合，所述第二毛细结构板与所述壳体贴合；

所述泵浦的光路结构和多个COS芯片均封装于所述壳体内，所述泵浦的多个COS芯片均贴装于所述制冷装置的第二面，所述泵浦的光路结构与所述壳体的内壁连接，所述泵浦的多个COS芯片均位于所述泵浦的光路结构与所述制冷装置的第二面之间。

可选地，所述第一毛细结构板和所述第二毛细结构板的内部均设置有多个相互连通的孔隙，所述第一毛细结构板内的孔隙和所述第二毛细结构板内的孔隙内均填充有工质；

多个所述导流管均设置于所述第一毛细结构板与所述第二毛细结构板之间，所述第一毛细结构板内的孔隙与所述第二毛细结构板内的孔隙通过所述导流管连通，所述第一毛细结构板内的所述工质经加热产生的蒸汽能够通过所述导流管进入所述第二毛细结构板内。

可选地，所述导流管的管壁内设置有多个相互连通的孔隙；

所述第一毛细结构板内的孔隙和所述第二毛细结构板内的孔隙均与所述导流管的管壁内的孔隙连通，所述第二毛细结构板内的所述工质能够通过所述导流管的管壁内的孔隙流入所述第一毛细结构板内。

可选地，所述第一毛细结构板的厚度为0.3mm~0.5mm，所述第二毛细结构板的厚度为0.1mm~0.3mm；

所述导流管的管壁内的孔隙的孔径大于所述第二毛细结构板内的孔隙的孔径，所述第二毛细结构板内的孔隙的孔径大于所述第一毛细结构板内的孔隙的孔径。

可选地，所述制冷装置包括多个平面薄膜热电制冷器，多个所述平面薄膜热电制冷器的热端均与所述第一毛细结构板贴合；

所述泵浦的多个COS芯片包括多组芯片，多组所述芯片分别与多个所述平面薄膜热电制冷器的冷端一一对应贴合。

可选地，所述制冷装置还包括导热硅胶，所述导热硅胶设置于所述芯片与所述平面薄膜热电制冷器的冷端之间。

可选地，所述制冷装置还包括导热板，多组所述芯片均设置于所述导热板的第一面，多个所述平面薄膜热电制冷器的冷端均与所述导热板的第二面贴合，所述导热板的第二面均匀开设有多个槽。

可选地，所述泵浦封装壳体还包括注液管，所述壳体上开设有通孔，所述注液管设置于所述通孔内，所述第一毛细结构板和所述第二毛细结构板均与所述注液管连通。

可选地，所述壳体包括底板、侧板以及顶板，所述底板和所述顶板均与所述侧板连接成中空密封的盒体；

所述泵浦的光路结构设置于所述顶板上，所述第二毛细结构板设置于所述底板上；

所述侧板上开设有安装槽，所述安装槽内设置有温度传感器。

可选地，所述工质为去离子水、醇类或冷媒。

（三）有益效果

制冷装置的第一面与第一毛细结构板贴合，制冷装置用于对COS芯片精准控温，通过温差换热方式能够及时将热量传导至第一毛细结构板，能够解决局部热点的问题，再通过第一毛细结构板吸收制冷装置产生的热量，并将热量传导至第二毛细结构板，第二毛细结构板与壳体贴合，通过第二毛细结构板将热量传导至壳体上进行散热，降低壳体内部的温度，具有高效的导热性和均温性。泵浦的光路结构和多个COS芯片均封装于壳体内，光路结构包含泵浦源内常用折射和聚光透镜，泵浦的多个COS芯片均贴装于制冷装置的第二面，制冷装置的第一面和第二面为一组相对的面，泵浦的光路结构与壳体的内壁连接，泵浦的多个COS芯片均位于泵浦的光路结构与制冷装置的第二面之间。结构设计合理，体积小，便于集成模块化安装，采用轻量化材料，重量轻，成本低。制冷装置的第二面为冷端，用于与COS芯片发生热交换，降低COS芯片的温度，制冷装置的第一面为热端，通过第一面将产生的热量传导至第一毛细结构板，通过控制制冷装置的制冷功率来控制芯片的温度，实现大功率的主动散热，从而适用于大功率的泵浦。通过制冷装置合理控制芯片的结温，防止器件烧毁，而且能够高效散热，很快带走芯片散发额外热量。

附图说明

图1为本发明的泵浦封装壳体的结构示意图；

图2为本发明的泵浦封装壳体的分解图；

图3为本发明的泵浦封装壳体的实施例1的结构示意图；

图4为图3中C-C处的剖视图；

图5为图4中A出的放大图；

图6为本发明的泵浦封装壳体的实施例2的结构示意图；

图7为图6中D-D处的剖视图；

图8为图7中B处的放大图。

【附图标记说明】

1：壳体；11：底板；12：侧板；13：顶板；

2：制冷装置；21：平面薄膜热电制冷器；

3：散热装置；31：第一毛细结构板；32：第二毛细结构板；33：导流管；34：导热硅胶；35：导热板；

41：光路结构；42：COS芯片；

5：注液管。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”等方位名词以图1的定向为参照。

虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1-图8所示，本发明提供了一种泵浦封装壳体，其包括壳体1以及封装于壳体1内的制冷装置2和散热装置3，制冷装置2和散热装置3采用模块化的设计，其中，散热装置3包括第一毛细结构板31、第二毛细结构板32以及多个导流管33，第一毛细结构板31通过多个导流管33连通第二毛细结构板32，第一毛细结构板31与第二毛细结构板32相互平行，从而构成一个散热结构。制冷装置2的第一面与第一毛细结构板31贴合，制冷装置2用于对COS芯片42精准控温，通过温差换热方式能够及时将热量传导至第一毛细结构板31，能够解决局部热点的问题，再通过第一毛细结构板31吸收制冷装置2产生的热量，并将热量传导至第二毛细结构板32，第二毛细结构板32与壳体1贴合，通过第二毛细结构板32将热量传导至壳体1上进行散热，降低壳体1内部的温度，具有高效的导热性和均温性。泵浦的光路结构41和多个COS芯片42均封装于壳体1内，光路结构41包含泵浦源内常用折射和聚光透镜，泵浦的多个COS芯片42均贴装于制冷装置2的第二面，制冷装置2的第一面和第二面为一组相对的面，泵浦的光路结构41与壳体1的内壁连接，泵浦的多个COS芯片42均位于泵浦的光路结构41与制冷装置2的第二面之间。结构设计合理，体积小，便于集成模块化安装，采用轻量化材料，重量轻，成本低。具体地，泵浦的COS芯片42在电光转换过程中会产生大量的废热，由于单个芯片面积小，发热功率大，引起局部热流密度增大，制冷装置2的第二面为冷端，用于与COS芯片42发生热交换，降低COS芯片42的温度，制冷装置2的第一面为热端，通过第一面将产生的热量传导至第一毛细结构板31，通过控制制冷装置2的制冷功率来控制芯片的温度，实现大功率的主动散热，从而适用于大功率的泵浦。通过制冷装置2合理控制芯片的结温，防止器件烧毁，而且能够高效散热，很快带走芯片散发额外热量。

优选地，第一毛细结构板31和第二毛细结构板32可以为铜粉烧结或丝网烧结，也可以为陶瓷粉末烧结，第一毛细结构板31和第二毛细结构板32的内部均设置有多个相互连通的孔隙，第一毛细结构板31内的孔隙和第二毛细结构板32内的孔隙内均填充有工质，工质为去离子水、醇类或冷媒。多个导流管33均设置于第一毛细结构板31与第二毛细结构板32之间，导流管33的中轴线与第一毛细结构板31垂直，第一毛细结构板31、导流管33以及第二毛细结构板32之间通过烧结的方式连接在一起。第一毛细结构板31内的孔隙与第二毛细结构板32内的孔隙通过导流管33中间的通孔连通，第一毛细结构板31内填充的液体工质经制冷装置2的热端加热产生的蒸汽通过导流管33中间的通孔进入第二毛细结构板32内进行换热冷却成液体工质。导流管33的管壁为通过铜粉烧结、丝网烧结或陶瓷粉末烧结的环状毛细结构，内设置有多个相互连通的孔隙，用于工质的流通。第一毛细结构板31、第二毛细结构板32以及导流管33一般为铜粉等金属粉末烧结、丝网、微槽道、纤维等构成，考虑到毛细结构与壳体1以及工质的相容性，三者要综合考虑进行选择。第一毛细结构板31内的孔隙和第二毛细结构板32内的孔隙均与导流管33的管壁内的孔隙连通，在第二毛细结构板32内冷却后的工质通过导流管33的管壁内的孔隙流回至第一毛细结构板31内。具体地，制冷装置2将热量传导至第一毛细结构板31中，第一毛细结构板31内部的工质吸收热量，相变蒸发为汽态，通过导流管33中间的通孔流入第二毛细结构板32中，第二毛细结构板32与壳体1贴合进行散热，因此汽态工质在第二毛细结构板32中遇冷凝结为液态工质。同时在毛细力作用下，第二毛细结构板32中的液态工质会通过导流管33的管壁的环状毛细结构重新返回到第一毛细结构板31中参与新一轮吸热相变，如此反复循环换热。图1的结构可以倒置，这种散热方式本身受重力影响小，对方向性没有要求。关于液体通过环状毛细结构回流至毛细结构1中，回流的机理是第一毛细结构板31、第二毛细结构板32以及环状毛细结构的孔隙率和孔径均存在区别，第一毛细结构板31通过毛细驱动力能够把工质从第二毛细结构板32中抽回。

优选地，第一毛细结构板31的厚度为0.3mm~0.5mm，优选为0.4mm；第二毛细结构板32的厚度为0.1mm~0.3mm，优选为0.2mm。导流管33的管壁内的孔隙的孔径大于第二毛细结构板32内的孔隙的孔径，第二毛细结构板32内的孔隙的孔径大于第一毛细结构板31内的孔隙的孔径。第一毛细结构板31的孔径最小，孔隙率最大，因此毛细吸附力最大，保证第一毛细结构板31能够将第二毛细结构板32中的液体工质抽回。导流管33的管壁内的孔隙的孔径大于第二毛细结构板32内的孔隙的孔径，加快液体回流的速度。

如图2所示，制冷装置2包括多个平面薄膜热电制冷器21，平面薄膜热电制冷器21利用珀尔帖效应的原理进行制冷的，利用特制的N型和P型半导体用铜连接片焊接而成的。当直流电从N型流向P型时，则一侧的铜连接片产生吸热现象（称冷端），而相对的另一侧的铜连接片上产生放热现象（称热端）。多个平面薄膜热电制冷器21的热端均与第一毛细结构板31贴合，用以将热量传导至第一毛细结构板31中。在安装平面薄膜热电制冷器21时，将泵浦的多个COS芯片42划分为多个组，每一组芯片分别对应一个平面薄膜热电制冷器21的冷端，并与冷端贴合，通过平面薄膜热电制冷器21对COS芯片42进行制冷。

实施例1，如图3、图4和图5所示，制冷装置2还包括导热硅胶34，导热硅胶34填补在芯片与平面薄膜热电制冷器21的冷端之间的间隙中，保证芯片与平面薄膜热电制冷器21之间完全贴合，提高导热效果。

实施例2，如图6、图7和图8所示，制冷装置2还包括导热板35，多组芯片均焊接在导热板35的第一面，多个平面薄膜热电制冷器21的冷端均与导热板35的第二面贴合，通过导热板35进行热量的传导。导热板35的第二面均匀开设有多个槽，形成溢汽槽道，保证散热效果。

如图1和图2所示，泵浦封装壳体还包括注液管5，壳体1上开设有通孔，注液管5设置于通孔内，注液管5的外壁与通孔的内壁密封连接，第一毛细结构板31和第二毛细结构板32均与注液管5连通，通过注液管5向第一毛细结构板31和第二毛细结构板32内的孔隙中注入导热的工质。

如图1和图2所示，壳体1包括底板11、侧板12以及顶板13，底板11和顶板13均与侧板12连接形成中空密封的盒体。注液管5、底板11、侧板12以及顶板13一般为纯铜材料，考虑低功率泵源使用工况，在散热冗余范围内，可选用铝材或陶瓷材料。泵浦的光路结构41整体封装后与顶板13的内表面连接，第二毛细结构板32设置于底板11上，并与底板11紧密贴合，便于导热，为了进一步提高散热效率，也可将第二毛细结构板32直接作为壳体1的底板11。在侧板12上开设有安装槽，安装槽靠近COS芯片42，并在安装槽内设置有温度传感器，用以检测COS芯片42的温度。温度传感器与制冷装置2联动，当COS芯片42温度超过预设值时启动制冷装置2或增加制冷装置2的功率，使COS芯片42的温度始终维持在设定的温度，当设置有多个泵浦时，通过控制使多个泵浦的COS芯片42均维持在同一个设定温度，因此，不仅能够控制泵浦源的温度，而且泵浦源之间的温度差异同时兼顾，解决了泵源本身的均温性问题的同时，解决了多个泵源并联后泵源之间的波长差异，对多个型号激光器泵浦集成进行设计，使得出光更稳定，多泵浦温度变化更小。

制冷装置2的第一面与第一毛细结构板31贴合，制冷装置2用于对COS芯片42精准控温，通过温差换热方式能够及时将热量传导至第一毛细结构板31，能够解决局部热点的问题，再通过第一毛细结构板31吸收制冷装置2产生的热量，并将热量传导至第二毛细结构板32，第二毛细结构板32与壳体1贴合，通过第二毛细结构板32将热量传导至壳体1上进行散热，降低壳体1内部的温度，具有高效的导热性和均温性。泵浦的光路结构41和多个COS芯片42均封装于壳体1内，光路结构41包含泵浦源内常用折射和聚光透镜，泵浦的多个COS芯片42均贴装于制冷装置2的第二面，制冷装置2的第一面和第二面为一组相对的面，泵浦的光路结构41与壳体1的内壁连接，泵浦的多个COS芯片42均位于泵浦的光路结构41与制冷装置2的第二面之间。结构设计合理，体积小，便于集成模块化安装，采用轻量化材料，重量轻，成本低。具体地，泵浦的COS芯片42在电光转换过程中会产生大量的废热，由于单个芯片面积小，发热功率大，引起局部热流密度增大，制冷装置2的第二面为冷端，用于与COS芯片42发生热交换，降低COS芯片42的温度，制冷装置2的第一面为热端，通过第一面将产生的热量传导至第一毛细结构板31，通过控制制冷装置2的制冷功率来控制芯片的温度，实现大功率的主动散热，从而适用于大功率的泵浦。通过制冷装置2合理控制芯片的结温，防止器件烧毁，而且能够高效散热，很快带走芯片散发额外热量。温度传感器与制冷装置2联动，当COS芯片42温度超过预设值时启动制冷装置2或增加制冷装置2的功率，使COS芯片42的温度始终维持在设定的温度，当设置有多个泵浦时，通过控制使多个泵浦的COS芯片42均维持在同一个设定温度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种泵浦封装壳体，其特征在于，所述泵浦封装壳体包括：

壳体以及封装于所述壳体内的制冷装置和散热装置；

所述散热装置包括第一毛细结构板、第二毛细结构板以及多个导流管，所述第一毛细结构板通过多个所述导流管连通所述第二毛细结构板，所述第一毛细结构板与所述第二毛细结构板相互平行；

所述制冷装置的第一面与所述第一毛细结构板贴合，所述第二毛细结构板与所述壳体贴合；

所述泵浦的光路结构和多个COS芯片均封装于所述壳体内，所述泵浦的多个COS芯片均贴装于所述制冷装置的第二面，所述泵浦的光路结构与所述壳体的内壁连接，所述泵浦的多个COS芯片均位于所述泵浦的光路结构与所述制冷装置的第二面之间。

2.如权利要求1所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述第一毛细结构板和所述第二毛细结构板的内部均设置有多个相互连通的孔隙，所述第一毛细结构板内的孔隙和所述第二毛细结构板内的孔隙内均填充有工质；

多个所述导流管均设置于所述第一毛细结构板与所述第二毛细结构板之间，所述第一毛细结构板内的孔隙与所述第二毛细结构板内的孔隙通过所述导流管连通，所述第一毛细结构板内的所述工质经加热产生的蒸汽能够通过所述导流管进入所述第二毛细结构板内。

3.如权利要求2所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述导流管的管壁内设置有多个相互连通的孔隙；

所述第一毛细结构板内的孔隙和所述第二毛细结构板内的孔隙均与所述导流管的管壁内的孔隙连通，所述第二毛细结构板内的所述工质能够通过所述导流管的管壁内的孔隙流入所述第一毛细结构板内。

4.如权利要求2所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述第一毛细结构板的厚度为0.3mm~0.5mm，所述第二毛细结构板的厚度为0.1mm~0.3mm；

所述导流管的管壁内的孔隙的孔径大于所述第二毛细结构板内的孔隙的孔径，所述第二毛细结构板内的孔隙的孔径大于所述第一毛细结构板内的孔隙的孔径。

5.如权利要求1-4任意一项所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述制冷装置包括多个平面薄膜热电制冷器，多个所述平面薄膜热电制冷器的热端均与所述第一毛细结构板贴合；

所述泵浦的多个COS芯片包括多组芯片，多组所述芯片分别与多个所述平面薄膜热电制冷器的冷端一一对应贴合。

6.如权利要求5所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述制冷装置还包括导热硅胶，所述导热硅胶设置于所述芯片与所述平面薄膜热电制冷器的冷端之间。

7.如权利要求5所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述制冷装置还包括导热板，多组所述芯片均设置于所述导热板的第一面，多个所述平面薄膜热电制冷器的冷端均与所述导热板的第二面贴合，所述导热板的第二面均匀开设有多个槽。

8.如权利要求1-4任意一项所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述泵浦封装壳体还包括注液管，所述壳体上开设有通孔，所述注液管设置于所述通孔内，所述第一毛细结构板和所述第二毛细结构板均与所述注液管连通。

9.如权利要求1-4任意一项所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述壳体包括底板、侧板以及顶板，所述底板和所述顶板均与所述侧板连接成中空密封的盒体；

所述泵浦的光路结构设置于所述顶板上，所述第二毛细结构板设置于所述底板上；

所述侧板上开设有安装槽，所述安装槽内设置有温度传感器。

10.如权利要求2所述的泵浦封装壳体，其特征在于，所述工质为去离子水、醇类或冷媒。

Images