CN202712680U - 一种液体制冷半导体激光器叠阵密封连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种液体制冷半导体激光器叠阵密封连接结构，其结构简单，冷却介质在循环冷却过程中流阻小、压降低，容易密封。该密封连接结构中，各制冷模块的入液孔和出液孔之间均设置有截面形状为H形的密封圈，入液孔与出液孔的孔口形状与所述密封圈相适配。本实用新型的微制冷模块之间采用H形密封圈连接，增大了接触面积，能够有效防止在制冷液压强很高的情况下发生渗漏现象。增加了散热能力，有效提高了半导体激光器的可靠性及工作寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体光电子器件制造领域，涉及一种密封结构，尤其应用于液体制冷半导体激光器叠阵的密封连接。
背景技术
高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、使用电驱动、电光转换效率高、寿命长等优点，因此在工业加工、军事国防、医疗、科研等领域得到了广泛的应用，如激光融覆、激光打孔、激光切割、激光焊接、激光制导跟踪、激光反卫星武器、激光雷达、激光引信、激光测距、激光核聚变、光电对抗、激光模拟武器、激光瞄准告警、泵浦固体及光纤激光器、激光美容、激光脱毛、激光通信和激光陀螺等。目前高功率半导体激光器发展的方向是进一步提高功率及亮度。在功率扩展方面，从输出功率几瓦的单管发展到几十瓦、上百瓦的巴条，再发展到输出功率几千瓦的叠阵，最终发展到输出功率上万瓦的面阵；在增加亮度方面，主要是发展光学整形及光纤耦合技术，提高光束质量。为了提高激光器的可靠性和性能稳定性，降低生产成本，设计高可靠性的封装结构和高效的散热结构是必须的。
液体制冷型的大功率半导体激光器叠层阵列已经有商业化产品出现，通常使用微通道或者宏通道散热器。虽然微通道或者宏通道散热器的引入使其散热能力得到进一步增强，大大提高了半导体激光器的输出功率，但由于液体制冷器中冷却介质的流动空间非常狭小，容易产生多余的压力降，液体容易发生渗漏，对密封要求高。目前的液体制冷半导体叠阵封装技术采用的是横截面为圆形的密封圈压在两个巴条之间，达到密封的效果。此种密封圈的优点是加工简单，成本较低，但其缺点是与构成叠阵的巴条接触面积较小，在水压较大时，容易发生渗漏现象，因此有必要设计一种新型的密封连接结构，保证在高水流速度的情况下不发生渗漏情况。
实用新型内容
为克服上述现有技术的缺点，本实用新型提出一种新的液体制冷半导体激光器叠阵密封连接结构，其结构简单，冷却介质在循环冷却过程中流阻小、压降低，容易密封。
本实用新型提供的基本技术方案如下：
一种液体制冷半导体激光器叠阵密封连接结构，所述液体制冷半导体激光器叠阵的主体部分由多个液体制冷模块层叠组成，半导体激光器芯片设置于液体制冷模块上，各个液体制冷模块均贯通设置有入液孔和出液孔，这些入液孔依次连通构成了液体制冷半导体激光器叠阵的入液通道，这些出液孔依次连通构成了液体制冷半导体激光器叠阵的出液通道；其特殊之处在于：各制冷模块的入液孔和出液孔之间均设置有截面形状为H形的密封圈，入液孔与出液孔的孔口形状与所述密封圈相适配。
基于上述方案，还可以做出如下具体改进：
上述液体制冷模块整体呈矩形片状，包括液体制冷器和铜连接片，液体制冷器的中部垂直开设有用以螺钉贯通固定的连接通孔，所述入液孔和出液孔分别位于连接通孔的两侧；液体制冷器在靠近入液孔的一端设有芯片安装区，半导体激光器芯片的正极面经热沉固定在该芯片安装区，半导体激光器芯片的负极面与铜连接片的一面贴合，铜连接片的另一面与相邻的制冷模块之间设置有绝缘片。
这样，各液体制冷模块的入液孔及出液孔互相对齐，在其中间加上H形密封圈，通过密封圈将入液通道和出液通道密封形成冷却液可以通过的密闭回路；从而确保冷却液在此回路内循环流动，达到理想的散热效果，使半导体激光器叠阵稳定可靠工作。
H形的密封圈的材质可以是橡胶材料，如聚四氟乙烯、氟素橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶或丙烯酸脂橡胶。
本实用新型具有以下优点：
1、可实现激光大功率输出。由于实用新型采用多个微制冷模块层叠结构，其制冷能力完全满足低占空比准连续波的工作要求，可实现大功率的激光输出。
2、本实用新型的微制冷模块之间采用H形密封圈连接，增大了接触面积， 能够有效防止在制冷液压强很高的情况下发生渗漏现象。增加了散热能力，有效提高了半导体激光器的可靠性及工作寿命。
附图说明
图1是本实用新型的液体制冷半导体激光器模块的结构示意图；
图2是相邻的两个微制冷模块及密封圈的连接示意图；
图3是本实用新型的H形密封圈的整体结构；
图4是本实用新型的H形密封圈的平面图；
图5是图4的A-A剖视图。
其中：1为芯片；2为热沉；3为液体制冷模块；4为铜连接片；5为入液孔；6为散热翅片；7为连接（固定）通孔；8为出液孔；9为绝缘片；10为密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
图1是本实用新型的液体制冷半导体激光器模块的结构示意图，液体制冷模块3为矩形片状，其中部垂直开设有连接通孔7，连接通孔7的两侧分别设有入液孔5和出液孔8，入液孔5内设有散热翅片6，液体制冷模块3在靠近入液孔5的一端设有热沉2和芯片1。热沉2与芯片1的正极面贴合，芯片1的负极面与铜连接片4贴合，铜连接片4与液体制冷模块3之间还设有绝缘片9，贴于液体制冷模块3上表面的各层，如铜连接片4、绝缘片9，在连接通孔7以及入液孔5和出液孔8的相应位置均开设有孔，以便于冷却液的流通。为增大散热面积，液体制冷模块3在入液孔5上设有散热翅片6。
当以多个液体制冷半导体激光器模块制备叠阵时，如图2所示，将各液体制冷模块的入液孔及出液孔互相对齐，在其中间加上H形密封圈10，通过密封圈10将入液通道和出液通道密封形成冷却液可以通过的密闭回路。
图3为本实用新型的H形密封圈的整体结构，图4为本实用新型的H形密封圈的平面图。相对于传统的O形密封圈，H形密封圈与入液孔及出液孔的接触面积更大，能够更好地防止在制冷液压强很高的情况下发生渗漏现象。
综上所述，本实用新型不仅制造简单，生产成本低，而且本实用新型的微制冷模块之间采用H形密封圈连接，增大了接触面积，能够有效防止在制冷液压强很高的情况下发生渗漏现象，冷却液更容易密封，散热能力更强，有效延长了半导体激光器的寿命，提高了半导体激光器的输出功率和可靠性。
Claims (2)
1.一种液体制冷半导体激光器叠阵密封连接结构，所述液体制冷半导体激光器叠阵的主体部分由多个液体制冷模块层叠组成，半导体激光器芯片设置于液体制冷模块上，各个液体制冷模块均贯通设置有入液孔和出液孔，这些入液孔依次连通构成了液体制冷半导体激光器叠阵的入液通道，这些出液孔依次连通构成了液体制冷半导体激光器叠阵的出液通道；其特征在于：各制冷模块的入液孔和出液孔之间均设置有截面形状为H形的密封圈，入液孔与出液孔的孔口形状与所述密封圈相适配。
2.根据权利要求1所述的液体制冷半导体激光器叠阵密封连接结构，其特征在于：所述液体制冷模块整体呈矩形片状，包括液体制冷器和铜连接片，液体制冷器的中部垂直开设有用以螺钉贯通固定的连接通孔，所述入液孔和出液孔分别位于连接通孔的两侧；液体制冷器在靠近入液孔的一端设有芯片安装区，半导体激光器芯片的正极面经热沉固定在该芯片安装区，半导体激光器芯片的负极面与铜连接片的一面贴合，铜连接片的另一面与相邻的制冷模块之间设置有绝缘片。
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