CN210693012U - 一种热沉及激光器的冷却结构 - Google Patents

Abstract

一种热沉及激光器的冷却结构，其特征在于：所述热沉内开设有冷却通道，该冷却通道的内壁设有绝缘层，以隔离电流与冷却介质接触，并且防止冷却介质腐蚀热沉，冷却通道的两端开放于热沉的外表面，分别作为冷却介质入口及冷却介质出口；所述冷却结构包括激光器芯片、热沉、绝缘片及冷却基座，冷却基座内开设有入液通道及出液通道，所述入液通道与冷却通道的冷却介质入口连通，所述出液通道与冷却通道的冷却介质出口连通；所述热沉内的冷却通道位于激光器芯片下部。本实用新型既保证了激光器的散热效率，又实现了多激光芯片温度的均匀性，从而保证不同激光芯片功率及激光光谱的一致性。

Description

一种热沉及激光器的冷却结构

技术领域

本实用新型涉及光电子器件领域，尤其涉及一种应用于高功率半导体激光器的热沉及冷却结构，可广泛用于固体激光泵浦、激光医疗等领域。

背景技术

激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一，国家已将发展激光技术列入了中长期发展规划。高功率半导体激光器是激光行业的核心组成部分，因其具有体积小、重量轻、寿命长、功耗低、波长覆盖广的特点，在激光显示、材料加工、激光通讯、激光医疗、3D打印等领域具有广泛的应用。

半导体激光的功率提高一直是激光器发展的重点方向，目前的半导体激光器的电光转化效率是50~60%左右，提高其功率主要从提高芯片的性能以及封装过程中减少热阻，提高散热能力两个方面，在芯片性能相同的情况下，如何提高热沉的散热能力极为关键。通过良好的散热，既能提高半导体激光器的功率，同时也能提高激光器的稳定性和长期可靠性。目前市场的高功率半导体激光器通常采用微通道热沉，以及一般的通水冷却来实现较好的散热。但当前的微通道半导体激光器，通过单巴条堆叠，采用橡胶密封圈，产品很难适应严苛的高温或者低温环境工作，同时当前的微通道半导体激光器体积较大，不能满足追求体积小重量轻，以及要求长寿命的应用领域。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种散热效率高的热沉及激光器的冷却结构。

为达到上述目的，本实用新型采用的第一技术方案是：一种热沉，其创新在于：所述热沉内开设有冷却通道，该冷却通道的内壁设有绝缘层，冷却通道的两端开放于热沉的外表面，分别作为冷却介质入口及冷却介质出口。

上述方案中，所述冷却通道沿其长度方向为异形结构，如波浪形、折线形等，其目的在于增加散热面积，提高散热效率。

上述方案中，所述绝缘层为陶瓷层。

上述方案中，所述绝缘层与冷却通道之间通过焊接或者其他固定结构（如定位孔及定位凸点、定位台阶的配合等）固定。

上述方案中，所述冷却介质入口及冷却介质出口开放于热沉的同一侧外表面。

为达到上述目的，本实用新型采用的第二技术方案是：一种激光器的冷却结构，其创新在于：包括激光器芯片、热沉、绝缘片及冷却基座，其中：

所述热沉内开设有冷却通道，该冷却通道的内壁设有绝缘层，冷却通道的两端开放于热沉的外表面，分别作为冷却介质入口及冷却介质出口；

所述冷却基座内开设有入液通道及出液通道，入液通道一端封闭，另一端开放作为入液口，出液通道一段封闭另一端开放为出液口，所述入液通道与冷却通道的冷却介质入口连通，所述出液通道与冷却通道的冷却介质出口连通；

所述热沉内的冷却通道位于激光器芯片下部；

所述绝缘片设于热沉与冷却基座之间，绝缘片上对应于冷却通道的冷却介质入口及冷却介质出口开设有通孔。

上述方案中，所述激光器芯片为巴条。

上述方案中，所述激光器芯片与热沉之间通过硬焊料固定连接；克服了现有技术中橡胶密封圈可靠性差的问题，有效提高半导体激光器的激光功率输出，保证了激光器的长期稳定性及可靠性。

上述方案中，所述绝缘片与热沉之间通过硬焊料固定连接，所述绝缘片与冷却基座之间通过硬焊料固定连接。

上述方案中，多个激光器芯片及多个热沉串联设置构成阵列结构，各激光器芯片与热沉相间布置。

上述方案中，所述冷却通道沿其长度方向为异形结构，增加了散热面积，提高了散热效率。

上述方案中，所述热沉由两块构件拼接，两块构件上分别开设有一半冷却通道，两块构件拼接后，两部分冷却通道拼合成为一个完整的冷却通道，其目的在于加工制造方便。

本实用新型工作原理及优点：本实用新型在热沉的冷却通道内侧增设绝缘层，以隔离电流与冷却介质接触，并且防止冷却介质腐蚀热沉，采用低温冷却液或者低温冷却气体对激光器进行冷却，每个热沉均有一个冷却介质入口和一个冷却介质出口，热沉内部的冷却液或冷却气体流经激光芯片下方，激光器工作时，每个激光器芯片下方都有冷却液或冷却气体经过，各个芯片下方的水流是并联的，水流量计水温基本相同，从而保证不同激光器热沉的温度相对均匀，及时散掉激光器产生热量；本实用新型既保证了激光器的散热效率，又实现了多激光芯片温度的均匀性，从而保证不同激光芯片功率及激光光谱的一致性。

附图说明

附图1-2为本实用新型实施例一两种热沉剖面图；

附图3为图2对应热沉的A-A向剖视图；

附图4为图2对应热沉的B-B向剖视图；

附图5为本实用新型实施例二俯视图；

附图6为本实用新型实施例二仰视图；

附图7为本实用新型实施例二侧视图；

附图8为本实用新型实施例二冷却基座立体示意图；

附图9为本实用新型实施例二剖视图。

以上附图中：1、热沉；2、冷却通道；21、冷却介质入口；22、冷却介质出口；3、激光器芯片；4、硬焊料；5、冷却基座；51、入液通道；511、入液口；52、出液通道；521、出液口；6、绝缘片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：一种热沉

参见附图1~4所示，所述热沉1内开设有冷却通道2，该冷却通道2的内壁设有绝缘层11，冷却通道2的两端开放于热沉1的外表面，分别作为冷却介质入口21及冷却介质出口22。

所述冷却通道2沿其长度方向为异形结构，该异形结构可采用图1所示的波浪形结构，也可采用图4所示的折线形结构，或者其他能够增大散热面积的结构，均可达到相同效果。

所述绝缘层11为陶瓷层。

所述绝缘层11与冷却通道2之间通过焊接固定。

所述冷却介质入口21及冷却介质出口22开放于热沉1的同一侧外表面。

实施例二：一种激光器的冷却结构

参见图1~9所示，包括激光器芯片3、热沉1、绝缘片6及冷却基座5，其中：

所述热沉1内开设有冷却通道2，该冷却通道2的内壁设有绝缘11层，冷却通道2的两端开放于热沉1的外表面，分别作为冷却介质入口21及冷却介质出口22；

所述冷却基座5内开设有入液通道51及出液通道52，入液通道51一端封闭，另一端开放作为入液口511，出液通道52一段封闭另一端开放为出液口521，所述入液通道51与冷却通道2的冷却介质入口21连通，所述出液通道52与冷却通道2的冷却介质出口22连通；

所述热沉1内的冷却通道2位于激光器3下部；

所述绝缘片6设于热沉1与冷却基座5之间，绝缘片6上对应于冷却通道2的冷却介质入口21及冷却介质出口22开设有通孔。

所述激光器芯片3与热沉1之间通过硬焊料4固定连接。

所述绝缘片6与热沉1之间通过硬焊料4固定连接，所述绝缘片6与冷却基座5之间通过硬焊料4固定连接。

多个激光器芯片3及多个热沉1串联设置构成阵列结构，各激光器芯片3与热沉相间布置。

所述冷却通道2沿其长度方向为异形结构。

本实用新型在热沉的冷却通道内侧增设绝缘层，采用低温冷却液或者低温冷却气体对激光器进行冷却，每个热沉均有一个冷却介质入口和一个冷却介质出口，热沉内部的冷却液或冷却气体流经激光芯片下方，激光器工作时，每个激光芯片下方都有冷却液或冷却气体经过，各个芯片下方的水流是并联的，水流量计水温基本相同，从而保证不同激光器热沉的温度相对均匀，及时散掉激光器产生的热量；本实用新型既保证了激光器的散热效率，又实现了多激光芯片温度的均匀性，从而保证不同激光芯片功率及激光光谱的一致性。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热沉，其特征在于：所述热沉（1）内开设有冷却通道（2），该冷却通道（2）的内壁设有绝缘层（11），冷却通道（2）的两端开放于热沉（1）的外表面，分别作为冷却介质入口（21）及冷却介质出口（22）。

2.根据权利要求1所述的热沉，其特征在于：所述冷却通道（2）沿其长度方向为异形结构。

3.根据权利要求1所述的热沉，其特征在于：所述绝缘层（11）为陶瓷层。

4.根据权利要求1所述的热沉，其特征在于：所述绝缘层（11）与冷却通道（2）之间通过焊接固定。

5.根据权利要求1所述的热沉，其特征在于：所述冷却介质入口（21）及冷却介质出口（22）开放于热沉（1）的同一侧外表面。

6.一种激光器的冷却结构，其特征在于：包括激光器芯片（3）、热沉（1）、绝缘片（6）及冷却基座（5），其中：

所述热沉（1）内开设有冷却通道（2），该冷却通道（2）的内壁设有绝缘层（11），冷却通道（2）的两端开放于热沉（1）的外表面，分别作为冷却介质入口（21）及冷却介质出口（22）；

所述冷却基座（5）内开设有入液通道（51）及出液通道（52），入液通道（51）一端封闭，另一端开放作为入液口（511），出液通道（52）一段封闭另一端开放为出液口（521），所述入液通道（51）与冷却通道（2）的冷却介质入口（21）连通，所述出液通道（52）与冷却通道（2）的冷却介质出口（22）连通；

所述热沉（1）内的冷却通道（2）位于激光器芯片（3）下部；

所述绝缘片（6）设于热沉（1）与冷却基座（5）之间，绝缘片（6）上对应于冷却通道（2）的冷却介质入口（21）及冷却介质出口（22）开设有通孔。

7.根据权利要求6所述的激光器的冷却结构，其特征在于：所述激光器芯片（3）与热沉（1）之间通过硬焊料（4）固定连接。

8.根据权利要求6所述的激光器的冷却结构，其特征在于：所述绝缘片（6）与热沉（1）之间通过硬焊料（4）固定连接，所述绝缘片（6）与冷却基座（5）之间通过硬焊料（4）固定连接。

9.根据权利要求6所述的激光器的冷却结构，其特征在于：多个激光器芯片（3）及多个热沉（1）串联设置构成阵列结构，各激光器芯片（3）与热沉相间布置。

10.根据权利要求6所述的激光器的冷却结构，其特征在于：所述冷却通道（2）沿其长度方向为异形结构。

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