CN210806308U - 一种水冷叠阵半导体激光器散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光通信器件设计制造领域，尤其涉及一种水冷叠阵半导体激光器散热结构。包括多块依次堆叠并焊接在一起的散热板，至少包括上入水板、中间板、底板；中间板设于入水板和底板之间；入水板上设有孔，包括靠近安装面的入水孔和远离安装面的出水孔；入水孔和出水孔贯穿入水板；中间板上设有分别与入水孔和出水孔连通的第一引水槽；底板上设有分别与中间板上过水孔连通的第二引水槽，第二引水槽围成第二散热台，第二散热台中间挖设有第二散热槽。本实用新型相对于传统的宏通道散热结构散热效率大幅提高，相对于镂空翅片式散热结构具有更好的物理性能和形状保持能力。

Description

一种水冷叠阵半导体激光器散热结构

技术领域

本实用新型属于光通信器件设计制造领域，尤其涉及一种水冷叠阵半导体激光器散热结构。

背景技术

激光器是光纤通信、数据传输等行业必要的核心元件之一，激光器工作过程中，会在芯片以及芯片安装区域附近产生大量热量引起温度遽增。一方面，激光器的工作温度范围一般为-40℃到+85℃，伴随着激光芯片的工作温度温度提高，激光器的光电转换(发光)效率会降低，产品功耗则会增大，如果超出范围，会导致激光器损坏，另一方面激光器内部结构受温度变化产生的变形错位也会导致激光器精度、能效等各项参数的下降。对于叠阵半导体激光器，由于在空间内设置有多个激光芯片，发热源分散，此类问题则会更加突出，相对于单一芯片的激光器，激光器内部温度的不均匀性也会极大的影响激光器的使用寿命以及使用效果，特别是随着新型激光器的功率以及精度敏感性的提高，传统的散热结构往往难以满足越来越高的激光器散热需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种具有更好的散热效果，降低激光器局部温度不均衡现象，结构简单，加工方便的水冷叠阵半导体激光器散热结构。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

叠阵半导体激光器一般由多个散热板通过银铜焊接等方式固定连接在一起，同时其外部还进行了封装等处理，热量难以有效逸散，因此一般通过在散热板内外设置水冷结构来实现快速降温，传统方法是在散热板上设置有水冷孔道或者宏通道来进行散热，但一方面加工难度大成本高，另一方面很少考虑到外侧和内侧散热板之间由于局部热膨胀和温度不均匀引起的变形及局部温度升高的问题，现有结构中一般采用热导率极好的铜合金材料制作散热板，但多块散热片叠加后，位于内侧的散热片以及单一散热片靠近芯片以及位于散热片中间位置的温度与边缘或远离芯片区域的温度会随着工作时间的延长而加大，不利于激光器持续稳定运行。

为此，本实用新型提出如下方案，本实用新型的一种水冷叠阵半导体激光器散热结构，包括多块依次堆叠并焊接在一起的散热板，散热板呈条状，其上端面的一侧设置有用于设置激光器的安装面9a；其中散热板至少包括上入水板1、中间板2、底板3；本实用新型中各板均属于散热板，仅通过其上的散热结构和功能的差别进行了区分命名。

中间板2设于入水板1和底板3之间；入水板1上设有孔，包括靠近安装面的入水孔1a和远离安装面的出水孔1b；入水孔1a和出水孔1b贯穿入水板1；

中间板2上设有分别与入水孔1a和出水孔1b连通的第一引水槽2a，第一引水槽2a呈环形，第一引水槽2a的底部设置有与入水孔1a和出水孔1b位置相对的过水孔2b，过水孔2b贯穿中间板；第一引水槽2a中间围成第一散热台2c，第一散热台2c中间挖设有第一散热槽2d，第一散热槽2d底部均匀设置有多个第一散热柱2e；

底板3上设有分别与中间板2上过水孔2b连通的第二引水槽3a，第二引水槽3a围成第二散热台3c，第二散热台3c中间挖设有第二散热槽3d，第二散热槽3d底部均匀设置有多个第二散热柱3e，第二散热槽3d的两端分别设有与第二引水槽3a连通开口3f。

对前述水冷叠阵半导体激光器散热结构的进一步改进优化还包括，散热板还包括设置在入水板1与中间板2之间，或者中间板2与底板3之间的附加板4；

其中附加板4上设有与出水孔位置相对的通孔4a，附加板4上还设有与第一散热台2c 或第二散热台3c相对应的换热槽4b，换热槽4b与通孔4a互不连通；换热槽4b朝向安装面的一侧设有凸出部4c，换热槽4b的底部均匀设置有多个散热孔4d。

对前述水冷叠阵半导体激光器散热结构的进一步改进优化还包括，其中换热槽4b的外侧设置有环绕换热槽4b设置的引水沟4e，引水沟4e分别与和通孔4a和凸出部4c连通。

对前述水冷叠阵半导体激光器散热结构的进一步改进优化还包括，对于任意两块相互贴合的散热板，两个相互贴合的端面或者其中一个端面上设置有散热齿9b，其中散热齿 9b位于安装面所在的一侧；散热齿9b延长后与第一引水槽2a或第二引水槽3a或换热槽4b或引水沟4e相连通。

其有益效果在于：

1、基于本实用新型的上述结构，实现了叠阵半导体激光器的高效散热，通过位于中部的散热槽以及散热柱结构，增加了散热板中部与冷却水的接触面积，加强了散热板中间部位散热效果，减少了散热板温度不均匀性；相对于传统的宏通道(内管路)散热结构散热效率大幅提高，且加工使用更方便；相对于镂空翅片式散热结构具有更好的物理性能和形状保持能力，激光器寿命更长，性能更加稳定；

2、通过沿散热板周边环绕的引水槽和引水沟，在进出水通道与新片区之间构建快速水循环通道，并根据散热片的具体位置，设置为独立或者与散热槽相连通，有效平衡散热板内的热量流通，进而可以根据叠阵半导体激光器的芯片功率设置进行灵活的调节，以满足不同芯片安装和工作环境的要求；

3、当位于中间位置的激光芯片功率较大或散热要求更高的时候，可以通过可选的引水沟以及散热齿结构，实现芯片安装区的快速冷热交换，快速清除安装区的热量，保证激光芯片的正常工作。

附图说明

图1是实施例一水冷叠阵半导体激光器散热结构的前斜视图；

图2是实施例一水冷叠阵半导体激光器散热结构的后斜视图；

图3是实施例二水冷叠阵半导体激光器散热结构的前斜视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型的一种水冷叠阵半导体激光器散热结构，包括多块依次堆叠并焊接在一起的散热板，散热板呈条状，一般为矩形的薄板状，较佳的是使用纯铜、钨铜或者铜合金材料进行加工，散热板上端面的一侧设置有用于设置激光器的安装面9a；其中散热板至少包括上入水板1、中间板2、底板3；本实用新型中各板均属于散热板，仅通过其上的散热结构和功能的差别进行了区分命名。

中间板2设于入水板1和底板3之间；入水板1上设有孔，包括靠近安装面的入水孔1a和远离安装面的出水孔1b；入水孔1a和出水孔1b贯穿入水板1；入水孔1a和出水孔 1b与外部水冷循环系统连接，以导入和导出冷却水，实现冷热交换的循环回路。

由于在实际使用过程中，各散热板边缘均会通过银铜焊接的方式进行密封固定，外围是密封结构，考虑到传统方式在散热板内部挖设孔道形成内嵌宏通道散热机构加工难度较高，通道结构简单，散热效果不均衡的弊端，本实施例中在中间板2上设有分别与入水孔 1a和出水孔1b连通的第一引水槽2a，第一引水槽2a呈环形，第一引水槽2a的底部设置有与入水孔1a和出水孔1b位置相对的过水孔2b，过水孔2b贯穿中间板；第一引水槽 2a中间围成第一散热台2c，第一散热台2c中间挖设有第一散热槽2d，第一散热槽2d底部均匀设置有多个第一散热柱2e。散热柱极大的增加了散热槽整体的接触面积，有效提高冷热交换效率。

底板3上设有分别与中间板2上过水孔2b连通的第二引水槽3a，第二引水槽3a围成第二散热台3c，第二散热台3c中间挖设有第二散热槽3d，第二散热槽3d底部均匀设置有多个第二散热柱3e，第二散热槽3d的两端分别设有与第二引水槽3a连通的开口3f。

为便于设置更为复杂的冷热交换结构，已使用叠阵激光器的使用需求，散热板还包括设置在入水板1与中间板2之间，或者中间板2与底板3之间的附加板4；其中附加板4 上设有与出水孔位置相对的通孔4a，附加板4上还设有与第一散热台2c或第二散热台3c 相对应的换热槽4b，换热槽4b与通孔4a互不连通；换热槽4b朝向安装面的一侧设有凸出部4c，换热槽4b的底部均匀设置有多个散热孔4d，散热孔4d提高了冷却水的流速。

实施例二

如图3所示，对于部分发热量较大，或者用于各类短时间非连续性工作，为便于快速带走热量，本实施例中在换热槽4b的外侧设置有环绕换热槽4b设置的引水沟4e，引水沟4e分别与和通孔4a和凸出部4c连通。

同时对于两块相互贴合的散热板，两个相互贴合的端面或者其中一个端面上设置有散热齿9b，其中散热齿9b位于安装面所在的一侧；散热齿9b延长后与第一引水槽2a或第二引水槽3a或换热槽4b或引水沟4e相连通。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种水冷叠阵半导体激光器散热结构，包括多块依次堆叠并焊接在一起的散热板，其特征在于，散热板呈条状，其上端面的一侧设置有用于设置激光器的安装面(9a)；

所述散热板至少包括上入水板(1)、中间板(2)、底板(3)；中间板(2)设于入水板(1)和底板(3)之间；入水板(1)上设有孔，包括靠近安装面的入水孔(1a)和远离安装面的出水孔(1b)；入水孔(1a)和出水孔(1b)贯穿入水板(1)；

中间板(2)上设有分别与入水孔(1a)和出水孔(1b)连通的第一引水槽(2a)，第一引水槽(2a)呈环形，第一引水槽(2a)的底部设置有与入水孔(1a)和出水孔(1b)位置相对的过水孔(2b)，过水孔(2b)贯穿中间板；第一引水槽(2a)中间围成第一散热台(2c)，第一散热台(2c)中间挖设有第一散热槽(2d)，第一散热槽(2d)底部均匀设置有多个第一散热柱(2e)；

底板(3)上设有分别与中间板(2)上过水孔(2b)连通的第二引水槽(3a)，第二引水槽(3a)围成第二散热台(3c)，第二散热台(3c)中间挖设有第二散热槽(3d)，第二散热槽(3d)底部均匀设置有多个第二散热柱(3e)，第二散热槽(3d)的两端分别设有与第二引水槽(3a)连通的开口(3f)。

2.根据权利要求1所述一种水冷叠阵半导体激光器散热结构，其特征在于，散热板还包括设置在入水板(1)与中间板(2)之间，或者中间板(2)与底板(3)之间的附加板(4)；

所述附加板(4)上设有与出水孔位置相对的通孔(4a)，附加板(4)上还设有与第一散热台(2c)或第二散热台(3c)相对应的换热槽(4b)，换热槽(4b)与通孔(4a)互不连通；换热槽(4b)朝向安装面的一侧设有凸出部(4c)，换热槽(4b)的底部均匀设置有多个散热孔(4d)。

3.根据权利要求2所述一种水冷叠阵半导体激光器散热结构，其特征在于，所述换热槽(4b)的外侧设置有环绕换热槽(4b)设置的引水沟(4e)，引水沟(4e)分别与和通孔(4a)和凸出部(4c)连通。

4.根据权利要求3所述一种水冷叠阵半导体激光器散热结构，其特征在于，对于两块相互贴合的散热板，两个相互贴合的端面或者其中一个端面上设置有散热齿(9b)，所述散热齿(9b)位于安装面所在的一侧；散热齿(9b)延长后与第一引水槽(2a)或第二引水槽(3a)或换热槽(4b)或引水沟(4e)相连通。

Images