CN216312331U - 激光泵浦散热结构及组件、大功率激光泵浦设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光泵浦散热结构及组件、大功率激光泵浦设备，其中激光泵浦散热结构包括水冷板和泵浦底座，所述水冷板的表面上设有冷水池，所述泵浦底座的底面上设有若干个错列设置的散热齿柱，所述泵浦底座的底面盖住所述水冷板而形成冷却流道。通过将激光泵浦散热结构设置为包括水冷板和泵浦底座，水冷板的表面上设有冷水池，泵浦底座的底面上设有若干个错列设置的散热齿柱，泵浦底座的底面盖住水冷板而形成冷却流道，使泵浦底座直接接触到冷水，省去了导热材料的连接界面层而去除了连接界面的导热热阻，在提高水冷侧对流换热系数的同时也增加了水冷的对流换热面积，降低了对流传热的热阻，能够提升对芯片结温的降低程度。

Description

激光泵浦散热结构及组件、大功率激光泵浦设备

技术领域

本实用新型涉及激光泵浦技术领域，特别涉及一种激光泵浦散热结构及组件、大功率激光泵浦设备。

背景技术

大功率激光芯片尺寸通常为4毫米×0.5毫米×0.15毫米(单颗芯片的光功率10～45瓦，发光效率45～65％)，大功率激光芯片通过预制在COS基板(COS，Chip On Submount，是指芯片封装在作为热沉的基板上；COS基板材料通常为氮化铝，尺寸约5毫米×4毫米×0.45毫米)上的金锡焊盘与之连接(部分电气连接采用金线绑定)组成大功率激光COS芯片。大功率激光泵浦(通常为功率大于200瓦的激光泵浦)主要由多个(通常大于等于10个)大功率激光COS芯片、电气连接线路、光耦合光学透镜、光纤、固定支架及壳体结构组成，主要发热源为大功率激光芯片。其中激光COS芯片、电气连接线路、光耦合光学透镜等通常称为激光泵浦源或激光泵浦。

大功率激光COS芯片采用锡合金焊片焊接在底座的上表面的局部位置，底座的下表面通过导热硅脂(或导热硅胶)等导热材料与铝制中空水冷板连接进行散热。导热硅胶(导热硅脂)老化后导热系数会急剧下降，从而导致该界面的导热温差升高。现有的散热底座，对芯片结温的降低效果有待提升。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种激光泵浦散热结构，旨在提升对芯片结温的降低程度。

为实现上述目的，本实用新型提出的激光泵浦散热结构，包括水冷板和泵浦底座，所述水冷板的表面上设有冷水池，所述泵浦底座的底面上设有若干个错列设置的散热齿柱，所述泵浦底座的底面盖住所述水冷板而形成冷却流道。

可选地，所述散热齿柱的高度为3至10毫米。

可选地，所述散热齿柱的直径为3至7毫米。

可选地，所述散热齿柱与所述冷水池的侧壁的间隙为0.5至2毫米。

可选地，所述冷水池包括进水口和出水口，所述水冷板上设有进水流道和出水流道，所述进水流道与所述进水口相连通，所述出水流道与所述出水口相连通。

可选地，激光泵浦散热结构还包括密封圈，所述密封圈盖住所述冷水池的开口，所述水冷板与所述泵浦底座通过螺栓锁紧。

一种激光泵浦散热组件，包括至少两个上述激光泵浦散热结构，相邻的所述激光泵浦散热结构的进水流道相连通，相邻的所述激光泵浦散热结构的出水流道相连通。

可选地，所述激光泵浦散热组件包括散热排，所述散热排包括至少两个依次排布设置的所述激光泵浦散热结构。

可选地，激光泵浦散热组件包括至少两个并排设置的散热排，所述散热排包括至少两个依次排布设置的所述激光泵浦散热结构。

一种大功率激光泵浦设备，包括激光泵浦源、上述激光泵浦散热结构或上述激光泵浦散热组件，所述激光泵浦源包括至少一颗大功率激光芯片，所述大功率激光芯片的功率大于等于10瓦。

本实用新型的技术方案通过将激光泵浦散热结构设置为包括水冷板和泵浦底座，水冷板的表面上设有冷水池，泵浦底座的底面上设有若干个错列设置的散热齿柱，泵浦底座的底面盖住水冷板而形成冷却流道，使泵浦底座直接接触到冷水，省去了导热材料的连接界面层而去除了连接界面的导热热阻，在提高水冷侧对流换热系数的同时也增加了水冷的对流换热面积，降低了对流传热的热阻，能够提升对芯片结温的降低程度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型激光泵浦散热结构一实施例主视方向的剖视图。

图2为本实用新型激光泵浦散热结构一实施例仰视方向的剖视图。

图3为本实用新型激光泵浦散热结构一实施例的仰视图。

图4为本实用新型激光泵浦散热组件一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	水冷板	11	冷水池
111	安装缺口	2	泵浦底座
				21	安装凸起	31	进水口
32	出水口	4	散热齿柱
				5	密封圈	61	第一通孔
62	第二通孔

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，该激光泵浦散热结构包括水冷板1和泵浦底座2，其中水冷板1可设置为铝制板体，水冷板1的表面上设有冷水池11，泵浦底座2的底面上设有若干个错列设置的散热齿柱4，泵浦底座2的底面盖住水冷板1而形成冷却流道。冷水池11包括进水口31和出水口32，进水口31设置为沿冷水流入方向逐渐扩大，出水口32设置为沿冷水流出方向逐渐缩小。水冷板1上设有进水流道和出水流道，进水流道与进水口31相连通，出水流道与出水口32相连通。进水口31设置为沿冷水流入方向逐渐扩大、出水口32设置为沿冷水流出方向逐渐缩小，均使得冷水在流经冷水池11时，冷水池11中间的扰流程度相对较大、冷水池11边缘的扰流程度相对较小，使激光泵浦散热结构更好地适应待散热部件中间温度相对偏高、边缘温度相对偏低的特点，提高待散热部件经激光泵浦散热结构散热后的温度均匀性。牛顿冷却定律指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比，即：Q＝h*A*(t_w-t_∞)＝q*A，式中：q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，称作热流密度，单位W/m^2；t_w、t_∞分别为固体表面和流体的温度，单位K；A为壁面面积，单位m^2；Q为单位时间内面积A上的传热热量，单位W；h称为表面对流传热系数，单位W/(m^2·K)。由此可知，激光泵浦散热结构在提高水冷侧对流换热系数的同时也增加了水冷的对流换热面积，降低了对流传热的热阻，在泵浦底座2和冷水之间的温差相同的情况下，单位时间内能传导更多的热量，能够提升对芯片结温的降低程度。

具体而言，如图2所示，同一竖排的散热齿柱4的间距相等，但相邻排中，端部的散热齿柱4到冷水池11的侧壁的距离不同；相邻排中端部的散热齿柱4到冷水池11的侧壁的距离差可设置为同一排上的散热齿柱4的间距的一半，以进一步提高扰流效果。

进一步作为可选的实施方式，散热齿柱4的高度为3至10毫米，散热齿柱4的直径为3至7毫米。散热齿柱4与冷水池11的侧壁的间隙为0.5至2毫米，即外侧的散热齿柱4到冷水池11的距离设置为0.5毫米至2毫米；散热齿柱4使激光泵浦散热结构易于加工，降低了加工制造成本。

进一步作为可选的实施方式，激光泵浦散热结构还包括密封圈5，密封圈5盖住冷水池11的开口，水冷板1与泵浦底座2通过螺栓锁紧。密封圈5的材质可设置为橡胶、硅胶或EPDM(Ethylene Propylene Diene tripolymer,三元乙丙橡胶)等，密封圈5的一侧与冷水池11的侧壁的顶端抵接，密封圈5的另一侧与泵浦底座2抵接，冷水池11可设置为水冷板11上的一凹陷结构。水冷板1与泵浦底座2之间通过螺栓锁紧，水冷板1与泵浦底座2锁紧时压紧密封圈5，进一步提高密封效果，此外整个散热结构免除了焊接工艺，提高了拆装便利性。密封圈5降低了冷水池11发生泄漏的风险，保证了激光泵浦散热结构的散热能力。

进一步作为可选的实施方式，冷水池11的侧壁的顶端上设有至少一个安装缺口111，如图3所示，本实施例中共设有六个安装缺口111。泵浦底座2的外侧设有至少一个安装凸起21，如图3所示，本实施例中共设有六个安装凸起21。安装凸起21一一对应地嵌合在安装缺口111内，泵浦底座2的侧壁与冷水池11的侧壁抵接。为保证密封圈5的密封效果，安装缺口111的底壁到冷水池11的距离大于密封圈5与冷水池11抵接的一侧到冷水池11的距离，即安装缺口111的底壁高于密封圈5的底侧(即与水冷板1抵接的一侧)，上述距离应采用统一的测量基准，如统一采用冷水池11的同一位置(如底壁)。安装缺口111、安装凸起21提高了水冷板1与泵浦底座2安装后的位置准确程度，降低了冷水池11由于形位偏差而导致的对流换热系数的降低，进一步提高了激光泵浦散热结构的散热能力。

本实用新型还提出一种激光泵浦散热组件，包括至少两个上述激光泵浦散热结构，相邻的激光泵浦散热结构的进水流道相连通，相邻的激光泵浦散热结构的出水流道相连通。相邻的激光泵浦散热结构的进水流道相连通，使至少两个激光泵浦散热结构能够共同为大尺寸的待散热部件进行散热，解决了大尺寸的待散热部件的散热问题。

进一步作为可选的实施方式，激光泵浦散热组件包括散热排，散热排包括至少两个依次排布设置的激光泵浦散热结构。进水流道设置为沿激光泵浦散热结构的排布方向贯通的第一通孔61，相邻的第一通孔61的端部相连接，进水口31设置在第一通孔61的侧壁上；出水流道设置为沿激光泵浦散热结构的排布方向贯通的第二通孔62，相邻的第二通孔62的端部相连接，出水口32设置在第二通孔62的侧壁上。散热排包括至少两个依次排布的激光泵浦散热结构，有利于使激光泵浦散热组件的结构更紧凑。第一通孔61使相邻的进水流道的连接更方便，第二通孔62使相邻的出水流道的连接更方便。

进一步作为可选的实施方式，激光泵浦散热组件包括至少两个并排设置的散热排，散热排包括至少两个依次排布设置的激光泵浦散热结构。激光泵浦散热组件包括至少两个依次排布设置的散热排，在进一步提高散热能力的同时，使结构更紧凑。

本实用新型还提出一种大功率激光泵浦设备，该大功率激光泵浦设备包括激光泵浦源、上述激光泵浦散热结构或上述激光泵浦散热组件，激光泵浦源包括至少一颗大功率激光芯片，大功率激光芯片的功率大于等于10瓦。即大功率激光芯片安装在上述激光泵浦散热结构的泵浦底座2上，水冷板1背离冷却通道的背面用于其它需要冷却的发热源(如电源、激光光纤等的安装及冷却)。该激光泵浦散热结构或激光泵浦散热组件的具体结构参照上述实施例，由于本大功率激光泵浦设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。同理，由于激光泵浦散热组件采用了上述激光泵浦散热结构的所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光泵浦散热结构，其特征在于，包括水冷板和泵浦底座，所述水冷板的表面上设有冷水池，所述泵浦底座的底面上设有若干个错列设置的散热齿柱，所述泵浦底座的底面盖住所述水冷板而形成冷却流道。

2.如权利要求1所述的激光泵浦散热结构，其特征在于，所述散热齿柱的高度为3至10毫米。

3.如权利要求1所述的激光泵浦散热结构，其特征在于，所述散热齿柱的直径为3至7毫米。

4.如权利要求1所述的激光泵浦散热结构，其特征在于，所述散热齿柱与所述冷水池的侧壁的间隙为0.5至2毫米。

5.如权利要求1所述的激光泵浦散热结构，其特征在于，所述冷水池包括进水口和出水口，所述水冷板上设有进水流道和出水流道，所述进水流道与所述进水口相连通，所述出水流道与所述出水口相连通。

6.如权利要求1所述的激光泵浦散热结构，其特征在于，还包括密封圈，所述密封圈盖住所述冷水池的开口，所述水冷板与所述泵浦底座通过螺栓锁紧。

7.一种激光泵浦散热组件，其特征在于，包括至少两个如权利要求1至6任意一项所述的激光泵浦散热结构，相邻的所述激光泵浦散热结构的进水流道相连通，相邻的所述激光泵浦散热结构的出水流道相连通。

8.如权利要求7所述的激光泵浦散热组件，其特征在于，所述激光泵浦散热组件包括散热排，所述散热排包括至少两个依次排布设置的所述激光泵浦散热结构。

9.如权利要求7所述的激光泵浦散热组件，其特征在于，包括至少两个并排设置的散热排，所述散热排包括至少两个依次排布设置的所述激光泵浦散热结构。

10.一种大功率激光泵浦设备，其特征在于，包括激光泵浦源、如权利要求1至6任意一项所述的激光泵浦散热结构或如权利要求7至9任意一项所述的激光泵浦散热组件，所述激光泵浦源包括至少一颗大功率激光芯片，所述大功率激光芯片的功率大于等于10瓦。

Images