CN218099933U - 带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，包括：集成电路板组件、微透镜阵列组件和水冷组件；水冷组件包括：冷却块和抽水泵，冷却块的上平面可拆卸贴合在集成电路板的和若干个激光光源相对的下平面上，在冷却块的沿厚度方向的横截面上内置有往复迂回的冷却通道，冷却通道的进水口设置在冷却块的一侧侧壁，出水口设置在和进水口相对的另一侧侧壁，沿冷却通道的内侧避上设置有若干依次交错的环形凹陷和环形凸起；抽水泵设置在出水口出，当启动抽水泵后，冷水由进水口流入后，流经若干环形凹陷和环形凸起的表面，最后从出水口排出。本实用新型提高了集成电路板的散热效率。

Description

带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置

技术领域

本实用新型属于激光直接成像领域，尤其涉及到一种带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置。

背景技术

参考图1，在激光直写技术(Laser Direct，也即激光直接成像技术)中，在集成电路板11内，集成有控制若干个激光光源亮灭的控制电路(未图示)，在集成电路板11的上端面上，均匀贴装有大量激光光源12，每一个激光光源12发出的光束通过集成在透光板20上对应的若干成像透镜21后，在PCB板30的感光涂层31上聚焦曝光。由于集成电路板11上贴装有大量激光光源12，大量激光光源12发光时会产生大量热量，若不及时将大量热量排除，则可能将集成电路板11烧坏，导致集成电路板11报废。目前给集成电路板11降温的常见方法为，在集成电路板11的下端连接散热块40，散热块40将热量及时带走。散热块40优选为铜块，也可以在铜块的侧边开设水流通道41(如图2所示)，并向水流通道41通入冷水，让冷水从入口410流入，从出口411流出。然而，该散热块应用在贴装有高密度的激光光源的上，冷却效果并不理想。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其目的在于解决集成电路板散热效果不好的问题。

本实用新型的方案如下：

一种带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，包括：集成电路板组件和微透镜阵列组件；

集成电路板组件包括：集成电路板以及若干激光光源，集成电路板中集成有由控制系统控制若干个激光光源亮灭的电路，若干激光光源呈阵列贴装在集成电路板上；

微透镜阵列组件包括：透光板，以及设置在透光板上且和透光板一体成型的若干聚焦透镜，若干聚焦透镜和若干激光光源的数量及阵列方式均相对应，每一激光光源发出的光束入射至对应的聚焦透镜后，经透射聚焦在PCB板的感光涂层上并对感光涂层曝光；

水冷组件包括：冷却块和抽水泵，冷却块的上平面可拆卸贴合在集成电路板的和若干个激光光源相对的下平面上，在冷却块的沿厚度方向的横截面上内置有往复迂回的冷却通道，冷却通道的进水口设置在冷却块的一侧侧壁，出水口设置在和进水口相对的另一侧侧壁，沿冷却通道的内侧避上设置有若干依次交错的环形凹陷和环形凸起；

抽水泵设置在出水口出，当启动抽水泵后，冷水由进水口流入后，流经若干环形凹陷和环形凸起的表面，最后从出水口排出；

进一步地，环形凹陷的横断面为半圆，环形凸起的横断面为半圆；

进一步地，冷却块的下端还设置有若干凹槽；

进一步地，还包括两块支撑板，两块支撑板分别设置在集成电路板和透光板之间的左右两端；两块支撑板的上端和透光板连接，下端和集成电路板连接。

进一步地，聚焦透镜为非球面透镜、自聚焦透镜和锥面镜的其中一种。

进一步地，当聚焦透镜为非球面透镜时，透光板和聚焦透镜的材质同为PMMA,PC或者有机玻璃。

进一步地，激光光源为晶体二极管。

进一步地，控制系统为芯片处理器。

本实用新型的技术效果：由于冷却块中设置有迂回曲折的冷却通道，而且在冷却通道的内壁上依次交替设置有若干环形凹陷和环形凸起，使得冷却通道的内侧壁凹凸不平，增大了冷却通道的内侧壁的表面积，当启动抽水泵后，冷水由进水口流入，快速通过凹凸不平的内侧壁表面后，然后从出水口流出，集成电路板产生的热量的一部分通过水流被快速的带走，另一部分通过冷却通道的内侧壁由冷却块散发出去，从而加快了集成电路板的散热过程，提高了集成电路板的使用寿命。

附图说明

图中各部件对应的名称及序号分别为：

图1为现有技术中微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置的模块连接示意图；

图2为散热块40中的水流通道411的分布图示意图；

图3为本实用新型的模块连接示意图；

图4为本实用新型的水冷组件40A中冷却通道421的分布示意图及冷却通道421内壁结构示意图；

图5为集成电路板11上激光光源12的阵列示意图以及透光板21上若干聚焦透镜22的阵列示意图；

图6为图4中去掉抽水泵431的仰视图；

图7为图6的C处放大示意图；

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做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述区别，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考图3和图4，本实用新型公开的一种带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，包括：

集成电路板组件10和微透镜阵列组件20。集成电路板组件10包括：集成电路板11，在集成电路板11上内置有由控制系统50控制若干个激光光源12亮灭的电路(未图示)，激光光源12贴装在集成电路板11的上表面而且呈阵列分布。阵列分布的图形例如可以是图5所示的矩形阵列分布，也可以是未图示的圆环状分布、菱形分布、椭圆形分布以及正三角形分布的任意一种，在此不做限制。参考图3及图5，集成电路板11上的每一个激光光源12经控制系统50控制后发出的光束入射至对应的聚焦透镜22后，经聚焦透镜22透射后，聚焦在PCB板30的感光涂层31上并对感光涂层31曝光。此处所说的对应，是指每一个激光光源12均处于与它相关的聚焦透镜22的主光轴上，即只有处于某一聚焦透镜22的主光轴的那个激光光源12，才能称之为该激光光源12与聚焦透镜22相对应。

参考图3和图5，本申请中，微透镜阵列组件20包括：透光板21，以及设置在透光板21上且和透光板21一体成型的若干聚焦透镜22。由于前面说过，每一个激光光源12均处于与该光源相关的聚焦透镜22的主光轴上，因此，可以理解的是，若干聚焦透镜22和若干激光光源12的数量及阵列方式均相对应，例如：若若干激光光源12在集成电路板11的上表面阵列的图像为矩形图像，如图5所示，则可以理解的是，若干聚焦透镜22阵列的图像也为矩形图像，聚焦透镜22的个数和激光光源12的数量相等，且每相邻两个激光光源12之间间隔的距离与对应的每相邻两个聚焦透镜22之间的距离相等，只有这样，才能保证每一个激光光源12均处于与该光源相关的聚焦透镜22的主光轴上。由于透光板21上的若干聚焦透镜22采取了小型化处理，所以透光板21上单位面积的聚焦透镜22的数量有较大幅度的增加，因此集成电路板11上的激光光源12的分布密度也增大，由于若干激光光源12同时工作时会产生大量的热量，若不将大量的热量即时排出，则集成电路板11会被烧掉。因此，需设计水冷组件将大量的热量排出。

参考图3、图4及图6，本申请中，水冷组件400包括：冷却块420和抽水泵427。冷却块420的上平面426可拆卸连接在集成电路板11的下平面上，集成电路板11的下平面和贴装有若干个激光光源的集成电路板11的上平面相对。在冷却块420的沿厚度方向的横截面上内置有往复迂回的冷却通道421，沿冷却通道421的内侧壁上设置有若干依次交错分布的环形凹陷422和环形凸起423，冷却通道421的进水口424设置在冷却块420的一端侧壁，出水口425则设置在和进水口424相对的另一侧侧壁。出水口425和进水口424经设置在同一水平高度。抽水泵427设置在出水口425处，启动抽水泵427，出水口425处的空气被抽出，气压就会迅速变小，冷水经进水口424流入后，由冷却通道421往出水口425处快速流动，集成电路板11上的热量就会被迅速带走，从而提高散热效果。冷水412由进水口424流入后，流经冷却通道421内侧壁的交替的若干环形凹陷422和环形凸起423，最后从出水口425排出。由于冷却通道421内设置的交替的若干环形凹陷422和环形凸起423，冷水412会沿着若干环形凹陷422和环形凸起423的表面流过，可以理解的是，这和图2显示的背景技术中提到的冷却通道421的横截面为圆形相比，则增大了冷水流过的总行程，即增大了冷水由进水口424至出水口425之间的行程，从而导致了集成电路板11上更多的热量被带走，提高了集成电路板11的散热效果。

作为其中的一个优选实施例，参考图7，环形凹陷422的横断面为半圆，环形凸起423的横断面也为半圆。环形凹陷422与环形凸起423的连接处平滑过渡，这样设计的好处在于，冷水412在由进水口424流到出水口425的过程中，流速稳定，有利于集成电路板产生的热量的均匀挥发。

参考图3，为了增大冷却块420的散热面积，在冷却块的下端部设置有若干通槽427，设置若干通槽427后，冷却块420的散热面积增大，能加速挥发集成电路板11产生的热量。

参考图3，进一步地，本申请中所描述的半导体激光直接成像装置，还包括两块支撑板60，两块支撑板60分别设置在集成电路板11和透光板21之间的左右两端；两块支撑板60的上端和透光板21连接，下端则和集成电路板11连接，即相当于将若干阵列聚焦透镜22通过两块支撑板60连接在集成电路板11上，需要说明的是，在将透光板21通过两块支撑板60连接在集成电路板11的过程中，需要保证集成电路板11上的每一个激光光源12均处于与它们对应的聚焦透镜22的主光轴上。

本申请中，聚焦透镜22优选为非球面透镜、自聚焦透镜和锥面镜的任意一种。选用非球面透镜、自聚焦透镜和锥面镜，能减少它们自身所占空间，有利于提高激光光源的分布密度。需要说明的是，当聚焦透镜为非球面透镜时，若干聚焦透镜和透光板通过模具一次注塑而成。也就是说，图3中的透光板21和若干聚焦透镜22可以利用模具一次注塑而成，此时，非球面透镜和透光板的材料例如可以是透光性能优良的PMMA(亚克力)、PC(聚碳酸酯)或有机玻璃的任意一种。

本申请中，激光光源优选为易采购、出光性能良好的晶体二极管；控制系统优选为芯片处理器。

本实用新型的优点：由于冷却块中设置有迂回曲折的冷却通道，而且在冷却通道的内壁上依次交替设置有若干环形凹陷和环形凸起，使得冷却通道的内侧壁凹凸不平，增大了冷却通道的内侧壁的表面积，当启动抽水泵后，冷水由进水口流入，快速通过凹凸不平的内侧壁表面后，然后从出水口流出，集成电路板产生的热量的一部分通过水流被快速的带走，另一部分通过冷却通道的内侧壁由冷却块散发出去，从而加快了集成电路板的散热过程，提高了集成电路板的使用寿命。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，包括：集成电路板组件和微透镜阵列组件；

所述集成电路板组件包括：集成电路板以及若干激光光源，所述集成电路板中集成有由控制系统控制若干个激光光源亮灭的电路，所述若干激光光源呈阵列贴装在所述集成电路板上；

所述微透镜阵列组件包括：透光板，以及设置在所述透光板上且和所述透光板一体成型的若干聚焦透镜，若干所述聚焦透镜和若干所述激光光源的数量及阵列方式均相对应，每一所述激光光源发出的光束入射至对应的所述聚焦透镜后，经透射聚焦在PCB板的感光涂层上并对感光涂层曝光；

其特征在于，所述水冷组件包括：冷却块和抽水泵，所述冷却块的上平面可拆卸贴合在所述集成电路板的和所述若干个激光光源相对的下平面上，在所述冷却块的沿厚度方向的横截面上内置有往复迂回的冷却通道，所述冷却通道的进水口设置在冷却块的一侧侧壁，出水口设置在和所述进水口相对的另一侧侧壁，沿所述冷却通道的内侧避上设置有若干依次交错的环形凹陷和环形凸起；

所述抽水泵设置在所述出水口出，当启动所述抽水泵后，冷水由所述进水口流入后，流经若干所述环形凹陷和所述环形凸起的表面，最后从所述出水口排出。

2.如权利要求1所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，所述环形凹陷的横断面为半圆，所述环形凸起的横断面为半圆。

3.如权利要求1所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，所述冷却块的下端还设置有若干凹槽。

4.如权利要求1所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，还包括两块支撑板，两块所述支撑板分别设置在所述集成电路板和所述透光板之间的左右两端；两块所述支撑板的上端和所述透光板连接，下端和所述集成电路板连接。

5.如权利要求1所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，所述聚焦透镜为非球面透镜、自聚焦透镜和锥面镜的其中一种。

6.如权利要求5所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，当所述聚焦透镜为非球面透镜时，所述透光板和所述聚焦透镜的材质同为PMMA,PC或者有机玻璃。

7.如权利要求1所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，所述激光光源为晶体二极管。

8.如权利要求1所述的带水冷组件的微透镜阵列的集成半导体激光直接成像装置，其特征在于，所述控制系统为芯片处理器。

Images