KR101618747B1 - Apparatus for cooling substrate mounted with lajer diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수냉 순환식의 냉각방식을 가지는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cooling apparatus for a substrate on which a laser diode is mounted, and more particularly to a cooling apparatus for a substrate on which a laser diode having a cooling system of a water-cooling circulation type is mounted.
레이저 다이오드는 레이저 동작을 시키기 위한 전극을 2개 가지고 있는 반도체 레이저를 말한다.A laser diode is a semiconductor laser having two electrodes for laser operation.
즉, 레이저 다이오드는 반도체로 만들어지는 레이저이다.That is, the laser diode is a laser made of a semiconductor.
레이저 다이오드의 특징은, 소자 자체가 수백 ㎛각(角) 정도의 크기와 소형으로서 구동전력이 작아 가하는 전류에 의해 레이저광을 직접 변조할 수 있고, 반도체 재료의 선택 조합에 의하여 가시(可視)에서 적외에 미치는 발광파장을 얻게 되는 것 등이다.The characteristic of the laser diode is that the device itself can directly modulate the laser beam by a current having a small size and a small driving power with a size of about several hundreds of micrometers (square), and by the selective combination of semiconductor materials, And the light emitting wavelengths exerted by the enemy are obtained.
레이저 다이오드의 동작원리 특징은, 유도방출의 과정이 전도대(傳導帶)와 가전자대(價電子帶) 혹은 불순물대간의 천이에 의하여 행해지고, 여기방법은 광여기(光勵起), 전자 빔여기, 주입(注入)여기 등이 있고, 패브리ㆍ페로 공진기를 구성하는 반사경은 결정의 벽개면(壁開面)을 이용하여 구성할 수 있다는 점이다.The operation principle of the laser diode is characterized in that the process of induced emission is performed by a transition between a conduction band and a valence band or between impurity regions. The excitation method includes optical excitation, electron beam excitation, (Injection) excitation, and the reflector constituting the Fabry-Perot resonator can be constituted by using the cleavage plane of the crystal.
레이저 다이오드의 재료로서는 Ga, As1-x, Px, Alx, Ga1-xAs, In1-x GaxAs 등, Ⅲ-V 화합물을 중심으로 하여 다양한 것이 있다.As the material of the laser diode, there are various materials such as Ga, As1-x, Px, Alx, Ga1-xAs, and In1-x GaxAs.
도 1에는 일반적인 레이저 다이오드의 패키지 구조가 도시되어 있다.Fig. 1 shows a package structure of a general laser diode.
도 1에 도시한 레이저 다이오드가 별도의 제어부에 의해 제어되는 경우 상기 제어부와 함께 기판에 설치되는 경우가 보통이다.When the laser diode shown in FIG. 1 is controlled by a separate control unit, it is usually installed on a substrate together with the control unit.
그런데, 레이저 다이오드에서 발생되는 열이 매우 높기 때문에 기판 주변의 부품에 열적인 악영향을 줄 수 있고 레이저 다이오드의 효율 및 수명도 저하하는 원인이 되었다.However, since the heat generated by the laser diode is very high, it may adversely affect the components around the substrate, and the efficiency and lifetime of the laser diode may be deteriorated.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 내부에 수로관이 형성된 냉각블록 등을 결합하여 해결하는 방법 등이 채택된다.In order to solve such a problem, conventionally, a method of solving the problem by coupling a cooling block or the like having a water pipe therein is adopted.
그러나, 냉각장치의 조립구조가 복잡하고 냉각의 균일성이 떨어지는 단점이 있었다.However, there is a disadvantage that the assembling structure of the cooling device is complicated and the uniformity of cooling is low.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 수냉 순환식의 냉각구조를 채택함으로써 조립구조가 간단하고 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각을 균일하게 수행할 수 있는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser diode And to provide a cooling apparatus for a mounted substrate.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치는,In order to achieve the above object, a cooling apparatus for a substrate on which a laser diode according to the present invention is mounted,
레이저 다이오드가 실장된 기판의 바닥에 설치된 방열판;A heat sink provided on the bottom of the substrate on which the laser diode is mounted;
상기 방열판으로부터 상기 기판의 반대쪽으로 연장 형성되는 복수의 방열핀; 및,A plurality of radiating fins extending from the heat sink to the opposite side of the substrate; And
상기 방열판과 방열핀을 냉각시켜서 상기 기판을 냉각하는 냉각수 순환 유닛을 포함하되,And a cooling water circulation unit for cooling the heat dissipation plate and the heat dissipation fin to cool the substrate,
상기 냉각수 순환 유닛은, 상기 복수의 방열핀들 사이를 접촉하면서 통과하는 냉각 팩;Wherein the cooling water circulation unit includes: a cooling pack which passes through the plurality of radiating fins while contacting with each other;
상기 냉각 팩의 양단과 연통하며 루프형으로 형성되어 냉각액이 순환식으로 유동하기 위한 냉각액 유동 통로;A coolant flow passage communicating with both ends of the cooling pack and formed in a loop shape so that the coolant flows in a circulating manner;
상기 유동 통로에 형성된 펌프 및 냉각 코일; 및,A pump and a cooling coil formed in the flow passage; And
상기 냉각 코일에 송풍하는 냉각팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a cooling fan for blowing air to the cooling coil.
상기 냉각 팩은 복수 개가 상하로 연결되는 동시에, 전후방향으로 복수 개의 열로 배치되며, 상기 복수 개의 열 사이에는 상기 방열핀이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
A plurality of the cooling packs are vertically connected to each other and are arranged in a plurality of rows in the front-rear direction, and the radiating fins are inserted between the plurality of rows.
상기 냉각 팩의 길이 방향을 따라 복수의 냉각용 연통공이 전후방향으로 관통되되, 상기 방열핀이 상기 냉각용 연통공을 가로질러 배치되는 것을 특징으로 한다.
Wherein a plurality of cooling communication holes are passed in the longitudinal direction along the longitudinal direction of the cooling pack, and the cooling fins are arranged across the cooling communication hole.
상기 방열핀의 측면으로부터 돌출되어 상기 냉각용 연통공을 관통하여 연장되는 보조 방열핀이 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
And an auxiliary radiating fin projecting from a side surface of the radiating fin and extending through the cooling communication hole is further formed.
전후방향을 따라 복수 개의 열로 배치된 냉각 팩은 상기 전후방향으로 연장되며 좌우방향을 따라 복수 개 배치되는 연결선에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
And the cooling packs arranged in a plurality of rows along the front-rear direction are connected to each other by a plurality of connection lines extending in the front-rear direction and arranged in the left-right direction.
상기 방열핀의 단부에는 상기 방열핀의 길이방향과 수직하게 확장되는 방열편이 설치되는 것을 특징으로 한다.
And a heat dissipating piece extending perpendicularly to a longitudinal direction of the heat dissipating fin is installed at an end of the heat dissipating fin.
상기 복수의 냉각 팩 각각의 단부에는 연결 통로가 형성되어 있으며, 상기 연결 통로와 상기 냉각액 유동 통로의 단부 사이에는 냉각액을 임시 저장하기 위한 집수부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
A connection passage is formed at an end of each of the plurality of cooling packs and a collecting portion for temporarily storing the cooling liquid is formed between the connection passage and the end portion of the cooling liquid flow passage.
상기 냉각 팩과 상기 방열핀을 향하는 보조 냉각팬이 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.
And an auxiliary cooling fan directed to the cooling pack and the radiating fin is additionally provided.
상기 냉각 팩, 방열판, 방열핀, 집수부, 및 연결 통로를 수용하는 하우징이 추가로 설치되며, 상기 냉각 코일과 송풍 팬은 상기 하우징의 외부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
A housing for accommodating the cooling pack, the heat radiating plate, the radiating fin, the collecting portion, and the connection passage is additionally provided, and the cooling coil and the blowing fan are installed outside the housing.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면 수냉 순환식의 냉각구조를 채택함으로써 조립구조가 간단하고 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각을 균일하게 수행할 수 있다는 이점이 있다.
According to the present invention having the above-described configuration, it is advantageous that the assembly structure is simple and the cooling of the substrate on which the laser diode is mounted can be performed uniformly by adopting the water-cooled circular cooling structure.
도 1은 전형적인 레이저 다이오드의 구조를 나타내는 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 요부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 요부를 나타내는 측단면도이다.1 is an exploded perspective view showing a structure of a typical laser diode.
2 is a perspective view showing a cooling apparatus for a substrate on which a laser diode is mounted according to the present invention.
3 is an exploded perspective view showing the main part of Fig.
4 is a side cross-sectional view showing the main part of Fig.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 attached hereto.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치(1000)는, 레이저 다이오드(10)가 실장된 기판(20)의 바닥에 설치된 방열판(100), 상기 방열판(100)으로부터 상기 기판(20)의 반대쪽으로 연장 형성되는 복수의 방열핀(110) 및, 상기 방열판(100)과 방열핀(110)을 냉각시켜서 상기 기판(20)을 냉각하는 냉각수 순환 유닛(300)을 포함한다.2 to 4, a
상기 냉각수 순환 유닛(300)은, 상기 복수의 방열핀(110)들 사이를 접촉하면서 통과하는 냉각 팩(310), 상기 냉각 팩(310)의 양단과 연통하며 루프형으로 형성되어 냉각액이 순환식으로 유동하기 위한 냉각액 유동 통로(320), 상기 유동 통로(320)에 형성된 펌프(330)와 냉각 코일(340) 및, 상기 냉각 코일(340)에 송풍하는 냉각팬(350)을 포함한다.The cooling
상기 냉각액 유동 통로(320)에는 물이나 알코올 등의 냉각액이 채워진다.The
특히, 상기 냉각 팩(310)이 복수 개의 방열핀(110)들 사이를 접촉하면서 통과하기 때문에 열전도 효과가 높아진다.Particularly, since the
즉, 냉각 팩(310)과 냉각 팩(310) 사이에 방열핀(110)이 접촉 개재되므로 확실한 방열이 가능하게 된다.That is, since the
특히, 상기 냉각 팩(310)은 복수 개가 상하방향(도 3 참조)으로 연결되는 동시에, 전후방향으로 복수 개의 열로 배치되며, 상기 복수 개의 열 사이에는 상기 방열핀(110)이 삽입되도록 할 수 있다.In particular, a plurality of the
상기 냉각 팩(310)이 상하 방향으로 분할되어 있기 때문에 상기 냉각액 유동 통로(320)로부터의 냉각액이 분리되어 상기 냉각 팩(310)에 유입될 수 있고, 이에 따라 한층 균일한 냉각이 가능하게 된다.Since the
즉, 상하 방향으로 일체로 형성된 냉각 팩(310) 구조의 경우 상하방향 유동에 의해 상하 온도 차이가 있을 수 있으나, 냉각액이 상하방향으로 초기부터 분리되어 유입되도록 하면 상하로 혼합되는 것이 방지되어 냉각액이 한층 균일한 온도로 유지될 수 있다.That is, in the case of the structure of the
한편, 상기 복수의 냉각 팩(310) 각각의 양단에는 연결 통로(370',370")가 각각 형성되어 있고, 상기 연결 통로(370',370")와 냉각액 유동 통로(320)의 단부 사이에는 냉각액을 임시 저장하기 위한 집수부(360',360")가 형성되도록 할 수 있다.In the meantime, connecting passages 370 'and 370' 'are formed at both ends of each of the plurality of
이와 같이 구성하면, 집수부(360',360")에 일단 냉각액이 임시로 모이기 때문에 시간과 집수부의 장소에 따른 온도의 불균일을 최대한 방지할 수 있고, 이렇게 균일한 온도로 유지된 상태에서 냉각액이 상기 연결 통로(370',370")를 통해 냉각 팩(310)에 유입되므로 복수의 냉각 팩(310) 전체에 걸쳐서 균일한 온도를 유지할 수 있게 된다.With this configuration, since the cooling liquid temporarily collects in the
또한, 상기 냉각 팩(310)의 길이 방향을 따라 복수의 냉각용 연통공(311)이 전후방향으로 관통되되, 상기 방열핀(110)이 상기 냉각용 연통공(311)을 가로질러 배치될 수 있다.A plurality of
이와 같이 구성하면 후술하는 보조 냉각팬(351)에 의한 바람이 상기 냉각용 연통공(311)을 통과하면서 대류 냉각의 효과를 작용시킬 수 있으므로 방열핀(110)을 한층 효과적으로 냉각하는 것이 가능하게 된다.With this configuration, a wind by the
한편, 전후방향을 따라 복수 개의 열로 배치된 냉각 팩(310)은 상기 전후방향으로 연장되며 좌우방향을 따라 복수 개 배치되는 연결선(312)에 의해 서로 연결되어 서로 분리되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.It is preferable that the
상기 연결선(312)은 상하로 복수 개 설치되어 냉각 팩(310)의 견고한 결합이 가능하게 할 수 있다.A plurality of the
또한, 상기 방열핀(110)의 측면으로부터 돌출되어 상기 냉각용 연통공(311)을 관통하여 연장되는 보조 방열핀(111)을 형성함으로써 방열 효과를 한층 높이고 냉각 팩(310)이 분리되는 것을 방지할 수 있다.Further, by forming the auxiliary radiating
상기 보조 방열핀(111)을 상기 방열핀(110)에 대하여 착탈이 가능하게 결합하면 냉각 팩(310)의 조립작업을 한층 편리하게 수행할 수 있다.When the
또한, 상기 방열핀(110)의 단부에는 플레이트 형태의 방열편(112)이 설치되어 방열효과를 높이는 동시에 냉각 팩(310)의 이탈을 방지하도록 할 수 있다.In addition, a plate-shaped
전술한 바와 같이, 상기 냉각 팩(310)과 상기 방열핀(110)을 향하는 보조 냉각팬(351)이 설치되어 있어, 바람이 상기 냉각용 연통공(311)을 통과하면서 대류 냉각의 효과를 작용시킬 수 있으므로 방열핀(110)을 한층 효과적으로 냉각하는 것이 가능하게 된다.As described above, the
상품화 및 다른 부품의 보호를 위해, 상기 냉각 팩(310), 방열판(100), 방열핀(110), 집수부(360',360"), 및 연결 통로(370',370")를 수용하는 케이스(미도시)가 추가로 설치될 수 있으며, 상기 냉각 코일(340)과 송풍 팬(350)은 상기 케이스의 외부에 설치되도록 하여 냉각액의 냉각효과를 높이도록 하는 것이 바람직하다.
A case for housing the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 전술한 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 또는 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, Changes or modifications may be made.
10... 레이저 다이오드
20... 기판
100... 방열판
110... 방열핀
111... 보조 방열핀
300... 냉각수 순환 유닛
310... 냉각 팩
311... 냉각용 연통공
320... 냉각액 유동 통로
340... 냉각 코일
350... 냉각팬
360', 360"... 집수부
370',370"... 연결 통로10 ... laser diode
20 ... substrate
100 ... heat sink
110 ... heat sink fin
111 ... auxiliary radiating fin
300 ... Cooling water circulation unit
310 ... cooling pack
311 ... cooling communication hole
320 ... coolant flow passage
340 ... cooling coil
350 ... cooling fan
360 ', 360 "... <
370 ', 370' ... connection passage
Claims (9)
상기 방열판으로부터 상기 기판의 반대쪽으로 연장 형성되는 복수의 방열핀; 및,
상기 방열판과 방열핀을 냉각시켜서 상기 기판을 냉각하는 냉각수 순환 유닛을 포함하되,
상기 냉각수 순환 유닛은, 상기 복수의 방열핀들 사이를 접촉하면서 통과하는 냉각 팩;
상기 냉각 팩의 양단과 연통하며 루프형으로 형성되어 냉각액이 순환식으로 유동하기 위한 냉각액 유동 통로;
상기 유동 통로에 형성된 펌프 및 냉각 코일; 및,
상기 냉각 코일에 송풍하는 냉각팬을 포함하되,
상기 냉각 팩은 복수 개가 상하로 연결되는 동시에, 전후방향으로 복수 개의 열로 배치되며, 상기 복수 개의 열 사이에는 상기 방열핀이 삽입되고,
상기 냉각 팩의 길이 방향을 따라 복수의 냉각용 연통공이 전후방향으로 관통되되, 상기 방열핀이 상기 냉각용 연통공을 가로질러 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
A heat sink provided on the bottom of the substrate on which the laser diode is mounted;
A plurality of radiating fins extending from the heat sink to the opposite side of the substrate; And
And a cooling water circulation unit for cooling the heat dissipation plate and the heat dissipation fin to cool the substrate,
Wherein the cooling water circulation unit includes: a cooling pack which passes through the plurality of radiating fins while contacting with each other;
A coolant flow passage communicating with both ends of the cooling pack and formed in a loop shape so that the coolant flows in a circulating manner;
A pump and a cooling coil formed in the flow passage; And
And a cooling fan for blowing air to the cooling coil,
Wherein a plurality of the cooling packs are vertically connected to each other and are arranged in a plurality of rows in the front-rear direction, the radiating fins are inserted between the plurality of rows,
Wherein a plurality of cooling communication holes are passed in the longitudinal direction along the longitudinal direction of the cooling pack, and the cooling fins are arranged across the cooling communication hole.
상기 방열핀의 측면으로부터 돌출되어 상기 냉각용 연통공을 관통하여 연장되는 보조 방열핀이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
The method according to claim 1,
And an auxiliary radiating fin projecting from a side surface of the radiating fin and extending through the cooling communication hole are further formed.
전후방향을 따라 복수 개의 열로 배치된 냉각 팩은 상기 전후방향으로 연장되며 좌우방향을 따라 복수 개 배치되는 연결선에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cooling packs arranged in a plurality of rows along the front-rear direction are connected to each other by a plurality of connection lines extending in the front-rear direction and arranged in the left-right direction.
상기 방열핀의 단부에는 상기 방열핀의 길이방향과 수직하게 확장되는 방열편이 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
5. The method of claim 4,
And a heat dissipating piece extending perpendicularly to the longitudinal direction of the heat dissipating fin is installed at an end of the heat dissipating fin.
상기 복수의 냉각 팩 각각의 단부에는 연결 통로가 형성되어 있으며, 상기 연결 통로와 상기 냉각액 유동 통로의 단부 사이에는 냉각액을 임시 저장하기 위한 집수부가 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
The method according to claim 1,
Wherein a cooling passage is formed at an end of each of the plurality of cooling packs and a collecting portion for temporarily storing a cooling liquid is formed between the connecting passage and an end of the cooling liquid flow passage. Device.
상기 냉각 팩과 상기 방열핀을 향하는 보조 냉각팬이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
8. The method of claim 7,
And an auxiliary cooling fan facing the cooling pack and the radiating fin is additionally provided.
상기 냉각 팩, 방열판, 방열핀, 집수부, 및 연결 통로를 수용하는 하우징이 추가로 설치되며, 상기 냉각 코일과 송풍 팬은 상기 하우징의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드가 장착된 기판의 냉각장치.
8. The method of claim 7,
Wherein a housing for accommodating the cooling pack, the heat radiating plate, the radiating fin, the collecting portion, and the connection passage is additionally provided, and the cooling coil and the blowing fan are installed outside the housing. Device.
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KR1020140173515A KR101618747B1 (en) | 2014-12-05 | 2014-12-05 | Apparatus for cooling substrate mounted with lajer diode |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113851913A (en) * | 2021-09-08 | 2021-12-28 | 广西宝烨信息技术有限公司 | Temperature control structure of fiber laser and fiber laser |
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2014
- 2014-12-05 KR KR1020140173515A patent/KR101618747B1/en not_active IP Right Cessation
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