[发明专利]一种用于半导体激光器的液体制冷片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光器制造领域，涉及一种制冷片，尤其是一种用于半导体激光器的液体制冷片及其制备方法。

背景技术

目前，功率电子器件在工业、国防等领域已经得到广泛的应用，市场需求巨大，发展前景极为广阔。随着电子器件功率的提高，其冷却器也在不断发展。功率电子器件的性能除了与芯片有关外，还与其封装和散热密切相关。为了提高功率电子器件的功率、可靠性和性能稳定性，降低生产成本，必须设计出高可靠性的封装结构和高效的散热结构。因此，设计和制备低成本、高效率的制冷器是十分必要的。

现有技术中，功率电子器件的封装形式有热传导冷却型(“Two-dimensional high-power laser diode arrays cooled by Funryu heatsink”.SPIE，vol.889，66-70(2000))和微通道液体制冷型(大功率半导体激光器迭阵的制备，中国发明专利，公开号为CN1402394A，2003.3.12)两种。以大功率半导体激光器为例，说明这两种封装形式。对于大块热沉而言，由于采用被动散热方式，容易产生器件温度上升，这将导致器件的寿命和可靠性下降等问题的产生。因此，用这种封装形式的器件，其输出功率一般只有几瓦到几十瓦，要想进一步扩展功率电子器件的功率就十分困难。

另一种现在已经商业化生产的微通道液体制冷器结构。虽然其采用主动散热，散热能力增强，使器件的功率得到很大的提高，但仍存在以下缺点：

1.使用和维护成本高：由于该制冷器的冷却液与电子器件正负极直接接触，因此在工作时必须使用高质量的去离子水作为冷却介质，以防止正负极导通。去离子水成本高，并且在使用时必须保持去离子水的低电导率，因此使用和维护成本很高。

2.加工难度大：微通道液体制冷器通常是由几层很薄的铜片层叠加工成型，内部的微通道大约为300微米，在制造过程中，需要对每一层铜片进行精确的加工，以使层叠后的微通道在液体流过时形成散热能力强的湍流。因此，微通道制冷器的精确加工是一个难点。

3.制造成本高：由于微通道制冷器的精密加工难度相当大，其制造成本也是非常高的。

4.使用寿命短：在功率电子器件的工作过程中，若冷却介质中存在杂质时，这些杂质很容易附着在微通道内壁上。这些杂质颗粒会引起微通道管壁的电化学腐蚀，严重时可能将微通道制冷器的管壁蚀穿，对器件的安全性造成极大地影响。这些都严重影响到功率电子器件的使用寿命。

5.密封要求高：由于微通道制冷器中冷却介质的流动空间非常狭小，因此容易产生多余的压力降，导致器件失效。

综上所述，热传导冷却型和微通道液体制冷型这两种封装形式都不能够完全满足大功率半导体激光器的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种能够满足半导体激光器使用要求的高效液体制冷片，并有效降低其制造和使用成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种用于半导体激光器的液体制冷片，包括制冷片主体，所述制冷片主体为多边形片状，制冷片主体的中部垂直开设有固定通孔，制冷片主体上垂直设有入液通孔和出液通孔，所述入液通孔内设有散热翅片，所述制冷片主体在靠近入液通孔的一端设有芯片安装区。

上述制冷片主体的材质为金属、陶瓷、金刚石或者铜和金刚石的复合材料。

上述矩形片状的制冷片主体的厚度为1.6mm。

上述固定通孔的直径为3.5mm；所述入液通孔的直径为5.5mm；所述出液通孔的直径为5.5mm。

上述散热翅片为固定于入液通孔内的若干条金属片。

上述散热翅片为设于入液通孔内的蜂窝状制冷片。

一种上述液体制冷片的制备方法，具体包括以下步骤：

1)首先加工矩形片状的制冷片主体，并将其表面抛光，在其上制备固定通孔和出液通孔；

2)在制冷片主体上加工入液通孔和散热翅片，在制冷片主体距离入液通孔近的一端预留芯片安装区；

3)在出液通孔和入液通孔上端加工沉孔，完成液体制冷片的制作。

上述入液通孔和散热翅片成一体加工成型，所述散热翅片为一片或一片片以上。

本发明具有以下有益效果：

(1)使用和维护简单：该制冷片没有微通道结构，而是采用散热翅片结构，对制冷液颗粒度要求不高，仅使用工业用水即可正常工作。

(2)制作简单、制作成本低：本发明的主要部件包括矩形片状的散热器主体和散热翅片，结构非常简单，易于机械加工，从而有效降低了制作成本。