[发明专利]一种用于半导体激光器的液体制冷器

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器制造领域，涉及一种液体制冷器，尤其是一种适用于大功率半导体激光器的液体制冷器。

背景技术

随着半导体激光器的输出功率、电光转换效率、可靠性和性能稳定性不断提高，大功率半导体激光器在工业，医疗和军事中的应用更加广泛，市场需求巨大，发展前景广阔。激光器的性能除了与芯片有关外，还与激光器的散热和封装有关。为了提高激光器的可靠性和稳定性，降低生产成本，设计高效的散热结构是必须的。此外，还要求封装结构设计和制造简单成本低、散热效率高。

目前，大功率半导体激光器已经有商业化产品出现，这类激光器的散热主要有微通道液体制冷型、液体制冷型和传导冷却型三种，这三种冷却方式均存在不足，列举如下：1).微通道液体制冷器使用和维护成本高。通常情况下微通道是由高导热性金属，常用的如铜制做而成，而制冷器的冷却液与激光器正负极直接接触，因此在工作时必须使用高质量的去离子水作为冷却介质，防止正负极导通。去离子水作为冷却介质成本高，并且必须采用低电导率的去离子水，因此使用和维护成本很高。

2).微通道液体制冷器加工难度大、制造成本高、使用寿命短。微通道液体制冷器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，由于微通道制冷器的精密加工难度相当大，导致其制造成本非常高。而微通道制冷器中冷却介质的流动空间非常狭小，容易产生多余的压力降，密封条件恶劣，导致微通道制冷器使用寿命缩短。此外，激光器工作的过程中，若冷却介质(通常为去离子水)中存在杂质时，这些杂质很容易附着在微通道内壁上，从而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，既对激光器的安全性造成极大的影响，从而影响激光器的使用寿命。

3).普通液体制冷器制冷效果差。这种制冷器主要依靠中间或近热源一侧的贯通通道进行散热，散热面积有限，且其内部冷却介质不能有效形成湍流，对流换热系数低，因此不能高效地将激光器芯片产生的热量带走，制冷效果差。

4).传导制冷器主要通过高导热率金属或者其他导热性较好的材料进行传导散热，散热能力有限，制约了激光器的功率扩展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于半导体激光器的液体制冷器，这种液体制冷器采用液体结合翅片的散热方式，通过改变液体通道形式，增大散热面积，增加液体流动中的湍流，达到提高散热能力和延长使用寿命的目的。且该液体制冷器不需要使用去离子水作为冷却介质，因此降低了使用成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：这种用于半导体激光器的液体制冷器，包括制冷器主体，所述制冷器主体的上端为一安装平面，所述安装平面上平行开设有一条或多条预留通道，预留通道内的一端设有进水口，另一端设有出水口，预留通道的底部设有卡座，卡座上插设有散热翅片组件，所述散热翅片组件由连接盖板和固定排列于连接盖板下侧面的翅片阵列组成，翅片阵列伸进预留通道内且下端插在卡座上，连接盖板与预留通道组成密封的散热通道。

上述制冷器主体为矩形块状，所述预留通道的进水口和出水口分别通过设于制冷器主体内的冷却液通道连通至制冷器主体两端的侧壁上。

上述散热翅片组件的翅片阵列是由多个相互平行的条形片状翅片组成，所述条形片状翅片垂直固定于连接盖板上；所述卡座上设有多条与翅片阵列的条形片状翅片下端对应的凹槽，所述多个条形片状翅片的下端分别插于卡座的各凹槽中。

上述散热翅片组件的翅片阵列是由多个垂直阵列于连接盖板上的柱状体组成，所述卡座上设有多个与翅片阵列的柱状体下端对应的固定孔，所述多个柱状体的下端分别插于卡座的各固定孔中。

本发明的一个优选实施方案为：以上所述组成翅片阵列的多个柱状体的横截面为圆形，所述卡座上的固定孔为圆孔，圆孔的内径与柱状体的外径相同。

本发明的另一优选实施方案为：以上所述组成翅片阵列的多个柱状体的横截面为多边形，所述卡座上固定孔的孔截面形状与对应的柱状体横截面形状相适应。

以上所述连接盖板和翅片阵列为一体式结构。

上述连接盖板的外侧面与安装平面平齐，所述安装平面上垂直开设有多组用于固定巴条的螺丝孔。

本发明的优选方案中，制冷器主体选用的材料为导热率高的金属或陶瓷。