[发明专利]一种应用于高功率半导体光源芯片的冷却热沉及叠阵

说明书

本发明涉及半导体光电子技术领域，具体涉及一种应用于高功率半导体光源芯片的冷却热沉及叠阵，解决了现有冷却热沉换热能力不佳以及热量传递没有导引措的问题。该冷却热沉包括自上而下相互层叠设置的上密封叠片、上冷却叠片、导流叠片、下冷却叠片和下密封叠片。上冷却叠片上设置第三入水口、第二出水口、第四镂空微结构；第四镂空微结构内，且与导流叠片上导流结构相对应的位置设有热量导引片；采用铜或金刚石或碳化硅制作的热量导引片采用铜或金刚石或碳化硅制作，包括N个等距排布的筋条，N个等距排布的细筋条构成了N+1个微形通道，筋条的宽度尺寸和微形通道的宽度尺寸均为0.10mm。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，具体涉及一种应用于高功率半导体光源芯片的冷却热沉及叠阵。

背景技术

随着半导体光源芯片的普及并大范围应用与科研、工业等行业，其参数性能也逐步提高。随着芯片的功率不断提高，使其发热量也大幅度增加，而发热量的增加不只关乎到能耗的问题，对芯片的可靠性及使用寿命也会产生影响，严重直接烧毁。因此搭配传热能力和效率更高的冷却热沉是一种有效的解决方法。

现有半导体光源芯片的冷却热沉设计，主要通过更改微通道结构，提升湍流流动状态，以增大换热系数，例如射流单孔设计，其设计及原理见图1至图3。该冷却热沉包括自上而下相互层叠设置的上密封叠片05、上冷却叠片04、导流叠片03、下冷却叠片02和下密封叠片01。下密封叠片01包括相互隔离的入水口06与出水口013；下冷却叠片02上设有与入水口06位置相对应的第一镂空微结构07，以及与出水口013位置相对应的第三镂空微结构012，且两者相互隔离，第一镂空微结构07内设有由若干个筋板构成宽度相同的若干个第一冷却通道08，第三镂空微结构012沿下冷却叠片02两侧延伸至第一冷却通道08，若干个第一冷却通道08的长度由中间区域向两边区域递减；导流叠片03上设有与第一冷却通道08位置相对应的若干个射流孔09、与第三镂空微结构012完全相同的第二镂空微结构011，以及与第一镂空微结构07位置相对应的第二入水口014，且三者相互隔离；上冷却叠片04包括相互隔离的第四镂空微结构015、第三入水口016和第二出水口017，第四镂空微结构015上设有由若干个筋板构成的第二冷却通道010，且与若干个射流孔09的位置相对应，第三入水口016和第二出水口017的位置分别对应于第二入水口014、第二镂空微结构011；上密封叠片05包括相互隔离的第四入水口018与第三出水口019。

冷却水的流动方向如图2所示，冷却水从下密封叠片01的入水口06进入第一镂空微结构07后经过第一冷却通道08，再通过射流孔09进入第二冷却通道010后，依次进入第四镂空微结构015、第二镂空微结构011与第三镂空微结构012，最终从出水口013流出。

但是上述热沉结构在使用过程中存在以下缺陷：

1、上述热沉结构主要通过提升内部水流湍流流动状态，增大换热系数。要想进一步降低温升需要更大的压强与流量，仅依靠改变流体流动状态提升换热能力有限，因此对于高功率芯片应用产生局限，同时上述热沉结构难以对芯片上的热量传递进行引导，芯片表面温度均匀分布不可调控。

2、如图3所示，导流叠片03顶部设置0.2mm*1.0mm射流孔09，由于是射流阵列，热量传递没有明显的导引措施，不可根据实际芯片表面的发热状况，对热量进行调整。

3、上述热沉结构的压力变化较大，冷却水在通过射流孔09时流通面积急剧减少，压力、流速急剧增大，会加速热沉结构的损坏，减少其寿命。

发明内容

本发明的目的是解决现有冷却热沉换热能力不佳以及热量传递没有导引措的问题，而提供一种应用于高功率半导体光源芯片的冷却热沉及叠阵。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种应用于高功率半导体光源芯片的冷却热沉，包括自上而下相互层叠设置的上密封叠片、上冷却叠片、导流叠片、下冷却叠片和下密封叠片；