本發(fā)明屬于光電領(lǐng)域，具體涉及用于半導(dǎo)體激光器二維疊層散熱的熱沉、其制備方法及其在半導(dǎo)體激光器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器二維疊層陣列可輸出高功率激光，在工業(yè)、醫(yī)療、通信、軍事等領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用，及時(shí)消散其工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可以提高輸出功率、增加波長(zhǎng)穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命，因此如何高效的散熱一直是半導(dǎo)體激光器研究領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)。

但是高效的散熱常常意味著復(fù)雜的加工和昂貴的價(jià)格，散熱成本幾乎占據(jù)了高功率半導(dǎo)體激光器造價(jià)的一半，因此熱沉設(shè)計(jì)不僅要能保證有效的散熱，還要考慮盡可能的降低成本才能實(shí)現(xiàn)較高的市場(chǎng)占有率。因此如何簡(jiǎn)化熱沉制作工藝、降低價(jià)格對(duì)于高功率半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種熱沉，以解決熱沉制備成本高，熱沉散熱效率低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熱沉，包括獨(dú)立制作的散熱小通道層、回水通道層和底座，其中，

所述底座頂部部分區(qū)域向下開(kāi)設(shè)有容納所述散熱小通道層的第一凹槽，所述第一凹槽的部分區(qū)域進(jìn)一步向下開(kāi)設(shè)有容納所述回水通道層的第二凹槽，從所述底座的底部開(kāi)設(shè)一貫穿至所述第一凹槽的第一通孔以及開(kāi)設(shè)一貫穿至所述第二凹槽的第二通孔；

所述回水通道層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)由回水通道層底部貫穿至其頂部的連通所述第二通孔的第三通孔，所述回水通道層頂部向下開(kāi)設(shè)有至少一個(gè)回水通道層凹槽，各回水通道層凹槽與所述第三通孔之間通過(guò)多個(gè)通道連通；

所述散熱小通道層底部開(kāi)設(shè)有一個(gè)連接第一通孔的第三凹槽和至少一個(gè)散熱小通道層凹槽，各散熱小通道層凹槽與第三凹槽之間通過(guò)多個(gè)通道連通。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，所述散熱小通道層和回水通道層通過(guò)焊接方式固定于底座上。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，所述散熱小通道層凹槽與回水通道層凹槽為矩形凹槽。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，所述散熱小通道層、回水通道層和底座的材料均為金屬銅。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，所述散熱小通道層和回水通道層中開(kāi)設(shè)的多個(gè)通道為矩形通道。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，所述矩形通道通過(guò)線切割方法加工。

另外，本發(fā)明還提供一種制備熱沉的方法，所述方法包括如下步驟：

1)制備底座，在所述底座頂部部份區(qū)域向下開(kāi)設(shè)有容納所述散熱小通道層的第一凹槽，所述第一凹槽的部分區(qū)域進(jìn)一步向下開(kāi)設(shè)容納所述回水通道層的第二凹槽，從所述底座的底部開(kāi)設(shè)一貫穿至所述第一凹槽的第一通孔以及開(kāi)設(shè)一貫穿至所述第二凹槽的第二通孔；

2)制備回水通道層，在所述回水通道層開(kāi)設(shè)一個(gè)由底部貫穿至頂部的連通第二通孔的第三通孔，在所述回水通道層頂部向下開(kāi)設(shè)至少一個(gè)回水通道層凹槽，各回水通道層凹槽與所述第三通孔之間通過(guò)多個(gè)通道連通；

3)制備散熱小通道層，所述散熱小通道層底部開(kāi)設(shè)有一個(gè)連接第一通孔的第三凹槽和至少一個(gè)散熱小通道層凹槽，各散熱小通道層凹槽與第三凹槽之間通過(guò)多個(gè)通道連通。

4)在底座內(nèi)先后放入回水通道層和散熱小通道層，在三層結(jié)構(gòu)接觸的空隙處放入釬料，高溫加熱后完成組裝。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，在制備熱沉的方法中，所述散熱小通道層和回水通道層中開(kāi)設(shè)的多個(gè)通道通過(guò)線切割方式加工制成。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供一種以上任意所述一種所述熱沉在半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案，在上述應(yīng)用中，首先將半導(dǎo)體激光器的二維層疊陣列燒結(jié)在所述熱沉的頂部，然后將熱沉底部與冷卻裝置固定和連接，使冷卻介質(zhì)在熱沉內(nèi)流動(dòng)。

通過(guò)上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的熱沉及其制備方法具有如下有益效果：

(1)通過(guò)三層結(jié)構(gòu)的熱沉，提高散熱效果，為半導(dǎo)體器件尤其是半導(dǎo)體激光器二維疊層陣列提供有效散熱；

(2)采用分部制作，統(tǒng)一安裝的方式，解決了高功率半導(dǎo)體激光器熱沉加工復(fù)雜昂貴的問(wèn)題；

(3)通過(guò)采用線切割加工通道，相比化學(xué)腐蝕等復(fù)雜的圖形制作方法，既滿足精細(xì)度要求，又避免了復(fù)雜加工，降低了制作難度；

(4)通過(guò)采用釬焊焊接技術(shù)，整個(gè)組裝過(guò)程一次性完成，制作方法簡(jiǎn)單，且成本較低；

(5)通過(guò)散熱通道層和回水小通道層設(shè)置通道供冷卻介質(zhì)流動(dòng)，充分進(jìn)行了熱傳遞，有利于提高散熱效果。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖做詳細(xì)描述，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作方式，其中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1熱沉的散熱小通道層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1熱沉的回水通道層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1熱沉的底座的結(jié)構(gòu)頂部示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1熱沉的底座的結(jié)構(gòu)底部示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1熱沉組裝后的整體頂部示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1熱沉組裝后的整體底部示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種熱沉，包括獨(dú)立制作的散熱小通道層、回水通道層和底座，其中，

所述底座頂部部分區(qū)域向下開(kāi)設(shè)有容納所述散熱小通道層的第一凹槽，所述第一凹槽的部分區(qū)域進(jìn)一步向下開(kāi)設(shè)有容納所述回水通道層的第二凹槽，從所述底座的底部開(kāi)設(shè)一貫穿至所述第一凹槽的第一通孔以及開(kāi)設(shè)一貫穿至所述第二凹槽的第二通孔；

所述回水通道層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)由底部貫穿至頂部的連通所述第二通孔的第三通孔，所述回水通道層頂部向下開(kāi)設(shè)有至少一個(gè)回水通道層凹槽，各回水通道層凹槽與所述第三通孔之間通過(guò)多個(gè)通道連通；

所述散熱小通道層底部開(kāi)設(shè)有一個(gè)連接第一通孔的第三凹槽和至少一個(gè)散熱小通道層凹槽，各散熱小通道層凹槽與第三凹槽之間通過(guò)多個(gè)通道連通。

對(duì)于各層之間固定方式的選擇，優(yōu)選的采用物理或化學(xué)加工方法，更優(yōu)選的采用物理方法，最優(yōu)選的采用線切割加工方法制備。

對(duì)于凹槽的選擇，優(yōu)選的回水通道層凹槽和散熱小通道層凹槽的數(shù)量為1-5個(gè)，更優(yōu)選的是3個(gè)。

對(duì)于小通道的選擇，優(yōu)選的散熱小通道層和回水通道層內(nèi)的通道均為截面是長(zhǎng)方形的方形通道；更加優(yōu)選的通過(guò)線切割方式記性加工。

對(duì)于三層結(jié)構(gòu)材料的選擇，包括不限于現(xiàn)有技術(shù)中常用的散熱材料，優(yōu)選各層的材料均為金屬銅，更優(yōu)選的均為金屬紫銅。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例1，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

請(qǐng)參閱圖5和圖6所示，本發(fā)明提供一種三層小通道熱沉，其中包括：

一散熱小通道層1，該結(jié)構(gòu)的材料為金屬紫銅，該結(jié)構(gòu)的外形為長(zhǎng)方體，其尺寸為39mm×19mm×5mm。在距左側(cè)邊沿2mm、距上邊沿2mm處，開(kāi)散熱小通道層第一矩形槽1-1，槽深2mm，槽底矩形尺寸為15mm×2mm。在距右側(cè)邊沿3mm、距上邊沿2mm處，繼續(xù)開(kāi)散熱小通道層第二矩形槽1-2，槽深2mm，槽底矩形尺寸為15mm×7mm。在散熱小通道層第一矩形槽1-1和散熱小通道層第二矩形槽1-2之間切割15條矩 形小槽1-3，每條小槽尺寸為25mm×0.5mm×2mm，間距為1mm，所制備的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

一回水通道層2，該結(jié)構(gòu)的材料為金屬紫銅，該結(jié)構(gòu)外形為長(zhǎng)方體，其尺寸為22mm×19mm×5mm。在距結(jié)構(gòu)左側(cè)邊沿2mm、距上邊沿2mm處，開(kāi)一矩形通孔2-1，其橫截面尺寸為15mm×2mm。在距結(jié)構(gòu)右側(cè)邊沿3mm、距上邊沿2mm處，開(kāi)設(shè)回水通道層矩形槽2-2，槽深2mm，槽底矩形尺寸為15mm×7mm。在矩形通孔2-1和回水通道層矩形槽2-2之間切割15條矩形小槽2-3，每條矩形小槽尺寸為8mm×0.5mm×2mm，周期為1mm，所制備的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

一底座3，該底座3的材料為金屬紫銅，該底座3為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其尺寸為47mm×27mm×20mm，在頂面47mm×27mm中間開(kāi)一個(gè)尺寸為39mm×19mm的底座第一矩形槽3-1，槽深5mm。在底座第一矩形槽3-1底面上，以距右側(cè)邊沿7mm、距上邊沿9.5mm處為圓心，開(kāi)一直徑6mm的第一圓柱孔3-2，孔深15mm。在底座第一矩形槽3-1底面沿左側(cè)，開(kāi)一個(gè)與其寬度相同的底座第二矩形槽3-3，底面尺寸為22mm×19mm，槽深5mm。在底座第二矩形槽3-3底面上，以距右側(cè)邊沿7mm、距上邊沿9.5mm處為圓心。開(kāi)一直徑為6mm的第二圓柱孔3-4，孔深10mm。在底座3底面的四個(gè)角上分別開(kāi)四個(gè)螺紋孔3-5，孔直徑3.4mm，孔深10mm，孔圓心到臨近底座3底面邊線的距離分別為2.5mm，所制備的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。

本發(fā)明的組裝過(guò)程為，首先將加工好的回水通道層2對(duì)準(zhǔn)放入底座左側(cè)的底座第二矩形槽3-3中，令回水通道層2右側(cè)的回水通道層矩形槽2-2正對(duì)底座的第二圓柱孔3-4。然后將散熱小通道層1對(duì)準(zhǔn)放入底座3的底座第一矩形槽3-1中，令散熱小通道層1右側(cè)的散熱小通道層第二矩形槽1-2正對(duì)底座的第一圓柱孔3-2。然后采用釬焊方法焊接，即把釬料放在三層結(jié)構(gòu)接觸的空隙附近，放入高溫爐中加熱到稍高于釬料熔點(diǎn)溫度后，釬料借助毛細(xì)管作用被吸入和充滿熱沉的三層結(jié)構(gòu)空隙之間，冷凝后即可完成三層小通道熱沉的組裝。

在半導(dǎo)體激光器二維疊層陣列中的應(yīng)用：

實(shí)施例1所制備的熱沉工作過(guò)程為，首先將排列在過(guò)渡熱沉(如aln，beo等)上的半導(dǎo)體激光器二維疊層陣列燒結(jié)在圖5中熱沉頂部的中心位置，然后用螺釘將熱沉固定在通水底座上并與水冷機(jī)連接，在確保熱沉密封性良好的前提下，將熱沉底部的第二圓柱孔3-4與第一圓柱孔3-2同水冷機(jī)的水管連接構(gòu)成一個(gè)回路，使冷卻水在熱沉內(nèi)流動(dòng)，就可以及時(shí)帶走頂部激光器產(chǎn)生的熱量，從而實(shí)現(xiàn)有效的散熱。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。