本發(fā)明屬于激光器封裝散熱，尤其涉及一種高效散熱蝶形封裝管殼。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體激光器是光電子科學(xué)的核心技術(shù)之一，也是信息時(shí)代最重要的光源之一，在通信、傳感、探測(cè)、醫(yī)療、工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)半導(dǎo)體激光器的特性和應(yīng)用場(chǎng)景的需求，半導(dǎo)體激光器具有多種封裝形式，如to封裝、c-mount封裝、蝶形封裝、塑料封裝和陶瓷封裝等。其中，蝶形封裝是一個(gè)集封裝、保護(hù)、散熱和連接于一體的綜合性結(jié)構(gòu)，具有空間大、設(shè)計(jì)靈活、引腳多、結(jié)構(gòu)緊湊等顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。蝶形封裝作為一種功能全面、性能穩(wěn)定的封裝形式，在光通信、光傳感、光探測(cè)等眾多領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。通常，蝶形封裝采用金屬或陶瓷制成的具有封閉結(jié)構(gòu)的立方體管殼，引腳均勻分布在管殼兩側(cè)壁，具有透明的光學(xué)窗口或允許光纖插入的管口。典型的蝶形封裝具有14針引腳，允許管殼內(nèi)裝置半導(dǎo)體激光器、熱敏電阻、半導(dǎo)體制冷器、光探測(cè)器和光學(xué)透鏡、電感等元件。

2、半導(dǎo)體激光器在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果熱量不能及時(shí)的進(jìn)行傳遞，降低芯片溫度，則會(huì)影響激光器的功率以及使用壽命，因此，散熱結(jié)構(gòu)是封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，旨在通過(guò)有效地耗散器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量來(lái)保障器件的穩(wěn)定性和可靠性。目前，激光器采用的散熱方法有被動(dòng)散熱、風(fēng)冷散熱、液冷散熱以及半導(dǎo)體制冷器散熱等，由于半導(dǎo)體激光器體積小，蝶形封裝管殼的內(nèi)部空間有限，基本采用被動(dòng)散熱或半導(dǎo)體制冷器散熱的方式。蝶形封裝管殼的散熱設(shè)計(jì)通常包括材料設(shè)計(jì)、內(nèi)部熱管理設(shè)計(jì)和外部二級(jí)散熱設(shè)計(jì)。內(nèi)部熱管理設(shè)計(jì)是在管殼內(nèi)部通過(guò)引入一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體制冷器或在管殼內(nèi)部引入被動(dòng)散熱的熱沉結(jié)構(gòu)對(duì)半導(dǎo)體激光芯片產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱管理，兩種方法均可將激光器產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移至管殼底板部分；材料設(shè)計(jì)是選用具有高熱導(dǎo)率的金屬或陶瓷作為熱傳輸路徑上的管殼底板材料，再通過(guò)增大接觸面積提高熱傳導(dǎo)量，有效將激光器產(chǎn)生的熱量從管殼內(nèi)部傳導(dǎo)到外部；外部二級(jí)散熱設(shè)計(jì)是在管殼外部設(shè)置風(fēng)冷、液冷、半導(dǎo)體制冷器等散熱器件，對(duì)管殼進(jìn)行二級(jí)散熱，提高散熱量，在液冷和半導(dǎo)體制冷器制冷的方案中，通過(guò)機(jī)械固定方式使管殼底板與散熱體緊密接觸，將管殼內(nèi)部產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出。

3、對(duì)于高輸出功率和高溫控精度的半導(dǎo)體激光器，被動(dòng)散熱或風(fēng)冷等散熱方式無(wú)法滿足散熱需求和溫度控制需求，管殼內(nèi)通常采用高制冷功率的半導(dǎo)體制冷器。帶有半導(dǎo)體制冷器的蝶形封裝半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的散熱路徑一般依次是半導(dǎo)體激光芯片、高熔點(diǎn)焊料、陶瓷熱沉、低熔點(diǎn)焊料、半導(dǎo)體制冷器、低熔點(diǎn)焊料，存在散熱路徑較長(zhǎng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配過(guò)程復(fù)雜、成本較高等問(wèn)題，且長(zhǎng)時(shí)間工作形成的熱積累容易使低熔點(diǎn)焊料區(qū)產(chǎn)生空洞、開(kāi)裂等問(wèn)題，影響器件的穩(wěn)定性和可靠性。在管殼外部還需設(shè)計(jì)二級(jí)散熱和三級(jí)散熱等外部散熱結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)體積龐大、總功耗高，且通過(guò)外部散熱結(jié)構(gòu)與管殼底板之間為硬接觸，接觸面易存在虛接觸和翹曲變形，從而導(dǎo)致散熱效率低，器件的可靠性和穩(wěn)定性差。此外，在高溫的應(yīng)用環(huán)境下，環(huán)境溫度會(huì)間接影響管殼內(nèi)部的溫度，從而對(duì)器件特性造成影響，現(xiàn)有的蝶形封裝管殼的散熱設(shè)計(jì)無(wú)法降低環(huán)境溫度對(duì)器件的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種帶有液冷散熱通道的高效散熱蝶形封裝管殼，以簡(jiǎn)化管殼內(nèi)部的散熱結(jié)構(gòu)，縮短散熱路徑，并降低封裝難度。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種高效散熱蝶形封裝管殼，包括至少一個(gè)管殼底板和四個(gè)管殼側(cè)板，四個(gè)管殼側(cè)板圍成腔體固定在管殼底板上，在每個(gè)管殼底板內(nèi)及至少一個(gè)管殼側(cè)板內(nèi)分別形成有相連通的散熱通道入口、散熱通道出口、液冷散熱通道。

4、進(jìn)一步的，管殼底板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口以及管殼側(cè)板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口分別與兩臺(tái)制冷設(shè)備的進(jìn)液孔和出液孔相連通；或者管殼底板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口與一臺(tái)制冷設(shè)備的進(jìn)液孔和出液孔相連通，管殼側(cè)板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口與管殼底板內(nèi)的液冷散熱通道相連通。

5、進(jìn)一步的，管殼底板上的散熱通道入口和散熱通道出口位于同一平面或不同平面。

6、進(jìn)一步的，當(dāng)管殼側(cè)板上的散熱通道入口和散熱通道出口未與管殼底板上的液冷散熱通道相連通時(shí)，管殼側(cè)板上的散熱通道入口和散熱通道出口位于同一平面或不同平面。

7、進(jìn)一步的，管殼底板內(nèi)及管殼側(cè)板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口通過(guò)金屬轉(zhuǎn)接件與外部通水管連接或直接與通水散熱底板連接；散熱通道入口與金屬轉(zhuǎn)接件之間、散熱通道出口與金屬轉(zhuǎn)接件之間、金屬轉(zhuǎn)接件與外部通水管之間分別采用密封膠或密封帶進(jìn)行密封；散熱通道入口與通水散熱底板之間、散熱通道出口與通水散熱底板之間采用密封圈進(jìn)行密封。

8、進(jìn)一步的，每個(gè)管殼底板均包括管殼上底板和管殼下底板，在管殼上底板和管殼下底板相對(duì)的表面分別加工凹槽，當(dāng)管殼上底板和管殼下底板組合后形成散熱通道入口、散熱通道出口和液冷散熱通道。

9、進(jìn)一步的，在管殼上底板與管殼下底板上形成有定位孔和定位凸起。

10、進(jìn)一步的，管殼底板與管殼側(cè)板采用金屬或陶瓷材料。

11、進(jìn)一步的，在其中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)的管殼側(cè)板上形成有通光孔，在另外兩個(gè)相對(duì)的管殼側(cè)板上裝有引腳和電極，在四個(gè)管殼側(cè)板圍成的腔體內(nèi)裝有半導(dǎo)體激光芯片。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

13、本發(fā)明在蝶形封裝管殼的側(cè)板和底板結(jié)構(gòu)中引入散熱通道入口、散熱通道出口和液冷散熱通道，使蝶形封裝器件的一級(jí)或二級(jí)散熱方式變?yōu)橐豪渖?，在保留蝶形封裝器件空間大、結(jié)構(gòu)靈活且緊湊、多引腳等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，大幅提高散熱效率和散熱量，縮短散熱路徑、簡(jiǎn)化散熱結(jié)構(gòu)、降低封裝難度、減少散熱級(jí)次、降低系統(tǒng)總功耗、降低外部環(huán)境溫度對(duì)器件產(chǎn)生的影響，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種高效散熱蝶形封裝管殼，包括至少一個(gè)管殼底板和四個(gè)管殼側(cè)板，四個(gè)管殼側(cè)板固定在管殼底板上圍成腔體，其特征在于，在每個(gè)管殼底板內(nèi)及至少一個(gè)管殼側(cè)板內(nèi)分別形成有相連通的散熱通道入口、散熱通道出口、液冷散熱通道。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，管殼底板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口以及管殼側(cè)板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口分別與兩臺(tái)制冷設(shè)備的進(jìn)液孔和出液孔相連通；或者管殼底板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口與一臺(tái)制冷設(shè)備的進(jìn)液孔和出液孔相連通，管殼側(cè)板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口與管殼底板內(nèi)的液冷散熱通道相連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，管殼底板上的散熱通道入口和散熱通道出口位于同一平面或不同平面。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，當(dāng)管殼側(cè)板上的散熱通道入口和散熱通道出口未與管殼底板上的液冷散熱通道相連通時(shí)，管殼側(cè)板上的散熱通道入口和散熱通道出口位于同一平面或不同平面。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，管殼底板內(nèi)及管殼側(cè)板內(nèi)的散熱通道入口和散熱通道出口通過(guò)金屬轉(zhuǎn)接件與外部通水管連接或直接與通水散熱底板連接；散熱通道入口與金屬轉(zhuǎn)接件之間、散熱通道出口與金屬轉(zhuǎn)接件之間、金屬轉(zhuǎn)接件與外部通水管之間分別采用密封膠或密封帶進(jìn)行密封；散熱通道入口與通水散熱底板之間、散熱通道出口與通水散熱底板之間采用密封圈進(jìn)行密封。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，每個(gè)管殼底板均包括管殼上底板和管殼下底板，在管殼上底板和管殼下底板相對(duì)的表面分別加工凹槽，當(dāng)管殼上底板和管殼下底板組合后形成散熱通道入口、散熱通道出口和液冷散熱通道。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，在管殼上底板與管殼下底板上形成有定位孔和定位凸起。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，管殼底板與管殼側(cè)板采用金屬或陶瓷材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱蝶形封裝管殼，其特征在于，在其中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)的管殼側(cè)板上形成有通光孔，在另外兩個(gè)相對(duì)的管殼側(cè)板上裝有引腳和電極，在四個(gè)管殼側(cè)板圍成的腔體內(nèi)裝有半導(dǎo)體激光芯片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光器封裝散熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效散熱蝶形封裝管殼，包括至少一個(gè)管殼底板和四個(gè)管殼側(cè)板，四個(gè)管殼側(cè)板圍成腔體固定在管殼底板上，在每個(gè)管殼底板內(nèi)及至少一個(gè)管殼側(cè)板內(nèi)分別形成有相連通的散熱通道入口、散熱通道出口、液冷散熱通道。本發(fā)明在蝶形封裝管殼的側(cè)板和底板結(jié)構(gòu)中引入散熱通道入口、散熱通道出口和液冷散熱通道，使蝶形封裝器件的一級(jí)或二級(jí)散熱方式變?yōu)橐豪渖?，在保留蝶形封裝器件空間大、結(jié)構(gòu)靈活且緊湊、多引腳等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，大幅提高散熱效率和散熱量，縮短散熱路徑、簡(jiǎn)化散熱結(jié)構(gòu)、降低封裝難度、減少散熱級(jí)次、降低系統(tǒng)總功耗、降低外部環(huán)境溫度對(duì)器件產(chǎn)生的影響，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：雷宇鑫,張德曉,賈鵬,梁磊,陳泳屹,李思齊,宋辛,王玉冰,宋悅,秦莉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2