[發(fā)明專利]一種多級(jí)可切換半導(dǎo)體激光器熱沉散熱裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210388164.0
• 申請(qǐng)日: 2022-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN114843879A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高翔;郝明明;周勇;吳錦興;孫超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/024
• 分類號(hào): H01S5/024
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 江金城

本發(fā)明公開了一種多級(jí)可切換半導(dǎo)體激光器熱沉散熱裝置，主要包括宏通道水冷熱沉、TEC制冷模塊、導(dǎo)熱銅板、石墨棒、側(cè)翼輔助水冷通道、冷卻液、溫度傳感器、智能溫度控制系統(tǒng)和水冷風(fēng)扇。使用時(shí)，襯底使用銦焊料焊接在宏通道水冷熱沉的上表面，注入電流大于閾值電流，激光器開始工作，通過(guò)溫傳感器的反饋，智能溫度控制系統(tǒng)可持續(xù)地調(diào)節(jié)冷卻液流速以及散熱模塊的工作狀態(tài)，注入4A電流，先打開宏通道水冷熱沉，根據(jù)智能溫度控制系統(tǒng)控制冷卻液流速，當(dāng)熱流密度持續(xù)升高影響出光效率時(shí)，進(jìn)一步打開水冷風(fēng)扇。加大電流注入密度，結(jié)溫升高，智能溫度控制系統(tǒng)繼續(xù)增加散熱模塊，打開側(cè)翼輔助水冷通道。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高功率半導(dǎo)體激光器散熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多級(jí)可切換半導(dǎo)體激光器熱沉散熱裝置。

背景技術(shù)

由于半導(dǎo)體激光器的體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)、易于調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)，使得它目前在工業(yè)、醫(yī)療、通訊、信息顯示、軍事等領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。高功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)是發(fā)展國(guó)防工業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，其發(fā)展將直接推動(dòng)引信、跟蹤、制導(dǎo)、武器模擬、點(diǎn)火引爆、雷達(dá)、夜視、目標(biāo)識(shí)別與對(duì)抗等技術(shù)的更新?lián)Q代。目前高功率半導(dǎo)體激光器所面臨的的主要問(wèn)題就是激光器的散熱問(wèn)題，由于溫度對(duì)半導(dǎo)體材料的禁帶寬度、帶邊吸收和發(fā)射帶等物理特性有重要影響，隨著器件溫度的升高，斜率效率降低，輸出功率減少、中心波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移動(dòng)，這些特性的變化對(duì)于實(shí)際應(yīng)用極為不利。所以如何將器件工作中產(chǎn)生的廢熱耗散掉是半導(dǎo)體光電子和微電子器件研究中重要的方向之一。傳統(tǒng)的激光器熱沉多使用銅材料微通道水冷熱沉，冷卻液流量小、冷卻液種類單一且易達(dá)到散熱極限。本發(fā)明所述的一種多級(jí)可切換半導(dǎo)體激光器熱沉散熱裝置，散熱模塊可根據(jù)需求自由組合，散熱性能優(yōu)良，及時(shí)將器件工作中產(chǎn)生的廢熱耗散掉。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多級(jí)可切換半導(dǎo)體激光器熱沉散熱裝置。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種多級(jí)可切換半導(dǎo)體激光器熱沉散熱裝置，主要包括宏通道水冷熱沉、導(dǎo)熱銅板、石墨棒、側(cè)翼輔助水冷通道、冷卻液、溫度傳感器、智能溫度控制系統(tǒng)、以及水冷風(fēng)扇。

具體的，所述宏通道水冷熱沉的頂部設(shè)有導(dǎo)熱骨架，所述導(dǎo)熱骨架貫穿宏通道水冷熱沉。所述宏通道水冷熱沉上還設(shè)有貫穿的通風(fēng)孔，所述通風(fēng)孔垂直于導(dǎo)熱骨架。所述導(dǎo)熱銅板設(shè)置在宏通道水冷熱沉的兩側(cè)，導(dǎo)熱銅板上還設(shè)有供石墨棒插入的槽口。所述導(dǎo)熱銅板設(shè)置在宏通道水冷熱沉的兩側(cè)。所述石墨棒通過(guò)導(dǎo)熱骨架插入并與宏通道水冷熱沉和導(dǎo)熱銅板固定連接。所述側(cè)翼輔助水冷通道位于導(dǎo)熱銅板下方，并與導(dǎo)熱銅板固定連接。所述溫度傳感器設(shè)置在宏通道水冷熱沉上，并與智能溫度控制系統(tǒng)連接。所述水冷風(fēng)扇安裝在宏通道水冷熱沉的通風(fēng)孔上，并與智能溫度控制系統(tǒng)連接。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述通風(fēng)孔表面覆蓋一層用于快速散熱的黑色導(dǎo)熱硅脂。所述石墨棒分別與宏通道水冷熱沉、側(cè)翼輔助水冷通道的連接處涂抹導(dǎo)熱硅脂。所述導(dǎo)熱銅板通過(guò)粘性導(dǎo)熱硅脂分別與宏通道水冷熱沉、側(cè)翼輔助水冷通道連接。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述宏通道水冷熱沉的上表面設(shè)有一層銦焊料，所述銦焊料的厚度為3～5微米。所述銦焊料上還設(shè)有襯底，所述襯底底部通過(guò)銦焊料與宏通道水冷熱沉連接，頂部與需要散熱的芯片連接。所述襯底采用厚度為0.3～0.5毫米的氮化鋁襯底。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述石墨棒可采用導(dǎo)熱管或金剛石棒代替。

進(jìn)一步的，所述宏通道水冷熱沉和側(cè)翼輔助水冷通道的內(nèi)部鏤空并設(shè)有用于進(jìn)出冷卻液的入口和出口。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述側(cè)翼輔助水冷通道可采用TEC制冷模塊。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述冷卻液采用超凈水、變壓器油或相變材料。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述變壓器油的主要成分為烷烴，環(huán)烷族飽和烴，芳香族不飽和烴化合物。