[实用新型]一种宏通道液体制冷器及其组合

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种宏通道液体制冷器。

背景技术

高功率半导体激光器的散热设计是封装的核心内容之一。目前的高功率 半导体激光器通常由以下几种方式封装：

a)如图1、图2所示，激光器巴条直接键合到液体制冷器上，液体制冷 器采用一种基于微通道的结构热沉。这种封装结构通过热沉的叠加可以实现 较大功率的输出，但该方式封装的有如下缺点：首先，微通道容易因为水通 道狭窄，容易造成堵塞；第二，热沉本身带电，所以必须采用去离子水进行 冷却，且对于离子浓度有很高的要求；第三，微通道内的高速水流，会造成 通道的侵蚀，导致产品失效；第四，微通道热沉的整体强度与刚度缺乏，容 易在组装和制造过程中发生折弯、变形，从而影响封装的质量。

这种封装因为巴条与热沉材料的CTE不匹配，通常只能选择软焊料封装 以降低因为热应力造成的巴条内部微损伤甚至撕裂，制约了激光器可靠性的 提升。这种封装形式的激光器巴条也可以先键合在CTE匹配的导电衬底(通 常是铜钨)上，再封装到热沉上。这样的优点是可以使用硬焊料进行封装， 但是却增加了散热路径，降低了散热能力。

另外，还存在一种宏通道的热沉用于巴条的封装，类似图1所示结构， 通过贯通的入水口、出水口起到散热的作用。其优点是通道较大，不易产生 通道堵塞，液体的流速也会相对较低，可以减少通道的侵蚀。但是，这也造 成了宏通道封装器件的散热能力较差、且存在通道内温度不均匀的问题，热 沉也是带电的。所以这种封装只适用于在功率较低的应用场合。

b)相关专利文献例如：US5105429、US5311530、US6480514、US6865200、 US7016383,US7944955B2、US7660335B2等。常见的一种封装形式是：激光 器巴条键合到CTE匹配的衬底形成一个发光单元，多个发光单元并列组合， 封装到绝缘块上，再封装到通常为宏通道的热沉上。这样的封装形式，因为 热沉与激光器发光组件整体绝缘，为后续的应用提供了方便，同时可以使用 硬焊料封装，实现非去离子水(DIW)制冷。因为衬底与绝缘块的存在，该 封装的主要缺点是巴条的散热路径比较长，难以适应高功率高占空比的场合。 配合使用的宏通道液体制冷器可以通过水制冷或者其他方式制冷。基于这种 热沉结构的每个产品，很难进行组装拼接以实现巴条数目的扩展。当需要更 多bar条时，只能做不同尺寸的底部热沉进行匹配适应。

实用新型内容

本实用新型提出一种宏通道液体制冷器的结构设计，散热效率高，结构 性好。

本实用新型的技术方案如下：

一种宏通道液体制冷器，在液体制冷器的侧面贯通开设有相互平行的入 水口和出水口，液体制冷器内部设置有宏通道的液冷回路，所述液体制冷器 内部具有多层分隔的循环水路；循环水路分别自所述入水口起，绕经液体制 冷器在制冷工作面与入水口之间的区域再回流到出水口(即各层循环水路之 间相互并联)。

实现上述多层分隔的循环水路，优选以下两种具体结构：

1、液体制冷器由多个独立的通水板沿入水口、出水口贯通方向层叠组成， 在每个通水板的内部均设置有与所述入水口、出水口连通的循环水路；

2、液体制冷器为一体件，在内部开设多层相互隔离的循环水路，循环水 路所在平面与入水口、出水口贯通方向垂直。

为进一步提高芯片组安装面的散热均匀性，相邻两层循环水路在入水口、 出水口处的通水接口对称设置，使相邻两层循环水路的流向相反。

入水口和出水口的贯通方向与制冷工作面平行。尤其对于堆叠式的制冷 对象，所述入水口和出水口的贯通方向与安装在制冷工作面的制冷对象的堆 叠方向为同一方向或者相互垂直。这样可以使得液体制冷器具有扩展性。最 好使入水口位于制冷工作面的近端，出水口位于制冷工作面的远端。

本实用新型还由此提出一种宏通道液体制冷器组合，采用若干个上述宏 通道液体制冷器沿入水口、出水口贯通方向依次对准组装，使得所有宏通道 液体制冷器形成统一的入水口、出水口；相邻宏通道液体制冷器的入水口、 出水口位置安装有密封圈。例如，对于以堆叠方式形成的半导体激光器芯片 组，在每个液体制冷器上安装芯片组构成一个激光器模块，能够实现多个激 光器模块之间的电和水路的串联联接。

本实用新型具有以下优点：