[发明专利]3D打印的半导体激光器微通道散热装置

说明书

本发明公开了一种3D打印的半导体激光器微通道散热装置，散热装置通过3D打印一体成型，散热装置包括由上向下依序设置的多层散热通道；每层的散热通道包括预设数量条微通道，相邻层的散热通道之间通过导流通道相连通；散热装置两侧分别设置进水口，相邻层的散热通道分别与两侧的进水口相连通，使得相邻层的散热通道中的冷却液体流向相反；散热装置底部设置出水口，底层的散热通道通过导流通道与出水口相连通。通过本发明的技术方案，在提高散热效果的同时，改善了半导体激光器芯片的热分布均匀性问题，避免了传统叠片焊或者人为操作引起的工装误差，也避免了因传统叠片焊带来的热应力及热阻，提高了装置的整体散热能力及工作效率。

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，尤其涉及一种3D打印的半导体激光器微通道散热装置。

背景技术

高功率垂直腔面发射半导体激光器(简称VCSEL)具有十分突出的优点：体积小、重量轻、电光转换效率高、易于实现高密度的二维阵列及其光电集成、光束的发散角较小以及不容易发生光学灾变等。由于VCSEL优异的光电性能，VCSEL自问世以来，就引起人们的广泛关注。高功率VCSEL的研究虽然取得了长足的进步，但在各种应用领域目前还无法取代传统的边发射高功率半导体激光器。高功率VCSEL在输出功率性能等方面，与高功率边发射激光器模块相比，还存在一定的距离，这大大限制了高功率VCSEL的市场化与使用化。造成这种局面的原因，是VCSEL自生热尤为显著。过高的温度，会导致“红移”效应、阈值升高，严重时甚至会引发光学灾变，烧毁激光器。所以散热对于VCSEL来说就显得尤为重要了。

针对上述问题，目前一般采用微通道热沉来对半导体激光器芯片进行散热。

目前高功率半导体激光芯片散热用微通道热沉的制作方式普遍为：采用等离子刻蚀技术分别对多层高导热矩形薄片材料刻蚀出不同内部镂空结构，再利用热压焊技术精密焊合。但是精密结构的热压焊接难度高、机械强度差且多层焊接还会引入附加热阻。

而3D打印技术作为一种新型的增材制造技术，相较于传统的叠片焊接技术，避免了多层焊压引入的额外热阻以及焊料扩散到微通道中阻塞通道的风险。采用3D打印技术打印的金属陶瓷复合材料微通道散热器具有传热系数高、换热面积大、机械性能强的巨大优势。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种3D打印的半导体激光器微通道散热装置，通过采用双向进水的微通道散热方式，在提高散热效果的同时，还改善了半导体激光器芯片的热分布均匀性问题，此外，3D打印一体成型技术避免了传统叠片焊或者人为操作引起的工装误差，也避免了因传统叠片焊带来的热应力及热阻，提高了装置的整体散热能力及工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种3D打印的半导体激光器微通道散热装置，所述散热装置通过3D打印一体成型，所述散热装置包括由上向下依序设置的多层散热通道；

每层的所述散热通道包括预设数量条微通道，相邻层的所述散热通道之间通过导流通道相连通；

所述散热装置两侧分别设置进水口，相邻层的所述散热通道分别与两侧的所述进水口相连通，使得相邻层的所述散热通道中的冷却液体流向相反；

所述散热装置底部设置出水口，底层的所述散热通道通过导流通道与所述出水口相连通。

在上述技术方案中，优选地，所述散热装置包括由上向下设置的第一、第二和第三共三层散热通道，第一层微通道和第三层微通道中的冷却液体的流向相同，并与第二层微通道中的冷却液体的流向相反；

所述第一层微通道和所述第三层微通道与所述散热装置同侧的进水口相连通，所述第二层微通道与另一侧的进水口相连通；

所述第三层微通道与底部的出水口相连通。

在上述技术方案中，优选地，所述散热通道与所述进水口之间设置有进水口缓流区，所述进水口缓流区用于减缓其中冷却液体由所述进水口至相应散热通道的流速。