專利名稱：背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及到新型背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉結(jié)構(gòu)及其制備方法。
二
背景技術(shù)：
目前，高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉普遍采用五層具有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱矩形薄片材料組合在一起構(gòu)成微通熱沉道的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)要求分別對(duì)五層高導(dǎo)熱矩形薄片材料精確加工然后利用擴(kuò)散焊技術(shù)準(zhǔn)確緊密結(jié)合在一起。這種結(jié)構(gòu)由于微通道側(cè)壁(散熱肋片)和微通道頂壁(熱載層)通過焊接技術(shù)結(jié)合在一起引入了附加熱阻，大大增加結(jié)構(gòu)的整體熱阻；結(jié)構(gòu)中水流方向的每次90°折轉(zhuǎn)均采用直角結(jié)構(gòu)增加了水流通過微通道熱沉的壓降降低了器件的性能。整個(gè)結(jié)構(gòu)的組裝過程中有4個(gè)微通道壁面涉及到焊接過程，使微通道結(jié)構(gòu)受到很大破壞導(dǎo)致微通道性能下降同時(shí)增加了高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉組裝的難度和制作成本。
三

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中由于微通道側(cè)壁(散熱肋片)與微通道頂壁(熱載層)通過焊接技術(shù)結(jié)合在一起引入附加熱阻；微通道的直角轉(zhuǎn)角使水流壓降增大相應(yīng)帶來(lái)的器件整體性能下降以及焊接過程破壞微通道結(jié)構(gòu)的技術(shù)難題，為此，本發(fā)明提供一種背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉結(jié)構(gòu)及制備方法在降低高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉制作難度和制作成本的同時(shí)提高器件整體性能。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)步驟是如

圖1，2，3，4，5，6，7，8，9所示A.首先選取高導(dǎo)熱金屬材料加工成尺寸為x×y×z的微通道胚體并在胚體上加工出兩個(gè)孔徑為R1的通孔，通孔的孔心在微通道胚體中x×z矩形截面上的坐標(biāo)分別為 和 如圖1，通孔外邊緣距離微通道胚體邊界為v；B.把步驟A等分切割成兩部分，每部分尺寸為 然后使用其中一部分如圖2；C.由步驟B的切割面向胚體內(nèi)按所需尺寸垂直切割出所需數(shù)量、深度為 的微溝道，微溝道方向與微通道胚體的x邊平行如圖3；D.再選取與步驟A相同的高導(dǎo)熱金屬材料加工出尺寸分別為 和 的金屬薄片各兩片；E.再選取高導(dǎo)熱金屬材料加工成尺寸為(x+w)×(y+w)×u的底座胚體；F.由步驟E中的(x+w)×u面垂直向底座胚體內(nèi)部打出進(jìn)水孔和出水孔，進(jìn)水孔和出水孔的孔徑為R2且R2＞R1，進(jìn)水孔和出水孔孔深小于y+w如圖4和圖5；G、由步驟F中(x+w)×(y+w)面垂直向底座胚體內(nèi)部打入直徑為R1的若干個(gè)孔構(gòu)成小通道區(qū)，使若干個(gè)孔與步驟F中進(jìn)水孔和出水孔分別相通如圖6和圖7；H、將步驟D、E、G的表面拋光清洗干凈并焊接在一起如圖8和圖9，從而完成背冷式高功率半導(dǎo)體激光器列陣微通道熱沉的制作。
本發(fā)明背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉結(jié)構(gòu)包括微通道部分和進(jìn)出水底座如圖8。其中微通道部分包括微溝道區(qū)、半圓柱圖2是本發(fā)明中加工出半圓柱型槽的微通道胚體示意3是本發(fā)明中未加邊框的微通道部分示意4是本發(fā)明中加工了進(jìn)出水管道的底座胚體示意圖(正視圖)圖5是圖4的俯視6是本發(fā)明中進(jìn)出水底座示意圖(正視圖)圖7是圖6的俯視8是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖，未畫內(nèi)部虛線)圖9是圖8的俯視圖五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例實(shí)施例1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖3，6，7，8，9所示，包括微通道部分1、進(jìn)水底座2。微通道部分1包括微溝道區(qū)3、半圓柱型槽4、微通道邊框5；進(jìn)水底座2包括進(jìn)水管道6、出水管道7、進(jìn)水小通道區(qū)8、出水小通道區(qū)9。微通道部分1、進(jìn)水底座2采用無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等。
實(shí)施例2本發(fā)明的制備方法如圖1，2，3，4，5，6，7，8，9所示A.高導(dǎo)熱金屬材料采用無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等材料，將無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等材料按需要切割、拋光、清洗，得到體積為16.0×15.5×6.0mm3的無(wú)氧銅或CuW合金、鋁等微通道胚體，然后在胚體上加工出兩個(gè)孔徑R1為2mm的通孔，孔心在微通道胚體中16.0×6.0mm2矩形截面上坐標(biāo)分別為(2.0mm，3.0mm)和(14.0mm，圖2是本發(fā)明中加工出半圓柱型槽的微通道胚體示意3是本發(fā)明中未加邊框的微通道部分示意4是本發(fā)明中加工了進(jìn)出水管道的底座胚體示意圖(正視圖)圖5是圖4的俯視6是本發(fā)明中進(jìn)出水底座示意圖(正視圖)圖7是圖6的俯視8是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖，未畫內(nèi)部虛線)圖9是圖8的俯視圖五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例實(shí)施例1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖3，6，7，8，9所示，包括微通道部分1、進(jìn)水底座2。微通道部分1包括微溝道區(qū)3、半圓柱型槽4、微通道邊框5；進(jìn)水底座2包括進(jìn)水管道6、出水管道7、進(jìn)水小通道區(qū)8、出水小通道區(qū)9。微通道部分1、進(jìn)水底座2采用無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等。
實(shí)施例2本發(fā)明的制備方法如圖1，2，3，4，5，6，7，8，9所示A.高導(dǎo)熱金屬材料采用無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等材料，將無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等材料按需要切割、拋光、清洗，得到體積為16.0×15.5×6.0mm3的無(wú)氧銅或CuW合金、鋁等微通道胚體，然后在胚體上加工出兩個(gè)孔徑R1為2mm的通孔，孔心在微通道胚體中16.0×6.0mm2矩形截面上坐標(biāo)分別為(2.0mm，3.0mm)和(14.0mm，3.0mm)(如圖1)。
B.把步驟A等分切割成兩部分，每部分尺寸為16.0×15.5×3.0mm3然后取其中之一(如圖2)。
C.利用精密線切割機(jī)由步驟B的切割面向步驟B內(nèi)部垂直切入，按所需尺寸切割出23條相互平行的微溝道，微溝道尺寸為16.0×0.3×1mm，微溝道方向與微通道胚體長(zhǎng)度為x的邊平行，溝道壁厚0.3mm，邊界兩條溝道離胚體邊緣距離均為1mm(如圖3)。
D.選取與步驟A相同材料按需要切割、拋光、清洗，得到體積分別為16.0×3.0×1.0mm3和17.5×3.0×1.0mm3的金屬薄片各兩片。
E.再選取一種高導(dǎo)熱金屬材料，如無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等材料。將無(wú)氧銅或CuW合金或鋁等材料按需要切割、拋光、清洗，得到體積為18.0×17.5×7.0mm3的底座胚體。
F.由步驟E中的18.0×7.0mm2面上垂直向胚體內(nèi)加工出兩個(gè)深度為13.5mm，孔徑為3mm圓孔，孔心坐標(biāo)分別為(3.0mm，3.5mm)和(15.0mm，3.5mm)，如圖4，5。
G.由步驟F中18.0×17.5mm2面垂直向矩形內(nèi)部打孔4個(gè)，孔直徑為2mm，孔心坐標(biāo)分別為(3.0mm，5.0mm)、(3.0mm，12.5mm)、(15.0mm，5.0mm)和(15.0mm，12.5mm)(如圖6，7)H.將步驟C、D、G如圖(8，9)利用擴(kuò)散焊技術(shù)焊接在一起制作出背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉。
權(quán)利要求
1.背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉制備方法，其制備步驟如下A.首先選取高導(dǎo)熱金屬材料加工成尺寸為x×y×z的微通道胚體并胚體上加工出兩個(gè)孔徑為R1的通孔，通孔的孔心在微通道胚體中x×z矩形截面上的坐標(biāo)分別為 和 通孔外邊緣距離微通道胚體邊界為v；B.把步驟A等分切割成兩部分，每部分尺寸為 然后使用其中一部分；C.由步驟B的切割面向步驟B內(nèi)部按所需尺寸垂直切割出所需數(shù)量、深度為 的微溝道，微溝道方向與微通道胚體的x邊平行；D.再選取與步驟A相同的高導(dǎo)熱金屬材料加工出尺寸分別為 和 的金屬薄片各兩片；E.再選取高導(dǎo)熱金屬材料加工成尺寸為(x+w)×(y+w)×u的底座胚體；F.由步驟E中的(x+w)×u面垂直向底座胚體內(nèi)部打出進(jìn)水孔和出水孔，進(jìn)水孔和出水孔的孔徑為R2且R2＞R1，進(jìn)水孔和出水孔孔深小于y+w；G、由步驟F中(x+w)×(y+w)面垂直向底座胚體內(nèi)部打入直徑為R1的若干個(gè)孔構(gòu)成小通道區(qū)，使若干個(gè)孔與步驟F中進(jìn)水孔和出水孔分別相通；H、將步驟D、E、G的表面拋光清洗干凈并焊接在一起，從而完成背冷式高功率半導(dǎo)體激光器列陣微通道熱沉的制作。
2.背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉結(jié)構(gòu)，包括微通道部分(1)和進(jìn)出水底座(2)，其特征在于其中微通道部分(1)包括微溝道區(qū)(3)、半圓柱型槽(4)和微通道邊框(5)；進(jìn)出水底座(2)又包括進(jìn)水管道(6)、出水管道(7)、進(jìn)水小通道區(qū)(8)、出水小通道區(qū)(9)；微通道部分(1)位于進(jìn)出水底座(2)的正上方，在微通道部分(1)中含有微溝道區(qū)(3)和半圓柱型槽(4)的面與進(jìn)出水底座(2)中露出進(jìn)水小通道區(qū)(8)和出水小通道區(qū)(9)的面緊密連接；微通道邊框(5)與微溝道區(qū)(3)和半圓柱型槽(4)的四周固定連接構(gòu)成微通道部分(1)，進(jìn)水管道(6)、進(jìn)水小通道區(qū)(8)、微溝道區(qū)(3)、半圓柱型槽(4)、出水小通道區(qū)(9)、出水管道(7)依次相互垂直連通構(gòu)成水流路線；微溝道區(qū)(3)的深度和半圓柱型槽(4)深度一致，即使水流通過半圓柱型槽(4)的圓弧折轉(zhuǎn)90°切入微溝道區(qū)(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及背冷式高功率半導(dǎo)體激光器微通道熱沉結(jié)構(gòu)包括微通道部分1和進(jìn)出水底座2。方法是用高導(dǎo)熱金屬材料加工微通道邊框，由半圓柱型槽和微通道區(qū)構(gòu)成的微通道胚體，用高導(dǎo)熱金屬材料制備進(jìn)出水底座包括互通的管道和小通道區(qū)，將微通道胚體，微通道邊框和進(jìn)出水底座組裝。本發(fā)明微通道的側(cè)壁與微通道頂壁為一體化結(jié)構(gòu)，避免背景技術(shù)中分層結(jié)構(gòu)連接時(shí)引入的附加熱阻提高了器件整體散熱能力；采用水流90。折轉(zhuǎn)進(jìn)入微通道區(qū)時(shí)，以圓弧型切入微通道區(qū)方式，大大降低了水流局部壓降，提高了熱沉整體性能；熱沉整體結(jié)構(gòu)連接過程中，涉及到熱沉微通道區(qū)域的焊接只有一個(gè)微通道底面，大大降低了微通道結(jié)構(gòu)受損的幾率，簡(jiǎn)化了工藝難度和制作成本。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1671019SQ200410010868
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者堯舜, 王立軍, 劉云, 張彪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所