專利名稱：新型低成本疊層陣列液體制冷半導(dǎo)體激光器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子器件制造領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體激光器， 尤其是一種新型低成本的疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器及其制備方 法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(LD)。進(jìn)入八十年代，人們吸收了半 導(dǎo)體物理發(fā)展的最新成果，采用了量子阱(QW)和應(yīng)變量子阱(SL-QW)等 新穎性結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了折射率調(diào)制Bragg發(fā)射器以及增強(qiáng)調(diào)制Bragg發(fā)射 器最新技術(shù)，同時(shí)還發(fā)展了 MBE、 MOCVD及CBE等晶體生長(zhǎng)技術(shù)新工 藝，使得新的外延生長(zhǎng)工藝能夠精確地控制晶體生長(zhǎng)，達(dá)到原子層厚度 的精度，生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)量子阱以及應(yīng)變量子阱材料。于是，制作出的LD， 其閾值電流顯著下降，轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，輸出功率成倍增長(zhǎng)，使用 壽命也明顯加長(zhǎng)。隨著半導(dǎo)體激光器性能穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率和輸出功率 的不斷提高，大功率半導(dǎo)體激光器在工業(yè)，醫(yī)療和軍事中的應(yīng)用更加廣 泛，市場(chǎng)需求巨大，發(fā)展前景更加廣闊。
目前，大功率半導(dǎo)體激光器要解決的仍是輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的進(jìn) 一步增大，可靠性和性能穩(wěn)定性提高，成本繼續(xù)降低等問(wèn)題。半導(dǎo)體激 光器的性能除了與芯片有關(guān)外，還跟激光器的封裝和散熱有關(guān)。為了提 高激光器的可靠性和性能穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)高可靠性的封裝 結(jié)構(gòu)和高效的散熱結(jié)構(gòu)是必須的。
現(xiàn)有技術(shù)中，大功率半導(dǎo)體激光器疊層陣列有傳導(dǎo)冷卻垂直疊陣GS型(Rosenberg, Paull; Reichert, Patrickl et. Highly reliable hard soldered QCW laser diode stack packaging platform, Proceedings of SPIE, v 6456， 2007)、液體制冷垂直疊陣GS型(武德勇，嚴(yán)地勇，唐淳，高松信，高平 均功率面陣二極管激光器散熱分析，強(qiáng)激光與粒子束，第V13(5)， 2001.9) 及微通道液體制冷型(David K. Wagner et al, Semiconductor laser array, US Patent5311530)三種封裝形式。
對(duì)于傳導(dǎo)冷卻垂直疊陣GS型而言，如圖10所示，由于其采用被動(dòng) 散熱方式，容易造成熱量累積，激光器溫度上升，導(dǎo)致激光器的波長(zhǎng)漂 移，壽命和可靠性下降，功率擴(kuò)展受到限制；而液體制冷垂直疊陣GS型， 如圖11所示，雖然采用了液體制冷散熱方式，但是存在熱源距離液體通 道距離遠(yuǎn)、散熱能力有限和散熱效率不高的缺點(diǎn)。圖10和圖11中箭頭 所指方向?yàn)闊崃鞣较颉?br> 微通道液體制冷型的大功率半導(dǎo)體激光器疊層陣列已經(jīng)有商業(yè)化產(chǎn) 品出現(xiàn)。雖然微通道的引入使其散熱能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，從而大大提 高了半導(dǎo)體激光器的輸出功率，但仍然存在以下缺點(diǎn)
1) 使用和維護(hù)成本高。由于該制冷器的冷卻液與電子器件正負(fù)極直
接接觸，因此在工作時(shí)必須使用高質(zhì)量的去離子水作為冷卻介 質(zhì)，以防止正負(fù)極導(dǎo)通。去離子水成本高，并且在使用時(shí)必須保 持去離子水的低電導(dǎo)率，因此使用和維護(hù)成本很高。
2) 加工難度大。微通道液體制冷器由幾層很薄的銅片層疊加工成型，
內(nèi)部的微通道大約為300微米。在制造過(guò)程中，需要對(duì)每一層銅 片進(jìn)行精確的加工，以使層疊后的微通道在液體流過(guò)時(shí)形成散熱 能力強(qiáng)的湍流。因此，微通道制冷器的精確加工是一個(gè)難點(diǎn)。3) 制造成本高。由于微通道制冷器的精密加工難度相當(dāng)大，其制造
成本也是非常高的。
4) 使用壽命短。在激光器工作的過(guò)程中，若冷卻介質(zhì)(通常為去離
子水)中存在雜質(zhì)時(shí)，這些雜質(zhì)很容易附著在微通道內(nèi)壁上，從 而引起微通道管壁的電化學(xué)腐蝕，嚴(yán)重時(shí)可能將微通道制冷器的 管壁蝕穿，對(duì)激光器的安全性造成極大地影響。這些都嚴(yán)重影響 到激光器的使用壽命。
5) 密封要求高。由于微通道制冷器中冷卻介質(zhì)的流動(dòng)空間非常狹小，
因此容易產(chǎn)生多余的壓力降，密封條件惡劣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新型低成本 疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器及其制備方法，這種半導(dǎo)體激光器將 多塊帶芯片微制冷模塊疊置，并設(shè)置連通入水孔和出水孔的水流通道， 形成整體液體循環(huán)冷卻系統(tǒng)。這種液體循環(huán)冷卻系統(tǒng)散熱能力強(qiáng)，有效 解決了各帶芯片微制冷模塊在工作時(shí)芯片發(fā)熱導(dǎo)致的溫度過(guò)高問(wèn)題，使 得半導(dǎo)體激光器輸出功率更大，且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻介質(zhì)在循環(huán)冷 卻過(guò)程中流阻小、壓降低，容易密封。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
這種新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器，包括自下而上 依次疊置的下底板、正極塊、帶芯片微制冷模塊、負(fù)極塊、上壓塊和液 體制冷塊，其中該液體制冷半導(dǎo)體激光器包含多個(gè)帶芯片微制冷模塊， 所述多個(gè)帶芯片微制冷模塊疊層組成多巴條串聯(lián)模塊組，多巴條串聯(lián)模 塊組設(shè)有入液通道和出液通道，正極塊上設(shè)有正極塊入液孔和正極塊出液孔，負(fù)極塊對(duì)應(yīng)設(shè)有負(fù)極塊入液孔和負(fù)極塊出液孔，上壓塊上設(shè)有入
液通孔和出液通孔；下底板兩側(cè)設(shè)有側(cè)板；所述正極塊、多巴條串聯(lián)模塊組和負(fù)極塊依次疊層安裝后設(shè)于下底板上的兩側(cè)板之間，所述上壓塊設(shè)于負(fù)極塊的上側(cè)并與下底板的兩側(cè)板上端固定連接，所述上壓塊上側(cè)面固定連接有液體制冷塊。
上述帶芯片微制冷模塊包括銅連接片和液體制冷片，液體制冷片為矩形片狀，液體制冷片的中部垂直開設(shè)有連接通孔，連接通孔的兩側(cè)分別設(shè)有入液孔和出液孔，所述入液孔內(nèi)設(shè)有散熱翅片，所述液體制冷片在靠近入液孔的一端設(shè)有芯片安裝區(qū)，所述液體制冷片的芯片安裝區(qū)設(shè)有熱沉和芯片，熱沉與芯片的正極面貼合，所述芯片的負(fù)極面與銅連接片貼合，所述銅連接片與液體制冷片之間還設(shè)有絕緣片。
上述下底板的兩側(cè)板遠(yuǎn)離發(fā)光面一側(cè)固定連接有H型后板。上述下底板、正極塊、多巴條串聯(lián)模塊組、負(fù)極塊和上壓塊經(jīng)貫通螺釘以疊層陣列形式連接在一起。
述液體制冷塊入液孔和液體制冷塊出液孔的一端與導(dǎo)通孔連通，另一端分別與上壓塊的入液通孔和出液通孔相連。
一種上述激光器的制備方法，具體包括以下步驟
1) 首先在矩形片狀的液體制冷片上加工出液孔、入液孔和散熱翅
片；
2) 將芯片的正極焊接到熱沉上，并將芯片、熱沉及絕緣片焊接起來(lái)，組成一個(gè)帶芯片微制冷模塊；
3) 在上壓塊和液體制冷塊上加工出連接孔；
4) 將H型后板用螺釘通過(guò)固定孔緊固在底板的兩個(gè)側(cè)板上；5) 在正極塊下端面、側(cè)板和后板上涂覆絕緣層，將正極塊放置在底板的兩個(gè)側(cè)板之間，絕緣層一面貼近下底板的進(jìn)出液口，正極塊的入液孔和出液孔上下兩面采用密封圈密封；
6) 將多個(gè)帶芯片微制冷模塊在垂直方向堆疊起來(lái)形成多巴條串聯(lián)模塊組，最下端的液體制冷片底端放在有密封圈的正極塊上，整個(gè)多巴條串聯(lián)模塊組緊靠在后板上；
7) 在負(fù)極塊上端面涂覆絕緣層，將該負(fù)極塊放置在多巴條串聯(lián)模塊組最上端的銅連接片上；
8) 將上壓塊置于負(fù)極塊上，用貫通螺釘將上壓塊、多巴條串聯(lián)模塊組、正極塊和下底板緊固連接在一起；
9) 用螺釘將上壓塊通過(guò)連接螺孔和側(cè)板固定螺孔與下底板的兩個(gè)側(cè)板緊固在一起；
10) 將液體制冷塊通過(guò)連接孔和固定螺孔緊固連接在一起，制得所述的激光器。
本發(fā)明具有以下有益效果
1. 制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低本發(fā)明采用帶翅片的帶芯片微制冷模塊替代傳統(tǒng)的微通道，從而大大降低了制造成本。
2. 可實(shí)現(xiàn)激光大功率輸出由于發(fā)明采用多個(gè)帶芯片微制冷模塊層疊結(jié)構(gòu)，其制冷能力完全滿足低占空比準(zhǔn)連續(xù)波的工作要求，可實(shí)現(xiàn)大功率的激光輸出。
3. 壽命長(zhǎng)、可靠性高按照本發(fā)明所提供的大功率半導(dǎo)體激光器，其避免了微通道被腐蝕的可能性，從而壽命長(zhǎng)、可靠性高、穩(wěn)定性高，并具有體型小的特點(diǎn)。
4. 冷卻液流阻小、壓降低且容易密封本發(fā)明的帶芯片微制冷模塊用翅片取代了微通道，增大了冷卻介質(zhì)的流通空間，從而起到降低流阻，減小壓降的作用。


圖1是本發(fā)明的各部件拆解示意圖2是本發(fā)明的帶芯片微制冷模塊33的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的液體制冷片3結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的液體制冷塊28;
圖5是本發(fā)明的液體制冷塊28剖面圖6是本發(fā)明裝配完整圖7是本發(fā)明的冷卻液通道走向剖解示意圖8是本發(fā)明的冷卻液通道替換方案剖解示意圖9是本發(fā)明的帶芯片微制冷模塊33的替換方案結(jié)構(gòu)示意圖10是現(xiàn)有技術(shù)中傳導(dǎo)冷卻垂直疊陣GS型散熱結(jié)構(gòu)示意圖11是現(xiàn)有技術(shù)中液體制冷垂直疊陣GS型散熱結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1為芯片；2為熱沉；3為液體制冷片；4為銅連接片；5為入液孔；6為散熱翅片；7為連接通孔；8為密封圈；9為出液孔；10為絕緣片；11為液體制冷塊連接孔；12為導(dǎo)通孔；13為堵頭；14為液體制冷塊入液孔；15為液體制冷塊出液孔；16為下底板；17為正極塊入液孔；18為正極塊連接通孔；19為正極塊出液孔；20為正極塊；21為后板固定孔；22為后板；23為負(fù)極塊；24為連接螺孔；25為上壓塊；26為出液通孔；27為貫通螺釘；28為液體制冷塊；29為固定螺 L; 30為入液通孔；31為多巴條串聯(lián)模塊組；32為側(cè)板固定螺孔；33為帶芯片微制冷模塊；34為側(cè)板；35為入液通道；36為出液通道；37為芯 安裝區(qū)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
圖1是本發(fā)明的新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器的各部件拆解示意圖，這種疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器，包括自下而上依次設(shè)置的下底板16、正極塊20、多巴條串聯(lián)模塊組31、負(fù)極塊23、上壓塊25和液體制冷塊28，其中多巴條串聯(lián)模塊組31包括兩個(gè)或兩個(gè)以上帶芯片微制冷模塊33。多巴條串聯(lián)模塊組31上設(shè)有入液通道35和出液通道36，入液通道35和出液通道36與帶芯片微制冷模塊33的水平面垂直。
如圖2，帶芯片微制冷模塊33包括銅連接片4和液體制冷片3，其中液體制冷片3的結(jié)構(gòu)如圖3所示，液體制冷片3為矩形片狀，其中部垂直開設(shè)有連接通孔7，連接通孔7的兩側(cè)分別設(shè)有入液孔5和出液孔9，入液孔5內(nèi)設(shè)有散熱翅片6，液體制冷片3在靠近入液孔5的一端設(shè)有芯片安裝區(qū)37，芯片安裝區(qū)37設(shè)有熱沉2和芯片1。熱沉2與芯片1的正極面貼合，芯片1的負(fù)極面與銅連接片4貼合，銅連接片4與微液體制冷片3之間還設(shè)有絕緣片10，貼于液體制冷片3上表面的各層，如銅連接片4、絕緣片10，在連接通孔7以及入液孔5和出液孔9的相應(yīng)位置均開設(shè)有孔，以便于冷卻液的流通。為保證水路連接的密封性，入液孔5和出液孔9處均設(shè)有密封圈8，為增大散熱面積，液體制冷片3在入液孔5上還設(shè)有散熱翅片6。
以上當(dāng)多個(gè)帶芯片微制冷模塊33疊層陣列時(shí)，各帶芯片微制冷模塊33的入液孔5、正極塊入液孔17、入液通孔30及液體制冷塊入液孔14相互疊加就形成入液通道35，各帶芯片微制冷模塊33的出液孔9、正極塊出液孔19、出液通孔26及液體制冷塊出液孔15相互疊加形成出液通道36，并且通過(guò)密封圈8將入液通道35和出液通道36密封形成冷卻液可以通過(guò)的密閉管路，其中在入液通道35中形成間隔設(shè)于通道上的散熱翅片6。
圖1中，正極塊20上設(shè)有正極塊入液孔17和正極塊出液孔19，負(fù)極塊23對(duì)應(yīng)設(shè)有負(fù)極塊入液孔和負(fù)極塊出液孔；上壓塊25上設(shè)有入液通孔30和出液通孔26;下底板16兩側(cè)設(shè)有側(cè)板34;正極塊20、多巴條串聯(lián)模塊組31和負(fù)極塊23依次疊層安裝后設(shè)于下底板16上的兩側(cè)板34之間(如圖6)，其中多巴條串聯(lián)模塊組31最下端的微制冷塊33與正極塊20緊密貼合，入液通道35和出液通道36的下端口分別通過(guò)密封圈8與正極塊20上的正極塊入液孔17和正極塊出液孔19的上端口相接。正極塊入液孔17和正極塊出液孔19的下端口分別與設(shè)于下底板16上的入液口和出液口相連通。上壓塊25設(shè)于負(fù)極塊23的上側(cè)并與下底板16的兩側(cè)板34上端固定連接，上壓塊25上的入液通孔30和出液通孔26下端口與負(fù)極塊23上的負(fù)極塊入液孔和負(fù)極塊出液孔上端口通過(guò)密封圈相接。負(fù)極塊23形狀與正極塊17相同，負(fù)極塊23的下端面與多巴條串聯(lián)模塊組31最上端帶芯片微制冷模塊33的銅連接片4貼合。負(fù)極塊入液孔和負(fù)極塊出液孔也分別與入液通道35和出液通道36通過(guò)密封圈相接。
所述上壓塊25上側(cè)面固定連接有液體制冷塊28。液體制冷塊28的具體結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示，液體制冷塊28的下端面上設(shè)有液體制冷塊入液孔14和液體制冷塊出液孔15，液體制冷塊入液孔14和液體制冷塊出液孔15通過(guò)導(dǎo)通孔12連通，并與分別與入液通道35和出液通道36相連，導(dǎo)通孔12是一個(gè)盲孔，其開口上設(shè)有堵頭13，這樣，入液通道35、導(dǎo)通孔12和出液通道36就形成冷卻介質(zhì)流通回路。
液體制冷塊28和上壓塊25通過(guò)螺孔11和螺孔29用螺栓緊密連接。下底板16的兩側(cè)板34遠(yuǎn)離發(fā)光面一側(cè)還固定連接有H型后板22，通過(guò)其上的后板固定孔21用螺釘固定于側(cè)板34上。上述下底板16、正極塊20、多巴條串聯(lián)模塊組31、負(fù)極塊23和上壓塊25經(jīng)貫通螺釘27連接，與液體制冷塊28—起，形成了一個(gè)完整的液體冷卻閉合回路，如圖7所ZK。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方法，具體按照以下步驟進(jìn)行
1) 首先在矩形片狀液體制冷片3上加工出液孔9和入液孔5，然后在
入液孔5內(nèi)加工出散熱翅片6;
2) 將芯片1的正極(p面)焊接到熱沉2上，并將芯片l、熱沉2及絕緣片10焊接起來(lái)，組成一個(gè)帶芯片微制冷模塊33;
3) 在上壓塊25和液體制冷塊28上加工出連接孔11和29;
4) 將H型后板22用螺釘通過(guò)固定孔21緊固在底板16的兩個(gè)側(cè)板34上。
5) 在正極塊20下端面、側(cè)板34和后板22上涂覆絕緣層。將正極塊20放置在底板16的兩個(gè)側(cè)板34之間，絕緣層一面貼近下底板16的進(jìn)出液口，正極塊20的入液孔17和出液孔19上下兩面采用密封圈密封；
6) 將多個(gè)帶芯片微制冷模塊33在垂直方向堆疊起來(lái)形成多巴條串聯(lián)模塊組31，最下端的液體制冷片3底端放在有密封圈的正極塊20上，整個(gè)多巴條串聯(lián)模塊組31緊靠在后板22上；
7) 在負(fù)極塊23上端面涂覆絕緣層，將該負(fù)極塊23放置在多巴條串聯(lián)模塊組31最上端的銅連接片4上；
8) 將上壓塊25置于負(fù)極塊23上，用貫通螺釘27將上壓塊25、多巴條串聯(lián)模塊組31、正極塊20和下底板16緊固連接在一起；9) 用螺釘將上壓塊25通過(guò)連接螺孔24和側(cè)板固定螺孔32與下底板16的兩個(gè)側(cè)板34緊固在一起；
10) 將液體制冷塊28通過(guò)連接孔11和固定螺孔29緊固連接在一起。
最后如圖6所示，整個(gè)疊層陣列從下到上組裝，成為完整的一個(gè)疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器。
下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器的工作過(guò)程
如圖7，工作時(shí)，在每個(gè)帶芯片微制冷模塊33的液體制冷片3和銅連接片4上加電壓，由于芯片1的p區(qū)接液體制冷片3， n區(qū)接銅連接片4，因此芯片1的p-n結(jié)半導(dǎo)體材料被加上正向偏壓，正向電壓的電場(chǎng)與p-n結(jié)的自建電場(chǎng)方向相反，它削弱了自建電場(chǎng)對(duì)晶體中電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，使n區(qū)中的自由電子在正向電壓的作用下不間斷地通過(guò)p-n結(jié)向p區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)在結(jié)區(qū)內(nèi)存在大量導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴時(shí)，它們將在注入?yún)^(qū)產(chǎn)生復(fù)合，當(dāng)導(dǎo)帶中的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)，多余的能量就以光的形式發(fā)射出來(lái)，每個(gè)帶芯片微制冷模塊33發(fā)出的光是從芯片1側(cè)邊方向射出。
芯片1在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要以下冷卻液的循環(huán)流
動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片1的冷卻降溫
冷卻液從下底板16的入液口進(jìn)入，經(jīng)正極塊20的正極塊入液孔17到多巴條串聯(lián)模塊組31的入液通道35內(nèi)，將入液通道35內(nèi)散熱翅片6上的熱量帶走，冷卻液出了入液通道35后經(jīng)負(fù)極塊23的負(fù)極塊入液孔和上壓塊25上的入液通孔30，進(jìn)入液體制冷塊28的液體制冷塊入液孔14內(nèi)，經(jīng)導(dǎo)通孔12引導(dǎo)進(jìn)入液體制冷塊出液孔15，之后離開液體制冷 塊28，經(jīng)過(guò)出液通孔26和負(fù)極塊出液孔進(jìn)入多巴條串聯(lián)模塊組31的出 液通道36,再進(jìn)入正極塊20上的正極塊入液孔19從下底板16下端的出 液口流出，冷卻液經(jīng)冷水機(jī)后重新進(jìn)入下底板16下端的入液口，實(shí)現(xiàn)了 冷卻液循環(huán)制冷的作用。 替換方案
圖1、圖6或圖7中所示的激光器冷卻內(nèi)循環(huán)管路冷卻液由下底板 16下端的入液孔流入，由下底板16的出液孔流出。本發(fā)明不局限于這一 種方式，也可以將冷卻液的入液口設(shè)置于下底板上，而將出液口設(shè)置于 液體制冷塊28上，如圖8所示。另外，冷卻液循環(huán)流動(dòng)的方向也可以從 上方進(jìn)入，從下部流出。
液體制冷片3的散熱翅片6可以形狀各異(包括網(wǎng)狀、圓型)，位置 可以與圖示翅片方向呈不同的角度。
本發(fā)明的帶芯片微制冷模塊33結(jié)構(gòu)可以更換成如圖9所示的結(jié)構(gòu)， 芯片1直接焊接在液體制冷片3上，這樣在液體制冷片3上的芯片安裝 區(qū)37不需要設(shè)置安裝熱沉2的臺(tái)階，其他都與圖2中相同。
綜上所述，本發(fā)明不僅制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，而且本發(fā)明用散熱 翅片的形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)微通道結(jié)構(gòu)形式后，有效減小了冷卻液流阻，使得 冷卻液壓降明顯降低，且冷卻液更容易密封，散熱能力更強(qiáng)，有效延長(zhǎng) 了半導(dǎo)體激光器的壽命，提高了半導(dǎo)體激光器的輸出功率和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器，包括自下而上依次疊置的下底板(16)、正極塊(20)、多巴條串聯(lián)模塊組(31)、負(fù)極塊(23)、上壓塊(25)和液體制冷塊(28)，其特征在于，所述多巴條串聯(lián)模塊組(31)由多個(gè)帶芯片微制冷模塊(33)依次垂直疊層組成，所述多巴條串聯(lián)模塊組(31)內(nèi)設(shè)有入液通道(35)和出液通道(36)，所述正極塊(20)上設(shè)有正極塊入液孔(17)和正極塊出液孔(19)，所述負(fù)極塊(23)對(duì)應(yīng)設(shè)有負(fù)極塊入液孔和負(fù)極塊出液孔，所述上壓塊(25)上設(shè)有入液通孔(30)和出液通孔(26)，所述液體制冷塊(28)上設(shè)有液體制冷塊入液孔(14)和液體制冷塊出液孔(15)，所述正極塊入液孔(17)、入液通道(35)、負(fù)極塊入液孔、入液通孔(30)和液體制冷塊入液孔(14)依次連通；所述正極塊出液孔(19)、出液通孔(26)、負(fù)極塊出液孔、出液通孔(26)和液體制冷塊出液孔(15)依次連通；所述下底板(16)兩側(cè)設(shè)有側(cè)板(34)；所述正極塊(20)、多巴條串聯(lián)模塊組(31)和負(fù)極塊(23)依次疊層安裝后設(shè)于下底板(16)上的兩側(cè)板(34)之間，所述上壓塊(25)設(shè)于負(fù)極塊(23)的上側(cè)并與下底板(16)的兩側(cè)板(34)上端固定連接，所述上壓塊(25)上側(cè)面固定連接有液體制冷塊(28)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器， 其特征在于，所述帶芯片微制冷模塊(33)包括銅連接片(4)和液體 制冷片(3)，液體制冷片(3)為多邊形片狀，液體制冷片(3)的中部 垂直開設(shè)有連接通孔(7)，連接通孔(7)的兩側(cè)分別設(shè)有入液孔(5) 和出液孔(9)，所述入液孔(5)內(nèi)設(shè)有散熱翅片(6)，所述液體制冷片(3)在靠近入液孔(5)的一端設(shè)有芯片安裝區(qū)(37),所述液體制 冷片(3)的芯片安裝區(qū)(37)設(shè)有熱沉(2)和芯片(1)，熱沉(2) 與芯片(1)的正極面貼合，所述芯片(1)的負(fù)極面與銅連接片(4) 貼合，所述銅連接片(4)與液體制冷片(3)之間還設(shè)有絕緣片(10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器， 其特征在于，所述下底板(16)的兩側(cè)板(34)遠(yuǎn)離發(fā)光面一側(cè)固定連 接有H型后板(22)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器， 其特征在于，所述下底板(16)、正極塊(20)、多巴條串聯(lián)模塊組(31)、 負(fù)極塊(23)和上壓塊(25)經(jīng)貫通螺釘(27)以疊層陣列形式連接在 一起。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型低成本疊層陣列式液體制冷半導(dǎo)體激光器， 其特征在于，所述液體制冷塊(28)內(nèi)設(shè)有導(dǎo)通孔(12)，所述液體制 冷塊入液孔1(14)和液體制冷塊出液孔(15)的一端通過(guò)導(dǎo)通孔(12) 連通，另一端分別與上壓塊(25)的入液通孔(26)和出液通孔(30) 相連。
6. —種權(quán)利要求1所述激光器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1) 首先在矩形片狀的液體制冷片(3)上加工出液孔(9)和入液 孔(5)，然后在入液孔(5)內(nèi)加工出散熱翅片(6);2) 將芯片(1)的正極焊接到熱沉(2)上，并將芯片(1)、熱沉 (2)及絕緣片(10)焊接起來(lái)，組成一個(gè)帶芯片微制冷模塊(33);3) 在上壓塊(25)和液體制冷塊(28)上加工出連接孔(11)和 (29);4) 將H型后板(22)用螺釘通過(guò)固定孔(21)緊固在底板(16) 的兩個(gè)側(cè)板(34)上；5) 在正極塊(20)下端面、側(cè)板(34)和后板(22)上涂覆絕緣 層，將正極塊(20)放置在底板(16)的兩個(gè)側(cè)板(34)之間，絕緣 層一面貼近下底板(16)的進(jìn)出液口，正極塊(20)的入液孔(17) 和出液孔(19)上下兩面采用密封圈密封；6) 將多個(gè)帶芯片微制冷模塊(33)在垂直方向堆疊起來(lái)形成多巴 條串聯(lián)模塊組(31)，最下端的液體制冷片(3)底端放在有密封圈的 正極塊(20)上，整個(gè)多巴條串聯(lián)模塊組(31)緊靠在后板(22)上；7) 在負(fù)極塊(23)上端面涂覆絕緣層，將該負(fù)極塊(23)放置在 多巴條串聯(lián)模塊組(31)最上端的銅連接片(4)上；8) 將上壓塊(25)置于負(fù)極塊(23)上，用貫通螺釘(27)將上 壓塊(25)、多巴條串聯(lián)模塊組(31)、正極塊(20)和下底板(16) 緊固連接在一起；9) 用螺釘將上壓塊(25)通過(guò)連接螺孔(24)和側(cè)板固定螺孔(32) 與下底板(16)的兩個(gè)側(cè)板(34)緊固在一起；10) 將液體制冷塊(28)通過(guò)連接孔(11)和固定螺孔(29)緊 固連接在一起，制得所述的激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型低成本疊層陣列液體制冷半導(dǎo)體激光器及其制備方法，該種激光器包括自下而上依次設(shè)置的下底板、正極塊、帶芯片微制冷模塊、負(fù)極塊、上壓塊和液體制冷塊，帶芯片微制冷模塊有兩個(gè)或兩個(gè)以上，帶芯片微制冷模塊疊層組成多巴條串聯(lián)模塊組，所述下底板兩側(cè)設(shè)有側(cè)板；正極塊、多巴條串聯(lián)模塊組和負(fù)極塊依次疊層安裝后設(shè)于下底板上的兩側(cè)板之間，上壓塊設(shè)于負(fù)極塊的上側(cè)并與下底板的兩側(cè)板上端固定連接，上壓塊上側(cè)面固定連接有液體制冷塊。本發(fā)明不僅制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，而且本發(fā)明用散熱翅片的形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)微通道結(jié)構(gòu)形式后，有效減小了冷卻液流阻，使得冷卻液壓降明顯降低，冷卻液更容易密封，散熱能力更強(qiáng)，有效延長(zhǎng)了半導(dǎo)體激光器的壽命，提高可靠性。
文檔編號(hào)H01S5/40GK101640379SQ200910023748
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者劉興勝 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司