一种水平阵列高功率半导体激光器发明专利

专利名称：一种水平阵列高功率半导体激光器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411324686.X

专利申请（专利权）人：常州灵动芯光科技有限公司
权利人地址：江苏省常州市经济开发区潞城街道五一路西侧、山水路南侧东方生命健康产业园9号楼3-4层

专利发明（设计）人：李良波,王晖,孙向龙

专利摘要：本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种水平阵列高功率半导体激光器，包括激光芯片、焊接在激光芯片底部的铜热沉，以及铜热沉底部设置的水冷板，水冷板顶部阵列开设有通水的容纳槽，所述铜热沉底部贯穿有水平设置的通槽，通槽内被切除的金属形成向下延伸的铜片，铜片与铜热沉一体化制成，铜片与铜热沉整体呈倒过来的凸字形，所述容纳槽内具有贯穿水冷板底面的贯穿槽，所述铜片与贯穿槽滑动连接并延伸至水冷板外，所述铜热沉与容纳槽滑动连接，铜热沉位于容纳槽内时，铜热沉、铜片和水冷板之间的间隙形成通水腔室。

主权利要求：
1.一种水平阵列高功率半导体激光器，包括激光芯片（1）、焊接在激光芯片（1）底部的铜热沉（2），以及铜热沉（2）底部设置的水冷板（3），水冷板（3）顶部阵列开设有通水的容纳槽（6），其特征在于：所述铜热沉（2）底部贯穿有水平设置的通槽（4），通槽（4）内被切除的金属形成向下延伸的铜片（5），铜片（5）与铜热沉（2）一体化制成，铜片（5）与铜热沉（2）整体呈倒过来的凸字形，所述容纳槽（6）内具有贯穿水冷板（3）底面的贯穿槽（16），所述铜片（5）与贯穿槽（16）滑动连接并延伸至水冷板（3）外，所述铜热沉（2）与容纳槽（6）滑动连接，铜热沉（2）位于容纳槽（6）内时，铜热沉（2）、铜片（5）和水冷板（3）之间的间隙形成通水腔室（7）；
所述水冷板（3）内两个相邻的容纳槽（6）之间开设有串联槽（8），串联槽（8）内转动安装有连接柱（9），连接柱（9）内贯穿有通水孔（10），连接柱（9）两端固定安装有与水冷板（3）转动连接的传动轴（11），传动轴（11）两端分别贯穿水冷板（3）顶面和底面，连接柱（9）顶端的传动轴（11）顶端固定连接有旋转柄（12），旋转柄（12）底面与水冷板（3）顶面贴合；
通过铜热沉（2）安装在容纳槽（6）内，铜热沉（2）作为一个零部件使水冷板（3）完整，使铜热沉（2）直接将热量传递给水冷板（3）中的液体，而不需要经过水冷板（3）进行中间传递。
2.根据权利要求1所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述铜片（5）的数量设置为多个，所述贯穿槽（16）的数量与铜片（5）的数量相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述铜片（5）的形状设置为矩形，所述贯穿槽（16）的形状与铜片（5）的形状相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述铜热沉（2）底面与所述水冷板（3）内腔表面接触后，铜热沉（2）的顶面与水冷板（3）顶面处于同一水平面。
5.根据权利要求1所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述铜片（5）延伸出水冷板（3）的长度为铜热沉（2）厚度的1‑2倍。
6.根据权利要求1所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述旋转柄（12）的长度大于两个相邻所述铜热沉（2）之间的距离，旋转柄（12）的宽度小于两个相邻铜热沉（2）之间的距离。
7.根据权利要求1所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述水冷板（3）底部固定连接有与容纳槽（6）连通的通水管（13），所述连接柱（9）底部的传动轴（11）底端固定连接有圆盘（14），圆盘（14）上开设有直径与通水管（13）配合的排水孔（15）。
8.根据权利要求7所述的一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：所述圆盘（14）顶面与通水管（13）底面贴合，所述通水管（13）与所述排水孔（15）重合时，旋转柄（12）不与铜热沉（2）接触，通水孔（10）不再连通两个相邻的容纳槽（6）。 说明书 : 一种水平阵列高功率半导体激光器技术领域[0001] 本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种水平阵列高功率半导体激光器。背景技术[0002] 半导体激光器是利用半导体材料作为工作物质的激光器。平阵列型高功率半导体激光器是半导体激光器封装结构中的一种，具体结构为将单Bar半导体激光器沿慢轴方向（即水平方向）均匀排布。这种水平阵列封装结构常用来作为固体激光器的泵浦源，在晶体棒周围均匀排布多个水平阵列结构的半导体激光器，分别从不同方向照射晶体棒，可以实现较高的转化效率。半导体激光器封装时的散热机构主要由激光芯片、焊接层、铜热沉组成。铜热沉上通常具有垂直的通孔，在铜热沉贴合在水冷板表面后，配合螺栓固定安装在水冷板上，热量的传递依次为激光芯片、焊接层、铜热沉、水冷板、水冷板内流通的水。平阵列的激光器由于出光功率大，产生的热量大，如果不做好散热技术，很容易发生芯片死亡，性能快速下降，为此我们提出一种散热效果得到提升的激光器。[0003] 在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。发明内容[0004] 本发明的目的是设计一个对水冷板和铜热沉进行改进设计，提高激光芯片散热功能的激光器，以解决技术中的上述不足之处。[0005] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水平阵列高功率半导体激光器，包括激光芯片、焊接在激光芯片底部的铜热沉，以及铜热沉底部设置的水冷板，水冷板顶部阵列开设有通水的容纳槽，所述铜热沉底部贯穿有水平设置的通槽，通槽内被切除的金属形成向下延伸的铜片，铜片与铜热沉一体化制成，铜片与铜热沉整体呈倒过来的凸字形，所述容纳槽内具有贯穿水冷板底面的贯穿槽，所述铜片与贯穿槽滑动连接并延伸至水冷板外，所述铜热沉与容纳槽滑动连接，铜热沉位于容纳槽内时，铜热沉、铜片和水冷板之间的间隙形成通水腔室；[0006] 通过铜热沉安装在容纳槽内，铜热沉作为一个零部件使水冷板完整，使铜热沉直接将热量传递给水冷板中的液体，而不需要经过水冷板进行中间传递。[0007] 优选的，所述铜片的数量设置为多个，所述贯穿槽的数量与铜片的数量相匹配。[0008] 优选的，所述铜片的形状设置为矩形，所述贯穿槽的形状与铜片的形状相匹配。[0009] 优选的，所述铜热沉底面与所述水冷板内腔表面接触后，铜热沉的顶面与水冷板顶面处于同一水平面。[0010] 优选的，所述铜片延伸出水冷板的长度为铜热沉厚度的1‑2倍，伸出距离形成散热鳍片辅助散热。[0011] 优选的，所述水冷板内两个相邻的容纳槽之间开设有串联槽，串联槽内转动安装有连接柱，连接柱内贯穿有通水孔，连接柱两端固定安装有与水冷板转动连接的传动轴，传动轴两端分别贯穿水冷板顶面和底面，连接柱顶端的传动轴顶端固定连接有旋转柄，旋转柄底面与水冷板顶面贴合。[0012] 优选的，所述旋转柄的长度大于两个相邻所述铜热沉之间的距离，旋转柄的宽度小于两个相邻铜热沉之间的距离。[0013] 优选的，所述水冷板底部固定连接有与容纳槽连通的通水管，所述连接柱底部的传动轴底端固定连接有圆盘，圆盘上开设有直径与通水管配合的排水孔。[0014] 优选的，所述圆盘顶面与通水管底面贴合，所述通水管与所述排水孔重合时，旋转柄不与铜热沉接触，通水孔不再连通两个相邻的容纳槽。[0015] 在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：[0016] 本产品相对于现有技术中的激光芯片将热量传递给铜热沉，铜热沉将热量传递给水冷板，水冷板将热量传递给水而言，一是减少了水冷板中转传递热量的过程，直接将热量传递给水；二是铜片本身同时起到散热鳍片的作用，进一步辅助激光芯片散热，总的来说起到了更好的散热效果；[0017] 本产品由于铜热沉安装在水冷板上时，相当于形成了现有技术中的水冷板，整体产品整体的高度下降了一个铜热沉的厚度，减少了产品的体积；[0018] 本产品在拆卸时，会先将容纳槽两侧进行密封，防止水再继续进入影响拆卸，并且容纳槽内的水会从排水孔内先排出，然后再取下激光芯片和铜热沉，避免出现大量水泄露的问题，让本产品只有同一个直线的激光芯片先暂停工作，其他直线的激光芯片可以继续工作；[0019] 本产品铜热沉与容纳槽的滑动连接，铜片与贯穿槽滑动连接，而铜片和铜热沉受热时会发生体积变大，从而与水冷板本身产生挤压，进一步起到密封作用；[0020] 本产品在拆卸时，只需要将激光芯片两侧的旋转柄一个正转一个反转即可，操作简单，使用方便。附图说明[0021] 为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0022] 图1为本发明的整体结构示意图；[0023] 图2为本发明的铜热沉与水冷板拆分示意图；[0024] 图3为本发明的铜热沉与水冷板连接示意图；[0025] 图4为本发明局部剖视图。[0026] 附图标记说明：[0027] 1、激光芯片；2、铜热沉；3、水冷板；4、通槽；5、铜片；6、容纳槽；7、通水腔室；8、串联槽；9、连接柱；10、通水孔；11、传动轴；12、旋转柄；13、通水管；14、圆盘；15、排水孔；16、贯穿槽。具体实施方式[0028] 为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。[0029] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。[0030] 本发明提供了如图1‑4所示的一种水平阵列高功率半导体激光器，包括激光芯片1、焊接在激光芯片1底部的铜热沉2，以及铜热沉2底部设置的水冷板3，水冷板3顶部阵列开设有通水的容纳槽6，铜热沉2底部贯穿有水平设置的通槽4，通槽4内被切除的金属形成向下延伸的铜片5，铜片5与铜热沉2一体化制成，铜片5与铜热沉2整体呈倒过来的凸字形，容纳槽6内具有贯穿水冷板3底面的贯穿槽16，铜片5与贯穿槽16滑动连接并延伸至水冷板3外，铜热沉2与容纳槽6滑动连接，铜热沉2底面与水冷板3内腔表面接触后，铜热沉2的顶面与水冷板3顶面处于同一水平面，铜热沉2位于容纳槽6内时，铜热沉2、铜片5和水冷板3之间的间隙形成通水腔室7，水冷板3内两个相邻的容纳槽6之间开设有串联槽8，串联槽8内转动安装有连接柱9，连接柱9内贯穿有通水孔10，连接柱9两端固定安装有与水冷板3转动连接的传动轴11，传动轴11两端分别贯穿水冷板3顶面和底面，连接柱9顶端的传动轴11顶端固定连接有旋转柄12，旋转柄12底面与水冷板3顶面贴合，水冷板3底部固定连接有与容纳槽6连通的通水管13，连接柱9底部的传动轴11底端固定连接有圆盘14，圆盘14上开设有直径与通水管13配合的排水孔15，一条直线上的容纳槽6，最两端的容纳槽6分别与现有技术中的进水管和出水管连通；[0031] 使用者将铜片5对准贯穿槽16，将铜热沉2对准容纳槽6然后放下，使铜热沉2底面与水冷板3内腔表面接触，让铜片5延伸出贯穿槽16，即伸出水冷板3，因为旋转柄12的宽度小于两个相邻铜热沉2之间的距离，所以铜热沉2在插入容纳槽6时，不会与旋转柄12接触，然后转动旋转柄12，因为旋转柄12的长度大于两个相邻所述铜热沉2之间的距离，当旋转柄12的底面与两个相邻的铜热沉2的顶面接触后，旋转柄12限制铜热沉2从容纳槽6内移出与水冷板3分离，此时连接柱9上的通水孔10连通两个相邻的容纳槽6，由于铜热沉2封堵了容纳槽6，铜片5封堵了贯穿槽16，所以水不会发生泄露；[0032] 使用时水通过进水管从最边缘的容纳槽6内进入，依次经过容纳槽6、通水腔室7、容纳槽6、通水孔10、容纳槽6、通水腔室7、容纳槽6、通水孔10......最终通过现有技术中的出水管排出；[0033] 当激光芯片1开始工作发出高热量时，热量会先传递给铜热沉2以及铜片5，铜热沉2和铜片5会直接将部分热量直接传递给通水腔室7内流通的水，部分热量通过接触传递给水冷板3，同时铜片5延伸至冷水板外的部分会形成散热鳍片的效果，将热量传递给空气形成空冷，相对于现有技术中的激光芯片1将热量传递给铜热沉2，铜热沉2将热量传递给水冷板3，水冷板3将热量传递给水而言，一是减少了水冷板3中转传递热量的过程，直接将热量传递给水；二是铜片5本身同时起到散热鳍片的作用，进一步辅助激光芯片1散热，总的来说起到了更好的散热效果；[0034] 同时由于铜热沉2安装在水冷板3上时，相当于形成了现有技术中的水冷板3，整体产品整体的高度下降了一个铜热沉2的厚度，减少了产品的体积；[0035] 当其中一个激光芯片1需要更换时，使用者将转动铜热沉2顶面贴合的两个旋转柄12，一个旋转柄12正转，另一个旋转柄12反转，让两个旋转柄12均不与铜热沉2接触，旋转柄12会带动连接柱9上的通水孔10同步旋转，让两个通水孔10不再连通两个相邻的容纳槽6，保证需要拆卸的铜热沉2对应的通水管13对准排水孔15，此通水管13对应的旋转柄12不与铜热沉2接触，对应的通水孔10不再连通两个相邻的容纳槽6，另一个通水管13没有对准排水孔15，依旧被圆盘14挡住，此通水管13底面与圆盘14顶面贴合；旋转柄12转动，会带动传动轴11，传动轴11会带动连接柱9和圆盘14，当连接柱9上的通水孔10不再连通两侧的容纳槽6时，停止转动旋转柄12，此时这个需要拆卸激光芯片1的容纳槽6内的水会先从排水孔15排出，待水排至干涸时，再将激光芯片1和铜热沉2从容纳槽6内取出即可。[0036] 重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。

专利地区：江苏

专利申请日期：2024-09-23

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118867827B