背冷式高功率半导体激光器微通道热沉结构及制备方法

摘要

本发明涉及背冷式高功率半导体激光器微通道热沉结构包括：微通道部分1和进出水底座2。方法是用高导热金属材料加工微通道边框，由半圆柱型槽和微通道区构成的微通道胚体，用高导热金属材料制备进出水底座包括互通的管道和小通道区，将微通道胚体，微通道边框和进出水底座组装。本发明微通道的侧壁与微通道顶壁为一体化结构，避免背景技术中分层结构连接时引入的附加热阻提高了器件整体散热能力；采用水流90。折转进入微通道区时，以圆弧型切入微通道区方式，大大降低了水流局部压降，提高了热沉整体性能；热沉整体结构连接过程中，涉及到热沉微通道区域的焊接只有一个微通道底面，大大降低了微通道结构受损的几率，简化了工艺难度和制作成本。

说明书

一技术领域

本发明属于半导体光电子技术领域，涉及到新型背冷式高功率半导体激光器微通道热沉结构及其制备方法。

二背景技术

目前，高功率半导体激光器微通道热沉普遍采用五层具有不同内部结构的高导热矩形薄片材料组合在一起构成微通热沉道的结构。这种结构要求分别对五层高导热矩形薄片材料精确加工然后利用扩散焊技术准确紧密结合在一起。这种结构由于微通道侧壁(散热肋片)和微通道顶壁(热载层)通过焊接技术结合在一起引入了附加热阻，大大增加结构的整体热阻；结构中水流方向的每次90°折转均采用直角结构增加了水流通过微通道热沉的压降降低了器件的性能。整个结构的组装过程中有4个微通道壁面涉及到焊接过程，使微通道结构受到很大破坏导致微通道性能下降同时增加了高功率半导体激光器微通道热沉组装的难度和制作成本。

三发明内容

为了解决背景技术中由于微通道侧壁(散热肋片)与微通道顶壁(热载层)通过焊接技术结合在一起引入附加热阻；微通道的直角转角使水流压降增大相应带来的器件整体性能下降以及焊接过程破坏微通道结构的技术难题，为此，本发明提供一种背冷式高功率半导体激光器微通道热沉结构及制备方法在降低高功率半导体激光器微通道热沉制作难度和制作成本的同时提高器件整体性能。

为了实现以上目的，本发明采取的技术步骤是：如图1，2，3，4，5，6，7，8，9所示A.首先选取高导热金属材料加工成尺寸为x×y×z的微通道胚体并在胚体上加工出两个孔径为R1的通孔，通孔的孔心在微通道胚体中x×z矩形截面上的坐标分别为和如图1，通孔外边缘距离微通道胚体边界为v；B.把步骤A等分切割成两部分，每部分尺寸为然后使用其中一部分如图2；C.由步骤B的切割面向胚体内按所需尺寸垂直切割出所需数量、深度为的微沟道，微沟道方向与微通道胚体的x边平行如图3；D.再选取与步骤A相同的高导热金属材料加工出尺寸分别为和的金属薄片各两片；E.再选取高导热金属材料加工成尺寸为(x+w)×(y+w)×u的底座胚体；F.由步骤E中的(x+w)×u面垂直向底座胚体内部打出进水孔和出水孔，进水孔和出水孔的孔径为R2且R2＞R1，进水孔和出水孔孔深小于y+w如图4和图5；G、由步骤F中(x+w)×(y+w)面垂直向底座胚体内部打入直径为R1的若干个孔构成小通道区，使若干个孔与步骤F中进水孔和出水孔分别相通如图6和图7；H、将步骤D、E、G的表面抛光清洗干净并焊接在一起如图8和图9，从而完成背冷式高功率半导体激光器列阵微通道热沉的制作。

本发明背冷式高功率半导体激光器微通道热沉结构包括：微通道部分和进出水底座如图8。其中微通道部分包括：微沟道区、半圆柱图2是本发明中加工出半圆柱型槽的微通道胚体示意图

图3是本发明中未加边框的微通道部分示意图

图4是本发明中加工了进出水管道的底座胚体示意图(正视图)

图5是图4的俯视图

图6是本发明中进出水底座示意图(正视图)

图7是图6的俯视图

图8是本发明总体结构示意图(正视图，未画内部虚线)

图9是图8的俯视图

五具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明，但本发明不限于这些实施例：

实施例1：本发明的结构如图3，6，7，8，9所示，包括微通道部分1、进水底座2。微通道部分1包括：微沟道区3、半圆柱型槽4、微通道边框5；进水底座2包括：进水管道6、出水管道7、进水小通道区8、出水小通道区9。微通道部分1、进水底座2采用无氧铜或CuW合金或铝等。

实施例2：本发明的制备方法如图1，2，3，4，5，6，7，8，9所示：

A.高导热金属材料采用无氧铜或CuW合金或铝等材料，将无氧铜或CuW合金或铝等材料按需要切割、抛光、清洗，得到体积为16.0×15.5×6.0mm³的无氧铜或CuW合金、铝等微通道胚体，然后在胚体上加工出两个孔径R1为2mm的通孔，孔心在微通道胚体中16.0×6.0mm²矩形截面上坐标分别为(2.0mm，3.0mm)和(14.0mm，图2是本发明中加工出半圆柱型槽的微通道胚体示意图

图3是本发明中未加边框的微通道部分示意图

图4是本发明中加工了进出水管道的底座胚体示意图(正视图)

图5是图4的俯视图

图6是本发明中进出水底座示意图(正视图)

图7是图6的俯视图

图8是本发明总体结构示意图(正视图，未画内部虚线)

图9是图8的俯视图

五具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明，但本发明不限于这些实施例：

实施例1：本发明的结构如图3，6，7，8，9所示，包括微通道部分1、进水底座2。微通道部分1包括：微沟道区3、半圆柱型槽4、微通道边框5；进水底座2包括：进水管道6、出水管道7、进水小通道区8、出水小通道区9。微通道部分1、进水底座2采用无氧铜或CuW合金或铝等。

实施例2：本发明的制备方法如图1，2，3，4，5，6，7，8，9所示：

A.高导热金属材料采用无氧铜或CuW合金或铝等材料，将无氧铜或CuW合金或铝等材料按需要切割、抛光、清洗，得到体积为16.0×15.5×6.0mm³的无氧铜或CuW合金、铝等微通道胚体，然后在胚体上加工出两个孔径R1为2mm的通孔，孔心在微通道胚体中16.0×6.0mm²矩形截面上坐标分别为(2.0mm，3.0mm)和(14.0mm，3.0mm)(如图1)。

B.把步骤A等分切割成两部分，每部分尺寸为16.0×15.5×3.0mm³然后取其中之一(如图2)。

C.利用精密线切割机由步骤B的切割面向步骤B内部垂直切入，按所需尺寸切割出23条相互平行的微沟道，微沟道尺寸为16.0×0.3×1mm，微沟道方向与微通道胚体长度为x的边平行，沟道壁厚0.3mm，边界两条沟道离胚体边缘距离均为1mm(如图3)。

D.选取与步骤A相同材料按需要切割、抛光、清洗，得到体积分别为16.0×3.0×1.0mm³和17.5×3.0×1.0mm³的金属薄片各两片。

E.再选取一种高导热金属材料，如无氧铜或CuW合金或铝等材料。将无氧铜或CuW合金或铝等材料按需要切割、抛光、清洗，得到体积为18.0×17.5×7.0mm³的底座胚体。

F.由步骤E中的18.0×7.0mm²面上垂直向胚体内加工出两个深度为13.5mm，孔径为3mm圆孔，孔心坐标分别为(3.0mm，3.5mm)和(15.0mm，3.5mm)，如图4，5。

G.由步骤F中18.0×17.5mm²面垂直向矩形内部打孔4个，孔直径为2mm，孔心坐标分别为(3.0mm，5.0mm)、(3.0mm，12.5mm)、(15.0mm，5.0mm)和(15.0mm，12.5mm)(如图6，7)

H.将步骤C、D、G如图(8，9)利用扩散焊技术焊接在一起制作出背冷式高功率半导体激光器微通道热沉。