专利名称：单片式激光二极管微通道相变热沉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子散热设备领域，尤其涉及一种固体激光器用单片式激光二极管相变热沉。
背景技术：
激光二极管泵浦固体激光器(DPL)具有效率高、光束质量高、结构紧凑、寿命长等 优点。近年来，随着高功率二极管激光器的相继研制成功，促进了 DPL的发展及在工业、医 疗、科研等领域的应用。DPL被认为是固体激光器技术发展的重要方向，具有重要的用途。一般地，激光二极管(LD)正常工作时的热耗占总功耗的50%以上，热耗引起激光 二极管工作温度的不稳定将使它的输出波长发生变化，进而影响DPL的高效稳定输出。随 着激光二极管泵浦固体激光器功率增大，器件产生的热负荷越来越大，散热密度也越来越 高，LD冷却问题已成为目前DPL研究中的技术难点。总的来说，用于DPL散热的主要方式有半导体制冷、热管传热、微通道水冷等。其 中，微通道水冷散热是目前研究和应用较多的DPL冷却方式。水冷微通道散热虽然具有换 热效果好、控制简单等优点，但存在微通道腐蚀和堵塞等隐患，同时热沉温度随通道内水温 的变化而不断波动，容易造成激光器工作不稳定。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种避免工质在流动中发 生堵塞和工作温度较稳定的单片式激光二极管相变热沉。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案根据本实用新型的第一个方面，提供一种单片式激光二极管微通道相变热沉，包 括散热片，其中所述散热片上具有空化结构型式的进液通道。在上述技术方案中，所述具有空化结构型式的进液通道为长条状进液通道、喇叭 口状的进液通道、文丘里管或孔板结构型式的进液通道。在上述技术方案中，所述具有空化结构型式的进液通道为长条状进液通道，并且 其入口宽度与出口宽度的比例为1 2。在上述技术方案中，所述散热片设有多个相互平行的所述长条状进液通道。在上述技术方案中，还包括分液片，该分液片上设有矩形回液孔。在上述技术方案中，还包括制冷剂。优选地，所述制冷剂为氟利昂。与现有技术相比，本实用新型的优点在于1.避免工质在流动中发生堵塞；2.提高了系统运行的稳定性和可靠性。
以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中[0017]图Ia为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的分解结构图；图Ib为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的上盖片的示意 图；图2为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的散热片的示意 图；图3为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的分液片的示意 图；图4为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的回液片的示意 图；图5为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的下盖片的示意 图；图6为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的立体图。
具体实施方式
图Ia示意出本实用新型的实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的分解结构图。该热沉包括上盖片10、散热片20、分液片30、回液片40和下盖片50，它们从上到下 依次排列，通过压力扩散焊接而成。焊接完成后的热沉，通过线切割将热沉四个周边进行裁 边处理，使热沉最终的宽度与激光二极管(LD)单bar条的长度相当。下面对各个片进行详 细描述。图Ib为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的上盖片10。在 该上盖片上设置有定位孔11，用于焊接及测试安装定位。图2为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的散热片20。该散 热片20具有多条带空化结构的平行进液通道21，其中所述空化结构也称为突扩式通道，即 通道的入口宽度小于出口宽度，其主要作用是抑制气泡逆流生长所导致的不稳定流动。在 该实施例中，每个通道大体呈长条状，优选地，通道入口与通道出口的宽度比为1 2，通道 出口的宽度约400微米。如图2所示，该散热片20还具有进口孔24，在该进口孔中设有筋 板23，以利于焊接。该进口孔与平行进液通道21相连通，其位置对应于图5所示的下盖片 50上的进口孔53，以便当热沉工作时，工质即制冷剂从下盖片50的进口孔53进入，经回液 片40的进口孔45和分液片30的进口孔34，流入散热片20的进口孔24，然后进入平行进 液通道21。在与上盖片10的定位孔11对应的散热片20的位置上同样设有定位孔22。图3为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的分液片30。该分 液片30用于分隔散热片20与回液片40，通过该分液片上的矩形回液孔31连通散热片20 的进液通道21与回液片40的出口孔43。该矩形回液孔的尺寸与工质的流量有关，以便控 制回液的流速。在该分液片30上，在分别与散热片20的定位孔22和进口孔24对应的位 置上设有定位孔33和进口孔34，它们的形状、尺寸与各自相对应的散热片20上的孔相类 似。进口孔34中也设有加强筋板32，其大小尺寸及位置与散热片上的一致。图4为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的回液片40。在与 矩形回液孔31的位置相对应的该回液片的位置，设有出口孔(也称回流通道)43，在该回流 通道中分布有宽度相同但长度不一致的加强筋板41，以利于焊接。另外，在与分液片30的定位孔33和进口孔34对应的位置上，该回液片设有定位孔44和进口孔45，它们的形状、尺寸与各自相对应的分液片30上的孔相类似。在进口孔45中也有加强筋板42，其大小、尺寸 及位置与分液片30上的一致。图5为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉的下盖片50。该下 盖片50包括进口孔53、定位孔52和出口孔51，该进口孔、定位孔和出口孔的位置分别对应 于进口孔45、定位孔44和回液通道43。热沉工作时，制冷剂从进口孔53进入热沉，而后通 过出口孔51流出。图6为本实用新型实施例的单片式激光二极管微通道相变热沉焊接完 成后的立体图。在上述技术方案中，长条状的突扩式通道仅为示例，任何其他型式的空化结构，如 喇叭口状的通道、孔板型式的通道、文丘里管状的通道等，均可以使用；尽管上述通道的入 口与出口的宽度比例为1 2，但在本实用新型的其他实施例中也可以采用其他比值，但应 保持进口通道的宽度小于出口通道，并且可以使流经该通道的制冷剂部分气化。另外，本实 施例中的平行通道仅为优选的排布方式，该通道之间也可以不平行，并且该通道的数量根 据实际bar条长度来决定。对于本领域普通技术人员还应该理解，本实施例中的进口孔、进 液通道、出口孔以及定位孔的形状和位置仅为示例，在其他实施例中，也可以采用诸如平行 于片的某一侧的方式布置的进口孔和出口孔。此外，本实施例中的筋板的形状和个数也仅 为举例说明。在热沉工作之前，首先确保制冷剂供液装置的供、回路分别与热沉的进口孔53和 出口孔51对接，由于氟利昂制冷剂(如R134a，R142b等)属于易泄露工质，因此必须确保 接口密封严密。当检漏确保各工作管路密封良好的情况下，开启制冷循环，液体制冷剂从进 口孔53进入到热沉中，在热沉中吸热气化后，所变成的气液两相混合物通过出口孔51回到 制冷剂供液装置中，通过供液装置自身所带的冷凝器将制冷剂气体重新冷凝为液态，然后 再次开始循环。在热沉工作时，制冷剂液体工质从下盖片的热沉进口孔53进入，当通过散 热片的具有空化结构的平行多通道21中时，制冷剂吸热气化变为气液两相混合物，随后通 过分液片30的矩形回液孔31进入回液片40中的回液通道中，然后制冷剂的气液混合物通 过出口孔51流出热沉。本实用新型的单片式激光二极管微通道相变热沉采用了空化结构，能够有效抑制 通道内沸腾过程中的振荡现象，使制冷剂在热沉中的沸腾蒸发过程和工作温度均保持稳定 状态，提高了系统运行的稳定性和可靠性。利用本实用新型的单片式激光二极管微通道相 变热沉可以实现单bar条连续发光功率达120W时的稳定输出。尽管参照上述的实施例已对本实用新型作出具体描述，但是对于本领域的普通技 术人员来说，应该理解可以在不脱离本实用新型的精神以及范围之内基于本实用新型公开 的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本实用新型的精神以及范围之内。
权利要求一种单片式激光二极管微通道相变热沉，包括散热片，其特征在于，所述散热片上具有空化结构型式的进液通道。
2.根据权利要求1所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，所述具有 空化结构型式的进液通道为长条状进液通道、喇叭口状的进液通道、文丘里管或孔板结构 型式的进液通道。
3.根据权利要求2所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，所述具有 空化结构型式的进液通道为长条状进液通道，并且其入口宽度与出口宽度的比例为1 2。
4.根据权利要求3所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，所述散热 片设有多个相互平行的所述长条状进液通道。
5.根据权利要求4所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，所述通道 出口的宽度约400微米。
6.根据权利要求1所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，还包括分 液片，该分液片上设有矩形回液孔。
7.根据权利要求1至6之一所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，还 包括制冷剂。
8.根据权利要求7所述的单片式激光二极管微通道相变热沉，其特征在于，所述制冷 剂为氟利昂。
专利摘要本实用新型公开了一种单片式激光二极管微通道相变热沉，包括散热片，其特征在于，所述散热片上具有空化结构型式的进液通道。本实用新型能够有效抑制沸腾过程中不稳定性现象的发生，保证激光二极管可靠正常散热。具有散热热流密度高、冷却效果好、工作稳定等优点。
文档编号H01S5/024GK201570775SQ20092024614
公开日2010年9月1日 申请日期2009年10月10日 优先权日2009年10月10日
发明者徐洪波, 曹宏章, 田长青 申请人:中国科学院理化技术研究所