專利名稱：大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子散熱設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及的一種大功率固體激光器冷卻用微 通道流動沸騰熱沉，具體的說是一種其為適用于半導(dǎo)體激光器疊陣或激光增益介質(zhì)冷卻的 微通道流動沸騰熱沉，屬于電子散熱設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于具有極高的輸出功率、良好的光束質(zhì)量、緊湊的機(jī)構(gòu)以及較長的壽命，激光二 極管泵浦固態(tài)激光器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，工業(yè)加工領(lǐng)域以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，成為主流的 大功率激光器系統(tǒng)。作為固體激光器最重要的泵浦源，半導(dǎo)體激光器由于具有較高的電光 轉(zhuǎn)換效率、較廣的波長覆蓋范圍，而且具有壽命長、重量輕、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，受到廣大使用 者的青睞，被廣泛應(yīng)用在軍事、航空、空間激光通信系統(tǒng)和生物醫(yī)學(xué)中。近年來，隨著使用者需求的提高以及研究的深入，大功率半導(dǎo)體激光器的性能得 到了快速的提升，這在很大程度上促進(jìn)了固態(tài)激光器的發(fā)展。隨著大功率半導(dǎo)體激光器電 光功率轉(zhuǎn)換效率和輸出功率的增大，器件產(chǎn)生的熱負(fù)荷也越來越大，這種熱負(fù)載是限制激 光器正常工作的關(guān)鍵因素。熱耗的增加，半導(dǎo)體激光器溫度急劇上升，對其各項(xiàng)工作性能的 影響很大，特別在激光二極管泵浦固體激光器中，熱耗引起的激光二極管工作溫度不穩(wěn)定， 致使輸出波長發(fā)生變化，光電轉(zhuǎn)化效率降低，輸出功率減小。要解決這些問題，就必須深入 研究熱耗問題，探索有效的散熱技術(shù)。這對提高激光器光電特性，增加激光器輸出功率，延 長激光器壽命非常重要。對大功率激光器散熱深入研究的過程中，研究者取得了一系列重大成果。總的來 說，用于大功率固體激光器散熱的主要方式有半導(dǎo)體制冷、熱管傳熱、噴霧冷卻、微通道水 冷等。傳統(tǒng)的散熱方式(半導(dǎo)體制冷、熱管傳熱、噴霧冷卻)能滿足激光器溫度控制，可 靠啟動和穩(wěn)定工作的要求，但是散熱能力有限，無法滿足大功率激光器的散熱需求；微通道 水冷換熱性能較好，能滿足大功率激光器散熱的需要，但微通道水冷系統(tǒng)一般都采用開式 系統(tǒng)，需要浪費(fèi)大量水源，同時(shí)需要在前期對水進(jìn)行凈化處理，成本很高，否則將腐蝕和侵 蝕微通道，降低水冷熱沉的壽命；同時(shí)熱沉溫度隨通道內(nèi)溫的變化而不斷波動，容易造成激 光器工作不穩(wěn)定。而微通道相變冷卻采用閉式系統(tǒng)，具有冷卻效率高和冷卻效果好，結(jié)構(gòu)緊 湊的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其利用工質(zhì)相變帶走熱量，在相變過程中溫度基本保持不變，克服了水冷熱 沉溫度波動的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，該熱 沉采用微通道沸騰換熱，對于高熱流密度，尤其針對大功率固體激光器冷卻有很好的散熱 作用，能有效的控制固體激光器表面溫度，提高激光器發(fā)光效率和使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
4[0008]本發(fā)明提供的大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其包括由下至上依次疊摞在一起的外形及尺寸一致的下底板50、下散熱板40、分隔板 30、上散熱板20和上蓋板10 ；其特征在于所述下底板50上設(shè)有呈一字形依次排列的第一圓形出液通孔51、第一圓形定位 通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53 ；所述第一圓形出液通孔51靠近所述下底板50的下左側(cè) 邊，該下左側(cè)邊的中心垂線與所述第一圓形出液通孔51、第一圓形定位通孔52和第一圓形 進(jìn)液通孔53的中心連線重合；所述下散熱板40上設(shè)有分別與所述下底板50上的第一圓形定位通孔52和第一 圓形進(jìn)液通孔53上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第二圓形定位通孔42和第二圓形進(jìn)液孔 43 ；所述下散熱板(40)上還設(shè)有一向右開口向上的第一 U形出液通道44和位于所述該向 右開口的第一 U形出液通道44上右端方的的一對進(jìn)液通道45 ；該對進(jìn)液通道45與所述向 右開口的第一 U形出液通道44互不相通；所述第二圓形定位通孔42和第二圓形進(jìn)液孔43 位于所述向右開口的第一U形出液通道44的U形開口之內(nèi)；所述向右開口的第一開口向上 的U形出液通道44下左端外側(cè)與所述第一圓形出液通孔51相切；所述向右開口的第一開 口向上的U形出液通道44下左端內(nèi)側(cè)與所述第一圓形出液通孔51部分重合；所述下散熱 板40上的一對進(jìn)液通道45的上右方端設(shè)有與所述該對進(jìn)液通道45相通的第一彎曲微流 道47，所述第一彎曲微流道47與該對進(jìn)液通道45的連通相接處設(shè)有收縮節(jié)流口 46 ；所述分隔板30上設(shè)有與所述下散熱板40上的第二圓形定位通孔42上下位置相 對應(yīng)且尺寸相同的第三圓形定位通孔32，所述第三圓形定位通孔32上右方方設(shè)有馬蹄形 進(jìn)液通孔33 ；所述馬蹄形進(jìn)液通孔33的下左半部與所述第二圓形進(jìn)液孔43的下左半部重 合；所述分隔板30上還設(shè)有與所述下散熱板40上的開口向右開口的向上的U形出液通道 44上下位置相對應(yīng)且尺寸相同開口方形一致的第二出液通道34和一位于分隔板30上端部 的橫向通槽35，所述橫向通槽35與所述第一彎曲微流道47上右端齊平并相通；所述上散熱板20上設(shè)有與所述下底板50上的第一圓形出液通孔51、第一圓形定 位通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第四圓形出液通孔21、第 四圓形定位通孔22和第四圓形進(jìn)液通孔23 ；所述的第四圓形出液通孔21、第四圓形定位通 孔22和第四圓形進(jìn)液通孔23兩側(cè)是設(shè)有一個(gè)向左開口向下的U形出液通道24，該向左開 口的U形出液通道24的右端設(shè)有第二彎曲微通道25 ；所述向左開口開口向下的U形出液 通道24的兩側(cè)邊與所述下散熱板40上的向右開口的第一 U形出液通道44及所述向右開 口的第二一 U形出液通道34的兩側(cè)邊齊平；所述向左開口開口向下的U形出液通道24與 所述第二彎曲微通道25相連通，所述第二彎曲微通道25與所述下散熱板40上的第一彎曲 微通道47上下位置相對應(yīng)且尺寸相同一致；所述上蓋板10上設(shè)有與所述下底板50上的第一圓形出液通孔51、第一圓形定位 通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第五圓形出液通孔11、第五 圓形定位通孔12和第五圓形進(jìn)液通孔13。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其特征 在于，所述第一彎曲微流道47和第二熱沉彎曲微通道25的彎曲角角度均在130° -135° 之間，所述彎曲角角度為所述第一彎曲微流道47和第二熱沉彎曲微通道25的彎曲通道相 鄰兩條曲邊的夾角；所述第一彎曲微流道47和第二彎曲微通道25的條數(shù)均在15-20條之間。使用時(shí)，流體通過收縮節(jié)流口 46在第一彎曲微流道46和第二彎曲微通道25中沸 騰吸熱，然后流體通過出液口(第一圓形出液通孔51)離開，帶走熱量，保持熱沉溫度不至 于過高。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，大功率固體激光器 冷卻用微通道流動沸騰熱沉采用帶收縮節(jié)流口的彎曲微通道，這有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn) 定性和可靠性；同時(shí)增加了熱沉與相變工質(zhì)的接觸面積，提高了散熱效率，工作溫度穩(wěn)定， 結(jié)構(gòu)緊湊，美觀耐用。

圖1為本實(shí)用新型的大功率固體激光器冷卻用流動沸騰熱沉的結(jié)構(gòu)(分解)示意 圖分解圖；圖2為下底板50的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為下散熱板40的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為分隔板30的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為上散熱板20的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為上蓋板10的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型的大功率固體激光器冷卻用流動沸騰熱沉的大功率固體激光 器冷卻用流動沸騰熱沉的三維立體外觀示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例為進(jìn)一步說明描述本實(shí)用新型，圖1為本實(shí)用新型的大功 率固體激光器冷卻用流動沸騰熱沉的結(jié)構(gòu)(分解)示意圖；圖2為下底板50的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為下散熱板40的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為分隔板30的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為上散熱板20的 結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為上蓋板10的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型的大功率固體激光器冷卻 用流動沸騰熱沉的三維立體外觀示意圖；圖8為圖7取下上蓋板10之后的大功率固體激光 器冷卻用流動沸騰熱沉的外觀示意圖；圖9為圖7取下上蓋板10和上散熱板20之后的大 功率固體激光器冷卻用流動沸騰熱沉的外觀示意圖；圖10為圖7取下上蓋板10、上散熱板 20和分隔板30之后的大功率固體激光器冷卻用流動沸騰熱沉的外觀示意圖；有圖可知，本 發(fā)明提供的大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其包括由下至上依次疊摞在一 起的外形及尺寸一致的下底板50、下散熱板40、分隔板30、上散熱板20和上蓋板10 ；其特 征在于所述下底板50上設(shè)有呈一字形依次排列的第一圓形出液通孔51、第一圓形定位 通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53 ；所述圓形出液通孔51靠近所述下底板50的左側(cè)邊，該左 側(cè)邊的中心垂線與所述第一圓形出液通孔51、第一圓形定位通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔 53的中心連線重合；所述下散熱板40上設(shè)有分別與所述第一圓形定位通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53 上下位置對應(yīng)且尺寸相同的第二圓形定位通孔42和第二圓形進(jìn)液孔43 ；所述下散熱板40上還設(shè)有一向右開口的第一 U形出液通道44和位于該向右開口的第一形出液通道44右方 的一對進(jìn)液通道45 ；該對進(jìn)液通道45與所述向右開口的第一 U形出液通道44互不相通； 所述第二圓形定位通孔42和第二圓形進(jìn)液孔43位于所述向右開口的第一 U形出液通道44 的U形開口之內(nèi)；所述向右開口的第一 U形出液通道44左端外側(cè)與所述第一圓形出液通 孔51相切；所述向右開口的第一 U形出液通道44左端內(nèi)側(cè)與所述第一圓形出液通孔51部 分重合；所述一對進(jìn)液通道45的右端設(shè)有與所述該對進(jìn)液通道45相通的第一彎曲微流道 47，所述第一彎曲微流道47與該對進(jìn)液通道45的連通相接處設(shè)有收縮節(jié)流口 46 ；所述分隔板30上設(shè)有與所述下散熱板40上的第二圓形定位通孔42上下位置對 應(yīng)且尺寸相同的第三圓形定位通孔32，所述第三圓形定位通孔32右方設(shè)有馬蹄形進(jìn)液通 孔33 ；所述馬蹄形進(jìn)液通孔33的左半部與所述第二圓形進(jìn)液孔43的左半部重合；所述分 隔板30上還設(shè)有與所述下散熱板40上的向右開口的U形出液通道44上下位置對應(yīng)且尺 寸相同開口方形一致的第二出液通道34和一位于分隔板30上部的橫向通槽35，所述橫向 通槽35與所述第一彎曲微流道47右端齊平并相通；所述上散熱板20上設(shè)有與所述下底板50上的第一圓形出液通孔51、第一圓形定 位通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53上下位置對應(yīng)且尺寸相同的第四圓形出液通孔21、第四 圓形定位通孔22和第四圓形進(jìn)液通孔23 ；所述的第四圓形出液通孔21、第四圓形定位通孔 22和第四圓形進(jìn)液通孔23兩側(cè)設(shè)有一個(gè)向左開口的U形出液通道24，該向左開口的U形 出液通道24的右端設(shè)有第二彎曲微通道25 ；所述向左開口的U形出液通道24的兩側(cè)邊與 所述向右開口的第一 U形出液通道44及所述向右開口的第二一 U形出液通道34的兩側(cè)邊 齊平；所述向左開口的U形出液通道24與所述第二彎曲微通道25相連通，所述第二彎曲微 通道25與第一彎曲微通道47上下位置對應(yīng)且尺寸一致；所述上蓋板10上設(shè)有與所述下底板50上的第一圓形出液通孔51、第一圓形定位 通孔52和第一圓形進(jìn)液通孔53上下位置對應(yīng)且尺寸相同的第五圓形出液通孔11、第五圓 形定位通孔12和第五圓形進(jìn)液通孔13。所述第一彎曲微流道47和第二彎曲微通道25相鄰兩條曲邊的夾角在 130° -135°之間；所述第一彎曲微流道47和第二彎曲微通道25均為15-20條。實(shí)施例1本實(shí)施例的大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其結(jié)構(gòu)如上所述，其 中的第一彎曲微流道47和第二彎曲微通道25相鄰兩條曲邊的夾角為130° (當(dāng)然也可為 132°或135°，只要在130° -135°之間均可；其中的第一彎曲微流道47和第二彎曲微通 道均為25條(當(dāng)然也可為18條或20條，只要在15條-20條之間均可；本實(shí)用新型大功率 激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，外觀整齊，結(jié)構(gòu)緊湊。結(jié)合具體說明圖1中給出了本實(shí)用新型提供的“大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱 沉”的結(jié)構(gòu)圖。該熱沉中含有上蓋板10，上散熱板20，分隔板30，下散熱板40和下底板50 ； 所述上蓋板10，上散熱板20，分隔板30，下散熱板40和下底板50從上到下依次疊摞排列， 構(gòu)成上下兩層微通道；其中相變工質(zhì)從下底板50上的第一圓形進(jìn)液口通孔53進(jìn)入熱沉，通過分隔板30 上的第三進(jìn)液口(馬蹄形進(jìn)液瞳孔33)流進(jìn)下散熱板40上的所述一對進(jìn)液通道45，然后進(jìn) 入收縮節(jié)流口 46 ；其中熱沉的第三進(jìn)液口(馬蹄形進(jìn)液瞳孔33)設(shè)計(jì)為馬蹄形，該設(shè)計(jì)便于工質(zhì)均勻分液進(jìn)入微通道，收縮節(jié)流口結(jié)構(gòu)有利于抑制微通道中工質(zhì)相變產(chǎn)生的壓力和 溫度的波動，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。通過收縮節(jié)流口后，相變工質(zhì)進(jìn)入下散熱板上的第一彎曲微通道47，并在微通道 中吸熱，使得部分工質(zhì)發(fā)生相變，相變后形成的氣液兩相工質(zhì)通過分隔板30上的橫向通槽 35進(jìn)入上散熱板20上的第二彎曲微通道25，繼續(xù)與熱沉進(jìn)行換熱；其中熱沉的彎曲微通道 可以按照半導(dǎo)體激光器所需要的尺寸和散熱功率確定，彎曲微通道的彎曲角(彎曲微通道 相鄰兩條彎曲邊的夾角)角度在130° -135°之間，該設(shè)計(jì)有利于充分增大相變工質(zhì)與熱 沉的接觸面積，同時(shí)強(qiáng)化沸騰換熱。氣液兩相混合工質(zhì)通過上散熱板20的微通道后進(jìn)入向左開口的U形通道24、向右 開口的第二U形出液通道34和向右開口的第一U形出液通道44，最后通過出液口(第一圓 形出液通孔51)離開熱沉。
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權(quán)利要求一種大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其包括由下至上依次疊摞在一起的外形及尺寸一致的下底板(50)、下散熱板(40)、分隔板(30)、上散熱板(20)和上蓋板(10)；其特征在于所述下底板(50)上設(shè)有呈一字形依次排列的第一圓形出液通孔(51)、第一圓形定位通孔(52)和第一圓形進(jìn)液通孔(53)；所述第一圓形出液通孔(51)靠近所述下底板(50)的下左側(cè)邊，該下左側(cè)邊的中心垂線與所述第一圓形出液通孔(51)、第一圓形定位通孔(52)和第一圓形進(jìn)液通孔(53)的中心連線重合；所述下散熱板(40)上設(shè)有分別與所述下底板(50)上的第一圓形定位通孔(52)和第一圓形進(jìn)液通孔(53)上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第二圓形定位通孔(42)和第二圓形進(jìn)液孔(43)；所述下散熱板(40)上還設(shè)有一向右開口向上的第一U形出液通道(44)和位于所述該向右開口的第一U形出液通道(44)上右端方的的一對進(jìn)液通道(45)；該對進(jìn)液通道(45)與所述向右開口的第一U形出液通道(44)互不相通；所述第二圓形定位通孔(42)和第二圓形進(jìn)液孔(43)位于所述向右開口的第一U形出液通道(44)的U形開口之內(nèi)；所述向右開口的第一開口向上的U形出液通道(44)下左端外側(cè)與所述第一圓形出液通孔(51)相切；所述向右開口的第一開口向上的U形出液通道(44)下左端內(nèi)側(cè)與所述第一圓形出液通孔(51)部分重合；所述下散熱板(40)上的一對進(jìn)液通道(45)的上右方端設(shè)有與所述該對進(jìn)液通道(45)相通的第一彎曲微流道(47)，所述第一彎曲微流道(47)與該對進(jìn)液通道(45)的連通相接處設(shè)有收縮節(jié)流口(46)；所述分隔板(30)上設(shè)有與所述下散熱板(40)上的第二圓形定位通孔(42)上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第三圓形定位通孔(32)，所述第三圓形定位通孔(32)上右方方設(shè)有馬蹄形進(jìn)液通孔(33)；所述馬蹄形進(jìn)液通孔(33)的下左半部與所述第二圓形進(jìn)液孔(43)的下左半部重合；所述分隔板(30)上還設(shè)有與所述下散熱板(40)上的開口向右開口的向上的U形出液通道(44)上下位置相對應(yīng)且尺寸相同開口方形一致的第二出液通道(34)和一位于分隔板(30)上端部的橫向通槽(35)，所述橫向通槽(35)與所述第一彎曲微流道(47)上右端齊平并相通；所述上散熱板(20)上設(shè)有與所述下底板(50)上的第一圓形出液通孔(51)、第一圓形定位通孔(52)和第一圓形進(jìn)液通孔(53)上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第四 圓形出液通孔(21)、第四圓形定位通孔(22)和第四圓形進(jìn)液通孔(23)；所述的第四圓形出液通孔(21)、第四圓形定位通孔(22)和第四圓形進(jìn)液通孔(23)兩側(cè)是設(shè)有一個(gè)向左開口向下的U形出液通道(24)，該向左開口的U形出液通道(24)的右端設(shè)有第二彎曲微通道(25)；所述向左開口開口向下的U形出液通道(24)的兩側(cè)邊與所述下散熱板(40)上的向右開口的第一U形出液通道(44)及所述向右開口的第二一U形出液通道(34)的兩側(cè)邊齊平；所述向左開口開口向下的U形出液通道(24)與所述第二彎曲微通道(25)相連通，所述第二彎曲微通道(25)與所述下散熱板(40)上的第一彎曲微通道(47)上下位置相對應(yīng)且尺寸相同一致；所述上蓋板(10)上設(shè)有與所述下底板(50)上的第一圓形出液通孔(51)、第一圓形定位通孔(52)和第一圓形進(jìn)液通孔(53)上下位置相對應(yīng)且尺寸相同的第五圓形出液通孔(11)、第五圓形定位通孔(12)和第五圓形進(jìn)液通孔(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其特征在于，所述第一彎曲微流道(47)和第二熱沉彎曲微通道(25)的彎曲角角度均在 130° -135°之間，所述彎曲角角度為所述第一彎曲微流道(47)和第二熱沉彎曲微通道 (25)的彎曲通道相鄰兩條曲邊的夾角；所述第一彎曲微流道(47)和第二彎曲微通道(25) 的條數(shù)均在15-20條之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉，其包括由下至上依次疊摞在一起的外形及尺寸一致的下底板、下散熱板、分隔板、上散熱板和上蓋板而形成的具有上下兩層微通道的熱沉；該大功率固體激光器冷卻用微通道流動沸騰熱沉采用帶收縮節(jié)流口的彎曲微通道，利用工質(zhì)沸騰散熱帶走熱量，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制冷、熱管傳熱、噴霧冷卻、微通道水冷相比，有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，具有冷卻效率高和冷卻效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定性高，美觀耐用，同時(shí)增加了熱沉與相變工質(zhì)的接觸面積，提高了散熱效率，工作溫度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01S3/042GK201682169SQ20092024696
公開日2010年12月22日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者吳成云, 徐洪波, 田長青 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所