CN103956649B - 一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有防腐蚀结构的液体制冷型半导体激光器，具有防腐蚀结构的液体制冷型半导体激光器设置入液管、出液管使得进入液体制冷器内的液体不易与负极连接块（或正极连接块）接触，这样将不易对电极连接块进行腐蚀，从而保证了金属离子不会进入液体制冷器内部的液体通道内，提高了液体制冷器的可靠性；同理，本发明设置入液垫块和出液垫块，使得液体不与正极电极连接块（或负极连接块）接触，不易腐蚀正极连接块，提高了整个半导体激光器件的可靠性。

Description

一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种半导体激光器，尤其是一种具有防腐蚀结构的半导体激光器。

背景技术

高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，已广泛用于激光加工、激光医疗、激光显示及科学研究领域，成为新世纪发展快、成果多、学科渗透广、应用范围大的核心器件。

半导体激光器在应用时对环境非常敏感，灰尘，湿度，温度等条件对激光器的性能和使用寿命有着极大影响，此外，通常温度在摄氏5 度以下，物体表面就会结露，对于半导体激光器，结露将会导致其易短路。因此，为最大限度发挥半导体激光器的性能，迫切需要一种具有防腐蚀结构的半导体激光器。

中国专利申请公布号 CN 102055132 A，公开了一种真空密封半导体激光器，将半导体激光器密封在真空腔内，所用的真空密封腔结构复杂，此外在使用过程中存在真空泄露的风险，若真空泄露，在真空腔内的灰尘不易除去，水分也不易除去，导致半导体激光器结露。

中国专利申请“户外用半导体激光模块”（CN 102237632 A）公开一种户外用的半导体激光器，其结构使用于风冷散热的半导体激光器，对于液体冷却型的半导体激光器不适用，同时若本身结构内有水汽、潮气不易导出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有防腐蚀结构的液体制冷型半导体激光器，具有防腐蚀的优点。

本发明的技术方案如下：

一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器，包括液体制冷器、半导体激光器芯片、正极连接块、负极连接块，液体制冷器上表面设有半导体激光器芯片，在液体制冷器上部设置负极连接块，在液体制冷器的下部设置正极连接块。

所述的液体制冷器上有入液孔，出液孔，通道孔径为5 mm -5.5 mm。

所述的液体制冷型半导体激光器还包括入液管，出液管，入液垫块，出液垫块。

入液管设置在正极连接块（或负极连接块）上与液体制冷器的入液孔连接，出液管设置在正极连接块(或负极连接块)上与液体制冷器得出液孔连接，入液垫块设置在负极连接块（或正极连接块）上用于与液体制冷器上入液孔上部进行连接；出液垫块设置在负极连接块（或正极连接块）上用于与连接液体制冷器上出液孔上部进行连接。

此外，可在正极连接块（或负极连接块）上设置有一对连接孔，用于放置入液管和出液管，所述的入液管设置在正极连接块（或负极连接块）的一个连接孔上，用于连接液体制冷器入液孔；所述的出液管设置在正极连接块（或负极连接块）的另一个连接孔上，用于连接液体制冷器出液孔。

在负极连接块（或正极连接块）上设置一对垫块沉槽，用于放置入液垫块和出液垫块。

入液垫块设置在负极连接块（或正极连接块）上一个垫块沉槽中用于与液体制冷器上入液孔上部进行连接；出液垫块设置在负极连接块（或正极连接块）上另一个垫块沉槽中，用于与连接液体制冷器上出液孔上部进行连接。

本发明设置入液垫块和出液垫块，液体从入液孔进入后通过液体制冷器中的液体通道后从出液孔流出，在这个过程中，液体会接触负极连接块（正极连接块），对负极连接块（正极连接块）进行液体冲刷，设置入液垫块和出液垫块后，液体冲刷至入液垫块和出液垫块上，不易冲蚀电极连接块

本发明设置入液管和出液管，液体通入时，从入液管通入，当液体流出时，从出液管流出，液体将不直接与正极连接块（负极连接块）接触，从而使得电极连接块不易被液体冲蚀。

入液管和出液管的材料选用耐腐蚀的材料，可以选用塑料、陶瓷等。

入液垫块和出液垫块的材料选用耐腐蚀的材料，可以选用塑料、陶瓷等。

液体制冷器表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层之上设置粘附层，半导体激光器芯片通过焊料焊接在粘附层上，扩散阻碍层是为了阻止粘附层材料扩散至液体制冷器本体上而形成扩散空洞或者结合力差的脆性材料层，最终导致半导体激光器芯片从热沉材料上脱落。

液体制冷器选用金属材料，可以选用金属铜，金属铜钨等。

扩散阻碍层材料选择金属镍，厚度为3μm - 6μm。

粘附层材料选用金，厚度为0.5μm-1μm。

液体制冷器内部设置有液体通道，通道孔径为100μm -300μm。

本发明中另一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器叠层阵列，其为N个焊接有半导体激光器芯片的液体制冷器叠加而成，N大于1，在最顶端液体制冷器上部设置负极连接块，在最底端液体制冷器下部设置正极连接块。

各液体制冷器上设置有入液孔和出液孔，同时液体制冷器连接的入液孔和出液孔中设置有密封圈，入液孔和出液孔的直径为5.0mm - 5.5mm。

在最底端液体制冷器入液孔中设置入液管，出液孔中设置出液管；在最顶端液体制冷器入液孔上部设置有入液垫块用于连接负极连接块，出液孔上部设置有出液垫块用于连接负极连接块。

在正极连接块（或负极连接块）上设置有一对连接孔，用于放置入液管和出液管，所述的入液管设置在正极连接块（或负极连接块）的一个连接孔上，用于连接液体制冷器入液孔；所述的出液管设置在正极连接块（或负极连接块）的另一个连接孔上，用于连接液体制冷器出液孔。

在负极连接块（或正极连接块）上设置一对垫块沉槽，用于放置入液垫块和出液垫块。

入液垫块设置在负极连接块（或正极连接块）一个垫块沉槽中用于与液体制冷器上入液孔上部进行连接；出液垫块设置在负极连接块（或正极连接块）上另一个垫块沉槽中，用于与连接液体制冷器上出液孔上部进行连接。

所述入液管、出液管、入液垫块和出液垫块材料选用非金属耐腐蚀的材料，选用塑料或者陶瓷，还可选用环氧玻璃钢、聚酯玻璃钢、环氧酚醛玻璃钢，氧化铝陶瓷。

本发明设置入液垫块和出液垫块，液体从入液孔进入后通过液体制冷器中的液体通道后从出液孔流出，在这个过程中，液体会接触负极连接块（正负极连接块），对正负极连接块进行液体冲刷，设置入液垫块和出液垫块后，液体不易冲蚀电极连接块。

液体制冷液体制冷器表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层之上设置粘附层，半导体激光器芯片通过焊料焊接在粘附层上。

液体制冷器内部设置有液体通道，通道孔径为为100μm -300μm 。

所述电极连接块选用高导热导电材料，可选用银、铜等，并在其表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层上设置粘附层。

扩散阻碍层选用镍、厚度为3μm - 6μm。

粘层选用金，厚度为0.5μm - 1μm。

粘附层选有金是为保护电极连接层不生锈且便于焊接。

通常对于液体制冷的半导体激光器，制冷器及半导体激光器电极选用金属材料，制冷器中通入水用于半导体激光器的制冷，液体会对半导体激光器的电极进行冲刷，在冲刷的过程中，金属与水接触时，会发生原电池反应，造成对金属的电化学腐蚀，一方面水中的氧气与金属元素发生氧化反应，另一方面即使液体制冷器中的水为去离子水，金属中含有碳等杂质，在有水的环境里，会形成原电池反应而发生腐蚀。氧是主要的腐蚀剂，水中二氧化碳的含量和pH值对腐蚀程度影响较大水中存在溶解气体、金属和盐类氧化物，以及其它有机物，这些众多的杂质使水具有导电性，也对金属产生了腐蚀性作用，最终影响半导体激光器器件的寿命和可靠性。

目前，现有技术中的液体制冷型半导体激光器，未单独使用入液管、出液管，而只是通过液体制冷器上的入液孔和出液孔作为液体出入路径，液体从入液孔进入后通过液体制冷器中的液体通道后从出液孔流出，在这个过程中，液体会接触正负极连接块，对正负极连接块进行液体冲刷，一方面，与电极连接块接触的液体腐蚀其表面，导致电极连接块表面层脱落；另一方面，液体接触电极连接块表面，电极连接块表面发生电化学腐蚀，表面被氧化后，金属离子会进入液体制冷器内部的液体通道内，金属离子吸附杂质或进行络合后形成较大粒子，导致液体制冷器内部的液体通道堵塞。

本发明设置入液管、出液管使得进入液体制冷器内的液体不易与负极连接块（或正极连接块）接触，这样将不易对电极连接块进行腐蚀，从而保证了金属离子不会进入液体制冷器内部的液体通道内，提高了液体制冷器的可靠性；同理，本发明设置入液垫块和出液垫块，使得液体不与正极电极连接块（或负极连接块）接触，不易腐蚀正极连接块，提高了整个半导体激光器件的可靠性。

附图说明

图1为本发明的液体制冷型半导体激光器的示意图。

图2为本发明的液体制冷型半导体激光器叠层阵列的示意图。

图3为本发明设有垫块沉槽的电极连接块的示意图。

附图标号说明：1为液体制冷器；2为半导体激光器芯片；3为正极连接块；4为负极连接块；5为入液管；6为出液管；7为入液垫块；8为出液垫块；9为连接孔；10为垫块沉槽， 11为入液孔， 12为出液孔。

具体实施方式

图1为本发明液体制冷型半导体激光器的示意图，一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器，包括液体制冷器1、半导体激光器芯片2、正极连接块3、负极连接块4，液体制冷器1上表面设置有半导体激光器芯片2，在液体制冷器1下部设置正极连接块3，在液体制冷器的上部设置负极连接块4。

所述的液体制冷型半导体激光器还包括入液管5，出液管6，入液垫块7，出液垫块8。

所述的液体制冷器上有入液孔11，出液孔12，液体制冷器1表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层之上设置粘附层，半导体激光器芯片2通过焊料焊接在粘附层上，扩散阻碍层是为了阻止粘附层材料扩散至液体制冷器本体上而形成扩散空洞或者脆性材料层，最终导致半导体激光器芯片从热沉上脱落。

液体制冷器1选用金属或金属基复合材料，可以选用金属铜，铜钨合金，铜-金刚石复合材料等。

扩散阻碍层材料选择金属镍，厚度为3μm - 6μm。

粘附层材料选用金，厚度为0.5μm - 1μm。

液体制冷器1内部设置有液体通道，通道孔径为100μm -300μm。

在正极连接块3（或负极连接块4）上设置有一对连接孔9，用于放置入液管5和出液管6，所述的入液管5设置在正极连接块3（或负极连接块4）的一个连接孔上，用于连接液体制冷器1入液孔11；所述的出液管6设置在正极连接块3（或负极连接块4）的另一个连接孔上，用于连接液体制冷器出液孔12。

在负极连接块4（或正极连接块3）上设置一对垫块沉槽10，用于放置入液垫块7和出液垫块8。

入液垫块7设置在负极连接块4（或正极连接块3）上一个垫块沉槽10中用于与液体制冷器1上入液孔11上部进行连接；出液垫块8设置在负极连接块4（或正极连接块3）上另一个垫块沉槽10中，用于与连接液体制冷器1上出液孔12上部进行连接。

图2为本发明的液体制冷型半导体激光器叠层阵列的示意图，具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器叠层阵列，其为多个焊接有半导体激光器芯片2的液体制冷器1叠加而成，在最顶端液体制冷器1上部设置负极连接块4（或正极连接块3），在最底端液体制冷器1下部设置正极连接块3（或负极连接块4）。

各液体制冷器1连接的入液孔11和出液孔12中设置有密封圈。

在最底端液体制冷器1的入液孔11中设置入液管5，出液孔12中设置出液管6；在最顶端液体制冷器1的入液孔11上部设置有入液垫块7用于连接负极连接块4（或正极连接块3），出液孔12上部设置有出液垫块8用于连接负极连接块4（或正极连接块3）。

在正极连接块3（或负极连接块4）上设置有一对连接孔9，用于放置入液管5和出液管6，所述的入液管3设置在正极连接块3（或负极连接块4）的一个连接孔8上，用于连接液体制冷器1的入液孔11；所述的出液管6设置在正极连接块3（或负极连接块4）的另一个连接孔9上，用于连接液体制冷器1出液孔12。

在负极连接块4（或正极连接块3）上设置一对垫块沉槽10，用于放置入液垫块7和出液垫块8。

入液垫块7设置在负极连接块4（或正极连接块3）一个垫块沉槽10中用于与液体制冷器1上的入液孔11上部进行连接；出液垫块8设置在负极连接块4（或正极连接块3）上另一个垫块沉槽10中，用于与连接液体制冷器1上出液孔12上部进行连接。

所述的液体制冷器1上有入液孔11，出液孔12，液体制冷器1表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层之上设置粘附层，半导体激光器芯片2通过焊料焊接在粘附层上。

液体制冷器1内部设置有液体通道，通道孔径为Φ5.0mm - Φ5.5mm。

所述入液管5、出液管6、入液垫块7和出液垫块8材料选用非金属耐腐蚀的材料，选用塑料或者陶瓷，还可选用环氧玻璃钢、聚酯玻璃钢、环氧酚醛玻璃钢，氧化铝陶瓷

所述液体制冷器1选用高导热导电材料，可选用银、铜等，并在其表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层上设置粘附层，扩散阻碍层选用镍、厚度为3μm - 6μm。

粘层选用金，厚度为0.5μm - 1μm。

粘附层选有金是为保护电极连接层不生锈且便于焊接。

目前，现有技术中的液体制冷型半导体激光器，未单独使用入液管、出液管，而只是通过液体制冷器上的入液孔和出液孔作为液体出入路径，液体从入液孔进入后通过液体制冷器中的液体通道后从出液孔流出，在这个过程中，液体会接触正负极连接块，对正负极连接块进行液体冲刷，一方面，与电极连接块接触的液体腐蚀其表面，导致电极连接块表面层脱落；另一方面，液体接触电极连接块表面，电极连接块表面发生电化学腐蚀，表面被氧化后，金属离子会进入液体制冷器内部的液体通道内，金属离子吸附杂质或进行络合后形成较大粒子，导致液体制冷器内部的液体通道堵塞。

本发明设置入液管、出液管使得进入液体制冷器内的液体不易与负极连接块接触，这样将不易对负极连接块进行腐蚀，从而保证了金属离子不会进入液体制冷器内部的液体通道内，提高了液体制冷器的可靠性；同理，本发明设置入液垫块和出液垫块，使得液体不与正极电极连接块接触，不易腐蚀正极连接块，提高了整个半导体激光器件的可靠性。

Claims (8)

1.一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器，包括液体制冷器、半导体激光器芯片、正极连接块、负极连接块，液体制冷器上表面设置有半导体激光器芯片，在液体制冷器上部设置负极连接块，在液体制冷器的下部设置正极连接块，液体制冷器上设置有入液孔和出液孔，其特征在于：还包括入液管，出液管，入液垫块，出液垫块，所述的入液管设置在正极连接块上与入液孔连接，出液管设置在正极连接块上与出液管连接，入液垫块设置在负极连接块上用于与液体制冷器上入液孔上部进行连接；出液垫块设置在负极连接块上用于与连接液体制冷器上出液孔上部进行连接。

2.根据权利要求1所述的具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器，其特征在于：所述正极连接块上设置有一对连接孔，用于放置入液管和出液管，所述的入液管设置在正极连接块的一个连接孔上，用于连接液体制冷器入液孔；所述的出液管设置在正极连接块的另一个连接孔上，用于连接液体制冷器出液孔。

3.根据权利要求1或2所述的具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器，其特征在于：入液管、出液管、入液垫块和出液垫块的材料选用耐腐蚀的材料，选用塑料或者陶瓷。

4.根据权利要求1所述的具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器，其特征在于：液体制冷器表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层表面之上设置粘附层，半导体激光器芯片通过焊料焊接在粘附层上，扩散阻碍层材料为金属镍，厚度为3μm - 6μm，粘附层材料为金，厚度为0.5μm - 1μm，液体制冷器内部设置有液体通道，通道孔径为100μm -300μm。

5.一种具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器叠层阵列，其为N个焊接有半导体激光器芯片的液体制冷器叠加而成，N大于1，在最顶端液体制冷器上部设置负极连接块，在最底端液体制冷器下部设置正极连接块，液体制冷器上设置有入液孔和出液孔，其特征在于：还包括入液管，出液管，入液垫块，出液垫块，所述的入液管设置在正极连接块上与底端液体制冷器上的入液孔连接，所述的出液管设置在正极连接块上与底端液体制冷器上的出液管连接，所述的入液垫块设置在负极连接块上用于与顶端液体制冷器上入液孔上部进行连接；所述的出液垫块设置在负极连接块上用于与顶端液体制冷器上入液孔上部进行连接。

6.根据权利要求5所述的具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器叠层阵列，其为N个焊接有半导体激光器芯片的液体制冷器叠加而成，N大于1，在最顶端液体制冷器上部设置负极连接块，在最底端液体制冷器下部设置正极连接块，其特征在于：所述的正极连接块上设置有一对连接孔，所述的入液管设置在正极连接块的一个连接孔上，用于连接液体制冷器入液孔；所述的出液管设置在正极连接块的另一个连接孔上，用于连接液体制冷器出液孔；所述的负极连接块上设置一对垫块沉槽， 所述的入液垫块设置在负极连接块一个垫块沉槽中用于与液体制冷器上入液孔上部进行连接；出液垫块设置在负极连接块上另一个垫块沉槽中，用于与连接液体制冷器上出液孔上部进行连接。

7.根据权利要求5或6所述的具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器叠层阵列，其特征在于：入液管、出液管、入液垫块和出液垫块的材料为耐腐蚀的材料，为塑料、陶瓷。

8.根据权利要求5所述的具有防腐结构的液体制冷型半导体激光器叠层阵列，其特征在于：所述的液体制冷器表面设置扩散阻碍层，在扩散阻碍层之上设置粘附层，半导体激光器芯片通过焊料焊接在粘附层上，扩散阻碍层材料为金属镍，厚度为3μm - 6μm，粘附层材料为金，厚度为0.5μm-1μm，液体制冷器内部设置有液体通道，通道孔径为100μm -300μm。