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檸檬光子發(fā)明的高功率模塊冷板堆疊方案，通過(guò)各層冷板整體組成的堆棧式散熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可形成多層并聯(lián)宏通道流道，流道內(nèi)形成緩沖結(jié)構(gòu)，使得每一層的導(dǎo)熱效率都能根據(jù)芯片功率、芯片大小能夠做靈活調(diào)整，從而大大提高單冷板的導(dǎo)熱效率且降低成本！

集微網(wǎng)消息，高端半導(dǎo)體激光芯片是我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)鏈的缺失環(huán)節(jié)，同時(shí)也是3D傳感、AR/VR、機(jī)器人、激光雷達(dá)等最新一代光通訊生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用的核心器件。

過(guò)去，高功率半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，基于GaAs材料的邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器一直占據(jù)統(tǒng)治地位，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)，醫(yī)療，科研等領(lǐng)域。然而，邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器卻存在其致命的缺陷，雖然預(yù)期壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，但是在脈沖狀態(tài)下，光學(xué)災(zāi)變性損壞幾率極大，對(duì)壽命影響嚴(yán)重。

而如今高功率半導(dǎo)體激光器以其廣闊的應(yīng)用前景加上巨大的潛在市場(chǎng)，已然成為各國(guó)競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)，但是，其可靠性和穩(wěn)定性，一致性等問(wèn)題，又很大程度上限制了這一塊的實(shí)際應(yīng)用，其中之一高功率半導(dǎo)體激光器所面臨的問(wèn)題就是激光器的性能。即激光器的輸出光電轉(zhuǎn)換效率。

而這些問(wèn)題除了跟激光器外延材料和封裝有關(guān)外，很大程度上都受整體發(fā)熱密度和散熱效率影響，目前市面激光器的散熱器，內(nèi)部設(shè)置微通道散熱，然而這種內(nèi)部流道水壓調(diào)試比較麻煩，且部品工藝比較復(fù)雜。由于微通道內(nèi)部是微流道，在流體不凈的情況下，十分容易堵塞，而且只能更替堵塞板，相對(duì)維護(hù)成本也偏高。

為了解決這樣的問(wèn)題，檸檬光子在19年10月29日申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“一種針對(duì)面發(fā)射激光芯片的高功率模塊”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?01911038830.2），申請(qǐng)人為深圳市檸檬光子科技有限公司。

根據(jù)目前公開(kāi)的專利資料，讓我們一起來(lái)看看這項(xiàng)高功率模塊方案吧。

如上圖所示為針對(duì)面發(fā)射激光芯片的高功率模塊的立體圖示意圖，據(jù)該專利介紹，這種高功率模塊可以用作高功率直接半導(dǎo)體激光器，例如可以作為高速熔覆模塊可用于高速激光熔覆系統(tǒng)，其帶有高質(zhì)量激光陣列條和高效的散熱結(jié)構(gòu)，具有封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效、低成本等優(yōu)點(diǎn)。

從圖中可以看到高功率模塊整體為冷板堆棧式封裝結(jié)構(gòu)，包括若干條冷板堆疊形成，每條冷板封裝集成多個(gè)面發(fā)射激光芯片14形成單獨(dú)模塊。其中最上層的冷板作為頂部密封板2，最下層的冷板作為底部密封板3，中間的若干條分離的冷板7上下堆疊。

堆棧式封裝結(jié)構(gòu)的外壁表面集成了多個(gè)面發(fā)射激光芯片，各條冷板的同一側(cè)外壁表面封裝多個(gè)面發(fā)射激光芯片，堆棧式封裝結(jié)構(gòu)各層集成的芯片排列成面發(fā)射激光芯片陣列4，每條冷板集成的面發(fā)射激光芯片發(fā)光面上設(shè)置準(zhǔn)直透鏡5，用于調(diào)整面發(fā)射激光芯片光束的均勻性。

除此之外，高功率模塊還連接有進(jìn)水管1和出水管6，進(jìn)水管、頂部密封板、冷板以及底部密封板的內(nèi)部流道12以及出水管之間相互貫通，形成冷卻通道用于給芯片降溫。

如上圖所示為冷板間單元的組合結(jié)構(gòu)示意圖，針對(duì)面發(fā)射激光芯片的高功率模塊包括由多個(gè)面發(fā)射激光芯片封裝集成的單獨(dú)模塊，先以單獨(dú)芯片14對(duì)齊單獨(dú)的散熱塊的定位基準(zhǔn)即限位側(cè)，貼合好以后，然后依次首尾緊挨的排列若干個(gè)芯片集成到散熱塊上。

通過(guò)將焊料焊接到散熱塊上，使得整體模塊置于打金線設(shè)備上，首尾相連打上金線，且與兩端的電極模塊8由金線11相連，從而將依次首尾緊挨的排列若干芯片形成串聯(lián)的電連接。

各單獨(dú)冷板以及密封板2、3上集成的芯片分別排成一排，對(duì)應(yīng)每層設(shè)置一條準(zhǔn)直透鏡5來(lái)調(diào)整一排芯片發(fā)射光的光束均勻性，通寬度在準(zhǔn)直透鏡工作范圍臨界點(diǎn)以內(nèi)，保證合光效率。

最后，同樣的，每條冷板內(nèi)部形成有水冷流道12，水冷流道是在冷板上直接加工而成，是沿冷板厚度方向自頂面或底面凹陷一定深度且沿冷板長(zhǎng)度方向或集成芯片的排列方向延伸的一條通道。流道在沿冷板厚度方向?qū)恿鲿r(shí)候，各層之間互相隔離，每排芯片對(duì)應(yīng)有一條水道，其中承載著冷卻水或者其他冷卻液體，用以加強(qiáng)局部散熱效率。

如上圖為單冷板平流層流道以及溫度梯度示意圖，專利中提到在常溫常壓下，單冷板需要解熱600W熱功率，可以從圖中看出單條內(nèi)部流道整體溫度分布均勻，沒(méi)有出現(xiàn)局部過(guò)熱等現(xiàn)象，而這里采用八條中間層分離冷板，兩個(gè)頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)，封裝有150個(gè)芯片。

并且需要說(shuō)明的是，這種高功率模塊冷板堆疊方案，通過(guò)冷板分條封裝，減小大功率集成模塊整體加工的工裝治具體積，也在后續(xù)維修保養(yǎng)上能夠節(jié)省很大的成本空間，只需要針對(duì)故障冷板做排查或者更換處理。

以上就是檸檬光子發(fā)明的高功率模塊冷板堆疊方案，通過(guò)各層冷板整體組成的堆棧式散熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可形成多層并聯(lián)宏通道流道，流道內(nèi)形成緩沖結(jié)構(gòu)。使得每一層的導(dǎo)熱效率都能根據(jù)芯片功率、芯片大小能夠做靈活調(diào)整，從而大大提高單冷板的導(dǎo)熱效率且降低成本！