4-58  二极管激光器模块式微通道冷却器的优化设计

吕文强  涂  波  魏  彬  武德勇  高松信  蒋全伟  李东亚  邵冬竹  左  蔚

对不同结构的微通道冷却器进行了模拟散热计算，优化了冷却器的结构参数。冷却器采用纯铜或Cu-WCu合金复合结构，由多层金属片焊接而成。Cu-WCu合金复合结构的冷却器内部散热片采用具有高热导率的无氧铜制作，上、下表面采用硬度高，热导率也较高的WCu合金制作。这种结构不仅避免了无氧铜较软，面形和棱边质量难控制的缺点，还可提高冷却器的强度，使冷却器可以做得较薄。冷却器外形尺寸为25 mm´12 mm´1.5 mm。分别采用模拟热源和连续二极管激光器芯片对优化结构的微通道冷却器的热阻进行了实验测量，图1为不同冷却水流量下冷却器的热阻曲线。

实验测得纯铜结构的冷却器热阻为0.39 K/W，Cu-WCu合金复合结构的冷却器热阻为0.46 K/W。二极管激光器中心波长随电流的增加出现平移，如图2所示，说明冷却器实现了均匀冷却。虽然纯铜冷却器的热阻较小，但是由于Cu质地较软，在制作过程中容易变形，不利于表面研磨，较难达到二极管激光器焊接要求。而且通道高度较小，在焊接过程中的应力变形和焊料的液相很容易使通道堵塞，水流量小，可靠性降低。因此采用Cu-WCu合金复合结构制作冷却器较合适。热阻为0.46 K/W的Cu-WCu合金复合结构模块式微通道冷却器可满足连续40 W或脉冲功率120 W(20%占空比)的高平均功率DL芯片的散热需求，可用于封装高占空比脉冲工作或连续工作的二维叠阵DL。