【嘉德點評】檸檬光子發明的高功率模塊冷板堆疊方案，通過各層冷板整體組成的堆棧式散熱結構，內部可形成多層並聯宏通道流道，流道內形成緩衝結構，使得每一層的導熱效率都能根據晶片功率、晶片大小能夠做靈活調整，從而大大提高單冷板的導熱效率且降低成本！
集微網消息，高端半導體雷射晶片是我國雷射產業鏈的缺失環節，同時也是3D傳感、AR/VR、機器人、雷射雷達等最新一代光通訊生態系統應用的核心器件。
過去，高功率半導體雷射器領域，基於GaAs材料的邊發射半導體雷射器一直佔據統治地位，並廣泛應用於工業，醫療，科研等領域。然而，邊發射半導體雷射器卻存在其致命的缺陷，雖然預期壽命長達數萬小時，但是在脈衝狀態下，光學災變性損壞機率極大，對壽命影響嚴重。
而如今高功率半導體雷射器以其廣闊的應用前景加上巨大的潛在市場，已然成為各國競相追逐的熱點，但是，其可靠性和穩定性，一致性等問題，又很大程度上限制了這一塊的實際應用，其中之一高功率半導體雷射器所面臨的問題就是雷射器的性能。即雷射器的輸出光電轉換效率。
而這些問題除了跟雷射器外延材料和封裝有關外，很大程度上都受整體發熱密度和散熱效率影響，目前市面雷射器的散熱器，內部設置微通道散熱，然而這種內部流道水壓調試比較麻煩，且部品工藝比較複雜。由於微通道內部是微流道，在流體不淨的情況下，十分容易堵塞，而且只能更替堵塞板，相對維護成本也偏高。
為了解決這樣的問題，檸檬光子在19年10月29日申請了一項名為「一種針對面發射雷射晶片的高功率模塊」的發明專利（申請號：201911038830.2），申請人為深圳市檸檬光子科技有限公司。
根據目前公開的專利資料，讓我們一起來看看這項高功率模塊方案吧。
如上圖所示為針對面發射雷射晶片的高功率模塊的立體圖示意圖，據該專利介紹，這種高功率模塊可以用作高功率直接半導體雷射器，例如可以作為高速熔覆模塊可用於高速雷射熔覆系統，其帶有高質量雷射陣列條和高效的散熱結構，具有封裝結構簡單、高效、低成本等優點。
從圖中可以看到高功率模塊整體為冷板堆棧式封裝結構，包括若干條冷板堆疊形成，每條冷板封裝集成多個面發射雷射晶片14形成單獨模塊。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。
堆棧式封裝結構的外壁表面集成了多個面發射雷射晶片，各條冷板的同一側外壁表面封裝多個面發射雷射晶片，堆棧式封裝結構各層集成的晶片排列成面發射雷射晶片陣列4，每條冷板集成的面發射雷射晶片發光面上設置準直透鏡5，用於調整面發射雷射晶片光束的均勻性。
除此之外，高功率模塊還連接有進水管1和出水管6，進水管、頂部密封板、冷板以及底部密封板的內部流道12以及出水管之間相互貫通，形成冷卻通道用於給晶片降溫。
如上圖所示為冷板間單元的組合結構示意圖，針對面發射雷射晶片的高功率模塊包括由多個面發射雷射晶片封裝集成的單獨模塊，先以單獨晶片14對齊單獨的散熱塊的定位基準即限位側，貼合好以後，然後依次首尾緊挨的排列若干個晶片集成到散熱塊上。
通過將焊料焊接到散熱塊上，使得整體模塊置於打金線設備上，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晶片形成串聯的電連接。
各單獨冷板以及密封板2、3上集成的晶片分別排成一排，對應每層設置一條準直透鏡5來調整一排晶片發射光的光束均勻性，通寬度在準直透鏡工作範圍臨界點以內，保證合光效率。
最後，同樣的，每條冷板內部形成有水冷流道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度方向或集成晶片的排列方向延伸的一條通道。流道在沿冷板厚度方向層流時候，各層之間互相隔離，每排晶片對應有一條水道，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部流道整體溫度分布均勻，沒有出現局部過熱等現象，而這裡採用八條中間層分離冷板，兩個頂底板結構，封裝有150個晶片。
並且需要說明的是，這種高功率模塊冷板堆疊方案，通過冷板分條封裝，減小大功率集成模塊整體加工的工裝治具體積，也在後續維修保養上能夠節省很大的成本空間，只需要針對故障冷板做排查或者更換處理。
以上就是檸檬光子發明的高功率模塊冷板堆疊方案，通過各層冷板整體組成的堆棧式散熱結構，內部可形成多層並聯宏通道流道，流道內形成緩衝結構。使得每一層的導熱效率都能根據晶片功率、晶片大小能夠做靈活調整，從而大大提高單冷板的導熱效率且降低成本！
關於嘉德
深圳市嘉德智慧財產權服務有限公司由曾在華為等世界500強企業工作多年的智慧財產權專家、律師、專利代理人組成，熟悉中歐美智慧財產權法律理論和實務，在全球智慧財產權申請、布局、訴訟、許可談判、交易、運營、標準專利協同創造、專利池建設、展會智慧財產權、跨境電商智慧財產權、智慧財產權海關保護等方面擁有豐富的經驗。