一種用於高功率光導開關的電子氟化液散熱裝置的製作方法

2023-08-02 14:15:01 2

本發明涉及散熱領域，尤其是涉及到具體涉及到Si和GaAs等高功率光導開關散熱裝置的製作和使。

背景技術：

隨著高新技術武器的小型化要求、脈衝功率裝置發展和應用領域的拓展，脈衝功率技術的發展呈現兩大趨勢，一方面朝著單次運行、高峰值功率的方向發展，核禁試後核武器研究轉向實驗室模擬，主要手段為使用大型脈衝功率源為負載提供很高的峰值功率，通常裝置為單次運行，如美國的Z裝置；另一方面朝著高重複頻率、高平均功率、高能量密度的方向發展，高新技術武器的發展對系統前端的脈衝功率源提出了新的要求，即小型化、模塊化、高重複頻率運行和長使用壽命。目前，高重複頻率、高平均功率、高能量密度的固態脈衝功率源已經成為了脈衝功率技術研究的重要內容。而發展高重複頻率、高平均功率、高能量密度的固態脈衝功率裝置，開關是最關鍵的器件。與其它固體開關（如功率半導體開關、半導體斷路開關、磁開關等）相比，光導開關具有體積小，重複頻率性能好、閉合時間短（ps量級）、時間抖動小（ps量級）、開關電感低（亞納亨）、同步精度高（ps量級）、電磁兼容性強，使光導開關在固態緊湊型脈衝功率源上有著較為廣闊的應用前景。但是，由於存在暗態電阻以及導通電阻，諸如Si和GaAs等高功率光導開關工作時會在開關材料上產生熱量沉積。特別是運行在長脈寬、高重頻條件下時，開關內部熱沉積現象更加嚴重，進一步可能造成光導開關產生熱損傷和熱擊穿，嚴重影響和限制了開關的壽命。因此，必須對高功率光導開關進行有效的散熱設計。

技術實現要素：

本發明的目的是提針對上述問題，設計一種採用循環、冷卻的電子氟化液作為工作介質，具有雙面散熱結構的散熱裝置，提升了高功率光導開關的散熱效率，提高了開關的壽命。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種用於高功率光導開關的電子氟化液散熱裝置，包括：

一個密封的有機玻璃前腔體，有機玻璃前腔體的內表面粘貼一塊陶瓷片，陶瓷片的表面粘貼有光導開關；

一個側面開口的有機玻璃後腔體，開口的側面倒扣在貼有陶瓷片的有機玻璃前腔體的側面上，使得有機玻璃後腔體內形成密封腔體；

所述有機玻璃後腔體的兩個對稱側面上分別設置有一個開關通道，用於進行電子氟化液的流通；

所述有機玻璃前腔體的兩個對稱側面上分別設置有一個電極開關通道，該電極開關通道表面與光導開關的電極連接，所述電極開關通道表面與有機玻璃前腔體外的電路連接，所述電極開關通道用於進行電子氟化液流通。

在上述技術方案中，光導開關通過環氧塗層粘貼在陶瓷片表面。

在上述技術方案中，所述陶瓷片為氮化鋁陶瓷片。

在上述技術方案中，所述電極開關通道包括設置在有機玻璃前腔體外的大直徑電極和設置在有機玻璃腔體內的小直徑電極，大直徑電極與小直徑電極連通。

在上述技術方案中，所述小直徑電極上設置有兩個通孔。

在上述技術方案中，所述小直徑電極上的一個通孔用於與光導開關的電極連接，一個通孔用於進行電子氟化液流通。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：本發明採用兩個腔體中不停的流動冷卻後的電子氟化液，使得氟化液可以對光導開關兩個面進行冷卻，提高冷卻效果，增強散熱效率，並通過電極導出的設計，提高開關的壽命。

附圖說明

本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是電極開關通道的結構示意圖;

其中：1是前腔體，2是後腔體，3是陶瓷片，4是電極開關通道，41是大直徑電極，42是小直徑電極，43是螺紋，44是開孔。

具體實施方式

如圖1 所示，電子氟化液散熱裝置由前後兩個有機玻璃腔體和一塊氮化鋁陶瓷片組成。其中一個有機玻璃腔體作為前腔體，腔體內為密封空間，在腔體對稱的側面上分別設置一個電極開關通道，電極開關通道的一端延伸至前腔體內。在有機玻璃前腔體內的頂面上固定一塊氮化鋁的陶瓷片，氮化鋁的陶瓷片不但有著良好的導熱性能還有良好的絕緣性；在氮化鋁陶瓷片的表面採用環氧塗層粘接粘貼光導開關，使得光導開關固定在氮化鋁陶瓷片表面，使得光導開關的一個面與填充在有機玻璃前腔體內的電子氟化液充分接觸。

如圖2所示，因為光導開關在工作時，需要引出電極，而有機玻璃前腔體的內部空間是密封空間，為了能將光導開關的電極引出，因此，將電極開關通道採用巧妙的設計。電極開關通道是用來流通電子氟化液的開關，電子氟化液的流通採用傳統的閥門即可實現，本發明在傳統的閥門基礎上，在閥門的表面在套一個電極開關，電極開關一端設置在有機玻璃前腔體外，另一端設置在有機玻璃前腔體內，設置在腔體外的為大直徑電極用來連接外部電路，設置在腔體內的為小直徑電極，用來連接光導開關的電極，大直徑電極與小直徑之間採用相同材質的螺紋段固定連接。為了既能導通電極又能流通電子氟化液，在小直徑電極上設置兩個孔，一個孔用來連接光導開關的電極，一個孔用來流通電子氟化液，這樣既實現了電子氟化液的流通，也實現了光導開關的電極引出。

本發明中，為了確保散熱率，因此需要對光導開關進行兩面散熱，而光導開關通過氮化鋁陶瓷片固定在有機玻璃前腔體上，因此在前腔體上固定氮化鋁陶瓷片的側面，倒扣一個有機玻璃後腔體，有機玻璃後腔體的一個側面開口，開口的面口在前腔體上，使得有機玻璃後腔體內形成密封空間，在有機玻璃後腔體的對稱面上分別設置一個開關通道，也就是電子閥門，使得電子氟化液能在有機玻璃後腔體內流通。

本發明設計一個前腔體的外部尺寸為76mm（長）*76mm（寬）*20mm（高），後腔體的外部尺寸為54mm（長）*54mm（寬）*28mm（高）的散熱裝置；光導開關工作過程中，雷射通過前腔體的有機玻璃蓋板打入到開關表面並導通。採用固態脈衝形成線對光導開關進行測試，使用Pearson線圈測量光導開關的導通電流，線圈靈敏度為0.1 V/A；光導開關加載電壓以及輸出電壓通過Tek P6015A高壓探頭測量。這裡以量子阱結構的GaAs光導開關為例，在波長1064nm、半高寬15ns、能量4mJ的雷射觸發下，測試在11kV電壓加載、電流800A、放電脈寬25ns、重頻1kHz工作條件下壽命能夠由未加散熱裝置條件下（直接裸露在空氣中）的幾百次提升到100萬次以上

本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。