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高功率半导体激光器散热
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Issuing time:2021-07-20 16:57 散热管理是保障半导体激光器稳定性的重要因素之一。本文通过分析半导体激光的传热过程,总结了高功率半导体激光的散热方法,希望对今后从事高功率半导体激光的研究者有所帮助。
半导体激光封装时的散热机构主要由激光芯片、焊层、热沉、金属层等构成。半导体激光结构中的焊接层主要用焊接方法连接芯片和热沉。高功率半导体激光在使用时,为了达到降低热阻的目的,经常使用焊接时导热率高的材料,如金锡焊接。在整个包装过程中,会出现很多层次。这些层次主要包括芯片、焊接层、热沉、金属层,利用热沉和金属层的传热效果传导激光芯片的热能,最终使半导体激光形成良好的散热,延长激光的寿命。 高功率半导体激光散热的性能主要由热阻和热通来评价,评价时需要考虑限定温度下的热通量。在进行散热分析时,如果发现两者之间的温差很大,激光芯片的表面就会结露,这个问题发生后,不仅会影响光的输出,还会影响波长的锁定,结露问题会损害电路的光电性能,最终会影响可靠性。目前常见的降热阻的方法是使用导热材料,导热材料的出现为激光降温提供了更多的优化空间。 传统的散热方法 自然对流热沉降散热方法 半导体冷冻散热(电冷冻散热)方法 通过调整TEC内部参数,可以提高TEC的控制冷却效果。科研人员发现,**传热面积比值可以使TEC的特性系数达到**值。研究发现传热面积的比例与TEC材料的特性和交换面积有很大关系。 大通道水冷板散热方法 新的散热方法 倒装贴片封装仍采用TEC方式,传统的贴片激光贴片和热沉贴片方式采用贴片正面朝上,背面冷却面和热沉通过焊料连接,但贴片有源区的发热量主要集中在上表面的几个微米区域发热,上表面和下表面一般有几百微米的距离,热量通过这么长的距离传导到热沉,TEC制冷,散热效果有限。 通过改进芯片的内部结构,调整芯片的表面结构和有源区域的发热层,研究采用芯片倒装芯片的技术,使芯片的主要发热面通过焊接层直接与热沉连接,激光散热可以提高20%或更高的散热效率,由于光芯片的性能和温度强相关,温度越高,波长的漂移越严重,光输出功率也随之下降或饱和,通过倒装芯片的方式可以大幅提高散热效果,芯片的光输出更加稳定 微通道的散热方法
激光器在使用时应用于微通道,是因为微通道比传统散热方式散热效果好,能够满足当前高功率激光器的散热要求。但是,使用微通道时,由于热变冷介质粒子,微通道堵塞,影响散热效果,因此需要用纳米流体提高整个过程的热交换性能。
喷雾冷却是通过压力的帮助, 把冷却液用雾化的方式喷到传热的表面,达到冷却的目的。喷雾冷却主要的特点就是传热系数大、冷却液流量低。科学研究人员发现,用水作为介质,使用实心圆锥喷嘴进行实验时,微结构的表面可以增加热交换的效果。研究发现,喷雾冷却的冷却性与喷雾流速有关。另外,科学研究人员还发现了喷雾相变冷器,实验时喷雾冷却装置的喷嘴高度和散热效果也有非常密切的关系。 大图热控致力于为客户提供量身定制的高性能水冷散热解决方案,一站式水冷板产品服务帮助客户应对各种复杂的散热挑战。 欢迎大家致电:18612332122. |