Forskning om värmeavledningsmetoder för högeffekthalvledarlaser
Halvledarlasrar studerades först från utlandet. Den tidigaste tekniken kom från USA och Japan och användes främst inom militären. Med den iterativa utvecklingen av teknik började den tillämpas på den civila marknaden och tillämpas i industrier som optoelektronik och kommunikation. Med utvecklingen av mitt lands's nationella försvarsindustri och optoelektroniska tillverkningsindustri har industrin börjat öka efterfrågan på högeffektslasrar, och folk har också börjat forska om högeffekts halvledarlaserenheter . Under forskningen upptäcktes att ljuskvaliteten hos traditionella halvledarlasrar inte längre kunde möta människors behov. För att öka uteffekten från halvledarlasrar började folk kontinuerligt förbättra och analysera. Under forskningen fann man att hälften av den elektriska energin i halvledarlasern omvandlas till värmeenergi när den används. Om halvledarlasern i sig inte avleder värme bra kommer det att direkt påverka halvledarlaserns livslängd och användning. Därför är problemet med värmeavledning angeläget att lösas av forskare nu. Ett av problemen.
Klassificering av laservärmeavledningsmetoder
För närvarande är de huvudsakliga värmeavledningsmetoderna för lasrar indelade i traditionella värmeavledningsmetoder och nya värmeavledningsmetoder. Traditionella värmeavledningsmetoder inkluderar: luftkylning, halvledarkylning, naturlig konvektionsvärmeavledning, etc., och nya värmeavledningsmetoder inkluderar: flip chip värmeavledning och mikrokanalvärmeavledning.
Värmeavledningsmekanismen för halvledarlaserförpackningar består huvudsakligen av laserchip, svetsskikt, kylfläns, metallskikt och så vidare. Svetsskiktet i halvledarlaserns värmeavledningsstruktur används huvudsakligen för att ansluta chipet och kylflänsen genom svetsning. För att uppnå syftet att minska värmeresistansen när högeffektshalvledarlasrar används, används ofta vissa material med relativt hög värmeledningsförmåga, såsom guld-tennlod, vid lödning. Under hela förpackningsprocessen kommer det att finnas många nivåer, dessa nivåer inkluderar huvudsakligen: chip, lödskikt, kylfläns, metallskikt, med hjälp av värmeöverföringseffekten från kylflänsen och metallskiktet för att leda laserchipets termiska energi, och slutligen få halvledarlasern att bilda en god värmeavledning för att förlänga laserns livslängd.
Värmeavledningsprestandan hos halvledarlasrar med hög effekt utvärderas huvudsakligen av termiskt motstånd och värmeflöde. Vid utvärderingen bör man vara uppmärksam på värmeflödet vid den begränsade temperaturen. Om temperaturskillnaden mellan de två visar sig vara relativt stor under värmeavledningsanalysen, kommer kondens att uppstå på ytan av laserchippet. Efter att detta problem uppstår, kommer det, förutom att påverka den optiska uteffekten, också att påverka låsningen av våglängden, och även på grund av korsningen. Exponeringsproblem skadar kretsens fotoelektriska prestanda och påverkar i slutändan tillförlitligheten. För närvarande är en vanlig metod för att minska värmeresistansen att använda termiska konduktivitetsmaterial. Uppkomsten av värmeledningsmaterial ger mer optimeringsutrymme för lasrar för att sänka temperaturen.
Naturlig konvektion kylfläns kyla och värmeavledning metod Naturlig konvektion kylfläns kyla och värmeavledning är att använda vissa material med hög värmeledningsförmåga för att ta bort värmen som genereras, och sedan avleda värmen genom naturlig konvektion. Under forskningen, den vetenskapliga och tekniska personal fann också att fenorna också kan hjälpa till att avleda värme och kan maximera värmeöverföringshastigheten i värmeavledningssystemet när värmen avleds. När temperaturen är densamma kommer fenstigningen att minska när fenhöjden ökar. När man använder substratet för att placera kylflänsen vertikalt, måste höjden ökas på lämpligt sätt, och värmeavledningseffekten förbättras genom att öka höjden. En sådan värmeavledningsmetod kommer att minska en hel del kostnader när den används. I verkligt arbete används ofta koppar- eller aluminiumnitrid som kylfläns, men kylflänsmetoden kan inte till fullo tillgodose värmeavledningsbehoven hos högeffektshalvledarlasrar.
Vattenkylningsmetod med stor kanal
Om du vill sänka temperaturen på kylflänsen behöver du bygga en kanal i kylflänsen. Om du vill uppnå kyleffekten måste du lägga till en viss vattenkälla till denna kanal för att inte fördröja laserns arbete. Som svar på detta fann forskare under sin forskning att spoilerstrukturens värmeavledningseffekt är bättre än den för den traditionella kavitetsstrukturen, men tryckökningen i kanalen kommer också att inträffa. Forskning har funnit att även om stora kanaler används i stor utsträckning, på grund av den kontinuerliga ökningen av laserns uteffekt, kan stora kanaler för vattenkylning inte längre uppfylla kraven på värmeavledning för högeffekts halvledarlasrar.
Spraykylningsmetod
Spraykylning är att spraya kylvätskan till värmeöverföringsytan genom finfördelning med hjälp av tryck för att uppnå syftet med kylning. Huvudegenskaperna för spraykylning är stor värmeöverföringskoefficient och lågt kylvätskeflöde. Forskare har funnit att när man använder vatten som medium och använder fasta konmunstycken för experiment, kan den mikrostrukturerade ytan öka värmeväxlingseffekten. Under studien fann man att spraykylningens kylprestanda är relaterad till sprayflödeshastigheten. Dessutom upptäckte forskarna också en sprayfasbyteskylare. Under experimentet är munstyckshöjden i spraykylanordningen och värmeavledningseffekten också mycket nära relaterade.
Slutord
Sammantaget är de två mest kritiska faktorerna för att förbättra värmeavledningseffekten att minska värmeavledningssystemets termiska motstånd och öka värmeflödet. När man minskar värmemotståndet kan material med hög värmeledningsförmåga användas för att minska det; när värmeflödet ökar, kan det underlättas genom att öka värmeöverföringskoefficienten för värmeavledningsterminalen. Eftersom prestandaindikatorerna för högeffektlasrar blir högre och högre, kan många metoder inte längre uppfylla applikationskraven. Fler forskare behöver göra kontinuerliga ansträngningar för att studera, för att hitta lämpligare värmeavledningsmetoder för högeffekts halvledarlasrar.
