Suuritehoisen puolijohdelaserin lämmönpoistomenetelmien tutkimus

Puolijohdelasereita tutkittiin ensin ulkomailta. Varhaisin tekniikka on peräisin Yhdysvalloista ja Japanista, ja sitä käytettiin pääasiassa armeijassa. Teknologian iteratiivisen kehityksen myötä sitä alettiin soveltaa siviilimarkkinoille ja soveltaa sellaisilla aloilla kuin optoelektroniikka ja viestintä. Kotimaani':n kansallisen puolustusteollisuuden ja optoelektroniikan valmistusteollisuuden kehittyessä teollisuus on alkanut lisätä suuritehoisten lasereiden kysyntää, ja ihmiset ovat myös alkaneet tutkia suuritehoisia puolijohdelaserlaitteita. . Tutkimuksen aikana havaittiin, että perinteisten puolijohdelasereiden valonlaatu ei enää vastannut ihmisten tarpeita. Puolijohdelasereiden lähtötehon lisäämiseksi ihmiset alkoivat jatkuvasti parantaa ja analysoida. Tutkimuksen aikana havaittiin, että puolijohdelaserin sähköenergiasta puolet muuttuu käytössä lämpöenergiaksi. Jos puolijohdelaser itse ei johda lämpöä hyvin, se vaikuttaa suoraan puolijohdelaserin käyttöikään ja käyttöön. Siksi tutkijoiden on kiireesti ratkaistava lämmön haihtumisen ongelma nyt. Yksi ongelmista.

Laserlämmönpoistomenetelmien luokittelu

Tällä hetkellä lasereiden tärkeimmät lämmönpoistomenetelmät on jaettu perinteisiin lämmönpoistomenetelmiin ja uusiin lämmönpoistomenetelmiin. Perinteisiä lämmönpoistomenetelmiä ovat: ilmajäähdytys, puolijohdejäähdytys, luonnollinen konvektiolämmönpoisto jne., ja uusia lämmönpoistomenetelmiä ovat: flip chip -lämmönpoisto ja mikrokanavalämmönpoisto.

Puolijohdelaserpakkauksen lämmönpoistomekanismi koostuu pääasiassa lasersirun, hitsauskerroksen, jäähdytyslevyn, metallikerroksen ja niin edelleen. Puolijohdelaserin lämmönpoistorakenteessa olevaa hitsauskerrosta käytetään pääasiassa sirun ja jäähdytyselementin yhdistämiseen hitsaamalla. Lämpövastuksen pienentämisen saavuttamiseksi käytettäessä suuritehoisia puolijohdelasereita, juottamisen aikana käytetään usein joitain materiaaleja, joilla on suhteellisen korkea lämmönjohtavuus, kuten kulta-tinajuote. Koko pakkausprosessin aikana on monia tasoja, joihin kuuluvat pääasiassa: siru, juotoskerros, jäähdytyselementti, metallikerros, käyttämällä jäähdytyselementin ja metallikerroksen lämmönsiirtovaikutusta lasersirun lämpöenergian johtamiseen, ja lopuksi tee puolijohdelaserista hyvä lämmönpoisto, joka pidentää laserin käyttöikää.

Suuritehoisten puolijohdelasereiden lämmönpoistokykyä arvioidaan pääasiassa lämpövastuksen ja lämpövuon perusteella. Arvioinnissa tulee kiinnittää huomiota lämpövirtaan rajoitetussa lämpötilassa. Jos näiden kahden välinen lämpötilaero havaitaan suhteellisen suureksi lämpöhäviöanalyysin aikana, lasersirun pinnalle ilmaantuu kondensaatiota. Tämän ongelman ilmaantumisen jälkeen se vaikuttaa optiseen lähtötehoon vaikuttamisen lisäksi myös aallonpituuden lukitsemiseen ja jopa liitoksesta johtuen. Altistusongelmat vahingoittavat piirin valosähköistä suorituskykyä ja vaikuttavat viime kädessä luotettavuuteen. Tällä hetkellä yleinen menetelmä lämmönvastuksen vähentämiseksi on käyttää lämmönjohtavia materiaaleja. Lämmönjohtavuusmateriaalien ilmaantuminen tarjoaa lasereille enemmän optimointitilaa lämpötilan alentamiseksi.

Luonnollinen konvektiojäähdytys- ja lämmönpoistomenetelmä Luonnollinen konvektiojäähdytys- ja lämmönpoistomenetelmä on käyttää joitain materiaaleja, joilla on korkea lämmönjohtavuus ottamaan pois syntyvä lämpö ja sitten hajottamaan lämpö luonnollisen konvektion kautta.Tutkimuksen aikana tieteellinen ja tekninen henkilökunta havaitsi myös, että siivekkeet voivat myös auttaa haihduttamaan lämpöä ja maksimoida lämmönsiirtonopeuden lämmönpoistojärjestelmässä, kun lämpöä haihdutetaan. Kun lämpötila on sama, evän nousu pienenee evän korkeuden kasvaessa. Käytettäessä alustaa jäähdytyselementin pystysuoraan sijoittamiseen, korkeutta on lisättävä sopivasti ja lämmönpoistovaikutusta parannetaan nostamalla korkeutta. Tällainen lämmönpoistomenetelmä vähentää huomattavasti kustannuksia käytettäessä. Varsinaisessa työssä jäähdytyselementtinä käytetään usein kuparia tai alumiininitridia, mutta jäähdytyselementtimenetelmä ei pysty täysin vastaamaan suuritehoisten puolijohdelasereiden lämmönpoistotarpeita.

Suurikanavainen vesijäähdytysmenetelmä

Jos haluat alentaa jäähdytyselementin lämpötilaa, sinun on rakennettava kanava jäähdytyselementtiin. Jos haluat saavuttaa jäähdytysvaikutuksen, sinun on lisättävä tietty vesilähde tähän kanavaan, jotta laserin työ ei viivästy. Vastauksena tähän tutkijat havaitsivat tutkimuksessaan, että spoilerirakenteen lämmönpoistovaikutus on parempi kuin perinteisellä onkalorakenteella, mutta myös paineen nousua kanavassa tapahtuu. Tutkimukset ovat osoittaneet, että vaikka suuria kanavia käytetään laajalti, laserlähtötehon jatkuvan kasvun vuoksi suuret vesijäähdytyskanavat eivät enää pysty täyttämään suuritehoisten puolijohdelasereiden lämmönpoistovaatimuksia.

Suihkujäähdytysmenetelmä

Sumutusjäähdytys on jäähdytysnesteen suihkuttamista lämmönsiirtopinnalle sumutuksen avulla paineen avulla jäähdytyksen tarkoituksen saavuttamiseksi. Ruiskujäähdytyksen pääominaisuudet ovat suuri lämmönsiirtokerroin ja alhainen jäähdytysnesteen virtaus. Tutkijat ovat havainneet, että käytettäessä vettä väliaineena ja käyttämällä kiinteitä kartiosuuttimia kokeissa mikrorakenteinen pinta voi lisätä lämmönvaihtovaikutusta. Tutkimuksen aikana havaittiin, että ruiskujäähdytyksen jäähdytysteho liittyy suihkun virtausnopeuteen. Lisäksi tutkijat löysivät myös suihkufaasinvaihtojäähdyttimen. Kokeen aikana suihkujäähdytyslaitteen suuttimen korkeus ja lämmönpoistovaikutus liittyvät myös läheisesti toisiinsa.

Päätelmät

Kaiken kaikkiaan kaksi kriittisintä tekijää lämmönpoistovaikutuksen parantamiseksi ovat lämmönpoistojärjestelmän lämmönvastuksen vähentäminen ja lämpövuon lisääminen. Lämmönvastusta pienennettäessä voidaan käyttää materiaaleja, joilla on korkea lämmönjohtavuus; kun lämpövirtaa lisätään, sitä voidaan auttaa lisäämällä lämmönpoistoterminaalin lämmönsiirtokerrointa. Kun suuritehoisten lasereiden suorituskykyindikaattorit nousevat jatkuvasti, monet menetelmät eivät enää täytä sovellusten vaatimuksia. Lisää tutkijoita on tehtävä jatkuvaa tutkimustyötä löytääkseen sopivampia lämmönpoistomenetelmiä suuritehoisille puolijohdeleserille.