Forschung zu Wärmeableitungsmethoden von Hochleistungs-Halbleiterlasern
Halbleiterlaser wurden zuerst aus dem Ausland untersucht. Die früheste Technologie stammt aus den USA und Japan und wurde hauptsächlich im Militär eingesetzt. Mit der iterativen Entwicklung der Technologie wurde sie auf den zivilen Markt und in Branchen wie Optoelektronik und Kommunikation angewendet. Mit der Entwicklung der nationalen Verteidigungsindustrie und der optoelektronischen Fertigungsindustrie meines Landes&hat die Industrie begonnen, die Nachfrage nach Hochleistungslasern zu erhöhen, und die Menschen haben auch begonnen, an Hochleistungs-Halbleiterlasern zu forschen . Bei der Forschung stellte sich heraus, dass die Lichtqualität herkömmlicher Halbleiterlaser den Bedürfnissen der Menschen nicht mehr gerecht werden konnte. Um die Ausgangsleistung von Halbleiterlasern zu erhöhen, begannen die Menschen, sich kontinuierlich zu verbessern und zu analysieren. Bei der Forschung wurde festgestellt, dass die Hälfte der elektrischen Energie des Halbleiterlasers im Betrieb in Wärmeenergie umgewandelt wird. Wenn der Halbleiterlaser selbst die Wärme nicht gut ableitet, beeinflusst dies direkt die Lebensdauer und Verwendung des Halbleiterlasers. Daher muss das Problem der Wärmeableitung von den Forschern jetzt dringend gelöst werden. Eines der Probleme.
Klassifizierung von Laser-Wärmeableitungsmethoden
Gegenwärtig werden die wichtigsten Wärmeableitungsverfahren von Lasern in traditionelle Wärmeableitungsverfahren und neue Wärmeableitungsverfahren unterteilt. Herkömmliche Wärmeableitungsverfahren umfassen: Luftkühlung, Halbleiterkühlung, natürliche Konvektionswärmeableitung usw. und neue Wärmeableitungsverfahren umfassen: Flip-Chip-Wärmeableitung und Mikrokanal-Wärmeableitung.
Der Wärmeableitungsmechanismus der Halbleiterlaserverpackung besteht hauptsächlich aus Laserchip, Schweißschicht, Kühlkörper, Metallschicht usw. Die Schweißschicht in der Wärmeableitungsstruktur des Halbleiterlasers wird hauptsächlich verwendet, um den Chip und den Kühlkörper durch Schweißen zu verbinden. Um den Zweck der Reduzierung des thermischen Widerstandes bei der Verwendung von Hochleistungs-Halbleiterlasern zu erreichen, werden beim Löten häufig einige Materialien mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Gold-Zinn-Lot, verwendet. Während des gesamten Verpackungsprozesses wird es viele Ebenen geben, zu diesen Ebenen gehören hauptsächlich: Chip, Lötschicht, Kühlkörper, Metallschicht, Nutzung des Wärmeübertragungseffekts von Kühlkörper und Metallschicht, um die Wärmeenergie des Laserchips zu leiten, und schließlich machen die Halbleiterlaser eine gute Wärmeableitung, um die Lebensdauer des Lasers zu verlängern.
Die Wärmeableitungsleistung von Hochleistungs-Halbleiterlasern wird hauptsächlich durch den thermischen Widerstand und den Wärmefluss bewertet. Bei der Auswertung sollte auf den Wärmestrom bei der begrenzten Temperatur geachtet werden. Wird bei der Wärmeableitungsanalyse festgestellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen beiden relativ groß ist, tritt Kondensation auf der Oberfläche des Laserchips auf. Nachdem dieses Problem auftritt, beeinflusst es nicht nur die optische Ausgangsleistung, sondern beeinflusst auch das Einrasten der Wellenlänge und sogar aufgrund des Übergangs. Belichtungsprobleme schädigen die photoelektrische Leistung der Schaltung und beeinträchtigen letztendlich die Zuverlässigkeit. Gegenwärtig besteht ein übliches Verfahren zur Verringerung des Wärmewiderstands darin, Materialien mit Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Das Aufkommen von Materialien mit Wärmeleitfähigkeit bietet Lasern mehr Optimierungsspielraum, um die Temperatur zu senken.
Natürliche Konvektionskühlkörperkühlung und Wärmeableitungsmethode Bei der natürlichen Konvektionskühlkörperkühlung und Wärmeableitung werden einige Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet, um die erzeugte Wärme abzuführen und dann die Wärme durch natürliche Konvektion abzuleiten Das Personal stellte außerdem fest, dass die Rippen auch zur Wärmeableitung beitragen und die Wärmeübertragungsrate im Wärmeableitungssystem bei der Wärmeableitung maximieren können. Bei gleicher Temperatur nimmt der Rippenabstand mit zunehmender Rippenhöhe ab. Wenn das Substrat verwendet wird, um den Kühlkörper vertikal zu platzieren, muss die Höhe entsprechend erhöht werden, und die Wärmeableitungswirkung wird durch Erhöhen der Höhe verbessert. Ein solches Wärmeableitungsverfahren wird bei der Verwendung viele Kosten reduzieren. Bei der tatsächlichen Arbeit wird oft Kupfer oder Aluminiumnitrid als Kühlkörper verwendet, aber das Kühlkörperverfahren kann die Wärmeableitungsanforderungen von Hochleistungs-Halbleiterlasern nicht vollständig erfüllen.
Wasserkühlung mit großem Kanal
Wenn Sie die Temperatur des Kühlkörpers senken möchten, müssen Sie einen Kanal im Kühlkörper bauen. Wenn Sie den Kühleffekt erzielen möchten, müssen Sie diesem Kanal eine bestimmte Wasserquelle hinzufügen, um die Arbeit des Lasers nicht zu verzögern. Als Reaktion darauf stellten die Forscher während ihrer Forschungen fest, dass die Wärmeableitungswirkung der Spoilerstruktur besser ist als die der traditionellen Hohlraumstruktur, aber auch der Druckanstieg im Kanal wird auftreten. Die Forschung hat ergeben, dass große Kanäle zwar weit verbreitet sind, jedoch aufgrund der kontinuierlichen Zunahme der Laserausgangsleistung die Anforderungen an die Wärmeableitung von Hochleistungs-Halbleiterlasern nicht mehr erfüllen können.
Sprühkühlmethode
Beim Sprühkühlen wird die Kühlflüssigkeit durch Zerstäubung mit Hilfe von Druck auf die Wärmeübertragungsfläche gesprüht, um den Kühlzweck zu erreichen. Die Hauptmerkmale der Sprühkühlung sind ein großer Wärmeübergangskoeffizient und ein geringer Kühlmittelfluss. Forscher haben herausgefunden, dass bei der Verwendung von Wasser als Medium und der Verwendung von Vollkegeldüsen für Experimente die mikrostrukturierte Oberfläche den Wärmeaustauscheffekt erhöhen kann. Während der Studie wurde festgestellt, dass die Kühlleistung der Sprühkühlung mit der Sprühmenge zusammenhängt. Darüber hinaus entdeckten die Forscher auch einen Sprühphasenwechselkühler. Während des Versuchs hängen auch die Düsenhöhe in der Sprühkühlung und die Wärmeabfuhrwirkung sehr eng zusammen.
Abschließende Bemerkungen
Insgesamt sind die beiden kritischsten Faktoren zur Verbesserung der Wärmeableitungswirkung die Reduzierung des Wärmewiderstands des Wärmeableitungssystems und die Erhöhung des Wärmeflusses. Bei der Reduzierung des Wärmewiderstands können Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, um diesen zu reduzieren; Wenn der Wärmestrom erhöht wird, kann dies durch eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten des Wärmeableitungsanschlusses unterstützt werden. Da die Leistungsindikatoren von Hochleistungslasern immer höher werden, können viele Verfahren den Anwendungsanforderungen nicht mehr gerecht werden. Weitere Forscher müssen sich kontinuierlich um die Forschung bemühen, um geeignetere Methoden zur Wärmeableitung für Hochleistungs-Halbleiterlaser zu finden.
