Nagy teljesítményű félvezető lézer hőelvezetési módszereinek kutatása

A félvezető lézereket először külföldről tanulmányozták. A legkorábbi technológia az Egyesült Államokból és Japánból származott, és főleg a hadseregben használták. A technológia iteratív fejlődésével elkezdték alkalmazni a polgári piacon, és olyan iparágakban, mint az optoelektronika és a kommunikáció. Hazám' honvédelmi iparának és az optoelektronikai gyártóiparnak a fejlődésével az iparág elkezdte növelni a nagy teljesítményű lézerek iránti keresletet, és az emberek elkezdtek kutatásokat végezni nagy teljesítményű félvezető lézereszközökkel kapcsolatban. . A kutatás során kiderült, hogy a hagyományos félvezető lézerek fényminősége már nem tudja kielégíteni az emberek igényeit. A félvezető lézerek kimeneti teljesítményének növelése érdekében az emberek elkezdtek folyamatosan javítani és elemezni. A kutatás során kiderült, hogy a félvezető lézer elektromos energiájának fele használat közben hőenergiává alakul. Ha maga a félvezető lézer nem vezeti jól a hőt, az közvetlenül befolyásolja a félvezető lézer élettartamát és használatát. Ezért a hőelvezetési problémát már most sürgősen meg kell oldaniuk a kutatóknak. Az egyik probléma.

A lézeres hőleadási módszerek osztályozása

Jelenleg a lézerek fő hőelvezetési módszerei hagyományos hőelvezetési módszerekre és új hőelvezetési módszerekre oszlanak. A hagyományos hőelvezetési módszerek a következők: léghűtés, félvezető hűtés, természetes konvekciós hőleadás stb., az új hőelvezetési módszerek pedig a következők: flip chip hőelvezetés és mikrocsatornás hőelvezetés.

A félvezető lézeres csomagolás hőelvezető mechanizmusa főleg lézerchipből, hegesztőrétegből, hűtőbordából, fémrétegből és így tovább áll. A félvezető lézer hőleadó szerkezetében lévő hegesztőréteget elsősorban a chip és a hűtőborda hegesztéssel történő összekapcsolására használják. A nagy teljesítményű félvezető lézerek használatakor a hőellenállás csökkentésének céljának elérése érdekében a forrasztás során gyakran alkalmaznak néhány viszonylag nagy hővezető képességű anyagot, például arany-ón forraszt. A teljes csomagolási folyamat során sok szint lesz, ezek a szintek főként a következőket tartalmazzák: chip, forrasztóréteg, hűtőborda, fémréteg, a hűtőborda és a fémréteg hőátadó hatásának felhasználása a lézerchip hőenergiájának vezetésére, és végül a félvezető lézer jó hőelvezetést biztosít a lézer élettartamának meghosszabbítása érdekében.

A nagy teljesítményű félvezető lézerek hőelvezetési teljesítményét elsősorban a hőellenállás és a hőáram alapján értékelik. Az értékelésnél figyelmet kell fordítani a korlátozott hőmérsékletű hőáramra. Ha a hőleadás elemzése során a kettő közötti hőmérséklet-különbségről kiderül, hogy viszonylag nagy, akkor a lézerchip felületén páralecsapódás jelenik meg. A probléma fellépése után az optikai kimeneti teljesítményen túl a hullámhossz reteszelését is befolyásolja, sőt a csomópont miatt is. Az expozíciós problémák károsítják az áramkör fotoelektromos teljesítményét, és végső soron befolyásolják a megbízhatóságot. Jelenleg a hőellenállás csökkentésének általános módszere a hővezető anyagok használata. A hővezető anyagok megjelenése több optimalizálási teret biztosít a lézerek számára a hőmérséklet csökkentésére.

Természetes konvekciós hűtőborda hűtési és hőelvezetési módszer A természetes konvekciós hűtőborda hűtése és hőelvezetése bizonyos nagy hővezető képességű anyagok felhasználásával a keletkező hőt elvonja, majd a hőt természetes konvekción keresztül elvezeti. A kutatás során a tudományos és műszaki a személyzet azt is megállapította, hogy a bordák szintén segíthetnek a hő elvezetésében, és maximalizálhatják a hőátadási sebességet a hőelvezető rendszerben a hő elvezetése során. Ha a hőmérséklet azonos, a borda emelkedése csökken, ahogy a borda magassága nő. Ha az aljzatot a hűtőborda függőleges elhelyezésére használjuk, akkor a magasságot megfelelően növelni kell, és a magasság növelésével javítani kell a hőelvezető hatást. Egy ilyen hőelvezetési módszer használatakor sok költséget csökkenthet. Valójában a rezet vagy alumínium-nitridet gyakran használják hűtőbordaként, de a hűtőborda módszer nem tudja teljes mértékben kielégíteni a nagy teljesítményű félvezető lézerek hőelvezetési igényeit.

Nagycsatornás vízhűtési módszer

Ha csökkenteni szeretné a hűtőborda hőmérsékletét, csatornát kell építeni a hűtőbordába. Ha szeretné elérni a hűsítő hatást, akkor ehhez a csatornához egy bizonyos vízforrást kell hozzáadnia, hogy ne késleltesse a lézer működését. Erre reagálva a kutatók kutatásaik során megállapították, hogy a légterelő szerkezet hőleadó hatása jobb, mint a hagyományos üreges szerkezeté, de a csatornában a nyomásnövekedés is bekövetkezik. A kutatások azt találták, hogy bár a nagy csatornákat széles körben használják, a lézer kimeneti teljesítményének folyamatos növekedése miatt a nagy vízhűtési csatornák már nem tudják kielégíteni a nagy teljesítményű félvezető lézerek hőelvezetési követelményeit.

Spray hűtési módszer

A porlasztóhűtés a hűtőfolyadék porlasztással történő porlasztása a hőátadó felületre a hűtés céljának elérése érdekében. A permetező hűtés fő jellemzői a nagy hőátbocsátási tényező és az alacsony hűtőfolyadék áramlás. A kutatók azt találták, hogy ha vizet használnak közegként és szilárd kúpos fúvókákat használnak kísérletekhez, a mikrostrukturált felület növelheti a hőcserélő hatást. A vizsgálat során kiderült, hogy a permethűtés hűtési teljesítménye a permet áramlási sebességével függ össze. Emellett a kutatók egy permetezési fázisváltó hűtőt is felfedeztek. A kísérlet során a permetező hűtőberendezésben lévő fúvóka magassága és a hőleadó hatás is nagyon szorosan összefügg.

Záró megjegyzések

Összességében a két legkritikusabb tényező a hőelvezetési hatás javításában a hőelvezető rendszer hőellenállásának csökkentése és a hőáram növelése. A hőellenállás csökkentésekor nagy hővezető képességű anyagok alkalmazhatók annak csökkentésére; a hőáram növelésekor a hőleadó terminál hőátbocsátási tényezőjének növelésével lehet segíteni. Ahogy a nagy teljesítményű lézerek teljesítménymutatói egyre magasabbak, sok módszer már nem felel meg az alkalmazási követelményeknek. Több kutatónak folyamatos erőfeszítéseket kell tennie a tanulmányozásra, hogy megfelelőbb hőelvezetési módszereket találjanak a nagy teljesítményű félvezető lézerekhez.