Recherche sur les méthodes de dissipation thermique du laser à semi-conducteur haute puissance
Les lasers à semi-conducteurs ont d'abord été étudiés à l'étranger. La première technologie est originaire des États-Unis et du Japon, et a été principalement utilisée dans l'armée. Avec le développement itératif de la technologie, il a commencé à être appliqué au marché civil et appliqué dans des industries telles que l'optoélectronique et les communications. Avec le développement de l'industrie de la défense nationale et de l'industrie de fabrication optoélectronique de mon pays', l'industrie a commencé à augmenter la demande de lasers haute puissance, et les gens ont également commencé à mener des recherches sur les dispositifs laser à semi-conducteurs haute puissance . Au cours de la recherche, il a été découvert que la qualité de la lumière des lasers à semi-conducteurs traditionnels ne pouvait plus répondre aux besoins des gens. Afin d'augmenter la puissance de sortie des lasers à semi-conducteurs, les gens ont commencé à s'améliorer et à analyser en permanence. Au cours de la recherche, il a été constaté que la moitié de l'énergie électrique du laser à semi-conducteur est convertie en énergie thermique lorsqu'il est utilisé. Si le laser à semi-conducteur lui-même ne dissipe pas bien la chaleur, cela affectera directement la durée de vie et l'utilisation du laser à semi-conducteur. Par conséquent, le problème de la dissipation thermique doit être résolu de toute urgence par les chercheurs maintenant. L'un des problèmes.
Classification des méthodes de dissipation thermique laser
À l'heure actuelle, les principales méthodes de dissipation thermique des lasers sont divisées en méthodes de dissipation thermique traditionnelles et en nouvelles méthodes de dissipation thermique. Les méthodes traditionnelles de dissipation de chaleur comprennent : le refroidissement par air, la réfrigération à semi-conducteurs, la dissipation de chaleur par convection naturelle, etc., et les nouvelles méthodes de dissipation de chaleur comprennent : la dissipation de chaleur à puce retournée et la dissipation de chaleur à microcanaux.
Le mécanisme de dissipation thermique de l'emballage laser à semi-conducteur est principalement composé d'une puce laser, d'une couche de soudage, d'un dissipateur thermique, d'une couche métallique, etc. La couche de soudage dans la structure de dissipation thermique du laser à semi-conducteur est principalement utilisée pour connecter la puce et le dissipateur thermique par soudage. Afin d'atteindre l'objectif de réduire la résistance thermique lorsque des lasers à semi-conducteur haute puissance sont utilisés, certains matériaux à conductivité thermique relativement élevée, tels que la soudure or-étain, sont souvent utilisés pendant le soudage. Pendant tout le processus d'emballage, il y aura de nombreux niveaux, ces niveaux incluent principalement : puce, couche de soudure, dissipateur thermique, couche métallique, utilisant l'effet de transfert de chaleur du dissipateur thermique et de la couche métallique pour conduire l'énergie thermique de la puce laser, et enfin faire du laser à semi-conducteur une bonne dissipation thermique pour prolonger la durée de vie du laser.
Les performances de dissipation thermique des lasers à semi-conducteur haute puissance sont principalement évaluées par la résistance thermique et le flux de chaleur. Lors de l'évaluation, il convient de prêter attention au flux de chaleur à la température limitée. Si la différence de température entre les deux s'avère relativement importante lors de l'analyse de dissipation thermique, de la condensation apparaîtra à la surface de la puce laser. Une fois ce problème survenu, en plus d'affecter la puissance de sortie optique, il affectera également le verrouillage de la longueur d'onde, et même en raison de la jonction. Les problèmes d'exposition endommagent les performances photoélectriques du circuit et affectent finalement la fiabilité. À l'heure actuelle, une méthode courante pour réduire la résistance thermique consiste à utiliser des matériaux de conductivité thermique. L'émergence de matériaux à conductivité thermique offre plus d'espace d'optimisation pour les lasers pour abaisser la température.
Méthode de refroidissement et de dissipation de chaleur par dissipateur de chaleur par convection naturelle Le refroidissement et la dissipation de chaleur par dissipateur de chaleur par convection naturelle consistent à utiliser des matériaux à haute conductivité thermique pour éliminer la chaleur générée, puis à dissiper la chaleur par convection naturelle. Le personnel a également découvert que les ailettes peuvent également aider à dissiper la chaleur et peuvent maximiser le taux de transfert de chaleur dans le système de dissipation de chaleur lors de la dissipation de la chaleur. Lorsque la température est la même, le pas des ailettes diminue à mesure que la hauteur des ailettes augmente. Lors de l'utilisation du substrat pour placer le dissipateur thermique verticalement, la hauteur doit être augmentée de manière appropriée et l'effet de dissipation thermique est amélioré en augmentant la hauteur. Une telle méthode de dissipation thermique réduira considérablement les coûts lors de son utilisation. Dans le travail réel, le nitrure de cuivre ou d'aluminium est souvent utilisé comme dissipateur thermique, mais la méthode du dissipateur thermique ne peut pas entièrement répondre aux besoins de dissipation thermique des lasers à semi-conducteurs haute puissance.
Méthode de refroidissement par eau à grand canal
Si vous souhaitez abaisser la température du dissipateur thermique, vous devez créer un canal dans le dissipateur thermique. Si vous souhaitez obtenir l'effet de refroidissement, vous devez ajouter une certaine source d'eau à ce canal, afin de ne pas retarder le travail du laser. En réponse à cela, les chercheurs ont découvert au cours de leurs recherches que l'effet de dissipation thermique de la structure du spoiler est meilleur que celui de la structure à cavité traditionnelle, mais l'augmentation de la pression dans le canal se produira également. La recherche a montré que bien que les grands canaux soient largement utilisés, en raison de l'augmentation continue de la puissance de sortie du laser, les grands canaux de refroidissement par eau ne peuvent plus répondre aux exigences de dissipation thermique des lasers à semi-conducteurs haute puissance.
Méthode de refroidissement par pulvérisation
Le refroidissement par pulvérisation consiste à pulvériser le liquide de refroidissement sur la surface de transfert de chaleur au moyen d'une atomisation à l'aide d'une pression pour atteindre l'objectif de refroidissement. Les principales caractéristiques du refroidissement par pulvérisation sont un coefficient de transfert de chaleur élevé et un faible débit de liquide de refroidissement. Les chercheurs ont découvert qu'en utilisant de l'eau comme milieu et en utilisant des buses à cône plein pour les expériences, la surface microstructurée peut augmenter l'effet d'échange de chaleur. Au cours de l'étude, il a été constaté que les performances de refroidissement du refroidissement par pulvérisation sont liées au débit de pulvérisation. En outre, les chercheurs ont également découvert un refroidisseur à changement de phase par pulvérisation. Au cours de l'expérience, la hauteur de la buse dans le dispositif de refroidissement par pulvérisation et l'effet de dissipation thermique sont également très étroitement liés.
Remarques finales
Dans l'ensemble, les deux facteurs les plus critiques pour améliorer l'effet de dissipation de chaleur sont de réduire la résistance thermique du système de dissipation de chaleur et d'augmenter le flux de chaleur. Lors de la réduction de la résistance thermique, des matériaux à haute conductivité thermique peuvent être utilisés pour la réduire ; lors de l'augmentation du flux de chaleur, cela peut être aidé en augmentant le coefficient de transfert de chaleur du terminal de dissipation thermique. À mesure que les indicateurs de performance des lasers haute puissance deviennent de plus en plus élevés, de nombreuses méthodes ne peuvent plus répondre aux exigences des applications. De plus en plus de chercheurs doivent faire des efforts continus pour étudier, afin de trouver des méthodes de dissipation thermique plus appropriées pour les lasers à semi-conducteurs de haute puissance.
