Ricerca sui metodi di dissipazione del calore del laser a semiconduttore ad alta potenza
I laser a semiconduttore sono stati inizialmente studiati dall'estero. La prima tecnologia proveniva dagli Stati Uniti e dal Giappone ed era utilizzata principalmente in ambito militare. Con lo sviluppo iterativo della tecnologia, ha iniziato ad essere applicata al mercato civile e applicata in settori come l'optoelettronica e le comunicazioni. Con lo sviluppo dell'industria della difesa nazionale e dell'industria manifatturiera optoelettronica del mio paese, l'industria ha iniziato ad aumentare la domanda di laser ad alta potenza e le persone hanno anche iniziato a condurre ricerche su dispositivi laser a semiconduttore ad alta potenza . Durante la ricerca si è scoperto che la qualità della luce dei tradizionali laser a semiconduttore non poteva più soddisfare le esigenze delle persone. Al fine di aumentare la potenza di uscita dei laser a semiconduttore, le persone hanno iniziato a migliorare e analizzare continuamente. Durante la ricerca, è stato scoperto che metà dell'energia elettrica del laser a semiconduttore viene convertita in energia termica quando è in uso. Se il laser a semiconduttore stesso non dissipa bene il calore, influenzerà direttamente la durata e l'uso del laser a semiconduttore. Pertanto, è urgentemente necessario che i ricercatori risolvano il problema della dissipazione del calore. Uno dei problemi.
Classificazione dei metodi di dissipazione del calore laser
Attualmente, i principali metodi di dissipazione del calore dei laser sono suddivisi in metodi tradizionali di dissipazione del calore e nuovi metodi di dissipazione del calore. I metodi tradizionali di dissipazione del calore includono: raffreddamento ad aria, refrigerazione a semiconduttore, dissipazione del calore per convezione naturale, ecc., e nuovi metodi di dissipazione del calore includono: dissipazione del calore del flip chip e dissipazione del calore a microcanali.
Il meccanismo di dissipazione del calore dell'imballaggio del laser a semiconduttore è composto principalmente da chip laser, strato di saldatura, dissipatore di calore, strato di metallo e così via. Lo strato di saldatura nella struttura di dissipazione del calore del laser a semiconduttore viene utilizzato principalmente per collegare il chip e il dissipatore di calore mediante saldatura. Al fine di raggiungere lo scopo di ridurre la resistenza termica quando vengono utilizzati laser a semiconduttore ad alta potenza, durante la saldatura vengono spesso utilizzati alcuni materiali con conduttività termica relativamente elevata, come la saldatura oro-stagno. Durante l'intero processo di confezionamento, ci saranno molti livelli, questi livelli includono principalmente: chip, strato di saldatura, dissipatore di calore, strato di metallo, utilizzando l'effetto di trasferimento di calore del dissipatore di calore e strato di metallo per condurre l'energia termica del chip laser, e infine fare in modo che il laser a semiconduttore formi una buona dissipazione del calore per prolungare la durata del laser.
Le prestazioni di dissipazione del calore dei laser a semiconduttore ad alta potenza sono valutate principalmente dalla resistenza termica e dal flusso di calore. Nella valutazione occorre prestare attenzione al flusso di calore alla temperatura limitata. Se la differenza di temperatura tra i due risulta essere relativamente grande durante l'analisi della dissipazione del calore, apparirà della condensa sulla superficie del chip laser. Dopo che si verifica questo problema, oltre a influenzare la potenza di uscita ottica, influenzerà anche il blocco della lunghezza d'onda, e anche a causa della giunzione. I problemi di esposizione danneggiano le prestazioni fotoelettriche del circuito e in ultima analisi influiscono sull'affidabilità. Attualmente, un metodo comune per ridurre la resistenza termica consiste nell'utilizzare materiali a conduttività termica. L'emergere di materiali a conduttività termica offre più spazio di ottimizzazione per i laser per abbassare la temperatura.
Raffreddamento del dissipatore di calore a convezione naturale e metodo di dissipazione del calore Il raffreddamento del dissipatore di calore a convezione naturale e la dissipazione del calore consiste nell'utilizzare alcuni materiali con elevata conduttività termica per rimuovere il calore generato e quindi dissipare il calore attraverso la convezione naturale. il personale ha anche scoperto che le alette possono anche aiutare a dissipare il calore e possono massimizzare la velocità di trasferimento del calore nel sistema di dissipazione del calore durante la dissipazione del calore. Quando la temperatura è la stessa, il passo dell'aletta diminuirà all'aumentare dell'altezza dell'aletta. Quando si utilizza il substrato per posizionare il dissipatore di calore verticalmente, l'altezza deve essere adeguatamente aumentata e l'effetto di dissipazione del calore viene migliorato aumentando l'altezza. Un tale metodo di dissipazione del calore ridurrà molti costi quando viene utilizzato. Nel lavoro reale, il nitruro di rame o alluminio viene spesso utilizzato come dissipatore di calore, ma il metodo del dissipatore di calore non può soddisfare completamente le esigenze di dissipazione del calore dei laser a semiconduttore ad alta potenza.
Metodo di raffreddamento ad acqua a canale grande
Se vuoi abbassare la temperatura del dissipatore di calore, devi costruire un canale nel dissipatore di calore. Se si desidera ottenere l'effetto di raffreddamento, è necessario aggiungere una certa fonte d'acqua a questo canale, in modo da non ritardare il lavoro del laser. In risposta a ciò, i ricercatori hanno scoperto durante la loro ricerca che l'effetto di dissipazione del calore della struttura dello spoiler è migliore di quello della struttura tradizionale della cavità, ma si verificherà anche l'aumento della pressione nel canale. La ricerca ha scoperto che, sebbene i canali di grandi dimensioni siano ampiamente utilizzati, a causa del continuo aumento della potenza di uscita del laser, i grandi canali di raffreddamento ad acqua non possono più soddisfare i requisiti di dissipazione del calore dei laser a semiconduttore ad alta potenza.
Metodo di raffreddamento a spruzzo
Il raffreddamento a spruzzo consiste nello spruzzare il liquido di raffreddamento sulla superficie di trasferimento del calore mediante atomizzazione con l'aiuto della pressione per raggiungere lo scopo del raffreddamento. Le caratteristiche principali del raffreddamento a spruzzo sono un elevato coefficiente di scambio termico e un basso flusso di refrigerante. I ricercatori hanno scoperto che quando si utilizza l'acqua come mezzo e si utilizzano ugelli a cono solido per gli esperimenti, la superficie microstrutturata può aumentare l'effetto di scambio termico. Durante lo studio, è stato riscontrato che le prestazioni di raffreddamento del raffreddamento a spruzzo sono correlate alla portata dello spruzzo. Inoltre, i ricercatori hanno anche scoperto un dispositivo di raffreddamento a cambiamento di fase a spruzzo. Durante l'esperimento, anche l'altezza dell'ugello nel dispositivo di raffreddamento a spruzzo e l'effetto di dissipazione del calore sono strettamente correlati.
Osservazioni conclusive
Tutto sommato, i due fattori più critici per migliorare l'effetto di dissipazione del calore sono ridurre la resistenza termica del sistema di dissipazione del calore e aumentare il flusso di calore. Quando si riduce la resistenza termica, è possibile utilizzare materiali con elevata conduttività termica per ridurla; quando si aumenta il flusso di calore, può essere aiutato aumentando il coefficiente di trasferimento del calore del terminale di dissipazione del calore. Poiché gli indicatori di prestazione dei laser ad alta potenza diventano sempre più alti, molti metodi non possono più soddisfare i requisiti dell'applicazione. Più ricercatori devono compiere sforzi continui per studiare, in modo da trovare metodi di dissipazione del calore più adatti per i laser a semiconduttore ad alta potenza.
