半導體激光焊接機的激光器新型散熱方法

首先了解散熱性能分析中需要注意的事項

高功率半導體激光器的散熱性能主要由熱阻和熱通量來評估，在評估時應考慮限溫下的熱通量。若在散熱分析中發現兩者之間的溫差較大， 激光芯片表面會結露。出現此問題后，不僅會影響光輸出功率，還會影響波長的鎖定，甚至會因結露而損壞電路的光電性能，較終影響可靠性。目前熱阻的常用方法是使用熱導率材料， 導熱材料的出現為激光器降溫提供了更多的優化空間。

目前散熱方式有以下幾種。

噴霧冷卻散熱方法

在壓力的幫助下，噴霧冷卻， 將冷卻液霧化到傳熱表面，達到冷卻的目的。噴霧冷卻主要的特點就是傳熱系數大、冷卻液流量低。當研究人員發現用水作為介質，用實心圓錐噴嘴進行實驗時， 微結構的表面可以增加熱交換的效果。研究發現，噴霧冷卻的冷卻性與噴霧流速有關。此外，研究人員還發現了一種噴霧相變冷卻器，噴霧冷卻裝置中的噴嘴高度也與散熱效果密切相關。

微通道散熱法

微通道散熱主要有兩種方式：根據通道大小定義的微通道；根據表面張力定義的微通道。

研究人員用微通道作為冷卻裝置進行了實驗，通過實驗發現了微通道的散熱特性。微通道熱沉能散熱的原因是有一定的高熱通量。同時研究也發現了微通道會對散熱效果更好。此外，還有人發現微通道熱沉不同的溝槽形狀也會影響散熱效果。經過無數人的研究，余弦通道的散熱特性是所有形狀中較好的。此外，研究人員還發現，結合微通道和玻璃微管的冷卻裝置可以滿足大功率半導體激光焊機的散熱要求。

使用時，激光器將應用于微通道， 因為微通道的散熱效果比傳統散熱方式好， 它可以滿足當前高功率激光器的散熱要求。然而，微通道在使用時存在一個缺點，即微通道經常被熱變冷介質顆粒堵塞， 因此，需要使用納米流體來提高整個過程的換熱性能。

倒裝貼片法

仍采用倒裝貼片封裝 TEC 傳統的貼激光芯片和熱沉貼片采用芯片正面朝上， 通過焊料連接背面冷卻面和熱沉， 但芯片有源區的熱量主要集中在上表面幾微米的區域， 一般來說，上表面和下表面之間有數百微米的距離。熱量從這么長的距離傳遞到熱沉，再到TEC 制冷，散熱效果有限。

改進芯片的內部結構， 調整芯片表面結構和有源區發熱層，研究采用芯片倒裝貼片技術，使芯片的主要發熱面通過焊接層后直接和熱沉相接， 激光散熱可增加20% 或散熱效率較高；由于光芯片的性能與溫度密切相關，溫度越高，波長漂移越嚴重，光輸出功率也會下降或飽和，可大大提高散熱效果，芯片光電輸出更穩定，整個激光器的性能也大大提高。

機器推薦：半導體激光焊接系列WS-A。屏蔽罩適用于電子產品，USB金屬或非金屬部件之間的精密焊接，如接頭、殼體、芯片、導電貼片、塑料等。

機器能量集中，焊接效率高，加工精度高，焊縫深寬比大；非接觸焊接、光纖傳輸、可達性好、自動化程度高；熱輸入小，熱影響區小，工件殘余應力變形小；接頭設計靈活，節約原材料；焊接能量控制準確，焊接效果穩定，焊接外觀好。

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