半導體激光焊接機的激光器新型散熱方法

在最后一篇文章《半導體激光焊機激光散熱方法》中，傳統(tǒng)的散熱方法需要研究更多新的散熱方法來滿足當前的要求。

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(fā)現(xiàn)兩者之間的溫差較大， 激光芯片表面會結(jié)露。這個問題出現(xiàn)后，不僅會影響光輸出功率，還會影響波長的鎖定，甚至損壞電路的光電性能，較終影響可靠性。常用的熱阻方法是使用熱導率材料， 導熱材料的出現(xiàn)為激光冷卻提供了更多的優(yōu)化空間。

目前有幾種散熱方式。

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。噴霧冷卻的主要特點是傳熱系數(shù)大，冷卻液流量低。當研究人員發(fā)現(xiàn)用水作為介質(zhì)，用實心圓錐噴嘴進行實驗時， 微結(jié)構(gòu)的表面可以增加熱交換的效果。研究發(fā)現(xiàn)，噴霧冷卻的冷卻與噴霧流速有關(guān)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了與散熱效果密切相關(guān)的噴霧相變冷卻器。

微通道散熱法

微通道散熱主要有兩種方式：根據(jù)通道大小定義的微通道；根據(jù)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(fā)現(xiàn)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。研究還發(fā)現(xiàn)，微通道散熱效果更好。此外，還發(fā)現(xiàn)不同形狀的微通道熱沉也會影響散熱效果。經(jīng)過無數(shù)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(fā)現(xiàn)，結(jié)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。

微通道將使用激光器， 由于微通道的散熱效果優(yōu)于傳統(tǒng)的散熱方式， 它能滿足當前高功率激光器的散熱要求。但微通道在使用中存在一個缺點，即微通道常被熱變冷介質(zhì)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(tǒng)的貼激光芯片和熱沉貼片正面朝上， 通過焊料連接背面冷卻面和熱沉， 但芯片有源區(qū)的熱量主要集中在上表面幾微米的區(qū)域， 一般來說，上表面和下表面之間有數(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)， 采用芯片倒裝貼片技術(shù)，調(diào)整芯片表面結(jié)構(gòu)和有源區(qū)加熱層，使芯片主加熱面在焊接層后直接與熱沉連接， 激光散熱可增加20% 或散熱效率高；由于光芯片的性能與溫度密切相關(guān)，溫度越高，波長漂移越嚴重，光輸出功率下降或飽和，散熱效果大大提高，芯片光電輸出更穩(wěn)定，整個激光器的性能也大大提高。

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