首先了解散熱性能分析中需要注意的事項(xiàng)

高功率半導(dǎo)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(shí)應(yīng)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。出現(xiàn)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?xí)蚪Y(jié)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(dǎo)率材料， 導(dǎo)熱材料的出現(xiàn)為激光器降溫提供了更多的優(yōu)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(dá)到冷卻的目的。噴霧冷卻主要的特點(diǎn)就是傳熱系數(shù)大、冷卻液流量低。當(dāng)研究人員發(fā)現(xiàn)用水作為介質(zhì)，用實(shí)心圓錐噴嘴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)， 微結(jié)構(gòu)的表面可以增加熱交換的效果。研究發(fā)現(xiàn)，噴霧冷卻的冷卻性與噴霧流速有關(guān)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)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(guān)。

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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)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。同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn)了微通道會對散熱效果更好。此外，還有人發(fā)現(xiàn)微通道熱沉不同的溝槽形狀也會影響散熱效果。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(dǎo)體激光焊機(jī)的散熱要求。

使用時(shí)，激光器將應(yīng)用于微通道， 因?yàn)槲⑼ǖ赖纳嵝Ч葌鹘y(tǒng)散熱方式好， 它可以滿足當(dāng)前高功率激光器的散熱要求。然而，微通道在使用時(shí)存在一個(gè)缺點(diǎn)，即微通道經(jīng)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(gè)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(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(jìn)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 調(diào)整芯片表面結(jié)構(gòu)和有源區(qū)發(fā)熱層，研究采用芯片倒裝貼片技術(shù)，使芯片的主要發(fā)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(guān)，溫度越高，波長漂移越嚴(yán)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(wěn)定，整個(gè)激光器的性能也大大提高。

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機(jī)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(dá)性好、自動化程度高；熱輸入小，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力變形??；接頭設(shè)計(jì)靈活，節(jié)約原材料；焊接能量控制準(zhǔn)確，焊接效果穩(wěn)定，焊接外觀好。

以上是半導(dǎo)體激光焊接機(jī)激光器新散熱方法的全部內(nèi)容。