고출력 반도체 레이저의 방열 방식 연구
반도체 레이저는 해외에서 처음 연구되었습니다. 가장 초기의 기술은 미국과 일본에서 시작되었으며 주로 군대에서 사용되었습니다. 기술의 반복적인 발전으로 민간 시장에 적용되기 시작하여 광전자, 통신 등의 산업에 적용되었다. 우리나라& #39;39;국방산업과 광전자제조산업의 발달로 산업계에서 고출력 레이저 수요가 증가하기 시작했고 사람들도 고출력 반도체 레이저 소자에 대한 연구를 하기 시작했습니다. . 연구 중에 기존 반도체 레이저의 광 품질이 더 이상 사람들의 요구를 충족시킬 수 없다는 것이 발견되었습니다. 반도체 레이저의 출력을 높이기 위해 사람들은 끊임없이 개선하고 분석하기 시작했습니다. 연구 과정에서 반도체 레이저의 전기 에너지의 절반은 사용 시 열에너지로 변환된다는 사실이 밝혀졌다. 반도체 레이저 자체가 열을 잘 발산하지 않으면 반도체 레이저의 수명과 사용에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 방열 문제는 지금 연구자들이 해결해야 할 시급한 과제입니다. 문제 중 하나입니다.
레이저 방열 방식의 분류
현재 레이저의 주요 방열 방법은 전통적인 방열 방법과 새로운 방열 방법으로 구분됩니다. 전통적인 방열 방법에는 공랭식, 반도체 냉각, 자연 대류 방열 등이 포함되며 새로운 방열 방법에는 플립 칩 방열 및 마이크로 채널 방열이 포함됩니다.
반도체 레이저 패키징의 방열 메커니즘은 주로 레이저 칩, 용접층, 방열판, 금속층 등으로 구성됩니다. 반도체 레이저의 방열 구조에서 용접층은 주로 칩과 방열판을 용접으로 연결하는 데 사용됩니다. 고출력 반도체 레이저를 사용할 때 열저항을 감소시키려는 목적을 달성하기 위해 솔더링 시 금-주석 솔더와 같이 상대적으로 열전도율이 높은 일부 재료를 사용하는 경우가 많다. 전체 패키징 프로세스 동안 많은 수준이 있으며 이러한 수준에는 주로 칩, 솔더 층, 방열판, 금속층이 포함되며 방열판 및 금속층의 열 전달 효과를 사용하여 레이저 칩의 열 에너지를 전도합니다. 마지막으로 반도체 레이저가 레이저의 서비스 수명을 연장하기 위해 좋은 방열을 형성하도록 합니다.
고출력 반도체 레이저의 방열 성능은 주로 열 저항과 열유속으로 평가됩니다. 평가 시 제한된 온도에서의 열유속에 주의를 기울여야 합니다. 방열 해석에서 둘 사이의 온도 차이가 상대적으로 큰 것으로 밝혀지면 레이저 칩 표면에 결로 현상이 나타납니다. 이 문제가 발생한 후에는 광 출력에 영향을 미칠 뿐만 아니라 파장 잠금에도 영향을 미치며 접합으로 인해도 영향을 받습니다. 노출 문제는 회로의 광전 성능을 손상시키고 궁극적으로 신뢰성에 영향을 미칩니다. 현재 열 저항을 줄이는 일반적인 방법은 열전도성 재료를 사용하는 것입니다. 열전도성 재료의 출현은 레이저가 온도를 낮추는 데 더 많은 최적화 공간을 제공합니다.
자연 대류 방열판 냉각 및 방열 방법 자연 대류 방열판 냉각 및 방열은 열전도율이 높은 일부 재료를 사용하여 발생하는 열을 제거한 다음 자연 대류를 통해 열을 발산하는 것입니다. 연구하는 동안 과학 기술 직원은 또한 핀이 열을 발산하는 데 도움이 될 수 있으며 열을 발산할 때 열 발산 시스템의 열 전달 속도를 최대화할 수 있음을 발견했습니다. 온도가 같을 때 핀 높이가 증가함에 따라 핀 피치가 감소합니다. 기판을 사용하여 방열판을 수직으로 배치할 경우 높이를 적절하게 높여야 하며 높이를 높여 방열 효과를 향상시킵니다. 이러한 방열 방식을 사용하면 많은 비용을 절감할 수 있습니다. 실제 작업에서는 구리나 질화알루미늄이 방열판으로 자주 사용되지만 방열판 방식은 고출력 반도체 레이저의 방열 요구를 완전히 충족시킬 수 없습니다.
대수로 수냉 방식
방열판의 온도를 낮추려면 방열판에 채널을 만들어야 합니다. 냉각 효과를 얻으려면 레이저 작업을 지연시키지 않도록 이 채널에 특정 수원을 추가해야 합니다. 이에 대한 응답으로 연구자들은 연구 과정에서 스포일러 구조의 방열 효과가 기존 캐비티 구조보다 우수하지만 채널의 압력 증가도 발생한다는 것을 발견했습니다. 연구에 따르면 대형 채널이 널리 사용되지만 레이저 출력의 지속적인 증가로 인해 대형 수냉식 채널은 더 이상 고출력 반도체 레이저의 방열 요구 사항을 충족할 수 없습니다.
분무 냉각 방식
분무 냉각은 냉각 목적을 달성하기 위해 압력의 도움으로 분무를 통해 냉각 액체를 열 전달 표면에 분무하는 것입니다. 분무 냉각의 주요 특성은 큰 열전달 계수와 낮은 냉각수 흐름입니다. 연구원들은 물을 매체로 사용하고 실험을 위해 솔리드 콘 노즐을 사용할 때 미세 구조화된 표면이 열교환 효과를 증가시킬 수 있음을 발견했습니다. 연구 동안 분무 냉각의 냉각 성능은 분무 유량과 관련이 있음을 발견했습니다. 또한 연구원들은 스프레이 상변화 냉각기를 발견했습니다. 실험 중 분무 냉각 장치의 노즐 높이와 방열 효과도 매우 밀접한 관련이 있습니다.
끝 맺는 말
결국, 방열 효과를 향상시키는 가장 중요한 두 가지 요소는 방열 시스템의 열 저항을 줄이고 열유속을 높이는 것입니다. 열 저항을 줄일 때 열전도율이 높은 재료를 사용하여 열 저항을 줄일 수 있습니다. 열유속을 증가시킬 때 방열 단자의 열전달 계수를 증가시키면 도움이 될 수 있습니다. 고출력 레이저의 성능 지표가 점점 더 높아짐에 따라 많은 방법이 더 이상 애플리케이션 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 고출력 반도체 레이저에 보다 적합한 방열 방법을 찾기 위해서는 더 많은 연구자들이 지속적인 연구 노력을 기울여야 합니다.
