งานวิจัยเกี่ยวกับวิธีการกระจายความร้อนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง

ครั้งแรกที่ทำการศึกษาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จากต่างประเทศ เทคโนโลยีแรกสุดมีต้นกำเนิดมาจากสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น และใช้เป็นหลักในการทหาร ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีซ้ำๆ จึงเริ่มนำไปใช้กับตลาดพลเรือนและนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ออปโตอิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสาร ด้วยการพัฒนาประเทศของฉัน&อุตสาหกรรมการป้องกันประเทศและอุตสาหกรรมการผลิตออปโตอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมได้เริ่มเพิ่มความต้องการเลเซอร์กำลังสูงและผู้คนก็เริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง . ในระหว่างการวิจัย พบว่าคุณภาพแสงของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการของผู้คนได้อีกต่อไป เพื่อเพิ่มกำลังขับของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ผู้คนเริ่มปรับปรุงและวิเคราะห์อย่างต่อเนื่อง ในระหว่างการวิจัย พบว่าครึ่งหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนเมื่อใช้งาน หากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เองไม่กระจายความร้อนได้ดี ก็จะส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและการใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ดังนั้นปัญหาการกระจายความร้อนจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องแก้ไขโดยนักวิจัยในขณะนี้ ปัญหาหนึ่ง.

การจำแนกวิธีการกระจายความร้อนด้วยเลเซอร์

ในปัจจุบัน วิธีการกระจายความร้อนหลักของเลเซอร์แบ่งออกเป็นวิธีการกระจายความร้อนแบบดั้งเดิมและวิธีการกระจายความร้อนแบบใหม่ วิธีการกระจายความร้อนแบบดั้งเดิม ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยอากาศ การทำความเย็นด้วยสารกึ่งตัวนำ การกระจายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติ เป็นต้น และวิธีการกระจายความร้อนแบบใหม่ ได้แก่ การกระจายความร้อนด้วยชิปฟลิปและการกระจายความร้อนแบบไมโครแชนเนล

กลไกการกระจายความร้อนของบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยชิปเลเซอร์ ชั้นเชื่อม อ่างความร้อน ชั้นโลหะและอื่นๆ ชั้นเชื่อมในโครงสร้างการระบายความร้อนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเชื่อมต่อชิปและแผงระบายความร้อนด้วยการเชื่อม เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดความต้านทานความร้อนเมื่อใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง วัสดุบางชนิดที่มีค่าการนำความร้อนค่อนข้างสูง เช่น บัดกรีดีบุกทอง มักถูกนำมาใช้ในระหว่างการบัดกรี ในระหว่างกระบวนการบรรจุภัณฑ์ทั้งหมด จะมีหลายระดับ ระดับเหล่านี้ส่วนใหญ่รวมถึง: ชิป ชั้นประสาน อ่างความร้อน ชั้นโลหะ โดยใช้ผลการถ่ายเทความร้อนของแผ่นระบายความร้อนและชั้นโลหะเพื่อนำพลังงานความร้อนของชิปเลเซอร์ และสุดท้ายทำให้เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ สร้างการกระจายความร้อนที่ดีเพื่อยืดอายุการใช้งานของเลเซอร์

ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงนั้นส่วนใหญ่ประเมินโดยความต้านทานความร้อนและฟลักซ์ความร้อน ในการประเมิน ควรให้ความสนใจกับฟลักซ์ความร้อนที่อุณหภูมิจำกัด หากพบว่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทั้งสองมีค่าค่อนข้างมากในระหว่างการวิเคราะห์การกระจายความร้อน การควบแน่นจะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวของชิปเลเซอร์ หลังจากปัญหานี้เกิดขึ้น นอกจากจะส่งผลต่อกำลังขับของออปติคัลแล้ว ยังส่งผลต่อการล็อคความยาวคลื่นและแม้กระทั่งเนื่องจากทางแยกด้วย ปัญหาการเปิดรับแสงทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของโฟโตอิเล็กทริกของวงจรเสียหายและส่งผลต่อความน่าเชื่อถือในท้ายที่สุด ปัจจุบัน วิธีการทั่วไปในการลดความต้านทานความร้อนคือการใช้วัสดุที่นำความร้อน การเกิดขึ้นของวัสดุการนำความร้อนช่วยเพิ่มพื้นที่สำหรับเลเซอร์เพื่อลดอุณหภูมิ

การระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติและวิธีการกระจายความร้อน การระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติและการระบายความร้อนคือการใช้วัสดุบางชนิดที่มีค่าการนำความร้อนสูงเพื่อขจัดความร้อนที่เกิดขึ้นแล้วกระจายความร้อนผ่านการพาความร้อนตามธรรมชาติ ในระหว่างการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค บุคลากรยังพบว่าครีบยังช่วยกระจายความร้อนและสามารถเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนในระบบกระจายความร้อนสูงสุดเมื่อกระจายความร้อน เมื่ออุณหภูมิเท่ากัน ระยะพิทช์ของครีบจะลดลงตามความสูงของครีบที่เพิ่มขึ้น เมื่อใช้วัสดุพิมพ์เพื่อวางแผงระบายความร้อนในแนวตั้ง ความสูงจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสม และเอฟเฟกต์การกระจายความร้อนจะดีขึ้นโดยการเพิ่มความสูง วิธีการกระจายความร้อนดังกล่าวจะช่วยลดต้นทุนได้มากเมื่อใช้ ในการทำงานจริง ทองแดงหรืออะลูมิเนียมไนไตรด์มักถูกใช้เป็นแผงระบายความร้อน แต่วิธีการระบายความร้อนไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการระบายความร้อนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงได้อย่างเต็มที่

วิธีการระบายความร้อนด้วยน้ำช่องใหญ่

หากคุณต้องการลดอุณหภูมิของฮีตซิงก์ คุณต้องสร้างแชนเนลในฮีตซิงก์ ถ้าคุณต้องการบรรลุผลเย็น คุณต้องเพิ่มแหล่งน้ำในช่องนี้ เพื่อไม่ให้เลเซอร์ทำงานล่าช้า ในการตอบสนองต่อสิ่งนี้ นักวิจัยพบว่าในระหว่างการวิจัยของพวกเขาว่าเอฟเฟกต์การกระจายความร้อนของโครงสร้างสปอยเลอร์นั้นดีกว่าโครงสร้างของช่องแบบเดิม แต่ความดันที่เพิ่มขึ้นในช่องก็จะเกิดขึ้นเช่นกัน การวิจัยพบว่าแม้ว่าช่องสัญญาณขนาดใหญ่จะใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากการเพิ่มกำลังขับเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง ช่องระบายความร้อนด้วยน้ำขนาดใหญ่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการการกระจายความร้อนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงได้อีกต่อไป

วิธีการทำความเย็นแบบสเปรย์

การทำความเย็นแบบสเปรย์คือการพ่นของเหลวหล่อเย็นไปยังพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนโดยใช้การทำให้เป็นละอองโดยใช้แรงดันเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการทำความเย็น ลักษณะสำคัญของการระบายความร้อนด้วยสเปรย์คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงและการไหลของน้ำหล่อเย็นต่ำ นักวิจัยพบว่าเมื่อใช้น้ำเป็นสื่อกลางและใช้หัวฉีดทรงกรวยทึบสำหรับการทดลอง พื้นผิวที่มีโครงสร้างจุลภาคสามารถเพิ่มผลการแลกเปลี่ยนความร้อนได้ ในระหว่างการศึกษา พบว่าประสิทธิภาพการทำความเย็นของการทำความเย็นแบบพ่นฝอยมีความสัมพันธ์กับอัตราการไหลของสเปรย์ นอกจากนี้ นักวิจัยยังค้นพบเครื่องทำความเย็นแบบเปลี่ยนเฟสสเปรย์ ในระหว่างการทดลอง ความสูงของหัวฉีดในอุปกรณ์ทำความเย็นแบบพ่นฝอยและผลของการกระจายความร้อนนั้นสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด

สรุปข้อสังเกต

โดยสรุปแล้ว ปัจจัยที่สำคัญที่สุดสองประการในการปรับปรุงผลการกระจายความร้อนคือการลดความต้านทานทางความร้อนของระบบกระจายความร้อนและเพิ่มฟลักซ์ความร้อน เมื่อลดความต้านทานความร้อน สามารถใช้วัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูงเพื่อลดความต้านทานได้ เมื่อเพิ่มฟลักซ์ความร้อนสามารถช่วยได้โดยการเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของขั้วต่อการกระจายความร้อน เนื่องจากตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของเลเซอร์กำลังสูงมีระดับสูงขึ้นเรื่อยๆ หลายวิธีจึงไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชันอีกต่อไป นักวิจัยจำนวนมากขึ้นจำเป็นต้องใช้ความพยายามอย่างต่อเนื่องในการศึกษาเพื่อหาวิธีการกระจายความร้อนที่เหมาะสมมากขึ้นสำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง