半導(dǎo)體激光焊接機(jī)是電子產(chǎn)品等行業(yè)常用的激光設(shè)備。它利用半導(dǎo)體激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度進(jìn)行焊接。其原理是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將激光束集中在小區(qū)域，在很短的時(shí)間內(nèi)形成高能量集中的熱源區(qū)域，使焊接物熔化，形成牢固的焊點(diǎn)和焊縫。

半導(dǎo)體激光器作為半導(dǎo)體激光焊接機(jī)的主要部件，是迄今為止使用較廣泛的光電子設(shè)備之一。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)備定量生產(chǎn)能力的提高，它現(xiàn)在可以應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。半導(dǎo)體激光器是一種主要使用半導(dǎo)體材料作為工作材料的激光器，由于不同的材料結(jié)構(gòu)，激光也會(huì)有所不同。半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)是體積小，使用壽命長(zhǎng)。除通信領(lǐng)域外，它還可用于雷達(dá)、聲音測(cè)量和醫(yī)療保健。

由于單芯片發(fā)光功率大，單位面積產(chǎn)生的熱量大，如果散熱技術(shù)不好，芯片容易死亡，性能迅速下降。

半導(dǎo)體激光器包裝中的散熱機(jī)構(gòu)主要由激光芯片、 焊接層、熱沉、金屬層等組成。半導(dǎo)體激光器散熱結(jié)構(gòu)中的焊接層主要通過(guò)焊接將芯片與熱沉連接在一起。為了降低熱阻，高功率半導(dǎo)體激光器在焊接過(guò)程中經(jīng)常使用一些導(dǎo)熱性高的材料，如金錫焊料。在整個(gè)包裝過(guò)程中，會(huì)有很多層次，主要包括芯片、焊料層、熱沉和金屬層。利用熱沉和金屬層的傳熱效果，傳遞激光芯片的熱能，較終使半導(dǎo)體激光器形成良好的散熱，從而延長(zhǎng)激光器的使用壽命。

激光散熱方法分類

目前，激光器的主要散熱方法分為傳統(tǒng)散熱方法和新散熱方法，傳統(tǒng)散熱方法包括：風(fēng)冷散熱、半導(dǎo)體制冷散熱、自然對(duì)流散熱等，新散熱方法包括：倒置散熱、微通道散熱。

傳統(tǒng)的散熱方法

大通道水冷散熱法

為了降低熱沉的溫度，有必要在熱沉中建立一個(gè)通道。為了達(dá)到冷卻效果，有必要在該通道中添加一定的水源，以免延誤半導(dǎo)體激光焊機(jī)的工作。鑒于此，研究人員發(fā)現(xiàn)擾流結(jié)構(gòu)的散熱效果會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的空腔結(jié)構(gòu)，但通道中的壓力也會(huì)增加。研究發(fā)現(xiàn)，雖然大通道被廣泛使用，但由于激光輸出功率的不斷提高，大通道的水冷散熱已不能滿足高功率半導(dǎo)體激光的散熱需求。

自然對(duì)流熱沉冷卻散熱方法

自然對(duì)流熱沉冷卻散熱是利用一些導(dǎo)熱性高的材料帶走產(chǎn)生的熱量，然后通過(guò)自然對(duì)流散熱?？萍既藛T還發(fā)現(xiàn)，翅片也有助于散熱，散熱時(shí)散熱系統(tǒng)中的傳熱率可以達(dá)到較大值。當(dāng)溫度相同時(shí)，翅片間距會(huì)隨著翅片高度的增加而降低。使用基板垂直放置熱沉?xí)r，需要適當(dāng)增加高度，通過(guò)增加高度來(lái)提高散熱效果。這種散熱方式在使用時(shí)會(huì)降低很多成本。銅或氮化鋁常用作實(shí)際工作中的熱沉，但熱沉不能完全滿足高功率半導(dǎo)體激光焊機(jī)的散熱需求。

半導(dǎo)體制冷散熱(電制冷散熱)方法

半導(dǎo)體制冷散熱方法的主要特點(diǎn)是體積小，可靠性強(qiáng)。由于添加了 ，高功率半導(dǎo)體激光器經(jīng)常出現(xiàn)半導(dǎo)體制冷散熱方法TEC 制冷，包裝尺寸相應(yīng)增加，包裝成本也相應(yīng)增加。使用時(shí)，將半導(dǎo)體芯片的冷端和熱沉連接在一起，熱端通過(guò)對(duì)流與 連接TEC 散發(fā)出自己的熱量。

通過(guò)調(diào)整 TEC 內(nèi)部參數(shù)可以提高 TEC 的冷卻控制效果。研究人員發(fā)現(xiàn)，較佳的傳熱面積比可以使TEC 特性系數(shù)達(dá)到較大值。在研究過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)傳熱面積與 的比值TEC 材料的特性和交換面積有很大關(guān)系。

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