隧道再生半导体激光器内部温度场的三维分布

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部热源分布模型,利用有限元方法模拟计算了两有源区隧道再生半导体激光器瞬态和稳态三维温度分布.瞬态模拟结果表明,加电后几个s的时间内两个有源区的温升很小,在几个s到几十个ms的时间内温度上升很快,几百个ms以后温度达到稳态,与测量结果吻合.稳态模拟结果表明,稳态时温升集中在脊形电极内,靠近衬底的有源区温度始终高于靠近热沉的有源区的温度.沿腔长方向存在温差,在光反射腔面附近温度下降较快.芯片内最高温度出现在靠近衬底有源区的光出射腔面的脊形电极中心.     

大功率半导体激光器热沉结构的数值模拟

为了提高激光器的冷却效果,设计了3种具有不同扩展结构的热沉,包括矩形平行肋、菱形肋片和30°矩形斜肋,模拟计算3种结构对应的热沉芯片的最高温度、器件热阻和水泵功耗。结果表明30°矩形斜肋布置方式可以增强不同流道内流体的扰动,破坏热边界层,提高对流传热系数,换热性能最好;然而,由于倾斜角的存在增加了流动阻力,需要以更高的功耗为代价。综合考虑器件热阻与水泵功耗,矩形平行肋片综合性能最好。     

高功率半导体激光器阵列微通道热沉的温度

微通道热沉是解决高功率半导体激光器阵列散热有效的途径,本文利用有限元方法研究半导体激光器的温度,给出了横向尺寸为200 μm×60 μm单个及间距100μm的3,5,9的微通道热沉中的温度,得到微通道数量影响激光器最高温度变化.结果表明,单个微通道构成的热沉可以把注入电流为36 A稳态工作的激光器阵列冷却到342 K,9个微通道可以冷却到306 K.仿真了增加微通道间距的温度分布,发现为间距260 μm的5个微通道热沉,可以将激光器冷却到308 K.     

隧道级联大功率半导体激光器热特性分析

基于光谱法,通过测量靠近衬底的有源区波长的变化来表征其温度的变化,计算了隧道级联多有源区大功率半导体激光器的热阻。与普通半导体激光器相比,随着有源区数目的增多该热阻有增大的趋势,但并没有成倍增加,主要原因是隧道级联半导体激光器的串连电阻没有成倍增加。     

采用DBR LD的正弦相位调制激光干涉仪

分析影响正弦相位调制半导体激光干涉仪测量精度和系统分辨力的因素,提出了用分布布拉格反射半导体激光器DBR LD实现高分辨力亚纳米精度测量的方案。理论计算表明,DBR LD的波长连续调制深度比F-P腔LD高一个量级。指出邮于DBR LD的特殊结构可通过简单的反馈回路稳定输出光功率,有效地避免了光强波动对测量精度提高的限制。     

半导体激光器输出功率影响因素的研究进展

大功率半导体激光器是现代激光加工设备、激光再制造设备、激光医疗、激光显示以及国防设备中重要的关键基础元器件和核心组件,在工业和国防等领域有着广泛的应用。提高半导体激光器的输出功率首先需要确定影响功率输出的因素,然后通过优化外延材料、芯片结构和制备工艺来解决这些问题。因此,对大功率半导体激光器输出功率影响因素的研究具有重要的意义。基于此,主要对限制GaAs基大功率半导体激光器输出功率的因素进行了综述,总结了近几年GaAs基大功率半导体激光器在腔面灾变、载流子泄漏、双光子吸收以及纵向空间烧孔方面的研究进展,这对进一步提高半导体激光器的输出功率、优化半导体激光器的结构设计、改进外延材料的质量以及提高材料的外延技术具有重要意义。     

半导体激光器退化和寿命评价

近年来半导体激光器(LD)的应用和性能的提高令人注目。目前激光器行业中,多数产品都是半导体激光器,其以效率高,结构紧凑寿命长等独特的优点在光通信,国防及医疗等方面得到了极其广泛的应用,并且随着激光器件技术的发展,大功率半导体激光器将逐步成为光通信,激光器泵浦等应用中的     

基于新工艺技术的高功率裸芯片模块微流体系统的散热技术

为解决高功率裸芯片的散热问题，本文在功率模块腔体上设计了一种自循环一体化微流道散热系统，并对有无微流道、平直流道以及交联流道的散热特性进行对比。研究表明：有微流道的裸芯片散热特性优于无微流道，有交联流道的裸芯片散热特性优于具有平直流道；将裸芯片共晶焊接到金刚石热沉，再将热沉共晶焊接到功率模块腔体，裸芯片到功率模块腔体之间的传导热阻降至传统工艺热阻的1/360～1/280;仿真与实验能够相互验证，最大偏差仅为7.16%。该微流道系统具有较强的散热能力，可解决环境温度为70℃,热流密度为320 W/cm²时的裸芯片散热问题。     

多频道电视信号光纤系统中非线性失真产生的原因

本文着重讨论了半导体激光器LD产生失真的原因,在光纤系统的增容过程中,由半导体激光器LD产生的失真所带来的系统CSO、CTB改变,并提出了光纤系统设计或增容过程中,如何避免因半导体激光器产生的失真所带来的系统指标的下降。本文给各地光纤网络的设计者,提供了设计依据,和参考价值。     

金刚石/铜复合材料对大功率LED性能影响的数值分析

解决大功率发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的散热问题是提高LED封装可靠性的重要环节,其突破点就是对芯片热沉和基架材料及封装结构的设计.本文采用有限元方法研究了热沉材料及散热结构对大功率LED散热性能的影响.结果表明,当大功率LED具有相同的水冷散热结构、不同的热沉材料时,其温度场分布的趋势一致,都是芯片处的温度处于最高,随着与芯片距离的增加温度逐渐降低,水冷部分处于最低.与采用铜热沉的大功率LED相比,采用金刚石/铜复合材料热沉的大功率LED的芯片结温更低,芯片功率为5W和20W时芯片结温的降低率分别为9％和120,因此,金刚石/铜复合材料对降低大功率LED芯片结温的效果比较明显,且LED的芯片输入功率越大,金刚石/铜复合材料热沉对LED散热起到的作用越大.当大功率LED具有相同的金刚石/铜复合材料热沉、不同的散热结构时,水冷散热结构的散热效果要远远高于鳍片散热结构.     

高导热金属基纳米复合材料的研究动态

正随着电子工业的飞速发展,微波电子、微电子、光电子和功率半导体器件的集成度越来越高,功率密度越来越大;电子元件和集成电路芯片产生的大量热量,如果得不到及时散除会造成温升,导致器件失效。因此,电子及半导体工业对散热基板和热沉等热管理材料提出了更高要求,亟待开发新型高导热热管理材料。当前,纳米技术尤其是纳米碳增强金属基复合材料的迅速发展,给高导热金属基复合材料的发展带来了新的机遇。纳米碳增强体包括:碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片、纳米金刚石等,不但具有优异     

频率红移法用于激光二极管热阻测量

给出了"频率(波长)红移法"测量半导体激光二极管热阻Rth的原理:由于温度变化引起LD峰值波长的变化△λ,间接得到温度变化△T;由注入电功率和输出光功率间接得到热耗散功率.克服了以往测试方法复杂、投入高、效率低等不足,而且可以与LD其它参数测试结合,投入少,适合于LD规模化生产和产品研制改进.介绍了Rth测试系统硬件和软件的实现方法以及测试实例.     

用结构函数法测量GaN HEMT与夹具的界面层热阻

为准确测量Ga N HEMT与夹具界面层的热阻,在两种不同的管壳界面材料条件下,利用经过改进的显微红外热像仪测量Ga N HEMT的降温曲线。采用结构函数算法对两种降温曲线进行分析,得到反映器件各层材料热阻的积分结构函数曲线。利用JESD51-14中的方法分别确定结壳热阻分离点和夹具到热沉的热阻分离点,得到结壳热阻Rj-c为1.078 K/W,夹具到热沉的热阻Rf-s为0.404 K/W。利用两种条件下的总热阻减去结壳热阻和夹具到热沉的热阻得到管壳界面材料热阻,导热硅脂热阻为0.657 K/W,空气介质热阻为1.105 K/W。依据该方法可以实现对界面层热阻的测量。     

半导体P-N型温差发电器件热电性能研究

区熔法工艺制备的Ti2Be3温差发电材料,以PN结为研究对象。通过有限体积法对单对半导体PN结模型的温度、流场进行模拟,并用热阻分析法对传热过程进行计算,考虑热电转换过程受PN结空腔内气体对流、热传导和辐射的影响。研究结果表明,数值模拟和热阻分析法所得结果吻合,芯片传热过程中陶瓷基板热阻耗散46%的温差,且当热端温度达1 000K时,辐射传热量占总传热量的37%;因此对半导体PN结模型进行优化,适当降低陶瓷基底热阻有利于提高半导体PN结实际温差和应用价值。     

高功率发光二极管封装及散热研究

高功率发光二极管封装工艺及散热效果直接影响发光二极管的质量。论文首先介绍芯片封装结构的演变过程,并结合LED芯片封装结构的演变介绍目前国际主流白光封装技术,最后简要分析了热管散热和半导体制冷及风冷与热沉散热等几种散热技术。     

空间微膨胀型热开关传热性能试验

为了解决空间相机在冷黑环境下由于姿态变化引起的散热问题,基于金属材料的热特性设计了一种机械制冷式热开关,构建实验平台模拟热开关的实际工作环境,研究在不同热负载条件下,热流密度对传热和散热效率的影响。通过调节加热器功率大小和冷源温度水平,得到热开关的传热以及热闭合特性。实验结果表明,随着加热功率的递增,开关整体热阻逐渐减小,当加热负载为30W,热开关热闭合热阻为0.302 2 K/W,当温度降低时,热开关断开热阻达到230.46 K/W,整体开关比为762.60。该热开关能够自动实现闭合、断开特性,且具有较大的开关比,性能稳定可靠。     

数值模拟在大功率LED封装热分析中的应用现状

综述了采用计算机模拟方法研究芯片衬底材料及厚度、键合材料及厚度、热沉材料及厚度、透镜材料、散热肋片结构、榆入功率、空气对流换热系数、外加热管等对大功率LED散热性能影响的现状.芯片的结温随衬底材料、热沉材料热导率的升高呈先快速降低而后缓慢降低的趋势,选用热导率高的键合材料会对降低芯片结温起到一定作用,而透镜材料对LED散热性能的影响较小.LED的输入功率与芯片结温呈正比关系,散热器结构与散热方式会时LED散热性能有不同的影响.此外,还指出了提高大功率LED散热能力的途径.     

基于热阻网络模型的硅基微槽热沉多目标优化设计

微槽热沉具有传热效率高、可靠性强的优点,可用于对微尺度高热流密度电子元件进行冷却。为满足其性能需求和控制成本,在对微槽热沉进行设计时需要对其传热能力和流动阻力同时进行优化。传统研究采用的热阻网络模型较为简单,不能很好地反映热阻和流动阻力对微槽道截面形状拓扑变化的响应,且其优化对象通常为既定截面的形状尺寸。为此提出一种基于离散化方法的单层硅基微槽热沉热阻网络模型,将热沉鳍片细分为厚度较小的微元,根据微元热阻对微元宽度的响应及微元热阻对整体热阻的贡献来描述微槽道的整体热阻。以微泵输出功率为优化边界条件,压降和热阻为优化目标,通过SQP（sequential quadratic programming,序列二次规划）方法对层流状态下四边形等截面硅基微槽热沉进行尺寸优化,利用CFD（computational fluid dynamics,计算流体动力学）对优化结果进行模拟和验证。结果表明,当鳍片高度较低时,鳍片截面形状为矩形,随着鳍高增加,截面形状有向三角形发展的趋势。在设计区间内,微槽道截面为梯形、鳍片截面为三角形时传热效率与压降相对占优。用边界点法和理想点法优化模型求得微槽道高度、鳍底宽、槽底宽、槽顶宽的优化结果分别为500,50,64.5,114.5 μm和500,50,50,100 μm。该方法能根据设计需求调整评价函数,同时计算结果具有重要工程意义,为微槽热沉设计人员提供参考。     

自然对流板肋热沉的三维数值结构优化

为提高热沉自然对流换热性能,利用ICEPAK软件对基板水平放置和基板竖直放置的两种放置取向的板肋热沉进行了数值模拟和结构优化。首先,通过与前人的实验结果进行对比,验证了数值模型的合理性;然后对一系列不同结构参数的热沉进行数值模拟,通过对比其散热性能寻找最优的热沉结构。热沉几何参数变化范围为肋片厚度1~15mm,肋片间隙6.75~33.75mm,肋片高度55~1395mm。结果表明在每个肋片高度下都有一组最优的肋厚t和肋间隙s值;当肋片高度超过720mm值时,基板水平放置热沉的热阻趋于一个稳定值;基板竖直放置热沉的热阻随肋片高度的增加一直在减小。     

基于有限元的大功率LED灯具散热分析

本文通过对某功率型LED散热模组建立热阻理论模型,并利用大型有限元仿真软件ANSYS对其进行仿真热分析,得出了其热稳态及瞬态的温度场分布。结果表明:在薄插片式LED散热器设计中,采用热管结构可以大幅降低散热片近端与远端之间的热阻,从而充分发挥翅片式散热器散热面积大的优点,有效地降低功率型LED芯片模块在使用时的结温,增加系统的可靠性。