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半导体激光焊接机的激光器散热方法

发布人:admin时间:2021-09-27阅读数:20840字号: 缩小━ 默认? 放大?

半导体激光焊接机是电子产品等行业常用的一种激光设备,是利用半导体激光器光束优异的方向性和高功率密度等特性进行焊接工作的。其原理是通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。


作为半导体激光焊接机的主要零件,半导体激光器是目前为止使用最多的光电子器件之一。随着技术的不断进步和器件量产化能力的提高, 现在能够应用到更多的领域中。半导体激光器是主要使用半导体材料作为工作物质一种的激光器,因为物质结构的不同,产生的激光也会不同。半导体激光器的特点就是体积小、寿命长,除了通信领域,现在也可以在雷达、测声、医疗中进行应用。

 半导体激光焊接机的激光器散热方法


大功率激光器由于单颗芯片出光功率大,单位面积产生的热量大,如果不做好散热技术,很容易发生芯片死亡,性能快速下降。


半导体激光器封装时的散热机构主要由激光芯片、 焊接层、热沉、金属层等组成。半导体激光器散热结构里面的焊接层主要是用焊接的方法把芯片和热沉连接在一起。高功率半导体激光器在进行使用的时候为了达到降低热阻的目的,经常在焊接的时候使用一些热导率比较高的材料, 比如金锡焊料。在整个封装过程进行的时候会出现很多层次,这些层次主要包括:芯片、焊料层、热沉、金属层,利用热沉和金属层的传热效果把激光芯片的热能传导出去, 最终使半导体激光器形成良好的散热,以延长激光器的使用寿命。


激光器散热方法分类


目前激光器主要的散热方法分为传统散热方法和新型散热方法,传统散热方法包括:风冷散热、半导体制冷散热、自然对流散热等,新型散热方法包括:倒装散热、微通道散热。


传统散热方法


大通道水冷散热方法


要想降低热沉的温度就需要在热沉中构建一个通道,要想达到降温的效果就需要在这个通道里面加入一定的水源,这样就不会耽误半导体激光焊接机的工作。针对这一点,科研人员在研究的时候发现, 扰流结构的散热效果会比传统的空腔结构好,但是通道里面也会出现压力增加的情况发生。研究发现,虽然大通道使用非常广泛, 但因为激光器输出功率不断提高,现在大通道水冷散热也已经不能满足高功率半导体激光器的散热需求。


自然对流热沉冷却散热方法


自然对流热沉冷却散热就是利用一些热导率高的材料把产生出来的热量带走,之后再通过自然对流的方式散发热量。科技人员在研究的时候还发现翅片也可以帮助散热, 并且在散热的时候能够使散热系统里面的传热率达到最大的数值。当温度相同的时候翅片间距就会随着翅片高度的增加而降低。在使用基板竖直放置热沉的时候需要适当增加高度,通过增加高度提高散热效果,这样的散热方式在使用的时候会降低很多的成本。在实际工作的时候经常会使用铜或者氮化铝作为热沉, 但热沉的方式还不能完全满足高功率半导体激光焊接机的散热需要。


半导体制冷散热(电制冷散热)方法


半导体制冷散热方法最主要特点就是体积小、可靠性强。半导体制冷散热方法经常会出现在高功率的半导体激光器中,因为加入了 TEC 制冷,封装的尺寸相应提高,封装的费用也相应上涨, 在使用的时候把半导体芯片的冷端和热沉连接在一起, 热端再通过对流的方式和 TEC 自身的热量散发出去。


通过调整 TEC 内部参数就可以提高 TEC 的控冷效果。科研人员在研究的时候发现具有最佳的传热面积比值能够让TEC 特性系数达到最大值。在研究的时候还发现传热面积的比值和 TEC 材料的特性还有交换面积都有非常大的关系。


 半导体激光焊接机


机器推荐:半导体激光焊接机系列WS-A。适用于电子产品的屏蔽罩、USB接头,壳体、芯片、导电贴片、塑料等金属或非金属零部件之间的精密焊接。


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