Կիսահաղորդչային լազերներ. Օծանելիքի արդյունավետության արդյունավետ լուծումներ

Կիսահաղորդչային լազերներ, որոնք հայտնի են իրենց կոմպակտ չափի, թեթեւ դիզայնի, էներգիայի ցածր սպառման, մոդուլյացիայի հեշտությամբ եւ զանգվածային արտադրության հնարավորության համար: Քանի որ կիսահաղորդչային լազերների ելքային ուժը շարունակում է աճել, էլեկտրական էներգիայի զգալի մասը վերածվում է ջերմության: Օպտիկական բնութագրերը, ելքային հզորությունը եւ այս սարքերի հուսալիությունը սերտորեն կապված են իրենց գործառնական ջերմաստիճանի հետ, ջերմային կառավարումը դարձնում են կրիտիկական գործոն, հատկապես բարձրորակ կիսահաղորդչային լազերների համար:

1. Կիսահաղորդչային լազերների սառեցման սկզբունքները

Կիսահաղորդչային լազերների համար սառեցման առաջնային եղանակները ներառում են բնական կոնվենցիա Heat Լվացարաններ, միկրոխահողներ, ջերմամեկուսիչ սառեցում, լակի հովացում եւ ջերմային խողովակների լուծումներ: Միայնակ չիպի կիսահաղորդչային լազերների համար բնական կոնվեկցիան ջերմային լվացարանները հաճախ առավել տնտեսական եւ սովորաբար օգտագործվում են արտադրության եւ հավաքների իրենց պարզության պատճառով: Բարձր ջերմային հաղորդունակության նյութերը սովորաբար օգտագործվում են բնական կոնվենցիայի մակերեսի տարածքը մեծացնելու համար, դրանով իսկ բարելավելով ջերմության տարածումը եւ իջեցնելով չիպի ջերմաստիճանը: Heat երմափոխանակման ուղին եւ արագացնել ջերմային ցրումը, Flip-chip- ի կապը այժմ սովորաբար ընդունվում է, որտեղ լազերային չիպը կցվում է ջերմային լվացարանին, օգտագործելով նյութեր, որոնք նման են ինդումի կամ ոսկե թիթեղյա զոդում:

Կիսահաղորդչային լազերների ջերմության մեծ մասը ստեղծվում է չիպի ակտիվ շրջանում, որն այնուհետեւ փոխանցում է շերտերով, ինչպիսիք են զոդը, մեկուսացումը եւ ինտերֆեյսը, ի վերջո հասնելով պայմանական ջերմային լվացարան: Բարձր ջերմային հաղորդունակ նյութերից պատրաստված ջերմային լվացարանների օգտագործումը կիսահաղորդչային լազերների աշխատանքային ջերմաստիճանը նվազեցնելու արդյունավետ միջոց է `կատարողականի եւ հուսալիության ապահովում: Heat երմ լվացարանների նյութերը ընտրելիս պետք է հաշվի առնել երկու հիմնական գործոն.

1. Նյութը պետք է ունենա բարձր ջերմային հաղորդունակություն `ջերմությունը արդյունավետորեն տարածելու համար:
2. Նյութի ջերմային ընդլայնման գործակիցը պետք է համապատասխանի լազերային չիպի, սթրեսի պատճառած վնասներից խուսափելու համար:

2-ը: He երմային լվացարանային նյութեր կիսահաղորդչային լազերների համար

Իդեալական ջերմային լվացարանի նյութը պետք է համատեղի բարձր ջերմային հաղորդունակությունը ջերմային ընդլայնման գործակիցով, որը սերտորեն համապատասխանում է լազերային չիպի: Պղինձը հաճախ օգտագործվում է իր գերազանց ջերմային հաղորդունակության եւ էլեկտրական հատկությունների պատճառով: Այնուամենայնիվ, պղնձի ջերմային ընդլայնման գործակիցը զգալիորեն տարբերվում է լազերային չիպի կողմից, որը կարող է ստեղծել ջերմային սթրես եւ ազդել լազերային գործունեության վրա: Անցումային ջերմային լվացարան, որը պատրաստված է բարձր ջերմային հաղորդունակությամբ եւ չիպի ավելի սերտ ընդլայնման խաղով, կարող է օգնել մեղմել այս հարցը: Այս անցումային ջերմային լվացարանների համար ընդհանուր նյութերը ներառում են ալյումինե նիտրիդե կերամիկական, բերիլիում օքսիդի կերամիկական, սիլիկոնային կարբիդ կերամիկական, վոլկֆթեն-պղնձե խառնուրդներ, սիլիկոնային կարբիդ վաֆլիներ եւ ադամանդե բարակ ֆիլմեր:

ես Tungsten-պղնձի խառնուրդի վոլֆրամի պղնձի խառնուրդները համատեղում են վոլֆրամի ցածր ընդլայնումը պղնձի բարձր ջերմային հաղորդունակությամբ, դրանք դարձնելով իդեալական կիսահաղորդչային լազերների համար: Այս կեղծ խառնուրդի ջերմային ընդլայնումը եւ հաղորդունակությունը կարող են հարմարվել `կարգավորելով դրա կազմը, եւ այն լավ համընկնում է սիլիկոնի, Gallium- ի մկնդեղի եւ կերամիկական նյութերի հետ: Վաղ լազերները հաճախ օգտագործում էին վոլֆրամի պղնձի C-Mount կառուցվածքը, որը հետագայում զարգացավ վոլֆրամի պղնձի բարեր:

II. Ալյումինե նիտրիդե ալյումինե նիտրիդե կերամիկան առաջարկում է գերազանց ընդհանուր ներկայացում, մինչեւ 320W / (M · K) տեսական ջերմային հաղորդունակությունը, եւ առեւտրային արտադրանքները սովորաբար տատանվում են 180W / (մ)-ից մինչեւ 260W / (M · K): Դրա ջերմային ընդլայնման գործակիցը նույնպես բավականին մոտ է լազերային չիպսերին, այն դարձնելով ընդհանուր անցումային ջերմային լվացարան:

III. Silicon Carbide (SIC) SIC- ը բնորոշ բնական գերհզոր համասեռ պոլիգեն է `գերազանց ֆիզիկական եւ քիմիական հատկություններով: Դրա կարծրությունն ու մաշվածության դիմադրությունը երկրորդն են միայն ադամանդների համար, եւ այն պարծենում է տեսական ջերմային ջերմային հաղորդունակությամբ մինչեւ 490W / (M · K)-որ սիլիկոնից: Low ածր ընդլայնմամբ, ջերմության գերազանց տարածում եւ ջերմ ջերմային կայունություն, SIC- ը խիստ հարմար է բարձր էներգիայի սարքերի համար: Այն դիմադրում է կոռոզիայից եւ չի հալվում նորմալ ճնշման տակ, մինչդեռ նրա մակերեսի օքսիդացումը ստեղծում է սիլիկոնային երկօքսիդի շերտ, որը կանխում է հետագա օքսիդացումը:

IV. Diamond ջերմային օպտիմալ տարածման համար ադամանդը կարող է օգտագործվել որպես չիպի եւ պղնձի միջեւ կապող նյութ: Բնական Diamond- ը 2000W / (M · K) բացառիկ ջերմային հաղորդունակությունն ունի, հինգ անգամ պղնձի, ջերմային ընդլայնման ցածր գործակիցով: Այսպիսով, Diamond- ը բարձրորակ կիսահաղորդչային լազերների համար իդեալական ջերմային լվացարան է: Արժեքի պատճառով բնական ադամանդը հնարավոր չէ կիսահաղորդչային փաթեթավորման համար, բայց ադամանդը օգտագործվում է որպես ջերմային լվացարան երկու ձեւով, ադամանդի բարակ ֆիլմեր (CVD ադամանդ) եւ կոմպոզիտիտներ `պղնձի եւ ալյումինի նման մետաղադրամներով: Այնուամենայնիվ, ադամանդի մշակման, փայլեցման եւ մետաղայնացման բարդությունը սահմանափակում է իր լայնածավալ դիմումը կիսահաղորդչային լազերային ջերմային լվացարաններում:

v. Grapheene Graphene- ը նոր երկչափ ածխածնի նանոմատիվ է `գերազանց էլեկտրական, օպտիկական եւ ջերմային հատկություններով: Նրա կողային ջերմային հաղորդունակությունը կարող է հասնել մինչեւ 5300W / (M · K), շատ գերազանցելով այլ ջերմային լվացարան նյութերը, ինչպիսիք են սիլիկոնային կարբիդը եւ ալյումինե նիտրիդը: Կիսահաղորդչային լազերներում ջերմային լվացարան կիրառելը Graphene LaSers- ում մեծ ներուժ է ցույց տալիս ջերմության տարածման եւ սարքի գործունեության բարելավման համար: