基于3D打印技术的高效液冷热沉的理论与实验研究

发布时间：2017-12-17 20:27

  本文关键词：基于3D打印技术的高效液冷热沉的理论与实验研究

  更多相关文章： 选区激光熔化(SLM) 液冷热沉 热阻 压降 计算流体动力学(CFD)

【摘要】：半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高且易于集成等优点,在军事、科技、医疗等领域具有广泛的应用。现今单bar的发光功率越来越高,bar条的冷却技术已成为激光器封装技术的核心技术之一。大功率半导体激光器通常采用微通道液冷热沉辅助散热,微通道热沉传统的无氧铜薄片焊接制备方式由于存在热膨胀系数与芯片不匹配、无氧铜焊接时会引入焊接热阻、热沉材料容易被去离子水腐蚀等问题,严重制约了半导体激光器光束质量和寿命的提高,因此研究新的热沉制备方式对改善半导体激光器光束质量和使用寿命具有重要意义。本文首先结合3D打印技术中的选区激光烧结(SLM)技术特点,设计了两孔微通道冷却热沉。然后利用CFD软件Fluent对热沉进行了模拟分析,通过选择Fluent提供的k-ε标准湍流模型对双孔热沉的传质传热特性进行分析,获得热沉结构在不同流速下的压降,热阻和微通道流速的模拟结果,并根据模拟结果对双孔热沉结构进行了优化,获得理论上能够满足大功率半导体激光器散热要求的双孔热沉结构。最后,还依据双孔热沉的结构优化结果设计了三孔热沉,并模拟分析了压降和热阻。本文在EOS M270成型机上一体化制备了所设计的几种热沉,并对制备的热沉压降和热阻进行测试。实验结果表明4种结构中的热阻值测试结果与CFD数值分析结果相比较基本吻合,验证了CFD计算结果的可靠性。在工业常用水流18L/h流速下优化后的M3双孔结构热沉压降值为0.5bar左右,热阻值为0.363K/W,三孔热沉的压降为0.6bar左右,热阻为0.411k/w,能够满足大功率半导体激光器的散热要求。本文对微通道热沉封装的80w bar条正常工作时的“Smile”效应值做了测试,测试结果表明bar条光谱的“Smile”效应能有效的控制在1μm以下,证明SLM成型热沉能满足80w激光bar条对光束质量的要求。本文对选区激光烧结技术制备一体化微通道热沉进行的研究,相对传统无氧铜片焊接制备技术提供了一种新的技术思路,其对解决传统工艺制备微通道热沉过程中存在的问题具有重要意义。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4

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本文编号：1301473