V形槽硅微通道冷却器的研制

高平均功率的二极管泵浦固体激光器（DPL）要求用于泵浦的二极管阵列功率密度达到1kW／cm^2，由于二极管运行的电光效率只有40％50％，需要高强度的冷却器来对面阵进行冷却。V型槽硅微通道冷却器。结构紧凑，具有较高的冷却能力，可在其V形槽上同时焊接多条bar而形成面阵。从而能大幅提高封装工艺的集成度，降低封装成本，使大规模地封装高功率激光二极管阵列成为可能。     

连续100W量子阱二极管激光器封装工艺

为了提高激光器输出功率,对研制的铜微通道冷却器性能进行了测试,分析了其散热能力。设计了一种在软焊料中掺杂金属添加剂的工艺,有效抑制了晶须生长,并利用该冷却器和新工艺封装出了连续100W大功率二极管激光器,并对封装的器件进行了性能测试。测试结果表明,封装的连续100W器件在工作电流105 A时,输出功率超过了100W,中心波长为808.5 nm,光谱半高宽为2.15 nm,器件的smile尺寸小于2μm,部分值小于0.5μm。     

V形槽硅微通道冷却器研制

报道了V形槽硅微通道冷却器的结构和主要制作工艺,研制了冷却器样品.性能测试结果表明冷却器在供水压力为2×105Pa时,封装面热阻尼系数为 0.051 ℃·cm2/W,能够用于封装峰值功率密度达到1 kW/cm2、工作占空比大于10%的激光二极管面阵.其冷却能力与数值模拟结果较吻合,尚存在流量较小的问题,原因可能在于导流槽内存在较大的水头损失,同时与导流槽的结构有关.     

大功率半导体激光器叠层无氧铜微通道热沉

建立了叠层无氧铜微通道热沉的散热模型,通过理论计算和近似分析,优化了微通道热沉的结构参数;在t=200μm, ωc=60μm, ωf=100μm,p=2. 02×106 Pa时,可获得最小热沉热阻Rthm =4. 205×10-3 K·cm2 /W。根据优化结果,考虑微通道取向对液压降的影响,设计了一种新型大功率半导体激光器叠阵用五层结构叠层无氧铜微通道热沉,并结合实际工艺制备了无氧铜微通道热沉。在实际工作中,优化结果往往要跟实际工艺相结合,如优化所得的水压降为 2 02×106 Pa,这在实际工艺中较难实现。但在热沉实际工作的水压降条件下,热阻为 4. 982×10-3 K·cm2 /W,它能满足高功率激光器叠阵的需要。     

高功率二极管激光器模块式微通道冷却器研制

针对高功率二极管激光器(DL)的散热需求,对不同结构的微通道冷却器进行了模拟散热计算,优化了冷却器的结构参数.冷却器采用Cu-WCu合金复合结构,由多层金属片焊接而成,其内部散热片采用具有高热导率的无氧铜制作,上、下表面采用硬度高,热导率也较高的WCu合金制作.这种结构不仅避免了无氧铜较软、面形和棱边质量难控制的缺点,还可提高冷却器的强度,使冷却器可以做得较薄.冷却器外形尺寸为25.0 mm×12.0 mm×1.5 mm.使用连续二极管激光器板条和模拟热源对不同内部结构的微通道冷却器的热阻进行了实验测量,冷却器的热阻为0.4～0.8 K/W.研制的模块式微通道冷却器可满足连续50 W或脉冲功率120 W(20%占空比)的高功率二极管激光器板条的散热需求,堆叠的二维叠阵DL可以很好地用作高平均功率DPL的泵浦源.     

基于微蒸发腔制冷的大功率激光二极管制冷组件

利用节流的高压冷却介质在微蒸发腔内相变吸热,设计了一种用于大功率激光二极管制冷的封装组件。该组件采用高热导的无氧铜,用精密线切割、化学腐蚀等技术制作微蒸发腔,再通过自制的焊接设备完成制冷组件的封装。按照大功率激光二极管条的发热模型,理论上对微蒸发腔制冷组件的温度分布进行了数值模拟,结果与60 W激光二极管条的散热实验符合较好,得到制冷剂流量为23 m L/min时的热阻为0.289℃/W。     

新型多孔铜微通道散热器研制

为进一步提高微通道散热器的散热性能,降低生产成本,提出一种新型多孔铜微通道散热器。以台式工作站作为散热器散热性能测试平台,研究驱动电机不同转速下的多孔铜微通道散热器的散热性能。结果表明,多孔铜材料的孔径和孔隙率分别为380μm、37.7%时,可获得多孔铜微通道散热器的最佳散热性能;采用中间进两端出的多孔铜微通道散热器的散热性能显著高于单进单出的多孔铜微通道散热器,且已达到市售高端微通道散热器的散热能力。     

高密度封装二极管激光器阵列

 理论模拟了自制的高效冷却器的散热能力,分析了单元封装结构所需材料的导热特性,获得了高功率二极管激光器在高功率密度、高占空比条件下运行的可行性。改进了高密度封装的关键工艺,热沉金属化层达到了3~5 mm,焊料厚度为4~7 mm,封装间距0.6 mm,采用峰值功率1 kW的背冷式叠阵二极管激光器。实验测试结果表明:封装的二极管激光器叠阵单元的整体封装热阻为0.115 ℃/W,有良好的散热能力;该叠阵模块在电流为100 A、占空比15%时,输出峰值功率为986 W,峰值功率密度达到1.5 kW/cm2,平均每个板条的斜效率为1.25 W/A,激光器阈值电流为20 A左右。     

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时,散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂, 散热功率密度达到了550 W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。     

20％占空比2．5kW二维叠阵二极管激光器

采用Cu-WCu复合结构研制了一种五层结构的模块式微通道冷却器，并用所研制的冷却器封装出了20％占空比工作，峰值功率2．5kW的二维叠阵DL。制作的冷却器为五层结构，由上盖片、上散热片、分水片、下散热片和下盖片扩散焊成。散热片和分水片采用具有高热导率的无氧铜制作，上、下盖片采用硬度高，热导率也较高的WCu合金制作。这种结构不仅避免了无氧铜较软，面形和棱边质量难控制的缺点，还可提高冷却器的强度，     

940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

 对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计，并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器，在连续工作时输出激光功率达40W，在准连续工作时（占空比0.5%），输出峰值功率可达100W。     

铜/水振荡热管传热特性的实验研究

本文所研究的振荡热管为垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜/水热管,由10个直段组成,铜管内径为2 mm,外径4.2 mm,总长1.6 m。蒸发段由电加热块加热,冷凝段为风冷。本文测定了该振荡热管在不同充注率,不同加热功率下的热阻。根据实验现象及对热阻的比较,分析了不同情况下振荡热管不同的传热机理,给出了振荡热管的工作特性,为开发、设计和使用振荡热管提供了参考。     

高效微射流阵列冷却热沉传热特性

微射流阵列冷却热沉是利用射流冲击在驻点区能产生很薄的边界层来提高换热效率,本次研究设计的热沉是5层结构的模块式铜微射流阵列冷却热沉,以去离子水为工质对传热特性进行了实验研究.结果表明,采用微射流阵列冷却不仅能通过增加驻点数目来强化换热,而且能有效地降低换热表面的温差.热沉的热阻会随着泵功的增加而降低;随着泵功的不断提高,热阻变化趋于平缓.     

Electron moiré method and its application to micro-deformation measurement

In this paper, the single and two deposited metal layers method were proposed to produce the model grating for electron moiré method. The measurement principle of electron moiré method and the techniques for manufacturing model grid are expounded in detail. The accuracy of measuring strain using this method is discussed. The gratings with single deposited layer and two deposited layers with high frequency up to 5000 lines/mm were produced on different substrates. From the experimental results, both single deposited metal layer and two deposited metal layers gratings showed their heat resistance ability. Using the gratings produced and a replicated model grid, the electron moiré method was applied to measure the deformation of the strain around holes in a polyimide resin substrate, thermal strain of electronic packaging component and tensile creep around grain boundary in a pure copper specimen.     

Experimental Investigation of the Effect of Flow Arrangements on the Performance of a Micro-Channel Heat Sink

Abstract

An experimental study is carried out to investigate the effect of entrance and exit conditions that prevail due to different flow arrangements on the thermal performance of a copper micro-channel heat sink. Three flow arrangements—U-type, S-type, and P-type—were considered for the analysis with a test piece having inlet and outlet plenum dimensions of 10 mm × 30 mm × 2.5 mm with an array of parallel micro-channels having an individual width of 330 μm and a uniform channel depth of 2.5 mm. Performance evaluations for different flow conditions at inlet and outlet plenums were made by maintaining constant heat supply at 125 W, 225 W, and 375 W with varying Reynolds number ranging from 224 to 1,121. Nusselt number and pressure drop were computed by measuring temperature difference and pressure drop across the inlet and outlet plenum for various test combinations. Maximum heat transfer was observed for the U-type flow arrangement, followed by the P-type and S-type; maximum pressure drop was noted for the S-type flow arrangement, followed by the U-type and P-type arrangements for a constant Reynolds number. A detailed analysis of the experimental results indicate that from a pressure drop point of view, the P-type flow arrangement is preferred, whereas from the heat transfer point of view, the U-type is found to be a better option.     

High packing density laser diode stack arrays using Al-free active region laser bars with a broad waveguide and discrete copper microchannel-cooled heatsinks

A high packing density laser diode stack array is developed utilizing Al-free active region laser bars with a broad waveguide and discrete copper microchannel-cooled heatsinks. The microchannel cooling technology leads to a 10-bar laser diode stack array having the thermal resistance of 0.199 ℃/W, and enables the device to be operated under continuous-wave （CW） condition at an output power of 1200 W. The thickness of the discrete copper heatsink is only 1.5 mm, which results in a high packing density and a small bar pitch of 1.8 mm.     

大功率光导开关硅微通道散热器设计与测试

 因焦耳加热导致光导开关芯片温度升高并形成局部热点,影响了光导开关功率容量、重复频率和寿命的提高,因此需对光导开关进行主动冷却。设计了一种矩形微槽硅微通道散热器,其由散热器本体和盖板两部分组成,散热器本体上设有分流槽、矩形微槽阵列、汇流槽,盖板通过半导体刻蚀工艺形成通孔,两部分通过硅-硅键合工艺连接以形成闭合通道。以水为工质,实验测试了不同冷却工质流量、进口温度时微通道散热器的换热性能、温度均匀性和流体阻力,证明该微通道散热器在适中的冷却工质流量下具有较高的换热性能、较低的流体阻力和较好的温度均匀性,满足重复频率大功率光导开关的散热冷却需求。     

基于ANSYS的芯片冷却器传热分析

针对微槽式芯片冷却器,建立三维仿真模型,分析其稳态工况下的传热情况,获得其温度和热应力分布.分析了五种不同结构形式芯片冷却器工作性能的影响,比较了纯铜和氮化硅复合物两种材质对散热性能的影响.结果表明,铜质冷却器散热性能较好,但内部热应力却高于复合材质冷却器.通过将原冷却通道分割成两个相同的小通道,可提高冷却性能,且应将...     

高平均功率面阵二极管激光器散热分析

 采用三维有限元法分析了面阵二极管激光器背冷式封装结构的散热效率,对次热沉厚度,冷却器结构参数进行了优化设计,计算结果表明,优化设计后的封装结构,可满足面功率密度为500W/cm²,占空比为20％的高平均功率面阵二极管激光器的散热要求。