高功率密度激光二极管叠层散热结构的热分析-发光学报.PDF

第３７卷　第１期 发　光　学　报 Ｖｏｌ３７ Ｎｏ１ ２０１６年１月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ Ｊａｎ．，２０１６ 文章编号：１０００７０３２（２０１６）０１００８１０７ 高功率密度激光二极管叠层散热结构的热分析  井红旗，仲　莉 ，倪羽茜，张俊杰，刘素平，马骁宇 （中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程研究中心，北京　１０００８３） 摘要：高功率窄间距列阵叠层是提高激光二极管泵浦源光功率密度的有效途径，而封装散热热沉的结构设 计在其热管理上占据至关重要的作用。本文利用ＡＮＳＹＳ有限元分析方法，对叠层间距、绝缘陶瓷厚度以及陶 瓷底面与散热恒温面距离等几个影响高功率密度激光二极管叠层封装散热的重要因素进行了分析，得到器 件的最高温度随结构参数变化的规律，并对上述参数进行优化。最后，利用优化结果设计出一种适用于高功 率密度激光二极管叠层泵浦源的高效有源散热热沉结构，大幅提高了器件的散热能力，并降低了所需冷却水 的水泵功耗需求。 关　键　词：激光器；ＡＮＳＹＳ热模拟；热沉；温度 中图分类号：ＴＮ２４８．４　　　文献标识码：Ａ　　　ＤＯＩ：１０．３７８８／ｆｇｘ００８１ ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈＰｏｗｅｒＤｅｎｓｉｔｙＬａｓｅｒＤｉｏｄｅＳｔａｃｋＣｏｏｌｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅ  ＪＩＮＧＨｏｎｇｑｉ，ＺＨＯＮＧＬｉ，ＮＩＹｕｘｉ，ＺＨＡＮＧＪｕｎｊｉｅ，ＬＩＵＳｕｐｉｎｇ，ＭＡＸｉａｏｙｕ （ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ） ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒ，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｎｇｌｉ＠ｓｅｍｉ．ａｃ．ｃｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｎａｒｒｏｗｓｐａｃｉｎｇａｒｒａｙｓｔａｃｋｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉ ｔｙｏｆｄｉｏｄｅｌａｓｅｒｐｕｍｐｉｎｇｓｏｕｒｃｅｓ，ａｎｄｉｔｓｈｅａｔｓｉｎｋｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｐａｃｋａｇｅｐｌａｙｓａｖｉｔａｌｒｏｌｅｉｎ ｃｏｏｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｓｅｖｅｒａｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔ，ｓｕｃｈａｓｓｔａｃｋｓｐａｃ ｉｎｇ，ｃｅｒａｍｉｃｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｃｅｒａｍｉｃａｎｄｈｅａｔｓｉｎｋｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｓｕｒｆａｃｅｅｔｃ．，ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｓｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａ ｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇＡＮＳＹＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｔｏｇｅｔｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｓａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｏｌｉｎｇｈｅａｔｓｉｎｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓｔａｃｋｐｕｍｐｉｎｇｓｏｕｒｃｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔｃａｎｓｉｇ ｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｒｅｄｕｃｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒｐｕｍｐｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ；ＡＮＳＹＳｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｈｅａｔｓｉｎｋ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ