本文關(guān)鍵詞：基于3D打印技術(shù)的高效液冷熱沉的理論與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、電光轉(zhuǎn)換效率高且易于集成等優(yōu)點(diǎn),在軍事、科技、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用�，F(xiàn)今單bar的發(fā)光功率越來越高,bar條的冷卻技術(shù)已成為激光器封裝技術(shù)的核心技術(shù)之一。大功率半導(dǎo)體激光器通常采用微通道液冷熱沉輔助散熱,微通道熱沉傳統(tǒng)的無(wú)氧銅薄片焊接制備方式由于存在熱膨脹系數(shù)與芯片不匹配、無(wú)氧銅焊接時(shí)會(huì)引入焊接熱阻、熱沉材料容易被去離子水腐蝕等問題,嚴(yán)重制約了半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量和壽命的提高,因此研究新的熱沉制備方式對(duì)改善半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量和使用壽命具有重要意義。本文首先結(jié)合3D打印技術(shù)中的選區(qū)激光燒結(jié)(SLM)技術(shù)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了兩孔微通道冷卻熱沉。然后利用CFD軟件Fluent對(duì)熱沉進(jìn)行了模擬分析,通過選擇Fluent提供的k-ε標(biāo)準(zhǔn)湍流模型對(duì)雙孔熱沉的傳質(zhì)傳熱特性進(jìn)行分析,獲得熱沉結(jié)構(gòu)在不同流速下的壓降,熱阻和微通道流速的模擬結(jié)果,并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)雙孔熱沉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,獲得理論上能夠滿足大功率半導(dǎo)體激光器散熱要求的雙孔熱沉結(jié)構(gòu)。最后,還依據(jù)雙孔熱沉的結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)了三孔熱沉,并模擬分析了壓降和熱阻。本文在EOS M270成型機(jī)上一體化制備了所設(shè)計(jì)的幾種熱沉,并對(duì)制備的熱沉壓降和熱阻進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明4種結(jié)構(gòu)中的熱阻值測(cè)試結(jié)果與CFD數(shù)值分析結(jié)果相比較基本吻合,驗(yàn)證了CFD計(jì)算結(jié)果的可靠性。在工業(yè)常用水流18L/h流速下優(yōu)化后的M3雙孔結(jié)構(gòu)熱沉壓降值為0.5bar左右,熱阻值為0.363K/W,三孔熱沉的壓降為0.6bar左右,熱阻為0.411k/w,能夠滿足大功率半導(dǎo)體激光器的散熱要求。本文對(duì)微通道熱沉封裝的80w bar條正常工作時(shí)的“Smile”效應(yīng)值做了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明bar條光譜的“Smile”效應(yīng)能有效的控制在1μm以下,證明SLM成型熱沉能滿足80w激光bar條對(duì)光束質(zhì)量的要求。本文對(duì)選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)制備一體化微通道熱沉進(jìn)行的研究,相對(duì)傳統(tǒng)無(wú)氧銅片焊接制備技術(shù)提供了一種新的技術(shù)思路,其對(duì)解決傳統(tǒng)工藝制備微通道熱沉過程中存在的問題具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN248.4

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本文編號(hào)：1301473