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基于金刚石膜热沉的高功率半导体激光器封装技术研究

作　者: 倪琴菲
导　师: 王玉霞
学　校: 长春理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 高功率半导体激光器封装金刚石膜 VCSEL 热特性 ANSYS
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高功率半导体激光器的热特性对其性能有很大的影响,解决散热问题的关键是设计合理的封装方法。本文从高功率半导体激光器的封装技术出发,通过加入金刚石膜过渡热沉来提高散热效果。本论文以808nm垂直腔面发射半导体激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSEL)为对象,研究其基本原理和传热理论,对基于金刚石膜过渡热沉VCSEL的制备工艺和封装技术进行研究。根据808nmVCSEL阵列的封装结构,建立三维模型,采用ANSYS有限元的方法,对金刚石膜过渡热沉的VCSEL的热特性进行分析。模拟金刚石膜过渡热沉不同热导率、不同厚度以及不同焊料下的温度分布情况和热应力分布情况。将热导率为1800W/(m·K),厚度为500μm的金刚石膜作为808nmVCSEL阵列的过渡热沉,与铜热沉相比热阻降低35%,与氮化铝过渡热沉相比热阻降低40%,且工作时激光器芯片处的热应力较小,体现出金刚石膜热沉在高功率半导体激光器封装散热方面具有明显的优势。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-7
第一章绪论  7-16
  1.1 引言  7
  1.2 金刚石膜热沉  7-10
  1.3 垂直腔面发射激光器  10-15
  1.4 本论文的研究内容  15-16
第二章高功率VCSEL 封装技术  16-26
  2.1 VCSEL的基本理论  16-18
  2.2 VCSEL的工艺流程  18-20
  2.3 VCSEL的封装流程  20-24
  2.4 VCSEL封装类型及焊料选择  24-26
第三章高功率VCSEL的热特性  26-32
  3.1 高功率VCSEL的传热理论  26-27
  3.2 高功率VCSEL热效应对性能的影响  27-28
  3.3 高功率VCSEL热特性分析的主要参数  28-30
  3.4 有限元方法及ANSYS Workbench软件介绍  30-32
第四章基于ANSYS Workbench的高功率VCSEL热分析  32-41
  4.1 基于金刚石膜过渡热沉的VCSEL热特性模拟  32-38
  4.2 基于铜热沉的VCSEL热特性模拟  38-39
  4.3 不同过渡热沉的VCSEL热特性模拟  39
  4.4 本章小结  39-41
第五章基于ANSYS Workbench的高功率VCSEL热应力分析  41-50
  5.1 基于金刚石膜过渡热沉的VCSEL热应力模拟  41-45
  5.2 基于铜热沉的VCSEL热应力模拟  45-47
  5.3 基于氮化铝过渡热沉的VCSEL热应力模拟  47-49
  5.4 本章小结  49-50
结论  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-53

基于金刚石膜热沉的高功率半导体激光器封装技术研究

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