基于ANSYS模拟的高功率串联式LD模块的热特性分析

论文摘要

半导体激光器的热特性直接关系到器件的退化,稳定性和输出功率,是衡量激光器的重要参数。因此,对半导体激光器热特性的准确模拟和分析是半导体器件封装的重要课题。本论文研究了基于高功率串联式LD模块的热特性,分析推导了多芯片组件的相关理论,并利用ANSYS有限元软件分析模拟了该模块的封装。通过改变环境条件、材料参数、结构参数等方法模拟分析模块芯片、焊料、热沉等各个环节对热分布的影响,并得到了经过优化的LD串联模块的热分布图和热阻。然后我们测量出不同边界条件下LD模块的I-V特性、I-P特性和光谱特性曲线,实验结果证明了我们利用有限元软件模拟的准确性和合理性。通过ANSYS软件模拟分析的结果,我们分别研究了对流边界条件和等温边界条件下LD模块的热特性,并发现:在对流边界条件下由于热量无法有效散发出去,外部散热问题是器件温升的主因;等温边界条件下热量能够及时散发,内部热阻和热源分布对模块温升起主导作用。根据模拟优化的结果,最后我们设计、组装并调试了一种适合多管芯串联LD模块的温控系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 半导体激光器的原理及种类
• 2.1 半导体激光器的原理
• 2.2 半导体激光器的种类
• 2.3 半导体激光器的封装工艺
• 2.4 半导体激光器的封装类型
• 2.5 温度对半导体激光器的影响
• 第三章 热分析的理论基础
• 3.1 传热学的基本概念
• 3.2 导热基本定律
• 3.3 有限元分析的热传导问题
• 第四章 实验模型的建立与验证
• 4.1 实验用激光器简介
• 4.2 激光器的热阻测量
• 4.3 单芯片热源的热传导问题
• 4.4 ANSYS模型的建立与验证
• 第五章 LD模型的热特性分析
• 5.1 单管LD模型的热特性分析
• 5.2 串联LD模型的热特性分析
• 5.3 热耦合与热应力分析
• 第六章 串联LD耦合模块的结构优化
• 6.1 散热模块的结构优化
• 6.2 模块其他组成部分简介
• 6.3 热阻测量与误差分析
• 结论与成果
• 参考文献
• 致谢
• 附件