Die Integration des Chip-Substrats mit Mikrokanälen ist ein global führendes Forschungsthema und bietet revolutionäre Vorteile gegenüber herkömmlichen flüssigkeitsgekühlten Mikrokanälen. Es wurde erfolgreich in Chip-Bereichen wie isolierten Gate-Bipolartransistoren angewendet und zeigt herausragende Wärmeableistung. Mit der steigenden Nachfrage nach Ausgangsleistung von Halbleiterlaserschips in großen wissenschaftlichen Anlagen und der Industrie wird Wärmemanagement zu einer Schlüsseltechnologie. Traditionelle Forschungen zum Laserstabkühlung konzentrieren sich hauptsächlich auf die Optimierung der Flüssigkeitskühlerstruktur, aber ihre Wärmeableitungsfähigkeit ist durch den Wärmewiderstand des Wärmeübertragungswegs begrenzt. Zur Bewältigung dieser Herausforderung schlägt diese Studie ein neuartiges verteiltes Strömungsstrukturdesign basierend auf der integrierten Gestaltung des Chip-Substrats und Mikrokanälen für die effiziente Wärmeableitung von Halbleiterlaserschips vor. Das Design verkürzt den Wärmeübertragungsweg erheblich und reduziert den Wärmewiderstand, wodurch die Chip-Verbindungstemperatur und der Kühlmitteldurchfluss effektiv gesenkt werden und eine wichtige technische Unterstützung für die Realisierung von hochintegrierten und leistungsstarken Laserchips bieten. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene verteilte Strömungsstruktur den Engpass im Design von Mikrokanälen für Halbleiterlaser-Substrate überwindet und bei Flüssigkeitskühlbedingungen von 0,35 L/min bei 20 ℃ eine Chip-Temperaturerhöhung ≤40 ℃ erreicht, mit einem optimalen Füllfaktor von 0,25 und einer simulierten Chip-Temperaturerhöhung von 30,52 ℃ bei hoher thermischer Flussdichte von 1000 W/cm².

Halbleiterlaser; Flüssigkeitskühlung; Substratmikrostruktur; integrierte Chipkühlung