Die Integration des Chipsubstrats mit Mikrokanälen ist ein weltweiter Forschungs-Frontier-Bereich und bietet revolutionäre Vorteile gegenüber herkömmlichen flüssigkeitsgekühlten Mikrokanälwärmetauschern. Sie wurde erfolgreich in Bereichen wie isolierten Gate-Bipolartransistoren angewendet und zeigt hervorragende Wärmeableitungsleistung. Mit steigendem Bedarf an Ausgangsleistung von Halbleiterlaserschips in großen wissenschaftlichen Einrichtungen und der Industrie wird das Wärmemanagement zu einer entscheidenden technischen Herausforderung. Traditionelle Forschung zur Kühlung von Laserleisten konzentriert sich hauptsächlich auf die Optimierung der flüssigkeitskühlenden Wärmeableiterstruktur, deren Wärmeleistung jedoch durch den Wärmeübergangswiderstand begrenzt ist. Zur Bewältigung dieser Herausforderung schlägt diese Studie ein integriertes Design von Chipsubstrat und Mikrokanälen mit einer neuartigen verteilten Strömungsstruktur für die effiziente Wärmeabfuhr von Halbleiterlaserschips vor. Dieses Design verkürzt den Wärmepfad erheblich, reduziert den Wärmewiderstand und senkt effektiv die Chip-Temperatur und den Kühlmittelfluss, was eine wichtige technische Unterstützung für die Realisierung von hochintegrierten und leistungsfähigen Laserchips bietet. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene verteilte Strömungsstruktur die Engpässe bei der Mikrokanälkonstruktion von Halbleiterlaserleistensubstraten überwindet. Unter einer Flüssigkeitskühlung von 0,35 L/min bei 20 ℃ wurde ein Chip-Temperaturanstieg ≤ 40 ℃ erreicht, und bei einer hohen Wärmestromdichte von 1000 W/cm² ein optimaler Füllfaktor von 0,25 mit einem simulierten Chip-Temperaturanstieg von 30,52 ℃.

Halbleiterlaserleisten; Flüssigkeitskühlung; Substrat-Mikrostruktur; integrierte Wärmeableitung auf dem Chip