【应用】能使大功率激光器的温度始终控制在15℃，半导体制冷片解决高功率电子及光通信组件散热问题

时间： 2021-08-04 来源：世强

随着现代网络及通信技术的快速发展，通信设备的功能及复杂性日益增长，功耗亦不断增长；而内部的光、电器件，如功率管，专用芯片，激光器等的体积日趋小型化,且布局越来越密集，导致在有限的体积范围内，器件的热流密度急剧上升,如果无法将热量迅速散去，会造成产品可靠性降低，设备寿命缩短甚至损毁的严重后果。

激光器模块是光纤通信系统的重要部件，激光器的输出波长、阈值电流及输出功率等参数都直接受到工作温度的影响。同时，激光器在工作时，热耗很大，会产生大量的热量，尤其是输出光功率在瓦级以上的连续大功率激光器，发热量更高，如不能及时将激光器产生的热散发出去，就会导致激光器自身温度急剧升高，影响到激光器输出波长及功率的稳定性。且过高的使用温度还会对激光器的寿命产生不良影响。因此在高功率电子及光通信组件研发过程中，热设计已成为技术发展的瓶颈。

目前通信设备中较常用的散热方式有：自然冷却、强迫空气冷却、液体冷却和其他冷却如半导体制冷器冷却等方式。强迫空气冷却是使用风扇加快空气流动速度以带走散热器所吸收的热量，价格相对较低，安装方便，但对环境依赖比较高，由于空气比热容小，冷却能力不高。液体冷却是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，散热效果要比强迫空气冷却好，但存在价格偏高，占空间大，液体会有变质和内部材料氧化等弊端。

针对上述的问题，冠晶半导体提出了大功率激光器基于半导体制冷器的散热方式。采用8片SP303041L1 半导体制冷片，这种半导体制冷片的输入电压为14.2V，电流为4.1A，制冷功率为39.1W，外形尺寸为30mm×30mm×3.4mm，将SP303041L1的冷端贴在激光器模块的发热面，SP303041L1的热端贴在散热器上。在SP303041L1的冷、热端分别使用导热硅脂，以降低各接触面的热阻提高半导体制冷片的传导效果。散热器与激光器模块之间的空隙使用隔热材料进行填充，隔热材料可以有效地防止散热器的热量辐射到激光器模块，避免已经传导至散热器的热量倒流传回激光器模块，从而提升整个制冷系统的效率。

基于SP303041L1半导体制冷片的制冷系统在大功率激光器模块的散热中具有明显的效果。

当环温比较高时可以将大功率激光器温度控制在15℃，同时，由于可以通过简单的改变电流方向的方法，就可将半导体冷器的冷端在短时间内转变为热端，所以基于半导体制冷片的制冷系统同时也可以作为制热系统使用。当激光器模块工作的环境温度过低时可为激光器模块提供足够的热量，也可以使激光器的温度控制在15℃，从而更好地保护激光器模块，实现更全面的温控效果。这是自然冷却、强迫空气冷却和液体冷却等方式所不具备的。

SP303041L1半导体制冷片还具有无噪音，寿命长，体积小、重量轻，安装维护容易等优势、可只对特定的发热器件、部件进行冷却，适合局部使用，因无需冷却整个封装结构，可节省耗电并增加效率。

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芜湖糖泡子 Lv3. 高级工程师 2021-08-19

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