大功率半導(dǎo)體激光器的壽命及可靠性設(shè)計研究(編輯修改稿)
2025-07-21 21:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 準(zhǔn)只有ISO175262003,且只規(guī)定了概念框架。目前還沒有切實可行的較短時間壽命評價方法,較常用的是利用功率時間試驗曲線進行壽命外推,但外推壽命通常不能超過實際試驗時間的5倍,這對于壽命大約為10 000 h的器件,利用外推法進行壽命試驗的最短時間也要在2 000 h甚至更高,這對實際試驗來說顯得非常長,因此尋求切實可行的加速壽命試驗非常重要【3】。三、大功率半導(dǎo)體激光器壽命的測量方法 高功率二極管激光器的壽命測量方法 理論方法對于高功率二極管激光器還沒有標(biāo)準(zhǔn)的方法對其壽命進行測試，根據(jù)器件的退化率外推和加速老化壽命測試是電子器件進行可靠性鑒定的兩種不同的模式。目前，國際上普遍采用兩種外推方法進行壽命檢測：一種方法是固定電源的驅(qū)動電流，測量功率隨時間的變化情況，規(guī)定激光輸出功率下降20 的時間作為激光器的有效使用壽命∞ ；另一種方法是激光輸出功率一定的情況下，電流隨時間的變化情況，規(guī)定工作電流上升20的時間作為激光器的壽命。退化率外推法測試壽命是微電子產(chǎn)品常用的方法，激光二極管的退化與其類似，國外許多大公司也采用這種方法測試壽命，根據(jù)使用情況和需要，我們主要采用恒定電流外推的模式。工作時間為t時的激光輸出功率與工作電流間的關(guān)系為 式中：P(t)為t時刻的激光輸出功率；η(t)為斜效率；Ith為閾值電流；I是工作電流；α為退化因子(α一0．8)；帶有0下標(biāo)的為激光器起始運行時的參量，t下標(biāo)為運行到t時刻的參數(shù)。當(dāng)激光器運行一段時間，其輸出功率和斜效率就會下降，閾值電流隨之升高。近年來高功率激光二極管發(fā)展很快，連續(xù)激光器的壽命已由原來的幾百小時提升為上萬小時，若耗費上萬小時來測試其壽命，這樣的實驗是不經(jīng)濟的，只有通過其他的途徑進行壽命測試。這樣就引入了退化率的概念，退化率是指激光器功率的退化量隨時間的變化速率。而激光器的壽命就可以通過退化率的曲線分布得出，退化率和激光器壽命的關(guān)系為 通過對器件工作時間的測量進行線性擬合，得出器件的退化率，利用退化率外推出器件的實際壽命。激光二極管的壽命測試分為兩個方面進行，一方面冷卻水溫設(shè)為20℃測試，另一種是實際應(yīng)用的溫度條件下進行壽命測試。為了達到理想的實驗條件，測試在千級潔凈環(huán)境下進行，選用德國GmbH 公司的bs81—6型芯片進行封裝測試。由于高功率激光器具有很高的熱載，為了使其均勻散熱和提高散熱效果，激光器芯片P面向下焊接在一塊25mm25mm7．5mm 的銅熱沉上，然后將熱沉用導(dǎo)熱脂粘接在銅微通道水冷器上。冷卻水在0．15MPa下流量為300ml／min，封裝結(jié)構(gòu)的熱阻對腔長600／~m為0．58℃／w。這一封裝結(jié)構(gòu)的線陣激光器的峰值功率為90～100W，占空比l0 (500Hz，200／~s)，芯片激活區(qū)的填充因子為50 。圖l為進行壽命測試的激光器所對應(yīng)的PI—V曲線(500Hz，200／~s)，從圖中(圖中02A—X為激光器編號)可以看出激光器的閾值均為l8A左右，斜效率分別為1．15，1．168，1．167，1．17，1．168w／A。實際應(yīng)用中，由于激光晶體的吸收波長為808nm，當(dāng)界面熱阻設(shè)計為0．9℃／w 時，芯片在水溫l8℃ 的波長為804nm，中心波長隨水溫的漂移為0．24nm／℃ 。因此，工作水溫設(shè)置為35℃ ，水冷
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