半導(dǎo)體模塊關(guān)系

激光器的腔體可以有諧振腔和外腔之分。在諧振腔里，激光器的損耗有很多種類(lèi)，比如偏折損耗，法布里珀羅諧振腔就有較大偏折損耗，而共焦腔的偏折損耗較小，適合于小功率連續(xù)輸出激光，還比如反轉(zhuǎn)粒子的無(wú)輻射躍遷損耗（這類(lèi)損耗可以歸為白噪聲）等等之類(lèi)的，都是腔長(zhǎng)長(zhǎng)損耗大。激光器閾值電流不過(guò)就是能讓激光器起振的電流，諧振腔長(zhǎng)短的不同可以使得閾值電流有所不同，半導(dǎo)體激光器中，像邊發(fā)射激光器腔長(zhǎng)較長(zhǎng)，閾值電流相對(duì)較大，而垂直腔面發(fā)射激光器腔長(zhǎng)極短，閾值電流就非常低了。這些都不是一兩句話可以說(shuō)的清楚的，它們各自的速率方程也都不同，不是一兩個(gè)式子能解釋的。另外諧振腔長(zhǎng)度不同也可以達(dá)到選模的作用，即輸出激光的頻率不同。

半導(dǎo)體模塊激光器的功率從幾瓦到幾千瓦不等。激光打標(biāo)機(jī)常用50W、75W、100W半導(dǎo)體模塊。對(duì)于端面泵浦的半導(dǎo)體模塊則一般使用幾瓦。最高一般采用20W

半導(dǎo)體模塊工作原理是激勵(lì)方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)(既利用電子)在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。

半導(dǎo)體模塊激光器優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，耗電少，效率高等特點(diǎn)

半導(dǎo)體光電器件的工作波長(zhǎng)是和制作器件所用的半導(dǎo)體材料的種類(lèi)相關(guān)的。半導(dǎo)體材料中存在著導(dǎo)帶和價(jià)帶，導(dǎo)帶上面可以讓電子自由運(yùn)動(dòng)，而價(jià)帶下面可以讓空穴自由運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)帶和價(jià)帶之間隔著一條禁帶，當(dāng)電子吸收了光的能量從價(jià)帶跳躍到導(dǎo)帶中去時(shí)，就把光的能量變成了電，而帶有電能的電子從導(dǎo)帶跳回價(jià)帶，又可以把電的能量變成光，這時(shí)材料禁帶的寬度就決定了光電器件的工作波長(zhǎng)。材料科學(xué)的發(fā)展使我們能采用能帶工程對(duì)半導(dǎo)體材料的能帶進(jìn)行各種精巧的裁剪，使之能滿足我們的各種需要并為我們做更多的事情，也能使半導(dǎo)體光電器件的工作波長(zhǎng)突破材料禁帶寬度的限制擴(kuò)展到更寬的范圍。

半導(dǎo)體激光器人通常也叫半導(dǎo)體模塊。

其工作原理是,通過(guò)一定的激勵(lì)方式,在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶(導(dǎo)帶與價(jià)帶)之間,或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級(jí)之間,實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí),便產(chǎn)生受激發(fā)射作用.半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種,即電注入式,光泵式和高能電子束激勵(lì)式.電注入式半導(dǎo)體激光器,一般是由GaAS(砷化鎵),InAS(砷化銦),Insb(銻化銦)等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管,沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵(lì),在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射.光泵式半導(dǎo)體激光器,一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物質(zhì),以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵(lì).高能電子束激勵(lì)式半導(dǎo)體激光器,一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質(zhì),通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵(lì).在半導(dǎo)體激光器件中,目前性能較好,應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器.

半導(dǎo)體激光器的常用參數(shù)可分為：波長(zhǎng)、閾值電流Ith 、工作電流Iop 、垂直發(fā)散角θ⊥、水平發(fā)散角θ∥、監(jiān)控電流Im 。

（1）波長(zhǎng)：即激光管工作波長(zhǎng)，目前可作光電開(kāi)關(guān)用的激光管波長(zhǎng)有635nm、650nm、670nm、激光二極管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。

（2）閾值電流Ith ：即激光管開(kāi)始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對(duì)一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。

（3）工作電流Iop ：即激光管達(dá)到額定輸出功率時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流，此值對(duì)于設(shè)計(jì)調(diào)試激光驅(qū)動(dòng)電路較重要。

（4）垂直發(fā)散角θ⊥：激光二極管的發(fā)光帶在垂直P(pán)N結(jié)方向張開(kāi)的角度，一般在15"para" label-module="para">

（5）水平發(fā)散角θ∥：激光二極管的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開(kāi)的角度，一般在6"para" label-module="para">

（6）監(jiān)控電流Im ：即激光管在額定輸出功率時(shí)，在PIN管上流過(guò)的電流。

激光二極管在計(jì)算機(jī)上的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，激光打印機(jī)中的打印頭，條形碼掃描儀，激光測(cè)距、激光醫(yī)療，光通訊，激光指示等小功率光電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，在舞臺(tái)燈光、激光手術(shù)、激光焊接和激光武器等大功率設(shè)備中也得到了應(yīng)用。

(1) 電力電子半導(dǎo)體模塊化： 　模塊化，按最初的定義是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的電力半導(dǎo)體芯片按一定的電路結(jié)構(gòu)相聯(lián)結(jié)，用rtv、彈性硅凝膠、環(huán)氧樹(shù)脂等保護(hù)材料，密封在一個(gè)絕緣的外殼內(nèi)，并且與導(dǎo)熱底板相絕緣而成的。 　自從模塊原理引入電力電子技術(shù)領(lǐng)域以來(lái)，已開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出多種內(nèi)部電路相聯(lián)接形式的電力半導(dǎo)體模塊，諸如雙向晶閘管、電力mosfet以及絕緣柵雙極型晶閘管(igbt)等模塊，使得模塊技術(shù)得以更快的發(fā)展。 　伴隨著mos結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代半導(dǎo)體器件研發(fā)成功，人們把器件芯片與控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱和欠壓保護(hù)電路以及自診斷電路組合起來(lái)，密封裝在同一絕緣外殼內(nèi)稱之為智能化電力半導(dǎo)體模塊，即ipm。 　為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，以適應(yīng)電力電子技術(shù)向高頻化、小型化、模塊化方向發(fā)展。在ipm的基礎(chǔ)上，再增加一些逆變器的功能，使逆變電路(ic)的所有器件以芯片形式封裝在一個(gè)模塊中，便成為用戶專(zhuān)用電力模塊(aspm)，這樣的模塊更有利于高頻化。 　為了能使邏輯電平為幾伏、幾毫安的集成電路ic與幾百伏、幾千伏的電力半導(dǎo)體器件相集成，以滿足電力事業(yè)的發(fā)展，人們采用混合封裝方法制造出能適應(yīng)于各種場(chǎng)合的集成電力電子模塊(ipem)。 　(2) 智能晶閘管模塊： 　晶閘管智能模塊itpm(intelligent thyristor power mudule)，是把晶閘管主電路和移相觸發(fā)系統(tǒng)以及過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)、傳感器等共同封裝在一個(gè)塑料外殼內(nèi)制成的，使有關(guān)電路成為了一個(gè)整體。該晶閘管是電流控制型電力半導(dǎo)體器件，需要大的脈沖觸發(fā)功率才能驅(qū)動(dòng)晶閘管，該模塊做起來(lái)具有一定難度。 　(3) igbt智能模塊： 　80年代，絕緣柵雙極晶體管igbt器件研發(fā)成功。由于igbt器件具有電壓型驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度高、飽和壓降低以及可耐高電壓、大電流等一系列應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)，并可用ic來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制，進(jìn)而發(fā)展到集成igbta芯片、快速二極管芯片、控制和驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱和欠壓保護(hù)電路，箱位電路以及自診斷電路等封裝在同一絕緣外殼內(nèi)，具有智能化的igbt模塊(ipm)。它為電力電子逆變器的高頻化、小型化、高可靠性和高性能創(chuàng)造了器件基礎(chǔ)。 　(4) 通信電源模塊： 　現(xiàn)今電力電子技術(shù)在電源模塊中發(fā)展的趨勢(shì)是低電壓、大電流。在次級(jí)整流電路中選用同步整流技術(shù)成為一種高效、低損耗的方法。由于功率moseft的導(dǎo)通電阻很低，能提高電源效率，因而在采用隔離buck電路的dc/dc變換器中已開(kāi)始應(yīng)用。同步整流技術(shù)是通過(guò)控制功率moseft的驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)整流功能的技術(shù)。一般驅(qū)動(dòng)頻率固定，大約可達(dá)200khz以上，門(mén)限驅(qū)動(dòng)可以采用交叉合(crosscoupled)或外加驅(qū)動(dòng)信號(hào)配合死區(qū)時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)。同步整流技術(shù)不僅提高了電源效率，而且給通信電源模塊帶來(lái)了新的進(jìn)步，使得同步整流成為一種主流電源技術(shù)，應(yīng)用于廣泛的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

功率電子模塊的集成度 　半導(dǎo)體模塊之間的差異，不僅僅體現(xiàn)在連接技術(shù)方面。另一個(gè)差別因素是附加有源和無(wú)源器件的集成度。根據(jù)集成度不同，可分為以下幾類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)模塊，智能功率模塊（ipm），（集成）子系統(tǒng)。在ipm被廣泛使用（尤其在亞洲地區(qū)）的同時(shí)，集成子系統(tǒng)的使用只剛剛起步。 　1、智能功率模塊（ipms） 　智能功率模塊的特點(diǎn)在于除了功率半導(dǎo)體器件外，還有驅(qū)動(dòng)電路。許多ipm模塊也配備了溫度傳感器和電流平衡電路或用于電流測(cè)量的分流電阻。通常智能功率模塊也集成了額外保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，如過(guò)電流和短路保護(hù)，驅(qū)動(dòng)器電源電壓控制和直流母線電壓測(cè)量等。 　然而，大部分智能功率模塊沒(méi)有對(duì)功率側(cè)的信號(hào)輸入進(jìn)行電氣隔離。只有極少數(shù)的ipm包含了一個(gè)集成光耦。另一種隔離方案是采用變壓器 進(jìn)行隔離。 　通常，小規(guī)模的ipm的特點(diǎn)在于其引線框架技術(shù)。穿孔銅板用作功率開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)ic的載體。通過(guò)一層薄薄的塑料或絕緣金屬板進(jìn)行散熱。 　用于中高功率應(yīng)用的ipm模塊的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是將模塊分為兩個(gè)層次。功率半導(dǎo)體在底部，驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)電路在上部。本領(lǐng)域內(nèi)名氣最大的ipm是賽米控的skiip"_blank" href="/item/電流傳感器/10894884" data-lemmaid="10894884">電流傳感器、電氣隔離和電源。這些模塊裝在風(fēng)冷或水冷冷卻器上，并在供貨前進(jìn)行全面的測(cè)試。 　一個(gè)有趣的趨勢(shì)是將標(biāo)準(zhǔn)模塊升級(jí)為ipm?？芍苯踊蚴褂脦?qū)動(dòng)電路（通過(guò)彈簧連接）的適配器板來(lái)進(jìn)行升級(jí)。賽米控的skypertm驅(qū)動(dòng)器是這方面理想的產(chǎn)品。 　2、集成子系統(tǒng) 　所有這些ipm的共同點(diǎn)是真實(shí)的“智能”，即將設(shè)定點(diǎn)值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)脈沖序列的控制器不包含在模塊中。賽米控是250kw以下轉(zhuǎn)換器用集成子系統(tǒng)的核心制造商。skaitm模塊也是ipm，其特點(diǎn)是集成了dsp控制器，除脈寬調(diào)制外，還可進(jìn)行其它通信任務(wù)。這些子系統(tǒng)也包含集成直流環(huán)節(jié)電容器，一個(gè)輔助電源，精密電流傳感器和一個(gè)液體冷卻器。。

1、高壓晶閘管 　2、用于未來(lái)能量轉(zhuǎn)換中的igbt和快速開(kāi)關(guān)二極管 　3、采用超級(jí)結(jié)技術(shù)的超高速開(kāi)關(guān)器件 　4、應(yīng)用于高功率電源的sic元件