半导体模块模块功率

半导体模块激光器的功率从几瓦到几千瓦不等。激光打标机常用50W、75W、100W半导体模块。对于端面泵浦的半导体模块则一般使用几瓦。最高一般采用20W

半导体模块工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。

半导体模块激光器优点是体积小，重量轻，运转可靠，耗电少，效率高等特点

半导体光电器件的工作波长是和制作器件所用的半导体材料的种类相关的。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时，就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。材料科学的发展使我们能采用能带工程对半导体材料的能带进行各种精巧的裁剪，使之能满足我们的各种需要并为我们做更多的事情，也能使半导体光电器件的工作波长突破材料禁带宽度的限制扩展到更宽的范围。

半导体激光器人通常也叫半导体模块。

其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS(砷化镓),InAS(砷化铟),Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器.

激光器的腔体可以有谐振腔和外腔之分。在谐振腔里，激光器的损耗有很多种类，比如偏折损耗，法布里珀罗谐振腔就有较大偏折损耗，而共焦腔的偏折损耗较小，适合于小功率连续输出激光，还比如反转粒子的无辐射跃迁损耗（这类损耗可以归为白噪声）等等之类的，都是腔长长损耗大。激光器阈值电流不过就是能让激光器起振的电流，谐振腔长短的不同可以使得阈值电流有所不同，半导体激光器中，像边发射激光器腔长较长，阈值电流相对较大，而垂直腔面发射激光器腔长极短，阈值电流就非常低了。这些都不是一两句话可以说的清楚的，它们各自的速率方程也都不同，不是一两个式子能解释的。另外谐振腔长度不同也可以达到选模的作用，即输出激光的频率不同。

半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。

（1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。

（2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。

（3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。

（4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15"para" label-module="para">

（5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6"para" label-module="para">

（6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。

激光二极管在计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头，条形码扫描仪，激光测距、激光医疗，光通讯，激光指示等小功率光电设备中得到了广泛的应用，在舞台灯光、激光手术、激光焊接和激光武器等大功率设备中也得到了应用。

(1) 电力电子半导体模块化： 　模块化，按最初的定义是把两个或两个以上的电力半导体芯片按一定的电路结构相联结，用rtv、弹性硅凝胶、环氧树脂等保护材料，密封在一个绝缘的外壳内，并且与导热底板相绝缘而成的。 　自从模块原理引入电力电子技术领域以来，已开发和生产出多种内部电路相联接形式的电力半导体模块，诸如双向晶闸管、电力mosfet以及绝缘栅双极型晶闸管(igbt)等模块，使得模块技术得以更快的发展。 　伴随着mos结构为基础的现代半导体器件研发成功，人们把器件芯片与控制电路、驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路以及自诊断电路组合起来，密封装在同一绝缘外壳内称之为智能化电力半导体模块，即ipm。 　为了提高整个系统的可靠性，以适应电力电子技术向高频化、小型化、模块化方向发展。在ipm的基础上，再增加一些逆变器的功能，使逆变电路(ic)的所有器件以芯片形式封装在一个模块中，便成为用户专用电力模块(aspm)，这样的模块更有利于高频化。 　为了能使逻辑电平为几伏、几毫安的集成电路ic与几百伏、几千伏的电力半导体器件相集成，以满足电力事业的发展，人们采用混合封装方法制造出能适应于各种场合的集成电力电子模块(ipem)。 　(2) 智能晶闸管模块： 　晶闸管智能模块itpm(intelligent thyristor power mudule)，是把晶闸管主电路和移相触发系统以及过电流、过电压保护、传感器等共同封装在一个塑料外壳内制成的，使有关电路成为了一个整体。该晶闸管是电流控制型电力半导体器件，需要大的脉冲触发功率才能驱动晶闸管，该模块做起来具有一定难度。 　(3) igbt智能模块： 　80年代，绝缘栅双极晶体管igbt器件研发成功。由于igbt器件具有电压型驱动、驱动功率小、开关速度高、饱和压降低以及可耐高电压、大电流等一系列应用上的优点，并可用ic来实现驱动和控制，进而发展到集成igbta芯片、快速二极管芯片、控制和驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路，箱位电路以及自诊断电路等封装在同一绝缘外壳内，具有智能化的igbt模块(ipm)。它为电力电子逆变器的高频化、小型化、高可靠性和高性能创造了器件基础。 　(4) 通信电源模块： 　现今电力电子技术在电源模块中发展的趋势是低电压、大电流。在次级整流电路中选用同步整流技术成为一种高效、低损耗的方法。由于功率moseft的导通电阻很低，能提高电源效率，因而在采用隔离buck电路的dc/dc变换器中已开始应用。同步整流技术是通过控制功率moseft的驱动电路，实现整流功能的技术。一般驱动频率固定，大约可达200khz以上，门限驱动可以采用交叉合(crosscoupled)或外加驱动信号配合死区时间控制实现。同步整流技术不仅提高了电源效率，而且给通信电源模块带来了新的进步，使得同步整流成为一种主流电源技术，应用于广泛的工业生产领域。

功率电子模块的集成度 　半导体模块之间的差异，不仅仅体现在连接技术方面。另一个差别因素是附加有源和无源器件的集成度。根据集成度不同，可分为以下几类：标准模块，智能功率模块（ipm），（集成）子系统。在ipm被广泛使用（尤其在亚洲地区）的同时，集成子系统的使用只刚刚起步。 　1、智能功率模块（ipms） 　智能功率模块的特点在于除了功率半导体器件外，还有驱动电路。许多ipm模块也配备了温度传感器和电流平衡电路或用于电流测量的分流电阻。通常智能功率模块也集成了额外保护和监测功能，如过电流和短路保护，驱动器电源电压控制和直流母线电压测量等。 　然而，大部分智能功率模块没有对功率侧的信号输入进行电气隔离。只有极少数的ipm包含了一个集成光耦。另一种隔离方案是采用变压器 进行隔离。 　通常，小规模的ipm的特点在于其引线框架技术。穿孔铜板用作功率开关和驱动ic的载体。通过一层薄薄的塑料或绝缘金属板进行散热。 　用于中高功率应用的ipm模块的设计特点是将模块分为两个层次。功率半导体在底部，驱动器和保护电路在上部。本领域内名气最大的ipm是赛米控的skiip"_blank" href="/item/电流传感器/10894884" data-lemmaid="10894884">电流传感器、电气隔离和电源。这些模块装在风冷或水冷冷却器上，并在供货前进行全面的测试。 　一个有趣的趋势是将标准模块升级为ipm。可直接或使用带驱动电路（通过弹簧连接）的适配器板来进行升级。赛米控的skypertm驱动器是这方面理想的产品。 　2、集成子系统 　所有这些ipm的共同点是真实的“智能”，即将设定点值转换成驱动脉冲序列的控制器不包含在模块中。赛米控是250kw以下转换器用集成子系统的核心制造商。skaitm模块也是ipm，其特点是集成了dsp控制器，除脉宽调制外，还可进行其它通信任务。这些子系统也包含集成直流环节电容器，一个辅助电源，精密电流传感器和一个液体冷却器。。

1、高压晶闸管 　2、用于未来能量转换中的igbt和快速开关二极管 　3、采用超级结技术的超高速开关器件 　4、应用于高功率电源的sic元件