Поскольку высокомощная лазерная технология продолжает быстро развиваться, лазерные диодные прутники (LDB) широко используются в промышленной обработке, медицинской хирургии, LiDAR и научных исследованиях из-за их высокой плотности мощности и высокой производительности яркости. Однако с увеличением интеграции и рабочего тока лазерных чипов проблемы теплового управления становятся все более заметными, непосредственно влияя на стабильность производительности и срок службы лазера.

Среди различных стратегий управления теплом, контактное проводное охлаждение выделяется как одна из наиболее важных и широко применяемых методов упаковки лазерных диодных штрих благодаря своей простой структуре и высокой теплопроводности. В этой статье рассматриваются принципы, ключевые соображения дизайна, выбор материалов и будущие тенденции этого «спокойного пути» к тепловому контролю.

1. Принципы охлаждения контактной проводки

Как следует из названия, контактное охлаждение работает путем установления прямого контакта между лазерным чипом и теплоотводом, что позволяет эффективно передавать тепло через материалы с высокой теплопроводностью и быстро рассеиваться во внешнюю среду.

①  Тепловой путь:

В типичном лазерном диодном панеле тепловой путь следующий:
Chip →  Пайковый слой →  Подмонтаж (например, медь или керамика) →  Термоэлектрический охлаждатель (TEC) или теплоотводник →  Окружающая среда

②  Особенности:

Этот метод охлаждения характеризуется:

Концентрированный тепловой поток и короткий тепловый путь, эффективно снижающий температуру соединения; Компактная конструкция, подходящая для миниатюрной упаковки; Пассивное проводство, не требующее сложных активных циклов охлаждения.

2. Ключевые соображения конструкции для тепловых характеристик

Чтобы обеспечить эффективное охлаждение контактной проводки, следует тщательно учитывать следующие аспекты при проектировании устройства:

①  Термическое сопротивление на интерфейсе пайки

Теплопроводность слоя пайки играет решающую роль в общем тепловом сопротивлении. Необходимо использовать высокопроводные металлы, такие как сплав AuSn или чистый индий, а толщина и однородность слоя пайки должны контролироваться для минимизации тепловых барьеров.

②  Выбор материала подмонтажа

Общие материалы для подмонтажа включают:

Медь (Cu): высокая теплопроводность, экономически эффективная;

Вольфрамовая медь (WCu) / Молибденовая медь (MoCu): Лучшее сочетание CTE с чипами, предлагающими как прочность, так и проводимость;

Нитрид алюминия (AlN): отличная электрическая изоляция, подходящая для высоковольтных приложений.

③  Качество контакта поверхности

Шоробость поверхности, плоскость и влажность непосредственно влияют на эффективность передачи тепла. Полировка и золотое покрытие часто используются для улучшения производительности термического контакта.

④  Минимизация теплового пути

Структурная конструкция должна быть направлена на сокращение теплового пути между чипом и теплоотводом. Избегайте ненужных промежуточных слоев материала для улучшения общей эффективности рассеивания тепла.

3. Будущие направления развития

С продолжающейся тенденцией к миниатюризации и более высокой плотности мощности технология охлаждения контактной проводки развивается в следующих направлениях:

①  Многослойные композитные TIM

Сочетание металлической теплопроводности с гибким буферированием для снижения сопротивления интерфейса и улучшения долговечности теплового цикла.

②  Интегрированная упаковка теплоотвода

Проектирование подмонтажей и теплоотводников в качестве единой интегрированной структуры для уменьшения контактных интерфейсов и повышения эффективности передачи тепла на уровне системы.

③  Оптимизация бионической структуры

Применение микроструктурированных поверхностей, которые имитируют естественные механизмы рассеивания тепла, такие как «деревообразная проводимость» или «масштабовые узоры», для повышения тепловой производительности.

④  Интеллектуальное тепловое управление

Включение датчиков температуры и динамического управления мощностью для адаптивного теплового управления, продлевающего срок службы устройства.

4. Вывод

Для высокомощных лазерных диодных прутников тепловое управление является не просто технической проблемой - это важная основа для надежности. Контактное охлаждение с его эффективными, зрелыми и экономически эффективными характеристиками остается одним из основных решений для рассеивания тепла сегодня.

5. О нас

В Lumispot мы обладаем глубоким опытом в области упаковки лазерных диодов, оценки теплового управления и выбора материалов. Наша миссия - предоставить высокопроизводительные, долгосрочные лазерные решения, адаптированные к потребностям вашего приложения. Если вы хотите узнать больше, мы тепло приветствуем вас, чтобы связаться с нашей командой.