Suurteholasereiden nopean kehityksen myötä laserdiodipalkkeja (LDB) on käytetty laajalti teollisessa prosessoinnissa, lääketieteellisessä kirurgiassa, LiDAR-laitteissa ja tieteellisessä tutkimuksessa niiden suuren tehotiheyden ja kirkkauslähdön ansiosta. Lasersirujen integroinnin ja käyttövirran lisääntyessä lämmönhallintaan liittyvät haasteet ovat kuitenkin yhä merkittävämpiä, ja ne vaikuttavat suoraan laserin suorituskyvyn vakauteen ja käyttöikään.
Erilaisten lämmönhallintastrategioiden joukossa kontaktijohtamisjäähdytys erottuu yhtenä laserdioditankojen pakkausten olennaisimmista ja laajimmin käytetyistä tekniikoista yksinkertaisen rakenteensa ja korkean lämmönjohtavuutensa ansiosta. Tässä artikkelissa tarkastellaan tämän "rauhallisen polun" lämmönhallintaan periaatteita, keskeisiä suunnittelunäkökohtia, materiaalivalintoja ja tulevaisuuden trendejä.
1. Kontaktijohtavuusjäähdytyksen periaatteet
Kuten nimestä voi päätellä, kontaktijohtava jäähdytys toimii luomalla suoran kontaktin lasersirun ja jäähdytyselementin välille, mikä mahdollistaa tehokkaan lämmönsiirron korkean lämmönjohtavuuden omaavien materiaalien kautta ja nopean lämmön haihtumisen ulkoympäristöön.
①The HsyödäPath:
Tyypillisessä laserdiodipalkissa lämpöreitti on seuraava:
Siru → Juotoskerros → Alusta (esim. kupari tai keraaminen) → TEC (termoelektrinen jäähdytin) tai jäähdytyselementti → Ympäristö
②Ominaisuudet:
Tämän jäähdytysmenetelmän ominaisuudet:
Keskittynyt lämmönvirtaus ja lyhyt lämpöreitti alentavat tehokkaasti liitoskohdan lämpötilaa; Kompakti muotoilu, sopii miniatyyrikokoisiin pakkauksiin; Passiivinen johtavuus, ei vaadi monimutkaisia aktiivisia jäähdytyssilmukoita.
2. Lämmöneristyksen kannalta keskeiset suunnittelunäkökohdat
Tehokkaan kontaktinjohtavuuden jäähdytyksen varmistamiseksi laitteen suunnittelussa on otettava huolellisesti huomioon seuraavat näkökohdat:
① Juotospinnan lämmönkestävyys
Juotoskerroksen lämmönjohtavuudella on ratkaiseva rooli kokonaislämmönkestävyyden kannalta. Juotoskerroksen tulisi käyttää korkeajohtavia metalleja, kuten AuSn-seosta tai puhdasta indiumia, ja juotoskerroksen paksuutta ja tasaisuutta tulisi kontrolloida lämpöesteiden minimoimiseksi.
② Alustamateriaalin valinta
Yleisiä alusmateriaaleja ovat:
Kupari (Cu): Korkea lämmönjohtavuus, kustannustehokas;
Volframikupari (WCu)/molybdeenikupari (MoCu): Parempi CTE-sopivuus sirujen kanssa, tarjoaa sekä lujuutta että johtavuutta;
Alumiininitridi (AlN): Erinomainen sähköeristys, sopii suurjännitesovelluksiin.
③ Pinnan kosketuslaatu
Pinnan karheus, tasaisuus ja kostuvuus vaikuttavat suoraan lämmönsiirtotehokkuuteen. Kiillotusta ja kultausta käytetään usein lämpökontaktin suorituskyvyn parantamiseksi.
④ Lämpöreitin minimointi
Rakennesuunnittelun tulisi pyrkiä lyhentämään lämpötietä sirun ja jäähdytysrivan välillä. Vältä tarpeettomia välimateriaaleja parantaaksesi lämmönpoistotehokkuutta.
3. Tulevaisuuden kehityssuunnat
Jatkuvan miniatyrisoinnin ja suuremman tehotiheyden trendin myötä kontaktijohtavuusjäähdytystekniikka kehittyy seuraaviin suuntiin:
① Monikerroksiset komposiitti-TIM:t
Metallisen lämmönjohtavuuden yhdistäminen joustavaan puskurointiin rajapinnan resistanssin vähentämiseksi ja lämpösyklin kestävyyden parantamiseksi.
② Integroitu jäähdytyselementtipakkaus
Jäähdytyselementtien ja alustojen suunnittelu yhtenä integroituna rakenteena kosketuspintojen vähentämiseksi ja järjestelmätason lämmönsiirtotehokkuuden parantamiseksi.
③ Bionisen rakenteen optimointi
Mikrorakenteisten pintojen käyttö, jotka jäljittelevät luonnollisia lämmönhukkamekanismeja – kuten "puun kaltaista johtumista" tai "suomumaisia kuvioita" – lämpöominaisuuksien parantamiseksi.
④ Älykäs lämmönsäätö
Sisältää lämpötila-anturit ja dynaamisen tehonsäädön mukautuvaa lämmönhallintaa varten, mikä pidentää laitteen käyttöikää.
4. Johtopäätös
Suuritehoisten laserdioditankojen lämmönhallinta ei ole vain tekninen haaste – se on kriittinen perusta luotettavuudelle. Kontaktijohtava jäähdytys tehokkaine, kypsine ja kustannustehokkaine ominaisuuksineen on edelleen yksi vallitsevista ratkaisuista lämmönpoistoon.
5. Tietoa meistä
Lumispotilla meillä on syvällistä asiantuntemusta laserdiodien koteloinnista, lämmönhallinnan arvioinnista ja materiaalivalinnasta. Missiomme on tarjota tehokkaita ja pitkäikäisiä laserratkaisuja, jotka on räätälöity sovellustarpeisiisi. Jos haluat lisätietoja, otathan yhteyttä tiimiimme.
Julkaisun aika: 23. kesäkuuta 2025