Hlađenje kontaktnom kondukcijom: „Mirni put“ za primjenu laserskih dioda velike snage

Kako se tehnologija lasera velike snage nastavlja brzo razvijati, laserske diodne šipke (LDB) postale su široko korištene u industrijskoj obradi, medicinskoj kirurgiji, LiDAR-u i znanstvenim istraživanjima zbog svoje visoke gustoće snage i visokog izlaznog sjaja. Međutim, s rastućom integracijom i radnom strujom laserskih čipova, izazovi upravljanja toplinom postaju sve izraženiji - izravno utječući na stabilnost performansi i vijek trajanja lasera.

Među raznim strategijama upravljanja toplinom, kontaktno provođenje hlađenja ističe se kao jedna od najvažnijih i široko prihvaćenih tehnika u pakiranju laserskih dioda, zahvaljujući svojoj jednostavnoj strukturi i visokoj toplinskoj vodljivosti. Ovaj članak istražuje principe, ključna razmatranja dizajna, odabir materijala i buduće trendove ovog „mirnog puta“ prema upravljanju toplinom.

1. Principi hlađenja kontaktnom kondukcijom

Kao što i samo ime govori, kontaktno kondukcijsko hlađenje funkcionira uspostavljanjem izravnog kontakta između laserskog čipa i hladnjaka, što omogućuje učinkovit prijenos topline kroz materijale visoke toplinske vodljivosti i brzo odvođenje u vanjsko okruženje.

①The HjestiPath:

U tipičnoj laserskoj diodnoj traci, toplinski put je sljedeći:
Čip → Sloj lema → Podnožje (npr. bakar ili keramika) → TEC (termoelektrični hladnjak) ili hladnjak → Okoliš

2Značajke:

Ova metoda hlađenja ima sljedeće karakteristike:

Koncentrirani toplinski tok i kratki toplinski put, učinkovito smanjujući temperaturu spoja; Kompaktan dizajn, pogodan za minijaturizirano pakiranje; Pasivno provođenje, bez potrebe za složenim aktivnim rashladnim petljama.

2. Ključna razmatranja dizajna za toplinske performanse

Kako bi se osiguralo učinkovito hlađenje kontaktnom kondukcijom, tijekom projektiranja uređaja potrebno je pažljivo razmotriti sljedeće aspekte:

① Toplinski otpor na spoju lema

Toplinska vodljivost sloja lema igra ključnu ulogu u ukupnom toplinskom otporu. Treba koristiti metale visoke vodljivosti poput legure AuSn ili čistog indija, a debljinu i ujednačenost sloja lema treba kontrolirati kako bi se smanjile toplinske barijere.

② Odabir materijala podnožja

Uobičajeni materijali za podmontažu uključuju:

Bakar (Cu): Visoka toplinska vodljivost, isplativo;

Volfram bakar (WCu)/molibden bakar (MoCu): Bolje CTE podudaranje s čipovima, nudeći i čvrstoću i vodljivost;

Aluminijev nitrid (AlN): Izvrsna električna izolacija, pogodan za visokonaponske primjene.

③ Kvaliteta kontakta s površinom

Hrapavost površine, ravnost i kvašenje izravno utječu na učinkovitost prijenosa topline. Poliranje i pozlaćivanje često se koriste za poboljšanje performansi toplinskog kontakta.

④ Minimiziranje toplinskog puta

Strukturni dizajn trebao bi imati za cilj skraćivanje toplinskog puta između čipa i hladnjaka. Izbjegavajte nepotrebne međuslojeve materijala kako biste poboljšali ukupnu učinkovitost odvođenja topline.

3. Budući pravci razvoja

S kontinuiranim trendom miniaturizacije i veće gustoće snage, tehnologija kontaktnog hlađenja razvija se u sljedećim smjerovima:

① Višeslojni kompozitni TIM-ovi

Kombiniranjem metalne toplinske vodljivosti s fleksibilnim puferiranjem smanjuje se otpor površine i poboljšava trajnost toplinskih ciklusa.

② Pakiranje integriranog hladnjaka

Projektiranje podnosača i hladnjaka kao jedne integrirane strukture kako bi se smanjile kontaktne površine i povećala učinkovitost prijenosa topline na razini sustava.

③ Optimizacija bioničke strukture

Primjena mikrostrukturiranih površina koje oponašaju prirodne mehanizme odvođenja topline - poput "vodljivosti nalik drvetu" ili "uzoraka nalik ljuskama" - za poboljšanje toplinskih performansi.

④ Inteligentna termalna kontrola

Uključivanje temperaturnih senzora i dinamičke kontrole snage za adaptivno upravljanje toplinom, produžujući radni vijek uređaja.

4. Zaključak

Za laserske diode velike snage, upravljanje toplinom nije samo tehnički izazov - to je ključni temelj pouzdanosti. Kontaktno provođenje hlađenja, sa svojim učinkovitim, zrelim i isplativim karakteristikama, ostaje jedno od glavnih rješenja za odvođenje topline danas.

5. O nama

U Lumispotu imamo bogato stručno znanje o pakiranju laserskih dioda, procjeni upravljanja toplinom i odabiru materijala. Naša je misija pružiti visokoučinkovita, dugotrajna laserska rješenja prilagođena potrebama vaše primjene. Ako želite saznati više, srdačno vas pozivamo da kontaktirate naš tim.