Lemni materijali za laserske diodne šipke: Kritični most između performansi i pouzdanosti

U dizajnu i proizvodnji visokosnažnih poluvodičkih lasera, laserske diode služe kao glavne jedinice koje emitiraju svjetlost. Njihove performanse ne ovise samo o intrinzičnoj kvaliteti laserskih čipova, već i uvelike o procesu pakiranja. Među raznim komponentama uključenim u pakiranje, lemni materijali igraju vitalnu ulogu kao toplinsko i električno sučelje između čipa i hladnjaka.

1. Uloga lema u laserskim diodnim šipkama

Laserske diodne šipke obično integriraju više emitera, što rezultira visokom gustoćom snage i strogim zahtjevima za upravljanje toplinom. Kako bi se postiglo učinkovito odvođenje topline i strukturna stabilnost, materijali za lemljenje moraju ispunjavati sljedeće kriterije:

① Visoka toplinska vodljivost:

Osigurava učinkovit prijenos topline s laserskog čipa.

② Dobra kvašljivost:

Omogućuje čvrsto spajanje čipa i podloge.

③ Odgovarajuća točka taljenja:

Sprječava ponovno taljenje ili degradaciju tijekom naknadne obrade ili rada.

④ Kompatibilni koeficijent toplinskog širenja (CTE):

Minimizira toplinsko naprezanje čipa.

⑤ Izvrsna otpornost na umor:

Produžava vijek trajanja uređaja.

2. Uobičajene vrste lema za pakiranje laserskih šipki

Slijede tri glavne vrste materijala za lemljenje koje se obično koriste u pakiranju laserskih diodnih šipki:

①Legura zlata i kositra (AuSn)

Svojstva:

Eutektički sastav 80Au/20Sn s talištem od 280°C; visoka toplinska vodljivost i mehanička čvrstoća.

Prednosti:

Izvrsna stabilnost na visokim temperaturama, dugi vijek trajanja od termalnog zamora, bez organskih onečišćenja, visoka pouzdanost

Primjene:

Vojni, zrakoplovni i vrhunski industrijski laserski sustavi.

2Čisti indij (In)

Svojstva:

Talište 157°C; mekano i vrlo kativno.

Prednosti:

Vrhunske performanse termičkog ciklusa, nisko naprezanje čipa, idealno za zaštitu krhkih struktura, pogodno za zahtjeve lijepljenja na niskim temperaturama

Ograničenja:

Sklon oksidaciji; zahtijeva inertnu atmosferu tijekom obrade, niža mehanička čvrstoća; nije idealan za primjene s velikim opterećenjima

3Kompozitni sustavi lemljenja (npr. AuSn + In)

Struktura:

AuSn se obično koristi ispod čipa za robusno pričvršćivanje, dok se In nanosi na vrh za poboljšano toplinsko puferiranje.

Prednosti:

Kombinira visoku pouzdanost s ublažavanjem naprezanja, poboljšava ukupnu trajnost pakiranja, dobro se prilagođava različitim radnim okruženjima

3. Utjecaj kvalitete lema na performanse uređaja

Odabir materijala za lemljenje i kontrola procesa značajno utječu na elektrooptičke performanse i dugoročnu stabilnost laserskih uređaja:

Pri kontinuiranom radu s velikom snagom, čak i manji nedostaci u lemljenju mogu dovesti do nakupljanja topline, što rezultira smanjenjem performansi ili kvarom uređaja. Stoga je odabir visokokvalitetnog lema i primjena preciznih procesa lemljenja temeljni za postizanje visokopouzdanog laserskog pakiranja.

4. Budući trendovi i razvoj

Kako laserske tehnologije nastavljaju prodirati u industrijsku obradu, medicinsku kirurgiju, LiDAR i druga područja, materijali za lemljenje za lasersko pakiranje razvijaju se u sljedećim smjerovima:

①Lemljenje na niskim temperaturama:

Za integraciju s toplinski osjetljivim materijalima

2Lem bez olova:

Kako bi se zadovoljili RoHS i drugi propisi o zaštiti okoliša

3Visokoučinkoviti toplinski međufazni materijali (TIM):

Za dodatno smanjenje toplinskog otpora

4Tehnologije mikro-lemljenja:

Za podršku miniaturizaciji i integraciji visoke gustoće

5. Zaključak

Iako male veličine, materijali za lemljenje su ključni konektori koji osiguravaju performanse i pouzdanost laserskih uređaja velike snage. Prilikom pakiranja laserskih dioda, odabir pravog lema i optimizacija procesa spajanja ključni su za postizanje dugoročnog stabilnog rada.

6. O nama

Lumispot je posvećen pružanju profesionalnih i pouzdanih laserskih komponenti i rješenja za pakiranje kupcima. S bogatim iskustvom u odabiru materijala za lemljenje, dizajnu upravljanja toplinom i procjeni pouzdanosti, vjerujemo da svako detaljno usavršavanje utire put izvrsnosti. Za više informacija o tehnologiji laserskog pakiranja velike snage, slobodno nas kontaktirajte.