Kako tehnologija lasera velike snage nastavlja brzo napredovati, laserske diodne šipke (LDB) postale su široko korištene u industrijskoj obradi, medicinskoj hirurgiji, LiDAR-u i naučnim istraživanjima zbog svoje visoke gustoće snage i visokog izlaznog sjaja. Međutim, s rastućom integracijom i radnom strujom laserskih čipova, izazovi upravljanja temperaturom postaju sve izraženiji – direktno utičući na stabilnost performansi i vijek trajanja lasera.
Među raznim strategijama upravljanja toplinom, kontaktno hlađenje provodljivošću ističe se kao jedna od najosnovnijih i široko prihvaćenih tehnika u pakiranju laserskih dioda, zahvaljujući svojoj jednostavnoj strukturi i visokoj toplinskoj provodljivosti. Ovaj članak istražuje principe, ključna razmatranja dizajna, odabir materijala i buduće trendove ovog "mirnog puta" ka termalnoj kontroli.
1. Principi hlađenja kontaktnom provodljivošću
Kao što i samo ime govori, kontaktno hlađenje funkcioniše uspostavljanjem direktnog kontakta između laserskog čipa i hladnjaka, omogućavajući efikasan prenos toplote kroz materijale visoke toplotne provodljivosti i brzo odvođenje u spoljašnju okolinu.
1The HjestiPath:
U tipičnoj laserskoj diodnoj traci, toplotni put je sljedeći:
Čip → Sloj lema → Podnožje (npr. bakar ili keramika) → TEC (termoelektrični hladnjak) ili hladnjak → Okolina
2Karakteristike:
Ova metoda hlađenja ima sljedeće karakteristike:
Koncentrirani toplotni tok i kratak toplotni put, efikasno smanjujući temperaturu spoja; Kompaktan dizajn, pogodan za minijaturizirano pakovanje; Pasivna provodljivost, koja ne zahtijeva složene aktivne rashladne petlje.
2. Ključna razmatranja dizajna za termalne performanse
Da bi se osiguralo efikasno hlađenje kontaktnom provodljivošću, tokom projektovanja uređaja moraju se pažljivo razmotriti sljedeći aspekti:
① Termički otpor na spoju lema
Toplinska provodljivost sloja lema igra ključnu ulogu u ukupnoj toplinskoj otpornosti. Treba koristiti metale visoke provodljivosti poput legure AuSn ili čistog indija, a debljinu i ujednačenost sloja lema treba kontrolirati kako bi se minimizirale toplinske barijere.
② Odabir materijala za podnožje
Uobičajeni materijali za podmontažu uključuju:
Bakar (Cu): Visoka toplotna provodljivost, isplativo;
Volfram bakar (WCu)/molibden bakar (MoCu): Bolje CTE podudaranje sa čipovima, nudeći i čvrstoću i provodljivost;
Aluminijum nitrid (AlN): Odlična električna izolacija, pogodan za visokonaponske primjene.
③ Kvalitet kontakta s površinom
Hrapavost površine, ravnost i kvašenje direktno utiču na efikasnost prenosa toplote. Poliranje i pozlaćivanje se često koriste za poboljšanje performansi termičkog kontakta.
④ Minimiziranje termalnog puta
Strukturni dizajn treba da ima za cilj skraćivanje termalnog puta između čipa i hladnjaka. Izbjegavajte nepotrebne međuslojeve materijala kako biste poboljšali ukupnu efikasnost odvođenja toplote.
3. Budući pravci razvoja
S obzirom na stalni trend miniaturizacije i veće gustoće snage, tehnologija kontaktnog hlađenja se razvija u sljedećim smjerovima:
① Višeslojni kompozitni TIM-ovi
Kombinacija metalne toplotne provodljivosti s fleksibilnim puferiranjem za smanjenje otpora na površini i poboljšanje izdržljivosti termičkih ciklusa.
② Pakovanje integrisanog hladnjaka
Projektovanje podnosača i hladnjaka kao jedne integrirane strukture radi smanjenja kontaktnih površina i povećanja efikasnosti prijenosa topline na nivou sistema.
③ Optimizacija bioničke strukture
Primjena mikrostrukturiranih površina koje oponašaju prirodne mehanizme odvođenja topline - poput "drvene provodljivosti" ili "ljuskastih uzoraka" - radi poboljšanja toplinskih performansi.
④ Inteligentna termalna kontrola
Uključivanje temperaturnih senzora i dinamičke kontrole snage za adaptivno upravljanje temperaturom, produžavajući radni vijek uređaja.
4. Zaključak
Za laserske diode velike snage, upravljanje temperaturom nije samo tehnički izazov - to je ključna osnova za pouzdanost. Kontaktno hlađenje provođenjem topline, sa svojim efikasnim, zrelim i isplativim karakteristikama, ostaje jedno od glavnih rješenja za odvođenje topline danas.
5. O nama
U Lumispotu, posjedujemo bogato stručno znanje u oblasti pakovanja laserskih dioda, evaluacije upravljanja temperaturom i odabira materijala. Naša misija je da pružimo visokoperformansna, dugotrajna laserska rješenja prilagođena potrebama vaše primjene. Ako želite saznati više, srdačno vas pozivamo da kontaktirate naš tim.
Vrijeme objave: 23. juni 2025.