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

U dizajnu i proizvodnji visokosnažnih poluprovodničkih lasera, laserske diode služe kao osnovne jedinice koje emituju svjetlost. Njihove performanse ne zavise samo od suštinskog kvaliteta laserskih čipova, već i u velikoj mjeri od procesa pakovanja. Među raznim komponentama uključenim u pakovanje, materijali za lemljenje igraju vitalnu ulogu kao termički i električni interfejs 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. Da bi se postigla efikasna disipacija topline i strukturna stabilnost, materijali za lemljenje moraju ispunjavati sljedeće kriterije:

① Visoka toplotna provodljivost:

Osigurava efikasan prenos toplote sa laserskog čipa.

② Dobra kvašivost:

Omogućava čvrsto spajanje između čipa i podloge.

③ Odgovarajuća tačka topljenja:

Sprečava ponovno livenje ili degradaciju tokom naknadne obrade ili rada.

④ Kompatibilni koeficijent termičkog širenja (CTE):

Minimizira termalni stres na čipu.

⑤ Odlična otpornost na zamor:

Produžava vijek trajanja uređaja.

2. Uobičajene vrste lema za pakovanje laserskih šipki

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

1Legura zlata i kalaja (AuSn)

Svojstva:

Eutektički sastav 80Au/20Sn sa tačkom topljenja od 280°C; visoka toplotna provodljivost i mehanička čvrstoća.

Prednosti:

Odlična stabilnost na visokim temperaturama, dug vijek trajanja od termičkog zamora, bez organske kontaminacije, visoka pouzdanost

Primjene:

Vojni, vazduhoplovni i vrhunski industrijski laserski sistemi.

2Čisti indijum (In)

Svojstva:

Tačka topljenja 157°C; mekan i vrlo savitljiv.

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 tokom obrade, niža mehanička čvrstoća; nije idealan za primjene s velikim opterećenjem

3Kompozitni sistemi lemljenja (npr. AuSn + In)

Struktura:

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

Prednosti:

Kombinuje visoku pouzdanost sa ublažavanjem naprezanja, poboljšava ukupnu izdržljivost ambalaže, dobro se prilagođava različitim radnim okruženjima

3. Utjecaj kvalitete lema na performanse uređaja

Izbor materijala za lemljenje i kontrola procesa značajno utiču 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 su odabir visokokvalitetnog lema i primjena preciznih procesa lemljenja fundamentalni za postizanje visokopouzdanog laserskog pakiranja.

4. Budući trendovi i razvoj

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

1Lemljenje na niskim temperaturama:

Za integraciju s termički osjetljivim materijalima

2Lem bez olova:

Da bi se ispunili RoHS i drugi ekološki propisi

3Visokoperformansni termički interfejsni materijali (TIM):

Za dodatno smanjenje termičkog otpora

4Tehnologije mikro-lemljenja:

Za podršku miniaturizaciji i integraciji visoke gustoće

5. Zaključak

Iako male zapremine, materijali za lemljenje su ključni konektori koji osiguravaju performanse i pouzdanost laserskih uređaja velike snage. Prilikom pakovanja laserskih diodnih šipki, odabir pravog lema i optimizacija procesa vezivanja su ključni za postizanje dugoročnog stabilnog rada.

6. O nama

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