Kontaktné vedenie chladenia: „Pokojná cesta“ pre aplikácie s vysokovýkonnými laserovými diódami

Vzhľadom na rýchly pokrok v technológii vysokovýkonných laserov sa laserové diódové tyče (LDB) vďaka svojej vysokej hustote výkonu a vysokému jasu široko používajú v priemyselnom spracovaní, lekárskej chirurgii, LiDAR a vedeckom výskume. S rastúcou integráciou a prevádzkovým prúdom laserových čipov sa však problémy s tepelným manažmentom stávajú čoraz výraznejšími, čo priamo ovplyvňuje stabilitu výkonu a životnosť lasera.

Spomedzi rôznych stratégií tepelného manažmentu vyniká kontaktné vedenie chladenia ako jedna z najdôležitejších a najrozšírenejších techník v oblasti balenia laserových diód vďaka svojej jednoduchej štruktúre a vysokej tepelnej vodivosti. Tento článok skúma princípy, kľúčové konštrukčné aspekty, výber materiálu a budúce trendy tejto „pokojnej cesty“ k tepelnému manažmentu.

1. Princípy chladenia kontaktným vedením

Ako už názov napovedá, kontaktné vedenie chladenia funguje na princípe priameho kontaktu medzi laserovým čipom a chladičom, čo umožňuje efektívny prenos tepla cez materiály s vysokou tepelnou vodivosťou a jeho rýchly odvod do vonkajšieho prostredia.

①The HjesťPath:

V typickej laserovej diódovej tyči je tepelná dráha nasledovná:
Čip → Spájkovacia vrstva → Podkladová vrstva (napr. meď alebo keramika) → TEC (termoelektrický chladič) alebo chladič → Okolité prostredie

2Vlastnosti:

Táto metóda chladenia sa vyznačuje:

Koncentrovaný tepelný tok a krátka tepelná dráha, ktoré účinne znižujú teplotu spoja; Kompaktný dizajn, vhodný pre miniaturizované puzdro; Pasívne vedenie, nevyžadujúce žiadne zložité aktívne chladiace slučky.

2. Kľúčové konštrukčné aspekty tepelného výkonu

Aby sa zabezpečilo účinné chladenie kontaktným vedením, je potrebné pri návrhu zariadenia starostlivo zvážiť nasledujúce aspekty:

① Tepelný odpor na rozhraní spájky

Tepelná vodivosť spájkovanej vrstvy zohráva kľúčovú úlohu v celkovom tepelnom odpore. Mali by sa použiť kovy s vysokou vodivosťou, ako je zliatina AuSn alebo čisté indium, a hrúbka a rovnomernosť spájkovanej vrstvy by sa mali kontrolovať, aby sa minimalizovali tepelné bariéry.

② Výber materiálu podstavca

Medzi bežné materiály pre podklad patria:

Meď (Cu): Vysoká tepelná vodivosť, cenovo výhodná;

Volfrámová meď (WCu)/molybdénová meď (MoCu): Lepšia zhoda CTE s čipmi, ponúka pevnosť aj vodivosť;

Nitrid hliníka (AlN): Vynikajúca elektrická izolácia, vhodný pre aplikácie s vysokým napätím.

③ Kvalita kontaktu s povrchom

Drsnosť povrchu, rovinnosť a zmáčavosť priamo ovplyvňujú účinnosť prenosu tepla. Leštenie a zlátenie sa často používajú na zlepšenie tepelného kontaktu.

④ Minimalizácia tepelnej dráhy

Štrukturálny návrh by sa mal zamerať na skrátenie tepelnej dráhy medzi čipom a chladičom. Vyhnite sa zbytočným medzivrstvám materiálu, aby sa zlepšila celková účinnosť odvodu tepla.

3. Smery budúceho rozvoja

S pokračujúcim trendom miniaturizácie a vyššej hustoty výkonu sa technológia kontaktného chladenia vyvíja nasledujúcimi smermi:

① Viacvrstvové kompozitné TIM

Kombinácia kovovej tepelnej vodivosti s flexibilným tlmením na zníženie odporu rozhrania a zlepšenie odolnosti voči tepelným cyklom.

② Balenie integrovaného chladiča

Navrhovanie podmountov a chladičov ako jednej integrovanej štruktúry na zníženie kontaktných rozhraní a zvýšenie účinnosti prenosu tepla na úrovni systému.

③ Optimalizácia bionickej štruktúry

Aplikácia mikroštruktúrovaných povrchov, ktoré napodobňujú prirodzené mechanizmy rozptylu tepla – ako napríklad „stromovité vedenie“ alebo „šupinovité vzory“ – na zlepšenie tepelného výkonu.

④ Inteligentná tepelná regulácia

Vďaka zabudovaným teplotným senzorom a dynamickej regulácii výkonu sa predlžuje životnosť zariadenia a adaptívnemu tepelnému manažmentu.

4. Záver

Pre vysokovýkonné laserové diódové tyče nie je tepelný manažment len ​​technickou výzvou – je to kritický základ spoľahlivosti. Kontaktné vedenie chladenia so svojimi účinnými, vyspelými a nákladovo efektívnymi vlastnosťami zostáva jedným z hlavných riešení pre odvod tepla v súčasnosti.

5. O nás

V spoločnosti Lumispot máme rozsiahle odborné znalosti v oblasti balenia laserových diód, hodnotenia tepelného manažmentu a výberu materiálov. Naším poslaním je poskytovať vysoko výkonné laserové riešenia s dlhou životnosťou prispôsobené potrebám vašej aplikácie. Ak sa chcete dozvedieť viac, srdečne vás pozývame, aby ste sa spojili s naším tímom.