I takt med att högeffektslasertekniken fortsätter att utvecklas snabbt har laserdiodstänger (LDB) blivit allmänt använda inom industriell bearbetning, medicinsk kirurgi, LiDAR och vetenskaplig forskning på grund av deras höga effekttäthet och höga ljusstyrka. Men med den ökande integrationen och driftsströmmen hos laserchip blir utmaningarna med termisk hantering alltmer framträdande – vilket direkt påverkar laserns prestandastabilitet och livslängd.
Bland olika strategier för värmehantering utmärker sig kontaktledningskylning som en av de viktigaste och mest använda teknikerna inom kapsling av laserdiodstänger, tack vare sin enkla struktur och höga värmeledningsförmåga. Denna artikel utforskar principerna, viktiga designöverväganden, materialval och framtida trender för denna "lugna väg" till värmekontroll.
1. Principer för kontaktledningskylning
Som namnet antyder fungerar kontaktledningskylning genom att etablera direkt kontakt mellan laserchipet och en kylfläns, vilket möjliggör effektiv värmeöverföring genom material med hög värmeledningsförmåga och snabb avledning till den yttre miljön.
①The HätaPath:
I en typisk laserdiodstång är värmevägen följande:
Chip → Lödlager → Undermontering (t.ex. koppar eller keramik) → TEC (termoelektrisk kylare) eller kylfläns → Omgivningsmiljö
②Drag:
Denna kylmetod har följande egenskaper:
Koncentrerat värmeflöde och kort värmeväg, vilket effektivt minskar övergångstemperaturen; Kompakt design, lämplig för miniatyriserad kapsling; Passiv ledning, kräver inga komplexa aktiva kylslingor.
2. Viktiga designöverväganden för termisk prestanda
För att säkerställa effektiv kylning genom kontaktledning måste följande aspekter noggrant beaktas vid konstruktionen av enheten:
① Termisk resistans vid lödgränssnittet
Lödlagrets värmeledningsförmåga spelar en avgörande roll i den totala värmeresistansen. Högkonduktiva metaller såsom AuSn-legering eller rent indium bör användas, och lödlagrets tjocklek och enhetlighet bör kontrolleras för att minimera värmebarriärer.
② Val av undermonteringsmaterial
Vanliga undermonteringsmaterial inkluderar:
Koppar (Cu): Hög värmeledningsförmåga, kostnadseffektiv;
Volframkoppar (WCu)/Molybdenkoppar (MoCu): Bättre CTE-matchning med flis, vilket ger både styrka och konduktivitet;
Aluminiumnitrid (AlN): Utmärkt elektrisk isolering, lämplig för högspänningstillämpningar.
③ Ytkontaktkvalitet
Ytjämnhet, planhet och vätbarhet påverkar direkt värmeöverföringseffektiviteten. Polering och guldplätering används ofta för att förbättra termisk kontaktprestanda.
④ Minimering av värmevägen
Den strukturella designen bör syfta till att förkorta den termiska vägen mellan chipet och kylflänsen. Undvik onödiga mellanliggande materiallager för att förbättra den totala värmeavledningseffektiviteten.
3. Framtida utvecklingsriktningar
Med den pågående trenden mot miniatyrisering och högre effekttäthet utvecklas tekniken för kontaktledningskylning i följande riktningar:
① Flerskiktade komposit-TIM:er
Kombinerar metallisk värmeledning med flexibel buffring för att minska gränssnittsresistansen och förbättra hållbarheten vid termisk cykling.
② Integrerad kylflänsförpackning
Utforma underlag och kylflänsar som en enda integrerad struktur för att minska kontaktgränssnitt och öka värmeöverföringseffektiviteten på systemnivå.
③ Bionisk strukturoptimering
Applicera mikrostrukturerade ytor som efterliknar naturliga värmeavledningsmekanismer – såsom "trädliknande ledning" eller "skalliknande mönster" – för att förbättra termisk prestanda.
④ Intelligent värmekontroll
Inkluderar temperatursensorer och dynamisk effektreglering för adaptiv värmehantering, vilket förlänger enhetens livslängd.
4. Slutsats
För högpresterande laserdiodstavar är värmehantering inte bara en teknisk utmaning – det är en avgörande grund för tillförlitlighet. Kontaktledningskylning, med sina effektiva, välutvecklade och kostnadseffektiva egenskaper, är fortfarande en av de vanligaste lösningarna för värmeavledning idag.
5. Om oss
På Lumispot har vi djupgående expertis inom laserdiodkapsling, utvärdering av termisk hantering och materialval. Vårt uppdrag är att tillhandahålla högpresterande laserlösningar med lång livslängd, skräddarsydda för dina applikationsbehov. Om du vill veta mer är du varmt välkommen att kontakta vårt team.
Publiceringstid: 23 juni 2025