Lödmaterial för laserdiodstavar: Den avgörande bron mellan prestanda och tillförlitlighet

Vid design och tillverkning av högeffekts halvledarlasrar fungerar laserdiodstavar som de centrala ljusemitterande enheterna. Deras prestanda beror inte bara på laserchipsens inneboende kvalitet utan också i hög grad på paketeringsprocessen. Bland de olika komponenterna som ingår i paketering spelar lödmaterial en viktig roll som det termiska och elektriska gränssnittet mellan chipet och kylflänsen.

1. Lodets roll i laserdiodstavar

Laserdiodstavar integrerar vanligtvis flera emittrar, vilket resulterar i höga effekttätheter och stränga krav på värmehantering. För att uppnå effektiv värmeavledning och strukturell stabilitet måste lödmaterial uppfylla följande kriterier:

① Hög värmeledningsförmåga:

Säkerställer effektiv värmeöverföring från laserchipet.

② God vätbarhet:

Ger en tät bindning mellan chipet och substratet.

③ Lämplig smältpunkt:

Förhindrar återflöde eller nedbrytning under efterföljande bearbetning eller drift.

④ Kompatibel värmeutvidgningskoefficient (CTE):

Minimerar termisk stress på chipet.

⑤ Utmärkt utmattningsbeständighet:

Förlänger enhetens livslängd.

2. Vanliga typer av lödtenn för laserstångsförpackning

Följande är de tre huvudtyperna av lödmaterial som vanligtvis används vid förpackning av laserdiodstavar:

①Guld-tennlegering (AuSn)

Egenskaper:

Eutektisk sammansättning av 80Au/20Sn med en smältpunkt på 280°C; hög värmeledningsförmåga och mekanisk hållfasthet.

Fördelar:

Utmärkt högtemperaturstabilitet, lång termisk utmattningstid, fri från organiska föroreningar, hög tillförlitlighet

Användningsområden:

Militära, flyg- och rymdtekniska och avancerade industriella lasersystem.

②Rent indium (In)

Egenskaper:

Smältpunkt 157°C; mjuk och mycket formbar.

Fördelar:

Överlägsen termisk cyklingsprestanda, låg belastning på chipet, idealisk för att skydda ömtåliga strukturer, lämplig för krav på lågtemperaturbindning

Begränsningar:

Benägen för oxidation; kräver inert atmosfär under bearbetning, lägre mekanisk hållfasthet; inte idealisk för högbelastade applikationer

③Kompositlödsystem (t.ex. AuSn + In)

Strukturera:

Vanligtvis används AuSn under chipet för robust infästning, medan In appliceras ovanpå för förbättrad termisk buffring.

Fördelar:

Kombinerar hög tillförlitlighet med stressavlastning, förbättrar förpackningens totala hållbarhet och anpassar sig väl till olika driftsmiljöer.

3. Lödkvalitetens inverkan på enhetens prestanda

Val av lödmaterial och processkontroll påverkar avsevärt den elektrooptiska prestandan och den långsiktiga stabiliteten hos laseranordningar:

Vid kontinuerlig drift med hög effekt kan även mindre defekter i lödningen leda till värmeuppbyggnad, vilket resulterar i prestandaförsämring eller enhetsfel. Därför är det grundläggande att välja högkvalitativt lödmaterial och implementera exakta lödprocesser för att uppnå hög tillförlitlig laserkapsling.

4. Framtida trender och utveckling

I takt med att laserteknik fortsätter att tränga in i industriell bearbetning, medicinsk kirurgi, LiDAR och andra områden, utvecklas lödmaterial för laserförpackning i följande riktningar:

①Lågtemperaturlödning:

För integration med värmekänsliga material

②Blyfri lödning:

För att uppfylla RoHS och andra miljöföreskrifter

③Högpresterande termiska gränssnittsmaterial (TIM):

För att ytterligare minska värmemotståndet

④Mikrolödningstekniker:

För att stödja miniatyrisering och högdensitetsintegration

5. Slutsats

Även om de är små i volym är lödmaterial de kritiska kontakterna som säkerställer prestanda och tillförlitlighet hos högeffektslaserenheter. Vid paketering av laserdiodstavar är det viktigt att välja rätt lödtenn och optimera bindningsprocessen för att uppnå långsiktig stabil drift.

6. Om oss

Lumispot strävar efter att förse kunder med professionella och pålitliga laserkomponenter och förpackningslösningar. Med omfattande erfarenhet av val av lödmaterial, design av termisk hantering och tillförlitlighetsutvärdering tror vi att varje förfining i detalj banar väg för excellens. För mer information om högpresterande laserförpackningsteknik, kontakta oss gärna.