Kontaktinio laidumo aušinimas: „ramus kelias“ didelės galios lazerinių diodų juostų taikymams

Kadangi didelės galios lazerių technologijos sparčiai tobulėja, lazerinių diodų juostos (LDB) dėl didelio galios tankio ir didelio ryškumo tapo plačiai naudojamos pramoniniame apdorojime, medicininėje chirurgijoje, LiDAR ir moksliniuose tyrimuose. Tačiau didėjant lazerinių lustų integracijai ir veikimo srovei, vis labiau išryškėja šilumos valdymo iššūkiai, kurie tiesiogiai veikia lazerio veikimo stabilumą ir tarnavimo laiką.

Tarp įvairių šilumos valdymo strategijų, kontaktinio laidumo aušinimas išsiskiria kaip viena iš svarbiausių ir plačiausiai taikomų lazerinių diodų juostelių pakavimo technologijų dėl savo paprastos struktūros ir didelio šilumos laidumo. Šiame straipsnyje nagrinėjami šio „ramaus kelio“ į šilumos valdymą principai, pagrindiniai projektavimo aspektai, medžiagų pasirinkimas ir būsimos tendencijos.

1. Kontaktinio laidumo aušinimo principai

Kaip rodo pavadinimas, kontaktinio laidumo aušinimas veikia užmezgant tiesioginį kontaktą tarp lazerio mikroschemos ir šilumos kriauklės, taip užtikrinant efektyvų šilumos perdavimą per didelio šilumos laidumo medžiagas ir greitą šilumos išsisklaidymą į išorinę aplinką.

①The HvalgytiPath:

Tipinėje lazerinio diodo juostoje šilumos kelias yra toks:
Lustas → Litavimo sluoksnis → Apatinio sluoksnio (pvz., vario arba keramikos) → TEC (termoelektrinis aušintuvas) arba šilumos kriauklė → Aplinkos aplinka

②Savybės:

Šis aušinimo būdas pasižymi šiomis savybėmis:

Koncentruotas šilumos srautas ir trumpas šilumos kelias, efektyviai sumažinantys sandūros temperatūrą; Kompaktiškas dizainas, tinkamas miniatiūrinėms pakuotėms; Pasyvus laidumas, nereikalaujantis sudėtingų aktyvių aušinimo kilpų.

2. Pagrindiniai šiluminio našumo projektavimo aspektai

Siekiant užtikrinti efektyvų kontaktinio laidumo aušinimą, projektuojant įrenginį reikia atidžiai atsižvelgti į šiuos aspektus:

① Šiluminė varža litavimo sąsajoje

Litavimo sluoksnio šilumos laidumas vaidina labai svarbų vaidmenį bendram šiluminiam pasipriešinimui. Reikėtų naudoti didelio laidumo metalus, tokius kaip AuSn lydinys arba grynas indis, o litavimo sluoksnio storis ir vienodumas turėtų būti kontroliuojami, kad būtų kuo mažiau šilumos barjerų.

② Pagrindo medžiagos pasirinkimas

Įprastos požeminio montavimo medžiagos yra šios:

Varis (Cu): didelis šilumos laidumas, ekonomiškas;

Volframo varis (WCu) / molibdeno varis (MoCu): geresnis CTE atitikimas lustoms, užtikrinantis tiek stiprumą, tiek laidumą;

Aliuminio nitridas (AlN): Puiki elektros izoliacija, tinka aukštos įtampos įrenginiams.

③ Paviršiaus sąlyčio kokybė

Paviršiaus šiurkštumas, lygumas ir drėkinamumas tiesiogiai veikia šilumos perdavimo efektyvumą. Šiluminio kontakto savybėms pagerinti dažnai naudojamas poliravimas ir auksavimas.

4. Šiluminio kelio sumažinimas

Konstrukcinis projektas turėtų būti skirtas sutrumpinti šiluminį kelią tarp lusto ir šilumos kriauklės. Venkite nereikalingų tarpinių medžiagų sluoksnių, kad pagerintumėte bendrą šilumos išsklaidymo efektyvumą.

3. Būsimos plėtros kryptys

Atsižvelgiant į nuolatinę miniatiūrizacijos ir didesnio galios tankio tendenciją, kontaktinio laidumo aušinimo technologija vystosi šiomis kryptimis:

① Daugiasluoksnės kompozicinės TIM matricos

Metalinio šilumos laidumo sujungimas su lanksčiu buferiu, siekiant sumažinti sąsajos varžą ir pagerinti terminio ciklo patvarumą.

② Integruotas šilumos kriauklės pakavimas

Pagrindų ir šilumos kriauklių projektavimas kaip vienos integruotos struktūros, siekiant sumažinti sąlyčio sąsajas ir padidinti sistemos lygmens šilumos perdavimo efektyvumą.

③ Bioninės struktūros optimizavimas

Mikrostruktūrinių paviršių, imituojančių natūralius šilumos išsklaidymo mechanizmus, pvz., „medžio tipo laidumą“ arba „masto formos modelius“, naudojimas siekiant pagerinti šiluminį našumą.

4. Pažangi šiluminė kontrolė

Įdiegti temperatūros jutikliai ir dinaminis galios valdymas, užtikrinantys prisitaikantį šilumos valdymą, taip pailginant įrenginio eksploatavimo laiką.

4. Išvada

Didelės galios lazerinių diodų strypų šilumos valdymas yra ne tik techninis iššūkis – tai labai svarbus patikimumo pagrindas. Kontaktinio laidumo aušinimas, pasižymintis efektyviomis, brandžiomis ir ekonomiškomis savybėmis, šiandien išlieka vienu iš pagrindinių šilumos išsklaidymo sprendimų.

5. Apie mus

„Lumispot“ įmonėje turime didelę patirtį lazerinių diodų pakuočių, šilumos valdymo vertinimo ir medžiagų parinkimo srityse. Mūsų misija – teikti aukštos kokybės, ilgaamžius lazerinius sprendimus, pritaikytus jūsų poreikiams. Jei norite sužinoti daugiau, maloniai kviečiame susisiekti su mūsų komanda.