Etter hvert som høyeffektslaserteknologien fortsetter å utvikle seg raskt, har laserdiodeskiver (LDB-er) blitt mye brukt i industriell prosessering, medisinsk kirurgi, LiDAR og vitenskapelig forskning på grunn av deres høye effekttetthet og høye lysstyrke. Med den økende integrasjonen og driftsstrømmen til laserbrikker blir imidlertid utfordringene med termisk styring mer fremtredende – noe som direkte påvirker laserens ytelsesstabilitet og levetid.
Blant ulike strategier for termisk styring skiller kontaktledningskjøling seg ut som en av de viktigste og mest brukte teknikkene innen laserdiodestangpakking, takket være sin enkle struktur og høye termiske ledningsevne. Denne artikkelen utforsker prinsippene, viktige designhensyn, materialvalg og fremtidige trender for denne «rolige veien» til termisk kontroll.
1. Prinsipper for kontaktledningskjøling
Som navnet antyder, fungerer kontaktledningskjøling ved å etablere direkte kontakt mellom laserbrikken og en kjøleribbe, noe som muliggjør effektiv varmeoverføring gjennom materialer med høy varmeledningsevne og rask avledning til det ytre miljøet.
①The HspisePath:
I en typisk laserdiodestang er varmebanen som følger:
Chip → Loddelag → Undermontering (f.eks. kobber eller keramikk) → TEC (termoelektrisk kjøler) eller kjøleribbe → Omgivelsesmiljø
②Funksjoner:
Denne kjølemetoden har følgende egenskaper:
Konsentrert varmestrøm og kort termisk vei, som effektivt reduserer koblingstemperaturen; Kompakt design, egnet for miniatyrisert pakking; Passiv ledning, som ikke krever komplekse aktive kjøleløkker.
2. Viktige designhensyn for termisk ytelse
For å sikre effektiv kjøling ved kontaktledning må følgende aspekter tas nøye i betraktning under enhetsdesign:
① Termisk motstand ved loddegrensesnittet
Loddelagets varmeledningsevne spiller en kritisk rolle i den totale varmemotstanden. Høykonduktivitetsmetaller som AuSn-legering eller rent indium bør brukes, og tykkelsen og ensartetheten på loddelaget bør kontrolleres for å minimere varmebarrierer.
② Valg av undermonteringsmateriale
Vanlige undermonteringsmaterialer inkluderer:
Kobber (Cu): Høy varmeledningsevne, kostnadseffektiv;
Wolframkobber (WCu)/molybdenkobber (MoCu): Bedre CTE-samsvar med brikker, og gir både styrke og konduktivitet;
Aluminiumnitrid (AlN): Utmerket elektrisk isolasjon, egnet for høyspenningsapplikasjoner.
③ Overflatekontaktkvalitet
Overflateruhet, flathet og fuktbarhet påvirker direkte varmeoverføringseffektiviteten. Polering og gullbelegg brukes ofte for å forbedre termisk kontaktytelse.
④ Minimering av termisk bane
Den strukturelle utformingen bør ha som mål å forkorte den termiske banen mellom brikken og kjøleribben. Unngå unødvendige mellomliggende materiallag for å forbedre den generelle varmespredningseffektiviteten.
3. Fremtidige utviklingsretninger
Med den pågående trenden mot miniatyrisering og høyere effekttetthet, utvikler kontaktledningskjøleteknologi seg i følgende retninger:
① Flerlags kompositt-TIM-er
Kombinasjon av metallisk termisk ledningsevne med fleksibel buffering for å redusere grensesnittmotstand og forbedre holdbarheten til termisk sykling.
② Integrert kjøleribbepakning
Design av underlag og kjøleribber som én integrert struktur for å redusere kontaktgrensesnitt og øke varmeoverføringseffektiviteten på systemnivå.
③ Optimalisering av bionisk struktur
Bruk av mikrostrukturerte overflater som etterligner naturlige varmespredningsmekanismer – som «trelignende ledning» eller «skalalignende mønstre» – for å forbedre termisk ytelse.
④ Intelligent termisk kontroll
Inneholder temperatursensorer og dynamisk effektkontroll for adaptiv termisk styring, noe som forlenger enhetens levetid.
4. Konklusjon
For høyeffektslaserdiodeskiver er termisk styring ikke bare en teknisk utfordring – det er et kritisk grunnlag for pålitelighet. Kontaktledningskjøling, med sine effektive, velutviklede og kostnadseffektive egenskaper, er fortsatt en av de vanligste løsningene for varmespredning i dag.
5. Om oss
Hos Lumispot har vi dyp ekspertise innen laserdiodepakking, evaluering av termisk styring og materialvalg. Vårt oppdrag er å tilby laserløsninger med høy ytelse og lang levetid, skreddersydd til dine applikasjonsbehov. Hvis du vil vite mer, ønsker vi deg hjertelig velkommen til å ta kontakt med teamet vårt.
Publisert: 23. juni 2025