Kontaktvadītspējas dzesēšana: "mierīgais ceļš" lieljaudas lāzerdiožu stieņu lietojumiem

Tā kā lieljaudas lāzertehnoloģijas turpina strauji attīstīties, lāzerdiožu stieņi (LDB) ir kļuvuši plaši izmantoti rūpnieciskajā apstrādē, medicīniskajā ķirurģijā, LiDAR un zinātniskajos pētījumos, pateicoties to augstajam jaudas blīvumam un augstajam spilgtuma izvades apjomam. Tomēr, pieaugot lāzerčipu integrācijai un darba strāvai, arvien izteiktākas kļūst termiskās pārvaldības problēmas, kas tieši ietekmē lāzera veiktspējas stabilitāti un kalpošanas laiku.

Starp dažādām termiskās vadības stratēģijām kontaktvadīšanas dzesēšana izceļas kā viena no būtiskākajām un visplašāk izmantotajām metodēm lāzerdiožu stieņu iepakošanā, pateicoties tās vienkāršajai struktūrai un augstajai siltumvadītspējai. Šajā rakstā ir aplūkoti šī "mierīgā ceļa" uz termisko kontroli principi, galvenie dizaina apsvērumi, materiālu izvēle un nākotnes tendences.

1. Kontaktvadītspējas dzesēšanas principi

Kā norāda nosaukums, kontakta vadītspējas dzesēšana darbojas, izveidojot tiešu kontaktu starp lāzera mikroshēmu un siltuma izlietni, nodrošinot efektīvu siltuma pārnesi, izmantojot materiālus ar augstu siltumvadītspēju, un ātru siltuma izkliedi ārējā vidē.

①The HēstPath:

Tipiskā lāzera diodes stienī siltuma ceļš ir šāds:
Mikroshēma → Lodēšanas slānis → Apakšējais slānis (piemēram, varš vai keramika) → TEC (termoelektriskais dzesētājs) vai siltuma izlietne → Apkārtējā vide

②Funkcijas:

Šai dzesēšanas metodei ir šādas īpašības:

Koncentrēta siltuma plūsma un īss termiskais ceļš, kas efektīvi samazina savienojuma temperatūru; Kompakts dizains, piemērots miniaturizētam iepakojumam; Pasīva vadītspēja, kurai nav nepieciešamas sarežģītas aktīvās dzesēšanas cilpas.

2. Galvenie termiskās veiktspējas projektēšanas apsvērumi

Lai nodrošinātu efektīvu kontaktvadītspēju, ierīces projektēšanas laikā rūpīgi jāņem vērā šādi aspekti:

① Termiskā pretestība lodēšanas saskarnē

Lodēšanas slāņa siltumvadītspējai ir izšķiroša nozīme kopējā siltumizturībā. Jāizmanto augstas vadītspējas metāli, piemēram, AuSn sakausējums vai tīrs indijs, un lodēšanas slāņa biezums un vienmērīgums jākontrolē, lai samazinātu termiskās barjeras.

② Apakšslāņa materiāla izvēle

Bieži sastopamie pamatnes materiāli ir:

Varš (Cu): Augsta siltumvadītspēja, rentabls;

Volframa varš (WCu)/molibdēna varš (MoCu): labāka CTE atbilstība mikroshēmām, nodrošinot gan izturību, gan vadītspēju;

Alumīnija nitrīds (AlN): lieliska elektriskā izolācija, piemērota augstsprieguma lietojumiem.

③ Virsmas kontakta kvalitāte

Virsmas raupjums, līdzenums un mitrināmība tieši ietekmē siltuma pārneses efektivitāti. Lai uzlabotu termiskā kontakta veiktspēju, bieži tiek izmantota pulēšana un apzeltīšana.

4. Termiskā ceļa samazināšana līdz minimumam

Konstrukcijas projektam jācenšas saīsināt termisko ceļu starp mikroshēmu un siltuma izkliedētāju. Lai uzlabotu kopējo siltuma izkliedes efektivitāti, jāizvairās no nevajadzīgiem starpslāņiem.

3. Turpmākās attīstības virzieni

Līdz ar pastāvīgo miniaturizācijas un lielāka jaudas blīvuma tendenci kontaktvadīšanas dzesēšanas tehnoloģija attīstās šādos virzienos:

① Daudzslāņu kompozītmateriālu TIM

Metāla siltumvadītspējas apvienošana ar elastīgu buferizāciju, lai samazinātu saskarnes pretestību un uzlabotu termiskās cikla izturību.

② Integrēts siltuma izlietnes iepakojums

Apakšmontāžu un siltuma izvadu projektēšana kā vienota integrēta struktūra, lai samazinātu saskarnes un palielinātu sistēmas līmeņa siltuma pārneses efektivitāti.

③ Bioniskās struktūras optimizācija

Mikrostrukturētu virsmu, kas atdarina dabiskos siltuma izkliedes mehānismus, piemēram, “kokam līdzīgu vadītspēju” vai “zvīņai līdzīgus modeļus”, pielietošana, lai uzlabotu siltumvadītspēju.

4. Inteliģenta termiskā kontrole

Iekļaujot temperatūras sensorus un dinamisko jaudas kontroli adaptīvai termiskai pārvaldībai, kas pagarina ierīces darbības laiku.

4. Secinājums

Lieljaudas lāzerdiožu stieņiem termiskā pārvaldība nav tikai tehnisks izaicinājums — tā ir kritiski svarīgs uzticamības pamats. Kontaktvadīšanas dzesēšana ar tās efektīvajām, nobriedušajām un rentablajām īpašībām joprojām ir viens no galvenajiem siltuma izkliedes risinājumiem mūsdienās.

5. Par mums

Uzņēmumā Lumispot mums ir padziļinātas zināšanas lāzerdiožu iepakojumā, termiskās vadības novērtēšanā un materiālu izvēlē. Mūsu misija ir nodrošināt augstas veiktspējas, ilga kalpošanas laika lāzerrisinājumus, kas pielāgoti jūsu lietojumprogrammu vajadzībām. Ja vēlaties uzzināt vairāk, laipni aicinām sazināties ar mūsu komandu.