Тъй като технологията за високомощни лазери продължава да се развива бързо, лазерните диодни ленти (LDB) са се използвали широко в промишлената обработка, медицинската хирургия, LiDAR и научните изследвания, благодарение на високата си плътност на мощност и висока яркост. Въпреки това, с нарастващата интеграция и работен ток на лазерните чипове, предизвикателствата пред управлението на температурата стават все по-очевидни, което пряко влияе върху стабилността на работата и живота на лазера.
Сред различните стратегии за управление на температурата, контактното охлаждане с проводимост се откроява като една от най-важните и широко възприети техники в опаковането на лазерни диодни ленти, благодарение на простата си структура и висока топлопроводимост. Тази статия разглежда принципите, ключовите дизайнерски съображения, избора на материали и бъдещите тенденции на този „спокоен път“ към термичния контрол.
1. Принципи на охлаждането чрез контактна проводимост
Както подсказва името, контактно-проводимото охлаждане работи чрез установяване на директен контакт между лазерния чип и радиатора, което позволява ефективен пренос на топлина чрез материали с висока топлопроводимост и бързо разсейване към външната среда.
①The HяжPат:
В типична лазерна диодна лента, топлинният път е следният:
Чип → Спояващ слой → Подложка (напр. медна или керамична) → TEC (термоелектрически охладител) или радиатор → Околна среда
2Характеристики:
Този метод на охлаждане се характеризира със следното:
Концентриран топлинен поток и къс термичен път, ефективно намаляващи температурата на прехода; Компактен дизайн, подходящ за миниатюрни корпуси; Пасивна проводимост, неизискваща сложни активни охладителни контури.
2. Ключови съображения при проектирането за топлинни характеристики
За да се осигури ефективно охлаждане чрез контактна проводимост, следните аспекти трябва да бъдат внимателно разгледани по време на проектирането на устройството:
① Термично съпротивление на спойката
Топлопроводимостта на спойката играе критична роля в цялостното термично съпротивление. Трябва да се използват метали с висока проводимост, като например сплав AuSn или чист индий, а дебелината и еднородността на спойката трябва да се контролират, за да се сведат до минимум топлинните бариери.
② Избор на материал за подмонтиране
Често срещаните материали за подмонтиране включват:
Мед (Cu): Висока топлопроводимост, рентабилна;
Волфрамова мед (WCu)/Молибденова мед (MoCu): По-добро съвпадение на CTE с чиповете, предлагайки както здравина, така и проводимост;
Алуминиев нитрид (AlN): Отлична електрическа изолация, подходящ за приложения с високо напрежение.
③ Качество на контакта с повърхността
Грапавостта на повърхността, плоскостта и омокряемостта влияят пряко върху ефективността на топлопреминаване. Полирането и позлатяването често се използват за подобряване на характеристиките на термичния контакт.
④ Минимизиране на термичния път
Структурният дизайн трябва да се стреми да съкрати топлинния път между чипа и радиатора. Избягвайте ненужни междинни слоеве от материали, за да подобрите цялостната ефективност на разсейване на топлината.
3. Насоки за бъдещо развитие
С продължаващата тенденция към миниатюризация и по-висока плътност на мощността, технологията за контактно охлаждане се развива в следните посоки:
① Многослойни композитни TIM-ове
Комбиниране на метална топлопроводимост с гъвкаво буфериране за намаляване на съпротивлението на интерфейса и подобряване на издръжливостта при термични цикли.
② Интегрирана опаковка с радиатор
Проектиране на подмонтни елементи и радиатори като единна интегрирана структура за намаляване на контактните интерфейси и повишаване на ефективността на топлопреминаване на системно ниво.
③ Оптимизация на бионичната структура
Прилагане на микроструктурирани повърхности, които имитират естествени механизми за разсейване на топлината – като „дървовидна проводимост“ или „люспести шарки“ – за подобряване на топлинните характеристики.
④ Интелигентен термичен контрол
Включване на температурни сензори и динамично управление на мощността за адаптивно управление на температурата, удължаващо експлоатационния живот на устройството.
4. Заключение
За мощните лазерни диодни ленти, управлението на температурата не е просто техническо предизвикателство, а критична основа за надеждността. Контактното охлаждане, със своите ефективни, зрели и рентабилни характеристики, остава едно от основните решения за разсейване на топлината днес.
5. За нас
В Lumispot ние притежаваме задълбочен опит в областта на опаковането на лазерни диоди, оценката на термичния мениджмънт и избора на материали. Нашата мисия е да предоставяме високопроизводителни лазерни решения с дълъг живот, съобразени с нуждите на вашето приложение. Ако искате да научите повече, горещо ви каним да се свържете с нашия екип.
Време на публикуване: 23 юни 2025 г.