Naarmate de technologie voor krachtige lasers zich snel blijft ontwikkelen, worden laserdiodebalken (LDB's) steeds vaker gebruikt in industriële processen, medische ingrepen, LiDAR en wetenschappelijk onderzoek vanwege hun hoge vermogensdichtheid en hoge helderheid. Echter, met de toenemende integratie en bedrijfsstroom van laserchips worden uitdagingen op het gebied van thermisch beheer steeds belangrijker, wat direct van invloed is op de prestatiestabiliteit en levensduur van de laser.
Van de verschillende strategieën voor thermisch beheer is contactkoeling een van de meest essentiële en meest toegepaste technieken in laserdiode-verpakkingen, dankzij de eenvoudige structuur en hoge thermische geleidbaarheid. Dit artikel onderzoekt de principes, belangrijke ontwerpoverwegingen, materiaalkeuze en toekomstige trends van deze "rustige weg" naar thermische beheersing.
1. Principes van contactgeleidingskoeling
Zoals de naam al doet vermoeden, werkt contactkoeling door direct contact te maken tussen de laserchip en een koelplaat. Dit maakt een efficiënte warmteoverdracht mogelijk via materialen met een hoge thermische geleidbaarheid en een snelle afvoer naar de buitenomgeving.
①The HetenPath:
In een typische laserdiodebalk verloopt het warmtepad als volgt:
Chip → Soldeerlaag → Submontage (bijv. koper of keramiek) → TEC (thermoelektrische koeler) of koelblok → Omgevingstemperatuur
②Functies:
Deze koelmethode kenmerkt zich door:
Geconcentreerde warmtestroom en korte thermische weg, waardoor de junctietemperatuur effectief wordt verlaagd; Compact ontwerp, geschikt voor miniaturisatie; Passieve geleiding, waardoor geen complexe actieve koelcircuits nodig zijn.
2. Belangrijke ontwerpoverwegingen voor thermische prestaties
Om effectieve contactkoeling te garanderen, moeten de volgende aspecten zorgvuldig in overweging worden genomen tijdens het ontwerp van het apparaat:
① Thermische weerstand bij het soldeercontact
De thermische geleidbaarheid van de soldeerlaag speelt een cruciale rol in de algehele thermische weerstand. Er moeten metalen met een hoge geleidbaarheid worden gebruikt, zoals een AuSn-legering of zuiver indium, en de dikte en uniformiteit van de soldeerlaag moeten worden gecontroleerd om thermische barrières te minimaliseren.
② Materiaalselectie voor de ondermontage
Veelgebruikte materialen voor ondermontage zijn onder andere:
Koper (Cu): Hoge thermische geleidbaarheid, kosteneffectief;
Wolfraamkoper (WCu)/molybdeenkoper (MoCu): Betere CTE-afstemming met chips, wat zowel sterkte als geleidbaarheid biedt;
Aluminiumnitride (AlN): Uitstekende elektrische isolatie, geschikt voor hoogspanningstoepassingen.
③ Kwaliteit van het oppervlaktecontact
Oppervlakteruwheid, vlakheid en bevochtigbaarheid hebben een directe invloed op de efficiëntie van de warmteoverdracht. Polijsten en vergulden worden vaak gebruikt om de thermische contactprestaties te verbeteren.
④ Minimaliseren van het thermische pad
Het structurele ontwerp moet erop gericht zijn de thermische afstand tussen de chip en het koelblok te verkorten. Vermijd onnodige tussenliggende materiaallagen om de algehele warmteafvoer te verbeteren.
3. Toekomstige ontwikkelingsrichtingen
Met de aanhoudende trend naar miniaturisatie en hogere vermogensdichtheid ontwikkelt de contactgeleidingskoelingstechnologie zich in de volgende richtingen:
① Meerlaagse composiet TIM's
Door metaalachtige warmtegeleiding te combineren met flexibele buffering wordt de interfaceweerstand verlaagd en de duurzaamheid bij thermische cycli verbeterd.
② Geïntegreerde koelplaatverpakking
Het ontwerpen van submontageonderdelen en koelplaten als één geïntegreerde structuur om contactvlakken te verminderen en de warmteoverdrachtsefficiëntie op systeemniveau te verhogen.
③ Optimalisatie van de bionische structuur
Het toepassen van microgestructureerde oppervlakken die natuurlijke warmteafvoermechanismen nabootsen, zoals "boomachtige geleiding" of "schubachtige patronen", om de thermische prestaties te verbeteren.
④ Intelligente thermische regeling
Door de integratie van temperatuursensoren en dynamische vermogensregeling voor adaptief thermisch beheer wordt de levensduur van het apparaat verlengd.
4. Conclusie
Voor laserdiodebalken met hoog vermogen is thermisch beheer niet alleen een technische uitdaging, maar ook een cruciale factor voor betrouwbaarheid. Contactgeleidingskoeling, met zijn efficiënte, beproefde en kosteneffectieve eigenschappen, blijft een van de meest gebruikte oplossingen voor warmteafvoer.
5. Over ons
Bij Lumispot beschikken we over diepgaande expertise op het gebied van laserdiodeverpakking, thermisch beheer en materiaalselectie. Onze missie is het leveren van hoogwaardige, duurzame laseroplossingen die zijn afgestemd op uw specifieke toepassingsbehoeften. Wilt u meer weten? Neem dan gerust contact op met ons team.
Geplaatst op: 23 juni 2025