Naarmate de technologie voor krachtige lasers zich snel ontwikkelt, worden laserdiodestaven (LDB's) steeds vaker gebruikt in industriële verwerking, medische chirurgie, LiDAR en wetenschappelijk onderzoek vanwege hun hoge vermogensdichtheid en hoge lichtopbrengst. Met de toenemende integratie en bedrijfsstroom van laserchips worden de uitdagingen op het gebied van thermisch beheer echter steeds groter, wat direct van invloed is op de prestatiestabiliteit en levensduur van de laser.
Van de verschillende thermische managementstrategieën is contactgeleidingskoeling een van de meest essentiële en meest toegepaste technieken voor de verpakking van laserdiodestaven, dankzij de eenvoudige structuur en hoge thermische geleidbaarheid. Dit artikel onderzoekt de principes, belangrijkste ontwerpoverwegingen, materiaalkeuze en toekomstige trends van deze "rustige weg" naar thermische controle.
1. Principes van contactgeleidingskoeling
Zoals de naam al doet vermoeden, werkt contactgeleidingskoeling door direct contact te maken tussen de laserchip en een koellichaam. Hierdoor vindt efficiënte warmteoverdracht plaats via materialen met een hoge thermische geleidbaarheid en kan deze snel worden afgevoerd naar de externe omgeving.
①The HetenPath:
In een typische laserdiodestaaf verloopt het warmtepad als volgt:
Chip → Soldeerlaag → Onderlaag (bijv. koper of keramiek) → TEC (thermo-elektrische koeler) of koellichaam → Omgevingsomgeving
②Functies:
Deze koelmethode heeft de volgende kenmerken:
Geconcentreerde warmtestroom en kort thermisch pad, waardoor de overgangstemperatuur effectief wordt verlaagd. Compact ontwerp, geschikt voor geminiaturiseerde verpakkingen. Passieve geleiding, waardoor er geen complexe actieve koellussen nodig zijn.
2. Belangrijke ontwerpoverwegingen voor thermische prestaties
Om een effectieve contactgeleidingskoeling te garanderen, moeten de volgende aspecten zorgvuldig in acht worden genomen tijdens het ontwerp van het apparaat:
① Thermische weerstand bij de soldeerinterface
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 Keuze van onderbouwmateriaal
Veelvoorkomende onderbouwmaterialen zijn:
Koper (Cu): Hoge thermische geleidbaarheid, kosteneffectief;
Wolfraamkoper (WCu)/molybdeenkoper (MoCu): betere CTE-match met chips, biedt zowel sterkte als geleidbaarheid;
Aluminium Nitride (AlN): Uitstekende elektrische isolatie, geschikt voor hoogspanningstoepassingen.
③ Oppervlaktecontactkwaliteit
Oppervlakteruwheid, vlakheid en bevochtigbaarheid hebben een directe invloed op de warmteoverdrachtsefficiëntie. Polijsten en vergulden worden vaak gebruikt om de thermische contactprestaties te verbeteren.
④ Minimaliseren van het thermische pad
Het structurele ontwerp moet gericht zijn op het verkorten van het thermische pad tussen de chip en de heatsink. Vermijd onnodige tussenlagen van materiaal om de algehele warmteafvoer te verbeteren.
3. Toekomstige ontwikkelingsrichtingen
Met de aanhoudende trend richting miniaturisatie en hogere vermogensdichtheid, ontwikkelt de technologie voor contactgeleidingskoeling zich in de volgende richtingen:
① Meerlaagse composiet TIM's
Combineert metalen thermische geleiding met flexibele buffering om de interfaceweerstand te verminderen en de duurzaamheid van thermische cycli te verbeteren.
② Geïntegreerde koellichaamverpakking
Het ontwerpen van submounts en koellichamen als één geïntegreerde structuur om contactoppervlakken te verminderen en de warmteoverdrachtsefficiëntie op systeemniveau te verhogen.
③ Bionische structuuroptimalisatie
Het toepassen van microgestructureerde oppervlakken die natuurlijke warmteafvoermechanismen nabootsen, zoals ‘boomvormige geleiding’ of ‘schubvormige patronen’, om de thermische prestaties te verbeteren.
④ Intelligente thermische regeling
Dankzij temperatuursensoren en dynamische vermogensregeling wordt adaptief thermisch beheer mogelijk gemaakt, waardoor de levensduur van het apparaat wordt verlengd.
4. Conclusie
Voor laserdiodestaven met hoog vermogen is thermisch beheer niet alleen een technische uitdaging, maar ook een cruciale basis voor betrouwbaarheid. Contactgeleidingskoeling, met zijn efficiënte, beproefde en kosteneffectieve eigenschappen, blijft vandaag de dag een van de meest gangbare oplossingen voor warmteafvoer.
5. Over ons
Bij Lumispot bieden we diepgaande expertise in de verpakking van laserdiodes, evaluatie van thermisch beheer en materiaalkeuze. Onze missie is om hoogwaardige laseroplossingen met een lange levensduur te bieden, afgestemd op uw toepassingsbehoeften. Wilt u meer weten? Neem dan gerust contact op met ons team.
Plaatsingstijd: 23 juni 2025