Ahogy a nagy teljesítményű lézertechnológia gyorsan fejlődik, a lézerdióda rudak (LDB-k) széles körben elterjedtek az ipari feldolgozásban, az orvosi sebészetben, a LiDAR-ban és a tudományos kutatásban a nagy teljesítménysűrűségük és nagy fényerő-kibocsátásuk miatt. A lézerchipek növekvő integrációjával és üzemi áramával azonban a hőkezelési kihívások egyre hangsúlyosabbá válnak, amelyek közvetlenül befolyásolják a lézer teljesítménystabilitását és élettartamát.
A különféle hőkezelési stratégiák közül az érintkezővezetéses hűtés kiemelkedik a lézerdióda rudak tokozásának egyik legfontosabb és legszélesebb körben alkalmazott technikájaként, egyszerű szerkezetének és magas hővezető képességének köszönhetően. Ez a cikk a hőszabályozáshoz vezető „nyugodt út” alapelveit, főbb tervezési szempontjait, anyagválasztását és jövőbeli trendjeit vizsgálja.
1. Az érintkezővezetéses hűtés alapelvei
Ahogy a neve is sugallja, a kontaktvezetéses hűtés úgy működik, hogy közvetlen kapcsolatot hoz létre a lézerchip és a hűtőborda között, lehetővé téve a hatékony hőátadást a nagy hővezető képességű anyagokon keresztül, és a gyors hőelvezetést a külső környezetbe.
①The HeszikPath:
Egy tipikus lézerdióda rúdban a hőút a következő:
Chip → Forrasztóréteg → Alsó réteg (pl. réz vagy kerámia) → TEC (termoelektromos hűtő) vagy hűtőborda → Környezeti környezet
②Jellemzők:
Ennek a hűtési módszernek a jellemzői:
Koncentrált hőáramlás és rövid hőút, amely hatékonyan csökkenti a csatlakozási hőmérsékletet; Kompakt kialakítás, miniatürizált csomagoláshoz alkalmas; Passzív hővezetés, amely nem igényel komplex aktív hűtőhurkokat.
2. A hőteljesítmény fő tervezési szempontjai
A hatékony kontaktvezetéses hűtés biztosítása érdekében a készülék tervezése során a következő szempontokat kell gondosan figyelembe venni:
① Hőállóság a forrasztási felületen
A forrasztóréteg hővezető képessége kritikus szerepet játszik az általános hőállóságban. Nagy vezetőképességű fémeket, például AuSn ötvözetet vagy tiszta indiumot kell használni, és a forrasztóréteg vastagságát és egyenletességét szabályozni kell a hőgátak minimalizálása érdekében.
② Alsó tartó anyagának kiválasztása
A gyakori alátétanyagok a következők:
Réz (Cu): Magas hővezető képesség, költséghatékony;
Volfrámréz (WCu)/Molibdénréz (MoCu): Jobb hőtágulási együttható (CTE) a chipekkel, szilárdságot és vezetőképességet biztosítva;
Alumínium-nitrid (AlN): Kiváló elektromos szigetelés, alkalmas nagyfeszültségű alkalmazásokhoz.
③ Felületi érintkezési minőség
A felületi érdesség, sík felület és nedvesíthetőség közvetlenül befolyásolja a hőátadás hatékonyságát. A polírozást és az aranyozást gyakran alkalmazzák a hőérintkezési teljesítmény javítására.
④ A hőút minimalizálása
A szerkezeti tervezésnek a chip és a hűtőborda közötti hőút lerövidítésére kell törekednie. Kerülje a felesleges közbenső anyagrétegeket a hőelvezetés hatékonyságának javítása érdekében.
3. Jövőbeli fejlesztési irányok
A miniatürizálás és a nagyobb teljesítménysűrűség felé tartó folyamatos trenddel a kontaktvezetéses hűtési technológia a következő irányokban fejlődik:
① Többrétegű kompozit TIM-ek
A fémes hővezetés és a rugalmas pufferelés kombinációja a határfelületi ellenállás csökkentése és a hőciklus-állóság javítása érdekében.
② Integrált hűtőborda-csomagolás
Az alátétek és hűtőbordák egyetlen integrált szerkezetként való tervezése az érintkezési felületek csökkentése és a rendszerszintű hőátadási hatékonyság növelése érdekében.
③ Bionikus szerkezet optimalizálása
Mikrostrukturált felületek alkalmazása, amelyek utánozzák a természetes hőelvezetési mechanizmusokat – például a „faszerű hővezetést” vagy a „pikkelyszerű mintákat” – a hőteljesítmény javítása érdekében.
④ Intelligens hőszabályozás
Hőmérséklet-érzékelőket és dinamikus teljesítményszabályozást tartalmaz az adaptív hőkezelés érdekében, meghosszabbítva az eszköz üzemidejét.
4. Következtetés
A nagy teljesítményű lézerdióda rudak esetében a hőkezelés nem csupán technikai kihívás – ez a megbízhatóság kritikus alapja. A kontaktvezetéses hűtés hatékony, kiforrott és költséghatékony tulajdonságaival továbbra is az egyik legelterjedtebb megoldás a hőelvezetésre.
5. Rólunk
A Lumispotnál mélyreható szakértelemmel rendelkezünk a lézerdióda-tokolás, a hőkezelés értékelése és az anyagválasztás területén. Küldetésünk, hogy nagy teljesítményű, hosszú élettartamú lézeres megoldásokat kínáljunk, amelyek az Ön alkalmazási igényeire szabottak. Ha többet szeretne megtudni, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot.
Közzététel ideje: 2025. június 23.