Καθώς η τεχνολογία λέιζερ υψηλής ισχύος συνεχίζει να εξελίσσεται ραγδαία, οι ράβδοι διόδου λέιζερ (LDB) έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στη βιομηχανική επεξεργασία, την ιατρική χειρουργική, το LiDAR και την επιστημονική έρευνα λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος και της υψηλής φωτεινότητας εξόδου. Ωστόσο, με την αυξανόμενη ενσωμάτωση και το ρεύμα λειτουργίας των τσιπ λέιζερ, οι προκλήσεις διαχείρισης θερμότητας γίνονται πιο έντονες, επηρεάζοντας άμεσα τη σταθερότητα απόδοσης και τη διάρκεια ζωής του λέιζερ.
Μεταξύ των διαφόρων στρατηγικών θερμικής διαχείρισης, η ψύξη με αγωγιμότητα επαφής ξεχωρίζει ως μία από τις πιο βασικές και ευρέως υιοθετημένες τεχνικές στη συσκευασία ράβδων διόδου λέιζερ, χάρη στην απλή δομή και την υψηλή θερμική αγωγιμότητά της. Αυτό το άρθρο διερευνά τις αρχές, τις βασικές παραμέτρους σχεδιασμού, την επιλογή υλικών και τις μελλοντικές τάσεις αυτής της «ήρεμης πορείας» προς τον θερμικό έλεγχο.
1. Αρχές Ψύξης Αγωγιμότητας Επαφής
Όπως υποδηλώνει το όνομα, η ψύξη με αγωγιμότητα επαφής λειτουργεί δημιουργώντας άμεση επαφή μεταξύ του τσιπ λέιζερ και μιας ψύκτρας, επιτρέποντας την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας μέσω υλικών υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και την ταχεία απαγωγή της στο εξωτερικό περιβάλλον.
①The HφάωPαθ:
Σε μια τυπική ράβδο διόδου λέιζερ, η διαδρομή θερμότητας έχει ως εξής:
Τσιπ → Στρώμα συγκόλλησης → Υποστήριγμα (π.χ., χαλκός ή κεραμικό) → TEC (Θερμοηλεκτρικός ψύκτης) ή ψύκτρα → Περιβάλλον περιβάλλοντος
②Χαρακτηριστικά:
Αυτή η μέθοδος ψύξης έχει τα εξής χαρακτηριστικά:
Συγκεντρωμένη ροή θερμότητας και σύντομη θερμική διαδρομή, που μειώνουν αποτελεσματικά τη θερμοκρασία των συνδέσεων. Συμπαγής σχεδιασμός, κατάλληλος για μικροσκοπικές συσκευασίες. Παθητική αγωγιμότητα, που δεν απαιτεί πολύπλοκους ενεργούς βρόχους ψύξης.
2. Βασικές παράμετροι σχεδιασμού για τη θερμική απόδοση
Για να διασφαλιστεί η αποτελεσματική ψύξη μέσω αγωγιμότητας επαφής, οι ακόλουθες πτυχές πρέπει να ληφθούν προσεκτικά υπόψη κατά τον σχεδιασμό της συσκευής:
① Θερμική αντίσταση στη διεπαφή συγκόλλησης
Η θερμική αγωγιμότητα του στρώματος συγκόλλησης παίζει κρίσιμο ρόλο στη συνολική θερμική αντίσταση. Θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μέταλλα υψηλής αγωγιμότητας όπως το κράμα AuSn ή το καθαρό ίνδιο, και το πάχος και η ομοιομορφία του στρώματος συγκόλλησης θα πρέπει να ελέγχονται για την ελαχιστοποίηση των θερμικών φραγμών.
② Επιλογή υλικού υποστήριξης
Τα συνηθισμένα υλικά υποστήριξης περιλαμβάνουν:
Χαλκός (Cu): Υψηλή θερμική αγωγιμότητα, οικονομικά αποδοτικός.
Χαλκός βολφραμίου (WCu)/Χαλκός μολυβδαινίου (MoCu): Καλύτερη αντιστοίχιση CTE με τα τσιπ, προσφέροντας τόσο αντοχή όσο και αγωγιμότητα.
Νιτρίδιο αργιλίου (AlN): Εξαιρετική ηλεκτρική μόνωση, κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής τάσης.
③ Ποιότητα επαφής επιφάνειας
Η τραχύτητα της επιφάνειας, η επιπεδότητα και η διαβρεξιμότητα επηρεάζουν άμεσα την απόδοση μεταφοράς θερμότητας. Η στίλβωση και η επιχρύσωση χρησιμοποιούνται συχνά για τη βελτίωση της απόδοσης θερμικής επαφής.
④ Ελαχιστοποίηση Θερμικής Διαδρομής
Ο δομικός σχεδιασμός θα πρέπει να στοχεύει στη μείωση της θερμικής διαδρομής μεταξύ του τσιπ και της ψύκτρας. Αποφύγετε τα περιττά ενδιάμεσα στρώματα υλικού για να βελτιώσετε τη συνολική απόδοση απαγωγής θερμότητας.
3. Μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης
Με τη συνεχιζόμενη τάση προς τη σμίκρυνση και την υψηλότερη πυκνότητα ισχύος, η τεχνολογία ψύξης με αγωγιμότητα επαφής εξελίσσεται προς τις ακόλουθες κατευθύνσεις:
① Πολυστρωματικά σύνθετα TIM
Συνδυάζοντας μεταλλική θερμική αγωγιμότητα με εύκαμπτη προσωρινή αποθήκευση για τη μείωση της αντίστασης της διεπαφής και τη βελτίωση της ανθεκτικότητας στον θερμικό κύκλο.
② Ενσωματωμένη συσκευασία ψύκτρας
Σχεδιασμός υποστηρίξεων και ψύκτρων ως ενιαία ολοκληρωμένη δομή για τη μείωση των διεπαφών επαφής και την αύξηση της απόδοσης μεταφοράς θερμότητας σε επίπεδο συστήματος.
③ Βελτιστοποίηση Βιονικής Δομής
Εφαρμογή μικροδομημένων επιφανειών που μιμούνται φυσικούς μηχανισμούς απαγωγής θερμότητας —όπως «αγωγιμότητα που μοιάζει με δέντρο» ή «μοτίβα που μοιάζουν με κλίμακα»— για τη βελτίωση της θερμικής απόδοσης.
④ Ευφυής Θερμικός Έλεγχος
Ενσωματώνοντας αισθητήρες θερμοκρασίας και δυναμικό έλεγχο ισχύος για προσαρμοστική θερμική διαχείριση, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής της συσκευής.
4. Συμπέρασμα
Για τις ράβδους διόδου λέιζερ υψηλής ισχύος, η θερμική διαχείριση δεν αποτελεί απλώς μια τεχνική πρόκληση - είναι ένα κρίσιμο θεμέλιο για την αξιοπιστία. Η ψύξη με αγωγιμότητα επαφής, με τα αποτελεσματικά, ώριμα και οικονομικά αποδοτικά χαρακτηριστικά της, παραμένει μια από τις κύριες λύσεις για την απαγωγή θερμότητας σήμερα.
5. Σχετικά με εμάς
Στη Lumispot, διαθέτουμε βαθιά εμπειρία στη συσκευασία διόδων λέιζερ, την αξιολόγηση θερμικής διαχείρισης και την επιλογή υλικών. Η αποστολή μας είναι να παρέχουμε λύσεις λέιζερ υψηλής απόδοσης και μεγάλης διάρκειας ζωής, προσαρμοσμένες στις ανάγκες της εφαρμογής σας. Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα, σας καλωσορίζουμε θερμά να επικοινωνήσετε με την ομάδα μας.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Ιουνίου 2025