Kontaktjuhtivuse jahutus: "rahulik tee" suure võimsusega laserdioodiriba rakenduste jaoks

Kuna suure võimsusega lasertehnoloogia areneb kiiresti, on laserdioodribad (LDB-d) oma suure võimsustiheduse ja suure heleduse tõttu laialdaselt kasutusel tööstuslikus töötlemises, meditsiinilises kirurgias, LiDAR-is ja teadusuuringutes. Laserkiipide suureneva integreerimise ja töövoolu tõttu muutuvad aga termilise haldamise probleemid üha olulisemaks, mõjutades otseselt laseri jõudluse stabiilsust ja eluiga.

Erinevate termilise juhtimise strateegiate seas paistab kontaktjuhtivusega jahutus silma kui üks olulisemaid ja laialdasemalt kasutatavaid tehnikaid laserdioodiribade pakkimisel tänu oma lihtsale struktuurile ja kõrgele soojusjuhtivusele. See artikkel uurib selle „rahuliku tee” termilise juhtimise suunas põhimõtteid, peamisi disainikaalutlusi, materjalivalikut ja tulevasi suundumusi.

1. Kontaktjuhtivuse jahutuse põhimõtted

Nagu nimigi ütleb, toimib kontaktjuhtivusega jahutus laserkiibi ja jahutusradiaatori vahelise otsese kontakti loomise teel, võimaldades tõhusat soojusülekannet läbi kõrge soojusjuhtivusega materjalide ja kiiret hajumist väliskeskkonda.

①The HsöömaPath:

Tüüpilises laserdioodribas on soojustee järgmine:
Kiip → Jootekiht → Aluskiht (nt vask või keraamika) → TEC (termoelektriline jahuti) või jahutusradiaator → Ümbritsev keskkond

②Omadused:

Sellel jahutusmeetodil on järgmised omadused:

Kontsentreeritud soojusvoog ja lühike termiline teekond, mis vähendavad tõhusalt ühenduskoha temperatuuri; Kompaktne disain, sobib miniatuurseks pakendamiseks; Passiivne juhtivus, mis ei vaja keerukaid aktiivseid jahutusahelaid.

2. Soojusliku jõudluse peamised projekteerimiskaalutlused

Tõhusa kontaktjuhtivuse jahutuse tagamiseks tuleb seadme projekteerimisel hoolikalt arvestada järgmiste aspektidega:

① Jooteliidese termiline takistus

Jootekihi soojusjuhtivus mängib üldise soojustakistuse seisukohalt kriitilist rolli. Kasutada tuleks suure juhtivusega metalle, näiteks AuSn-sulamit või puhast indiumi, ning jootekihi paksust ja ühtlust tuleks kontrollida, et minimeerida termilisi barjääre.

② Alusmaterjali valik

Levinud alusmaterjalide hulka kuuluvad:

Vask (Cu): kõrge soojusjuhtivus, kulutõhus;

Volframvask (WCu)/molübdeenvask (MoCu): Parem CTE-sobivus kiipidega, pakkudes nii tugevust kui ka juhtivust;

Alumiiniumnitriid (AlN): Suurepärane elektriisolatsioon, sobib kõrgepinge rakenduste jaoks.

③ Pinna kokkupuute kvaliteet

Pinna karedus, tasasus ja märguvus mõjutavad otseselt soojusülekande efektiivsust. Poleerimist ja kullamist kasutatakse sageli termilise kontakti parandamiseks.

④ Soojusliku tee minimeerimine

Konstruktsioonilise disaini eesmärk peaks olema lühendada kiibi ja jahutusradiaatori vahelist termilist teed. Vältige ebavajalikke vahematerjali kihte, et parandada üldist soojuseralduse efektiivsust.

3. Tulevased arengusuunad

Miniaturiseerimise ja suurema võimsustiheduse jätkuva suundumusega areneb kontaktjuhtivuse jahutustehnoloogia järgmistes suundades:

① Mitmekihilised komposiit-TIM-id

Metallilise soojusjuhtivuse ja paindliku puhverdamise kombineerimine liidese takistuse vähendamiseks ja termilise tsükli vastupidavuse parandamiseks.

② Integreeritud jahutusradiaatori pakend

Aluskinnituste ja jahutusradiaatorite projekteerimine ühtse integreeritud struktuurina, et vähendada kontaktliideseid ja suurendada süsteemi tasemel soojusülekande efektiivsust.

③ Bioonilise struktuuri optimeerimine

Soojusliku jõudluse parandamiseks rakendatakse mikrostruktuuriga pindu, mis jäljendavad looduslikke soojuse hajumise mehhanisme – näiteks „puulaadne juhtivus“ või „soojuslikud mustrid“.

4. Intelligentne termiline juhtimine

Sisaldab temperatuuriandureid ja dünaamilist võimsusjuhtimist adaptiivseks termiliseks haldamiseks, pikendades seadme tööiga.

4. Kokkuvõte

Suure võimsusega laserdioodribade puhul pole termiline haldamine ainult tehniline väljakutse – see on töökindluse kriitilise tähtsusega alus. Kontaktjuhtivusega jahutus oma tõhusate, küpsete ja kulutõhusate omadustega on tänapäeval üks peamisi jahutuslahendusi.

5. Meist

Lumispotis pakume laialdasi teadmisi laserdioodide pakendamise, termilise juhtimise hindamise ja materjalide valiku alal. Meie missiooniks on pakkuda teie rakenduse vajadustele kohandatud suure jõudlusega ja pika elueaga laserlahendusi. Kui soovite rohkem teada saada, võtke meie meeskonnaga ühendust.