A mesura que la tecnologia làser d'alta potència continua avançant ràpidament, les barres de díode làser (LDB) s'han utilitzat àmpliament en el processament industrial, la cirurgia mèdica, el LiDAR i la investigació científica a causa de la seva alta densitat de potència i la seva alta brillantor. Tanmateix, amb la creixent integració i el corrent de funcionament dels xips làser, els reptes de la gestió tèrmica són cada cop més importants, cosa que afecta directament l'estabilitat del rendiment i la vida útil del làser.
Entre diverses estratègies de gestió tèrmica, el refredament per conducció de contacte destaca com una de les tècniques més essencials i àmpliament adoptades en l'embalatge de barres de díodes làser, gràcies a la seva estructura senzilla i la seva alta conductivitat tèrmica. Aquest article explora els principis, les consideracions clau de disseny, la selecció de materials i les tendències futures d'aquest "camí tranquil" cap al control tèrmic.
1. Principis del refredament per conducció de contacte
Com el seu nom indica, el refredament per conducció de contacte funciona establint contacte directe entre el xip làser i un dissipador de calor, permetent una transferència de calor eficient a través de materials d'alta conductivitat tèrmica i una dissipació ràpida a l'entorn extern.
1.The HmenjarPath:
En una barra de díode làser típica, la trajectòria tèrmica és la següent:
Xip → Capa de soldadura → Submuntatge (per exemple, coure o ceràmica) → TEC (Refrigerador termoelèctric) o dissipador de calor → Entorn ambiental
2.Característiques:
Aquest mètode de refrigeració té les característiques següents:
Flux de calor concentrat i recorregut tèrmic curt, que redueixen eficaçment la temperatura de la unió; Disseny compacte, adequat per a envasos miniaturitzats; Conducció passiva, que no requereix bucles de refrigeració actius complexos.
2. Consideracions clau de disseny per al rendiment tèrmic
Per garantir un refredament eficaç per conducció de contacte, cal tenir en compte acuradament els aspectes següents durant el disseny del dispositiu:
① Resistència tèrmica a la interfície de soldadura
La conductivitat tèrmica de la capa de soldadura juga un paper crític en la resistència tèrmica general. S'han d'utilitzar metalls d'alta conductivitat com l'aliatge AuSn o l'indi pur, i s'ha de controlar el gruix i la uniformitat de la capa de soldadura per minimitzar les barreres tèrmiques.
② Selecció de material de submuntatge
Els materials comuns de submount inclouen:
Coure (Cu): Alta conductivitat tèrmica, rendible;
Coure de tungstè (WCu)/Coure de molibdè (MoCu): Millor coincidència del CTE amb les estelles, oferint tant resistència com conductivitat;
Nitrur d'alumini (AlN): Excel·lent aïllament elèctric, adequat per a aplicacions d'alta tensió.
③ Qualitat de contacte superficial
La rugositat, la planitud i la mullabilitat de la superfície afecten directament l'eficiència de la transferència de calor. El poliment i el recobriment d'or s'utilitzen sovint per millorar el rendiment del contacte tèrmic.
④ Minimitzar la trajectòria tèrmica
El disseny estructural hauria de tenir com a objectiu escurçar el camí tèrmic entre el xip i el dissipador de calor. Eviteu capes de material intermèdies innecessàries per millorar l'eficiència general de dissipació de calor.
3. Direccions de desenvolupament futur
Amb la tendència contínua cap a la miniaturització i una major densitat de potència, la tecnologia de refrigeració per conducció de contacte està evolucionant en les següents direccions:
① TIM compostos multicapa
Combinant la conducció tèrmica metàl·lica amb un amortiment flexible per reduir la resistència de la interfície i millorar la durabilitat del cicle tèrmic.
② Embalatge de dissipador de calor integrat
Disseny de submounts i dissipadors de calor com una única estructura integrada per reduir les interfícies de contacte i augmentar l'eficiència de la transferència de calor a nivell de sistema.
③ Optimització de l'estructura biònica
Aplicar superfícies microestructurades que imiten mecanismes naturals de dissipació de calor, com ara la "conducció en forma d'arbre" o els "patrons en forma d'escates", per millorar el rendiment tèrmic.
④ Control tèrmic intel·ligent
Incorpora sensors de temperatura i control dinàmic de potència per a una gestió tèrmica adaptativa, allargant la vida útil del dispositiu.
4. Conclusió
Per a les barres de díodes làser d'alta potència, la gestió tèrmica no és només un repte tècnic, sinó una base fonamental per a la fiabilitat. El refredament per conducció de contacte, amb les seves característiques eficients, madures i rendibles, continua sent una de les solucions principals per a la dissipació de calor actualment.
5. Sobre nosaltres
A Lumispot, tenim una àmplia experiència en l'embalatge de díodes làser, l'avaluació de la gestió tèrmica i la selecció de materials. La nostra missió és proporcionar solucions làser d'alt rendiment i llarga vida útil adaptades a les necessitats de la vostra aplicació. Si voleu obtenir més informació, us convidem a posar-vos en contacte amb el nostre equip.
Data de publicació: 23 de juny de 2025