Khi công nghệ laser công suất cao tiếp tục phát triển nhanh chóng, thanh diode laser (LDB) đã được sử dụng rộng rãi trong chế biến công nghiệp, phẫu thuật y tế, LiDAR và nghiên cứu khoa học nhờ mật độ công suất cao và độ sáng đầu ra lớn. Tuy nhiên, với sự tích hợp và dòng điện hoạt động ngày càng tăng của chip laser, những thách thức về quản lý nhiệt đang trở nên nổi bật hơn, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định hiệu suất và tuổi thọ của laser.
Trong số các chiến lược quản lý nhiệt khác nhau, Làm mát dẫn nhiệt tiếp xúc nổi bật là một trong những kỹ thuật thiết yếu và được áp dụng rộng rãi nhất trong đóng gói thanh diode laser, nhờ cấu trúc đơn giản và độ dẫn nhiệt cao. Bài viết này khám phá các nguyên tắc, cân nhắc thiết kế chính, lựa chọn vật liệu và xu hướng tương lai của "con đường bình tĩnh" này hướng đến kiểm soát nhiệt.
1. Nguyên lý làm mát dẫn nhiệt tiếp xúc
Đúng như tên gọi, làm mát dẫn nhiệt tiếp xúc hoạt động bằng cách thiết lập tiếp xúc trực tiếp giữa chip laser và bộ tản nhiệt, cho phép truyền nhiệt hiệu quả qua các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao và tản nhiệt nhanh ra môi trường bên ngoài.
①The HănPath:
Trong một thanh diode laser thông thường, đường dẫn nhiệt như sau:
Chip → Lớp hàn → Đế gắn (ví dụ: đồng hoặc gốm) → TEC (Bộ làm mát nhiệt điện) hoặc Tản nhiệt → Môi trường xung quanh
②Đặc trưng:
Phương pháp làm mát này có đặc điểm:
Dòng nhiệt tập trung và đường dẫn nhiệt ngắn, giúp giảm nhiệt độ mối nối hiệu quả; Thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với bao bì thu nhỏ; Dẫn nhiệt thụ động, không yêu cầu vòng làm mát chủ động phức tạp.
2. Những cân nhắc thiết kế chính cho hiệu suất nhiệt
Để đảm bảo làm mát tiếp xúc hiệu quả, các khía cạnh sau đây phải được xử lý cẩn thận trong quá trình thiết kế thiết bị:
① Khả năng chịu nhiệt tại giao diện hàn
Độ dẫn nhiệt của lớp hàn đóng vai trò quan trọng trong tổng điện trở nhiệt. Nên sử dụng kim loại có độ dẫn nhiệt cao như hợp kim AuSn hoặc indi nguyên chất, đồng thời kiểm soát độ dày và độ đồng đều của lớp hàn để giảm thiểu rào cản nhiệt.
② Lựa chọn vật liệu lắp ghép
Vật liệu gắn phụ thông thường bao gồm:
Đồng (Cu): Độ dẫn nhiệt cao, tiết kiệm chi phí;
Đồng Vonfram (WCu)/Đồng Molypden (MoCu): CTE phù hợp hơn với chip, mang lại cả độ bền và độ dẫn điện;
Nhôm nitride (AlN): Cách điện tuyệt vời, thích hợp cho các ứng dụng điện áp cao.
③ Chất lượng tiếp xúc bề mặt
Độ nhám, độ phẳng và khả năng thấm ướt bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt. Đánh bóng và mạ vàng thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất tiếp xúc nhiệt.
④ Giảm thiểu đường dẫn nhiệt
Thiết kế cấu trúc nên hướng đến việc rút ngắn đường dẫn nhiệt giữa chip và bộ tản nhiệt. Tránh các lớp vật liệu trung gian không cần thiết để cải thiện hiệu suất tản nhiệt tổng thể.
3. Hướng phát triển trong tương lai
Với xu hướng ngày càng thu nhỏ và mật độ công suất cao hơn, công nghệ làm mát dẫn nhiệt tiếp xúc đang phát triển theo các hướng sau:
① TIM tổng hợp nhiều lớp
Kết hợp khả năng dẫn nhiệt bằng kim loại với lớp đệm linh hoạt để giảm điện trở giao diện và cải thiện độ bền chu kỳ nhiệt.
② Bao bì tản nhiệt tích hợp
Thiết kế các giá đỡ phụ và bộ tản nhiệt thành một cấu trúc tích hợp duy nhất để giảm giao diện tiếp xúc và tăng hiệu quả truyền nhiệt ở cấp độ hệ thống.
③ Tối ưu hóa cấu trúc sinh học
Áp dụng các bề mặt có cấu trúc vi mô mô phỏng cơ chế tản nhiệt tự nhiên—chẳng hạn như “dẫn nhiệt theo kiểu cây” hoặc “kiểu dạng vảy”—để tăng cường hiệu suất nhiệt.
④ Kiểm soát nhiệt độ thông minh
Kết hợp cảm biến nhiệt độ và điều khiển công suất động để quản lý nhiệt độ thích ứng, kéo dài tuổi thọ hoạt động của thiết bị.
4. Kết luận
Đối với các thanh diode laser công suất cao, quản lý nhiệt không chỉ là một thách thức kỹ thuật mà còn là nền tảng quan trọng cho độ tin cậy. Làm mát dẫn nhiệt tiếp xúc, với các đặc tính hiệu quả, tiên tiến và tiết kiệm chi phí, vẫn là một trong những giải pháp tản nhiệt chủ đạo hiện nay.
5. Giới thiệu về chúng tôi
Tại Lumispot, chúng tôi sở hữu chuyên môn sâu rộng về đóng gói diode laser, đánh giá quản lý nhiệt và lựa chọn vật liệu. Sứ mệnh của chúng tôi là cung cấp các giải pháp laser hiệu suất cao, tuổi thọ cao, phù hợp với nhu cầu ứng dụng của bạn. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm, chúng tôi nồng nhiệt chào đón bạn liên hệ với đội ngũ của chúng tôi.
Thời gian đăng: 23-06-2025