Vật liệu hàn cho thanh diode laser: Cầu nối quan trọng giữa hiệu suất và độ tin cậy

Trong thiết kế và sản xuất laser bán dẫn công suất cao, các thanh diode laser đóng vai trò là bộ phận phát sáng cốt lõi. Hiệu suất của chúng không chỉ phụ thuộc vào chất lượng nội tại của chip laser mà còn phụ thuộc rất nhiều vào quy trình đóng gói. Trong số các thành phần khác nhau tham gia vào quá trình đóng gói, vật liệu hàn đóng vai trò quan trọng như một giao diện nhiệt và điện giữa chip và bộ tản nhiệt.

1. Vai trò của mối hàn trong thanh diode laser

Các thanh diode laser thường tích hợp nhiều bộ phát, dẫn đến mật độ công suất cao và yêu cầu quản lý nhiệt nghiêm ngặt. Để đạt được hiệu quả tản nhiệt và độ ổn định cấu trúc, vật liệu hàn phải đáp ứng các tiêu chí sau:

① Độ dẫn nhiệt cao:

Đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả từ chip laser.

② Khả năng thấm ướt tốt:

Tạo sự liên kết chặt chẽ giữa chip và chất nền.

③ Điểm nóng chảy thích hợp:

Ngăn ngừa hiện tượng chảy ngược hoặc thoái hóa trong quá trình xử lý hoặc vận hành tiếp theo.

④ Hệ số giãn nở nhiệt tương thích (CTE):

Giảm thiểu ứng suất nhiệt trên chip.

⑤ Khả năng chống mỏi tuyệt vời:

Kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

2. Các loại hàn thông dụng cho đóng gói thanh laser

Sau đây là ba loại vật liệu hàn chính thường được sử dụng trong đóng gói thanh diode laser:

①Hợp kim vàng-thiếc (AuSn)

Của cải:

Thành phần eutectic của 80Au/20Sn có điểm nóng chảy là 280°C; độ dẫn nhiệt và độ bền cơ học cao.

Thuận lợi:

Độ ổn định nhiệt độ cao tuyệt vời, tuổi thọ mỏi nhiệt dài, không có tạp chất hữu cơ, độ tin cậy cao

Ứng dụng:

Hệ thống laser quân sự, hàng không vũ trụ và công nghiệp cao cấp.

②Indi tinh khiết (In)

Của cải:

Điểm nóng chảy là 157°C; mềm và dễ uốn.

Thuận lợi:

Hiệu suất chu trình nhiệt vượt trội, ít gây ứng suất lên chip, lý tưởng để bảo vệ các cấu trúc dễ vỡ, phù hợp với yêu cầu liên kết ở nhiệt độ thấp

Hạn chế:

Dễ bị oxy hóa; cần môi trường trơ ​​trong quá trình xử lý, độ bền cơ học thấp hơn; không lý tưởng cho các ứng dụng tải trọng cao

③Hệ thống hàn tổng hợp (ví dụ: AuSn + In)

Kết cấu:

Thông thường, AuSn được sử dụng bên dưới chip để gắn kết chắc chắn, trong khi In được sử dụng ở trên cùng để tăng cường khả năng đệm nhiệt.

Thuận lợi:

Kết hợp độ tin cậy cao với khả năng giảm ứng suất, cải thiện độ bền tổng thể của bao bì, thích ứng tốt với nhiều môi trường hoạt động khác nhau

3. Tác động của chất lượng hàn đến hiệu suất thiết bị

Việc lựa chọn vật liệu hàn và kiểm soát quy trình ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất quang điện và độ ổn định lâu dài của thiết bị laser:

Trong điều kiện vận hành liên tục với công suất cao, ngay cả những khiếm khuyết nhỏ trong quá trình hàn cũng có thể dẫn đến tích tụ nhiệt, làm giảm hiệu suất hoặc hỏng thiết bị. Do đó, việc lựa chọn vật liệu hàn chất lượng cao và thực hiện quy trình hàn chính xác là yếu tố cơ bản để đạt được độ tin cậy cao trong đóng gói laser.

4. Xu hướng và phát triển trong tương lai

Khi công nghệ laser tiếp tục thâm nhập vào quá trình chế biến công nghiệp, phẫu thuật y tế, LiDAR và các lĩnh vực khác, vật liệu hàn cho bao bì laser đang phát triển theo các hướng sau:

①Hàn ở nhiệt độ thấp:

Để tích hợp với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt

②Hàn không chì:

Để đáp ứng RoHS và các quy định về môi trường khác

③Vật liệu giao diện nhiệt hiệu suất cao (TIM):

Để giảm thêm sức cản nhiệt

④Công nghệ hàn vi mô:

Để hỗ trợ thu nhỏ và tích hợp mật độ cao

5. Kết luận

Tuy có kích thước nhỏ, vật liệu hàn là đầu nối quan trọng đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị laser công suất cao. Trong quá trình đóng gói thanh diode laser, việc lựa chọn vật liệu hàn phù hợp và tối ưu hóa quy trình liên kết là rất quan trọng để đạt được hoạt động ổn định lâu dài.

6. Giới thiệu về chúng tôi

Lumispot cam kết cung cấp cho khách hàng các linh kiện laser và giải pháp đóng gói chuyên nghiệp và đáng tin cậy. Với kinh nghiệm dày dặn trong việc lựa chọn vật liệu hàn, thiết kế quản lý nhiệt và đánh giá độ tin cậy, chúng tôi tin rằng mọi sự tinh tế đến từng chi tiết đều mở đường cho sự hoàn hảo. Để biết thêm thông tin về công nghệ đóng gói laser công suất cao, vui lòng liên hệ với chúng tôi.