Припійні матеріали для лазерних діодних планок: критичний міст між продуктивністю та надійністю

У проектуванні та виробництві потужних напівпровідникових лазерів лазерні діодні стрижні слугують основними світловипромінювальними блоками. Їхня продуктивність залежить не лише від власної якості лазерних чіпів, але й значною мірою від процесу упаковки. Серед різних компонентів, що беруть участь в упаковці, припійні матеріали відіграють життєво важливу роль як тепловий та електричний інтерфейс між чіпом та радіатором.

1. Роль припою в лазерних діодних стрижнях

Лазерні діодні стрижні зазвичай інтегрують кілька випромінювачів, що призводить до високої щільності потужності та суворих вимог до терморегуляції. Для досягнення ефективного розсіювання тепла та структурної стабільності матеріали для припою повинні відповідати наступним критеріям:

① Висока теплопровідність:

Забезпечує ефективну передачу тепла від лазерного чіпа.

② Добра змочуваність:

Забезпечує щільне зчеплення між чіпом та підкладкою.

③ Відповідна температура плавлення:

Запобігає повторному розплавленню або деградації під час подальшої обробки або операції.

④ Сумісний коефіцієнт теплового розширення (КТР):

Мінімізує теплове навантаження на чіп.

⑤ Відмінна стійкість до втоми:

Подовжує термін служби пристрою.

2. Поширені типи припою для упаковки лазерних смуг

Нижче наведено три основні типи припоїв, які зазвичай використовуються в упаковці лазерних діодних планок:

①Золото-олов'яний сплав (AuSn)

Властивості:

Евтектичний склад 80Au/20Sn з температурою плавлення 280°C; висока теплопровідність та механічна міцність.

Переваги:

Відмінна стабільність при високих температурах, тривалий термін служби при термічній втомі, відсутність органічних забруднень, висока надійність

Застосування:

Військові, аерокосмічні та високоякісні промислові лазерні системи.

②Чистий індій (In)

Властивості:

Температура плавлення 157°C; м'який та дуже ковкий.

Переваги:

Чудова термоциклічна продуктивність, низьке навантаження на чіп, ідеально підходить для захисту крихких конструкцій, підходить для низькотемпературних вимог до склеювання

Обмеження:

Схильний до окислення; потребує інертної атмосфери під час обробки, має нижчу механічну міцність; не ідеально підходить для застосувань з високим навантаженням

③Композитні паяльні системи (наприклад, AuSn + In)

Структура:

Зазвичай AuSn використовується під чіпом для надійного кріплення, тоді як In наноситься зверху для покращеного теплового буферизації.

Переваги:

Поєднує високу надійність зі зняттям напруги, покращує загальну довговічність упаковки, добре адаптується до різних умов експлуатації

3. Вплив якості припою на продуктивність пристрою

Вибір матеріалу для припою та керування процесом суттєво впливають на електрооптичні характеристики та довготривалу стабільність лазерних пристроїв:

За умов безперервної роботи з високою потужністю навіть незначні дефекти паяння можуть призвести до перегріву, що призведе до погіршення продуктивності або виходу з ладу пристрою. Тому вибір високоякісного припою та впровадження точних процесів паяння є основоположними для досягнення високонадійної упаковки лазерів.

4. Майбутні тенденції та розвиток

Оскільки лазерні технології продовжують проникати в промислову обробку, медичну хірургію, LiDAR та інші галузі, припійні матеріали для лазерної упаковки розвиваються в таких напрямках:

①Низькотемпературне паяння:

Для інтеграції з термочутливими матеріалами

②Безсвинцевий припій:

Щоб відповідати RoHS та іншим екологічним нормам

③Високоефективні термоінтерфейсні матеріали (TIM):

Для подальшого зменшення теплового опору

④Технології мікропайки:

Для підтримки мініатюризації та інтеграції високої щільності

5. Висновок

Хоча припій має невеликий об'єм, він є критично важливими роз'ємами, що забезпечують продуктивність і надійність потужних лазерних пристроїв. При упаковці лазерних діодних планок вибір правильного припою та оптимізація процесу з'єднання є важливими для досягнення довготривалої стабільної роботи.

6. Про нас

Lumispot прагне надавати клієнтам професійні та надійні лазерні компоненти та рішення для пакування. Маючи великий досвід у виборі матеріалів для припою, проектуванні систем терморегуляції та оцінці надійності, ми вважаємо, що кожне вдосконалення до деталей прокладає шлях до досконалості. Щоб отримати додаткову інформацію про технологію пакування потужних лазерів, зв'яжіться з нами.