Лемни материјали за ласерске диодне шипке: критични мост између перформанси и поузданости

У пројектовању и производњи снажних полупроводничких ласера, ласерске диоде служе као основне јединице које емитују светлост. Њихове перформансе не зависе само од суштинског квалитета ласерских чипова, већ и у великој мери од процеса паковања. Међу различитим компонентама укљученим у паковање, материјали за лемљење играју виталну улогу као термички и електрични интерфејс између чипа и хладњака.

1. Улога лема у ласерским диодним шипкама

Ласерске диодне шипке обично интегришу више емитера, што резултира високом густином снаге и строгим захтевима за управљање топлотом. Да би се постигло ефикасно одвођење топлоте и структурна стабилност, материјали за лемљење морају да испуњавају следеће критеријуме:

① Висока топлотна проводљивост:

Обезбеђује ефикасан пренос топлоте са ласерског чипа.

② Добра влажност:

Обезбеђује чврсту везу између чипа и подлоге.

③ Одговарајућа тачка топљења:

Спречава поновно плављење или деградацију током накнадне обраде или рада.

④ Компатибилни коефицијент термичког ширења (CTE):

Минимизира термички стрес на чипу.

⑤ Одлична отпорност на замор:

Продужава век трајања уређаја.

2. Уобичајене врсте лема за паковање ласерских шипки

Следе три главне врсте материјала за лемљење које се обично користе у паковању ласерских диода:

①Легура злата и калаја (AuSn)

Својства:

Еутектички састав 80Au/20Sn са тачком топљења од 280°C; висока топлотна проводљивост и механичка чврстоћа.

Предности:

Одлична стабилност на високим температурама, дуг век трајања отпорности на термички замор, без органске контаминације, висока поузданост

Примене:

Војни, ваздухопловни и врхунски индустријски ласерски системи.

2Чисти индијум (In)

Својства:

Тачка топљења од 157°C; меко и веома савитљиво.

Предности:

Врхунске перформансе термичког циклуса, ниско напрезање на чипу, идеално за заштиту крхких структура, погодно за захтеве лепљења на ниским температурама

Ограничења:

Склон оксидацији; захтева инертну атмосферу током обраде, мању механичку чврстоћу; није идеалан за примене са великим оптерећењем

3Композитни системи лемљења (нпр. AuSn + In)

Структура:

Типично, AuSn се користи испод чипа за робусно причвршћивање, док се In наноси на врх ради побољшаног термичког пуферовања.

Предности:

Комбинује високу поузданост са ублажавањем напрезања, побољшава укупну издржљивост паковања, добро се прилагођава различитим радним окружењима

3. Утицај квалитета лема на перформансе уређаја

Избор материјала за лемљење и контрола процеса значајно утичу на електрооптичке перформансе и дугорочну стабилност ласерских уређаја:

При континуираном раду са великом снагом, чак и мањи недостаци у лемљењу могу довести до накупљања топлоте, што резултира смањењем перформанси или кваром уређаја. Стога је избор висококвалитетног лема и примена прецизних процеса лемљења од суштинског значаја за постизање високо поузданог паковања ласера.

4. Будући трендови и развој

Како ласерске технологије настављају да продиру у индустријску обраду, медицинску хирургију, LiDAR и друге области, материјали за лемљење за ласерско паковање се развијају у следећим правцима:

①Лемљење на ниској температури:

За интеграцију са термички осетљивим материјалима

2Лем без олова:

Да би се испунили RoHS и други прописи о заштити животне средине

3Високоперформансни термички интерфејсни материјали (TIM):

Да би се додатно смањила термичка отпорност

④Технологије микролемљења:

Да би се подржала минијатуризација и интеграција високе густине

5. Закључак

Иако мале запремине, материјали за лемљење су кључни конектори који обезбеђују перформансе и поузданост ласерских уређаја велике снаге. Приликом паковања ласерских диодних шипки, избор правог лема и оптимизација процеса спајања су неопходни за постизање дугорочно стабилног рада.

6. О нама

Лумиспот је посвећен пружању купцима професионалних и поузданих ласерских компоненти и решења за паковање. Са богатим искуством у избору материјала за лемљење, дизајну термичког управљања и процени поузданости, верујемо да свако детаљно усавршавање отвара пут ка изврсности. За више информација о технологији паковања ласерима велике снаге, слободно нас контактирајте.