Spajkalni materiali za laserske diodne palice: ključni most med zmogljivostjo in zanesljivostjo

Pri načrtovanju in izdelavi visokozmogljivih polprevodniških laserjev laserske diode služijo kot osrednje enote, ki oddajajo svetlobo. Njihova zmogljivost ni odvisna le od intrinzične kakovosti laserskih čipov, temveč tudi od procesa pakiranja. Med različnimi komponentami, ki sodelujejo pri pakiranju, imajo spajkalni materiali ključno vlogo kot toplotni in električni vmesnik med čipom in hladilnim telesom.

1. Vloga spajke v laserskih diodnih palicah

Laserske diodne palice običajno vključujejo več oddajnikov, kar ima za posledico visoko gostoto moči in stroge zahteve glede toplotnega upravljanja. Za doseganje učinkovitega odvajanja toplote in strukturne stabilnosti morajo spajkalni materiali izpolnjevati naslednja merila:

① Visoka toplotna prevodnost:

Zagotavlja učinkovit prenos toplote iz laserskega čipa.

② Dobra omočljivost:

Zagotavlja tesno vez med čipom in podlago.

③ Ustrezna tališča:

Preprečuje ponovno taljenje ali degradacijo med nadaljnjo obdelavo ali delovanjem.

④ Združljiv koeficient toplotnega raztezanja (CTE):

Zmanjša toplotno obremenitev čipa.

⑤ Odlična odpornost proti utrujenosti:

Podaljša življenjsko dobo naprave.

2. Pogoste vrste spajkalnikov za embalažo laserskih palic

Sledijo tri glavne vrste spajkalnih materialov, ki se običajno uporabljajo pri pakiranju laserskih diod:

①Zlitina zlata in kositra (AuSn)

Lastnosti:

Evtektična sestava 80Au/20Sn s tališčem 280 °C; visoka toplotna prevodnost in mehanska trdnost.

Prednosti:

Odlična stabilnost pri visokih temperaturah, dolga življenjska doba pri termični utrujenosti, brez organskih onesnaževalcev, visoka zanesljivost

Uporaba:

Vojaški, vesoljski in vrhunski industrijski laserski sistemi.

2Čisti indij (In)

Lastnosti:

Tališče 157 °C; mehko in zelo kovno.

Prednosti:

Vrhunska toplotnoizolacijska zmogljivost, nizka obremenitev čipa, idealno za zaščito krhkih struktur, primerno za nizke temperature lepljenja

Omejitve:

Nagnjen k oksidaciji; med obdelavo zahteva inertno atmosfero, nižja mehanska trdnost; ni idealen za uporabo pri visokih obremenitvah

3Kompozitni spajkalni sistemi (npr. AuSn + In)

Struktura:

Običajno se AuSn uporablja pod čipom za robustno pritrditev, medtem ko se In nanese na vrh za izboljšano toplotno zaščito.

Prednosti:

Združuje visoko zanesljivost z lajšanjem napetosti, izboljšuje splošno vzdržljivost embalaže in se dobro prilagaja različnim delovnim okoljem.

3. Vpliv kakovosti spajke na delovanje naprave

Izbira materiala za spajkanje in nadzor procesa pomembno vplivata na elektrooptično delovanje in dolgoročno stabilnost laserskih naprav:

Pri neprekinjenem delovanju z visoko močjo lahko že manjše napake pri spajkanju povzročijo kopičenje toplote, kar povzroči poslabšanje delovanja ali okvaro naprave. Zato sta izbira visokokakovostnega spajka in izvedba natančnih postopkov spajkanja bistvenega pomena za doseganje visoko zanesljive laserske embalaže.

4. Prihodnji trendi in razvoj

Ker laserske tehnologije še naprej prodirajo v industrijsko predelavo, medicinsko kirurgijo, LiDAR in druga področja, se spajkalni materiali za lasersko embalažo razvijajo v naslednjih smereh:

①Spajkanje pri nizki temperaturi:

Za integracijo s toplotno občutljivimi materiali

2Spajka brez svinca:

Za izpolnjevanje RoHS in drugih okoljskih predpisov

3Visokozmogljivi toplotnoizolacijski materiali (TIM):

Za dodatno zmanjšanje toplotne upornosti

4Tehnologije mikrospajkanja:

Za podporo miniaturizaciji in integraciji visoke gostote

5. Zaključek

Čeprav so spajkalni materiali majhni po prostornini, so ključni konektorji, ki zagotavljajo delovanje in zanesljivost visokozmogljivih laserskih naprav. Pri pakiranju laserskih diod sta izbira pravega spajka in optimizacija postopka spajanja bistvena za doseganje dolgoročno stabilnega delovanja.

6. O nas

Lumispot je zavezan k zagotavljanju profesionalnih in zanesljivih laserskih komponent in rešitev za pakiranje strankam. Z bogatimi izkušnjami pri izbiri spajkalnih materialov, načrtovanju toplotnega upravljanja in ocenjevanju zanesljivosti verjamemo, da vsaka podrobnost tlakuje pot do odličnosti. Za več informacij o tehnologiji pakiranja z visokozmogljivimi laserji nas prosimo kontaktirajte.