संपर्क चालन शीतलन: उच्च-शक्ति लेजर डायोड बार अनुप्रयोगों के लिए "शांत मार्ग"

उच्च-शक्ति लेजर प्रौद्योगिकी में हो रही तीव्र प्रगति के कारण, लेजर डायोड बार (एलडीबी) का उपयोग औद्योगिक प्रसंस्करण, चिकित्सा शल्य चिकित्सा, लिडार और वैज्ञानिक अनुसंधान में व्यापक रूप से होने लगा है, क्योंकि इनमें उच्च शक्ति घनत्व और उच्च चमक होती है। हालांकि, लेजर चिप्स के बढ़ते एकीकरण और परिचालन धारा के साथ, तापीय प्रबंधन संबंधी चुनौतियां और भी अधिक महत्वपूर्ण होती जा रही हैं—जो लेजर की प्रदर्शन स्थिरता और जीवनकाल को सीधे प्रभावित करती हैं।

विभिन्न तापीय प्रबंधन रणनीतियों में से, कॉन्टैक्ट कंडक्शन कूलिंग लेजर डायोड बार पैकेजिंग में सबसे आवश्यक और व्यापक रूप से अपनाई जाने वाली तकनीकों में से एक है, इसकी सरल संरचना और उच्च तापीय चालकता के कारण। यह लेख तापीय नियंत्रण के इस "शांत मार्ग" के सिद्धांतों, प्रमुख डिजाइन संबंधी विचारों, सामग्री चयन और भविष्य के रुझानों का विश्लेषण करता है।

1. संपर्क चालन शीतलन के सिद्धांत

जैसा कि नाम से पता चलता है, संपर्क चालन शीतलन लेजर चिप और हीट सिंक के बीच सीधा संपर्क स्थापित करके काम करता है, जिससे उच्च तापीय चालकता वाली सामग्रियों के माध्यम से कुशल ऊष्मा स्थानांतरण और बाहरी वातावरण में तेजी से फैलाव संभव होता है।

①The HखाओPअथ:

एक सामान्य लेजर डायोड बार में, ऊष्मा का प्रवाह पथ इस प्रकार होता है:
चिप → सोल्डर परत → सबमाउंट (जैसे, तांबा या सिरेमिक) → टीईसी (थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर) या हीट सिंक → परिवेश

②विशेषताएँ:

इस शीतलन विधि की विशेषताएं इस प्रकार हैं:

केंद्रित ऊष्मा प्रवाह और छोटा तापीय पथ, जंक्शन तापमान को प्रभावी रूप से कम करता है; कॉम्पैक्ट डिज़ाइन, लघु पैकेजिंग के लिए उपयुक्त; निष्क्रिय चालन, जटिल सक्रिय शीतलन लूप की आवश्यकता नहीं होती है।

2. ऊष्मीय प्रदर्शन के लिए प्रमुख डिज़ाइन संबंधी विचार

प्रभावी संपर्क चालन शीतलन सुनिश्चित करने के लिए, उपकरण डिजाइन के दौरान निम्नलिखित पहलुओं पर सावधानीपूर्वक ध्यान देना आवश्यक है:

① सोल्डर इंटरफ़ेस पर तापीय प्रतिरोध

सोल्डर परत की तापीय चालकता समग्र तापीय प्रतिरोध में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। AuSn मिश्र धातु या शुद्ध इंडियम जैसी उच्च चालकता वाली धातुओं का उपयोग किया जाना चाहिए, और तापीय अवरोधों को कम करने के लिए सोल्डर परत की मोटाई और एकरूपता को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

② सबमाउंट सामग्री चयन

सामान्य सबमाउंट सामग्री में शामिल हैं:

तांबा (Cu): उच्च तापीय चालकता, किफायती;

टंगस्टन कॉपर (WCu)/मोलिब्डेनम कॉपर (MoCu): चिप्स के साथ बेहतर CTE मिलान, मजबूती और चालकता दोनों प्रदान करता है;

एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN): उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन, उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त।

③ सतह संपर्क गुणवत्ता

सतह की खुरदरापन, समतलता और गीलापन ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता को सीधे प्रभावित करते हैं। थर्मल संपर्क प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए अक्सर पॉलिशिंग और सोने की परत चढ़ाई जाती है।

④ तापीय पथ को न्यूनतम करना

संरचनात्मक डिजाइन का उद्देश्य चिप और हीट सिंक के बीच तापीय पथ को छोटा करना होना चाहिए। समग्र ताप अपव्यय दक्षता में सुधार के लिए अनावश्यक मध्यवर्ती सामग्री परतों से बचें।

3. भविष्य के विकास की दिशाएँ

लघुकरण और उच्च शक्ति घनत्व की ओर बढ़ते रुझान के साथ, संपर्क चालन शीतलन प्रौद्योगिकी निम्नलिखित दिशाओं में विकसित हो रही है:

① बहु-परत मिश्रित टीआईएम

इंटरफ़ेस प्रतिरोध को कम करने और थर्मल साइक्लिंग स्थायित्व को बेहतर बनाने के लिए धात्विक थर्मल चालन को लचीले बफरिंग के साथ संयोजित करना।

② एकीकृत हीट सिंक पैकेजिंग

सबमाउंट और हीट सिंक को एक एकीकृत संरचना के रूप में डिजाइन करना ताकि संपर्क इंटरफेस को कम किया जा सके और सिस्टम-स्तर पर ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता को बढ़ाया जा सके।

③ बायोनिक संरचना अनुकूलन

सूक्ष्म संरचना वाली सतहों का उपयोग करना जो प्राकृतिक ताप अपव्यय तंत्रों की नकल करती हैं—जैसे कि "वृक्ष जैसी चालन" या "पपड़ी जैसी आकृतियाँ"—तापीय प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए।

④ बुद्धिमान तापीय नियंत्रण

अनुकूली तापीय प्रबंधन के लिए तापमान सेंसर और गतिशील विद्युत नियंत्रण को शामिल करने से उपकरण का परिचालन जीवन बढ़ जाता है।

4. निष्कर्ष

उच्च-शक्ति वाले लेज़र डायोड बार के लिए, तापीय प्रबंधन केवल एक तकनीकी चुनौती नहीं है, बल्कि विश्वसनीयता के लिए एक महत्वपूर्ण आधार है। संपर्क चालन शीतलन, अपनी कुशल, विकसित और लागत-प्रभावी विशेषताओं के साथ, आज भी ऊष्मा अपव्यय के प्रमुख समाधानों में से एक है।

5. हमारे बारे में

लुमिस्पॉट में, हम लेजर डायोड पैकेजिंग, थर्मल मैनेजमेंट मूल्यांकन और सामग्री चयन में गहन विशेषज्ञता रखते हैं। हमारा उद्देश्य आपकी अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुरूप उच्च-प्रदर्शन और दीर्घकालिक लेजर समाधान प्रदान करना है। यदि आप अधिक जानकारी प्राप्त करना चाहते हैं, तो हम आपको हमारी टीम से संपर्क करने के लिए हार्दिक आमंत्रित करते हैं।