संपर्क चालन शीतलन: उच्च-शक्ति लेज़र डायोड बार अनुप्रयोगों के लिए "शांत पथ"

जैसे-जैसे उच्च-शक्ति लेज़र तकनीक तेज़ी से आगे बढ़ रही है, लेज़र डायोड बार (LDB) अपने उच्च शक्ति घनत्व और उच्च चमक आउटपुट के कारण औद्योगिक प्रसंस्करण, चिकित्सा शल्य चिकित्सा, LiDAR और वैज्ञानिक अनुसंधान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने लगे हैं। हालाँकि, लेज़र चिप्स के बढ़ते एकीकरण और संचालन प्रवाह के साथ, तापीय प्रबंधन चुनौतियाँ और भी प्रमुख होती जा रही हैं—जो लेज़र के प्रदर्शन, स्थिरता और जीवनकाल को सीधे प्रभावित कर रही हैं।

विभिन्न तापीय प्रबंधन रणनीतियों में से, संपर्क चालन शीतलन (कॉन्टैक्ट कंडक्शन कूलिंग) अपनी सरल संरचना और उच्च तापीय चालकता के कारण, लेज़र डायोड बार पैकेजिंग में सबसे आवश्यक और व्यापक रूप से अपनाई जाने वाली तकनीकों में से एक है। यह लेख तापीय नियंत्रण के इस "शांत मार्ग" के सिद्धांतों, प्रमुख डिज़ाइन विचारों, सामग्री चयन और भविष्य के रुझानों का अन्वेषण 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 ताप हस्तांतरण और बाहरी वातावरण में तेजी से अपव्यय संभव होता है।

1The HखाओPअथ:

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

2विशेषताएँ:

इस शीतलन विधि की विशेषताएं हैं:

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

2. थर्मल प्रदर्शन के लिए प्रमुख डिज़ाइन विचार

प्रभावी संपर्क चालन शीतलन सुनिश्चित करने के लिए, उपकरण डिजाइन के दौरान निम्नलिखित पहलुओं पर सावधानीपूर्वक ध्यान दिया जाना चाहिए:

① सोल्डर इंटरफ़ेस पर थर्मल प्रतिरोध

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

② सबमाउंट सामग्री चयन

सामान्य सबमाउंट सामग्रियों में शामिल हैं:

तांबा (Cu): उच्च तापीय चालकता, लागत प्रभावी;

टंगस्टन कॉपर (WCu)/मोलिब्डेनम कॉपर (MoCu): चिप्स के साथ बेहतर CTE मिलान, शक्ति 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। तापीय संपर्क प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए अक्सर पॉलिशिंग और गोल्ड प्लेटिंग का उपयोग किया जाता है।

④ थर्मल पथ को न्यूनतम करना

संरचनात्मक डिज़ाइन 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 चल रही प्रवृत्ति के साथ, संपर्क चालन शीतलन प्रौद्योगिकी निम्नलिखित दिशाओं में विकसित हो रही है:

① बहु-परत समग्र TIMs

इंटरफ़ेस प्रतिरोध को कम करने और थर्मल साइकलिंग स्थायित्व में सुधार करने के लिए लचीली बफरिंग के साथ धातु थर्मल चालन का संयोजन।

② एकीकृत हीट सिंक पैकेजिंग

संपर्क इंटरफेस को कम करने और सिस्टम-स्तरीय ताप हस्तांतरण दक्षता को बढ़ाने के लिए सबमाउंट और हीट सिंक को एक एकीकृत संरचना के रूप में डिजाइन करना।

③ बायोनिक संरचना अनुकूलन

थर्मल प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए प्राकृतिक ताप अपव्यय तंत्रों की नकल करने वाली सूक्ष्म संरचित सतहों को लागू करना - जैसे कि "वृक्ष-जैसी चालन" या "पैमाने-जैसी पैटर्न"।

④ बुद्धिमान थर्मल नियंत्रण

अनुकूली तापीय प्रबंधन के लिए तापमान सेंसर और गतिशील पावर नियंत्रण को शामिल करना, जिससे उपकरण का परिचालन जीवन बढ़ जाता है।

4. निष्कर्ष

उच्च-शक्ति वाले लेज़र डायोड बार के लिए, ताप प्रबंधन केवल एक तकनीकी चुनौती नहीं है—यह विश्वसनीयता का एक महत्वपूर्ण आधार है। संपर्क चालन शीतलन, अपनी कुशल, परिपक्व और लागत-प्रभावी विशेषताओं के साथ, आज भी ऊष्मा अपव्यय के लिए प्रमुख समाधानों में से एक बना हुआ है।

5. हमारे बारे में

लुमिस्पॉट में, हम लेज़र डायोड पैकेजिंग, थर्मल प्रबंधन मूल्यांकन और सामग्री चयन में गहन विशेषज्ञता प्रदान करते हैं। हमारा मिशन आपकी ज़रूरतों के अनुरूप उच्च-प्रदर्शन, दीर्घकालिक लेज़र समाधान प्रदान करना है। यदि आप अधिक जानकारी चाहते हैं, तो हमारी टीम से संपर्क करने के लिए आपका हार्दिक स्वागत है।