À medida que a tecnologia de laser de alta potência avança rapidamente, as Barras de Diodo Laser (LDBs) tornaram-se amplamente utilizadas em processamento industrial, cirurgia médica, LiDAR e pesquisa científica devido à sua alta densidade de potência e alto brilho. No entanto, com a crescente integração e corrente operacional dos chips de laser, os desafios de gerenciamento térmico estão se tornando mais proeminentes, impactando diretamente a estabilidade do desempenho e a vida útil do laser.
Dentre as diversas estratégias de gerenciamento térmico, o Resfriamento por Condução de Contato se destaca como uma das técnicas mais essenciais e amplamente adotadas em embalagens de barras de diodo laser, graças à sua estrutura simples e alta condutividade térmica. Este artigo explora os princípios, as principais considerações de projeto, a seleção de materiais e as tendências futuras desse "caminho tranquilo" para o controle térmico.
1. Princípios do resfriamento por condução de contato
Como o nome sugere, o resfriamento por condução de contato funciona estabelecendo contato direto entre o chip do laser e um dissipador de calor, permitindo transferência eficiente de calor por meio de materiais de alta condutividade térmica e rápida dissipação para o ambiente externo.
①The HcomerPath:
Em uma barra de diodo laser típica, o caminho do calor é o seguinte:
Chip → Camada de solda → Submontagem (por exemplo, cobre ou cerâmica) → TEC (resfriador termoelétrico) ou dissipador de calor → Ambiente
2Características:
Este método de resfriamento apresenta:
Fluxo de calor concentrado e caminho térmico curto, reduzindo efetivamente a temperatura da junção; Design compacto, adequado para embalagens miniaturizadas; Condução passiva, não exigindo circuitos complexos de resfriamento ativo.
2. Principais considerações de projeto para desempenho térmico
Para garantir um resfriamento eficaz por condução de contato, os seguintes aspectos devem ser cuidadosamente abordados durante o projeto do dispositivo:
① Resistência térmica na interface de solda
A condutividade térmica da camada de solda desempenha um papel crítico na resistência térmica geral. Metais de alta condutividade, como liga de AuSn ou índio puro, devem ser utilizados, e a espessura e a uniformidade da camada de solda devem ser controladas para minimizar as barreiras térmicas.
② Seleção de material de submontagem
Materiais comuns de submontagem incluem:
Cobre (Cu): Alta condutividade térmica, custo-benefício;
Cobre tungstênio (WCu)/cobre molibdênio (MoCu): melhor compatibilidade de CTE com chips, oferecendo resistência e condutividade;
Nitreto de Alumínio (AlN): Excelente isolamento elétrico, adequado para aplicações de alta tensão.
③ Qualidade de contato da superfície
A rugosidade, a planicidade e a molhabilidade da superfície afetam diretamente a eficiência da transferência de calor. Polimento e douramento são frequentemente utilizados para melhorar o desempenho do contato térmico.
④ Minimizando o caminho térmico
O projeto estrutural deve ter como objetivo encurtar o caminho térmico entre o chip e o dissipador de calor. Evite camadas intermediárias desnecessárias de material para melhorar a eficiência geral da dissipação de calor.
3. Direções de desenvolvimento futuro
Com a tendência contínua de miniaturização e maior densidade de potência, a tecnologia de resfriamento por condução de contato está evoluindo nas seguintes direções:
① TIMs compostos multicamadas
Combinando condução térmica metálica com buffer flexível para reduzir a resistência da interface e melhorar a durabilidade do ciclo térmico.
② Embalagem de dissipador de calor integrado
Projetar submontagens e dissipadores de calor como uma única estrutura integrada para reduzir interfaces de contato e aumentar a eficiência da transferência de calor no nível do sistema.
③ Otimização da Estrutura Biônica
Aplicação de superfícies microestruturadas que imitam mecanismos naturais de dissipação de calor — como “condução semelhante a uma árvore” ou “padrões semelhantes a escamas” — para melhorar o desempenho térmico.
④ Controle térmico inteligente
Incorporando sensores de temperatura e controle dinâmico de potência para gerenciamento térmico adaptativo, estendendo a vida útil operacional do dispositivo.
4. Conclusão
Para barras de diodo laser de alta potência, o gerenciamento térmico não é apenas um desafio técnico — é uma base crítica para a confiabilidade. O resfriamento por condução de contato, com suas características eficientes, maduras e econômicas, continua sendo uma das principais soluções para dissipação de calor atualmente.
5. Sobre nós
Na Lumispot, oferecemos ampla experiência em encapsulamento de diodos laser, avaliação de gerenciamento térmico e seleção de materiais. Nossa missão é fornecer soluções de laser de alto desempenho e longa vida útil, adaptadas às necessidades da sua aplicação. Se você quiser saber mais, entre em contato com nossa equipe.
Horário da publicação: 23/06/2025