No projeto e na fabricação de lasers semicondutores de alta potência, as barras de diodo laser atuam como unidades emissoras de luz centrais. Seu desempenho depende não apenas da qualidade intrínseca dos chips de laser, mas também, em grande parte, do processo de encapsulamento. Entre os vários componentes envolvidos no encapsulamento, os materiais de solda desempenham um papel vital como interface térmica e elétrica entre o chip e o dissipador de calor.
1. O papel da solda em barras de diodo laser
Barras de diodo laser normalmente integram múltiplos emissores, resultando em altas densidades de potência e rigorosos requisitos de gerenciamento térmico. Para obter dissipação de calor eficiente e estabilidade estrutural, os materiais de solda devem atender aos seguintes critérios:
① Alta condutividade térmica:
Garante transferência de calor eficiente do chip laser.
② Boa molhabilidade:
Proporciona uma ligação firme entre o chip e o substrato.
③ Ponto de fusão apropriado:
Evita refluxo ou degradação durante processamento ou operação subsequente.
④ Coeficiente de expansão térmica compatível (CTE):
Minimiza o estresse térmico no chip.
⑤ Excelente resistência à fadiga:
Prolonga a vida útil do dispositivo.
2. Tipos comuns de solda para embalagens de barras de laser
A seguir estão os três principais tipos de materiais de solda comumente usados na embalagem de barras de diodo laser:
①Liga de ouro-estanho (AuSn)
Propriedades:
Composição eutética de 80Au/20Sn com ponto de fusão de 280°C; alta condutividade térmica e resistência mecânica.
Vantagens:
Excelente estabilidade em altas temperaturas, longa vida útil à fadiga térmica, livre de contaminação orgânica, alta confiabilidade
Aplicações:
Sistemas de laser militares, aeroespaciais e industriais de ponta.
2Índio puro (In)
Propriedades:
Ponto de fusão de 157°C; macio e altamente maleável.
Vantagens:
Desempenho superior de ciclo térmico, baixo estresse no chip, ideal para proteger estruturas frágeis, adequado para requisitos de ligação de baixa temperatura
Limitações:
Propenso à oxidação; requer atmosfera inerte durante o processamento, menor resistência mecânica; não é ideal para aplicações de alta carga
3Sistemas de solda compostos (por exemplo, AuSn + In)
Estrutura:
Normalmente, o AuSn é usado abaixo do chip para uma fixação robusta, enquanto o In é aplicado na parte superior para melhor amortecimento térmico.
Vantagens:
Combina alta confiabilidade com alívio de estresse, melhora a durabilidade geral da embalagem e se adapta bem a diversos ambientes operacionais
3. Impacto da qualidade da solda no desempenho do dispositivo
A seleção do material de solda e o controle do processo afetam significativamente o desempenho eletro-óptico e a estabilidade de longo prazo dos dispositivos a laser:
| Fator de Solda | Impacto no dispositivo |
| Uniformidade da camada de solda | Afeta a distribuição de calor e a consistência da potência óptica |
| Índice de vazio | Maiores vazios levam ao aumento da resistência térmica e ao superaquecimento localizado |
| Pureza da liga | Influencia a estabilidade da fusão e a difusão intermetálica |
| Molhabilidade interfacial | Determina a resistência da ligação e a condutividade térmica da interface |
Em operação contínua de alta potência, mesmo pequenos defeitos na soldagem podem levar ao acúmulo térmico, resultando em degradação do desempenho ou falha do dispositivo. Portanto, selecionar solda de alta qualidade e implementar processos de soldagem precisos são fundamentais para alcançar um encapsulamento a laser de alta confiabilidade.
4. Tendências e desenvolvimentos futuros
À medida que as tecnologias de laser continuam a penetrar no processamento industrial, cirurgia médica, LiDAR e outros campos, os materiais de solda para embalagens de laser estão evoluindo nas seguintes direções:
①Soldagem em baixa temperatura:
Para integração com materiais termicamente sensíveis
2Solda sem chumbo:
Para atender à RoHS e outras regulamentações ambientais
3Materiais de interface térmica de alto desempenho (TIM):
Para reduzir ainda mais a resistência térmica
④Tecnologias de microssolda:
Para apoiar a miniaturização e a integração de alta densidade
5. Conclusão
Embora de pequeno volume, os materiais de solda são os conectores essenciais que garantem o desempenho e a confiabilidade dos dispositivos a laser de alta potência. Na embalagem de barras de diodo laser, a seleção da solda correta e a otimização do processo de colagem são essenciais para alcançar uma operação estável a longo prazo.
6. Sobre nós
A Lumispot está comprometida em fornecer aos clientes componentes e soluções de embalagem a laser profissionais e confiáveis. Com ampla experiência em seleção de materiais de solda, projeto de gerenciamento térmico e avaliação de confiabilidade, acreditamos que cada refinamento detalhado abre caminho para a excelência. Para mais informações sobre a tecnologia de embalagem a laser de alta potência, entre em contato conosco.
Horário da postagem: 07/07/2025