При проектировании и производстве мощных полупроводниковых лазеров лазерные диодные линейки служат основными светоизлучающими элементами. Их производительность зависит не только от качества самих лазерных чипов, но и в значительной степени от процесса корпусирования. Среди различных компонентов, используемых в корпусировании, припои играют важнейшую роль, обеспечивая тепловой и электрический интерфейс между чипом и радиатором.
1. Роль припоя в линейках лазерных диодов
Лазерные диодные линейки обычно содержат несколько излучателей, что обеспечивает высокую плотность мощности и строгие требования к терморегулированию. Для эффективного рассеивания тепла и структурной стабильности припойные материалы должны соответствовать следующим критериям:
① Высокая теплопроводность:
Обеспечивает эффективную передачу тепла от лазерного чипа.
② Хорошая смачиваемость:
Обеспечивает прочное соединение чипа с подложкой.
③ Соответствующая температура плавления:
Предотвращает оплавление или деградацию во время последующей обработки или эксплуатации.
④ Совместимый коэффициент теплового расширения (КТР):
Минимизирует тепловую нагрузку на чип.
⑤ Отличная усталостная прочность:
Продлевает срок службы устройства.
2. Распространенные типы припоя для корпусирования лазерных стержней
Ниже приведены три основных типа припойных материалов, обычно используемых при упаковке линеек лазерных диодов:
①Сплав золота и олова (AuSn)
Характеристики:
Эвтектический состав 80Au/20Sn с температурой плавления 280°С; высокая теплопроводность и механическая прочность.
Преимущества:
Отличная высокотемпературная стабильность, длительный срок службы при термической усталости, отсутствие органических загрязнений, высокая надежность
Приложения:
Военные, аэрокосмические и высокотехнологичные промышленные лазерные системы.
②Чистый индий (In)
Характеристики:
Температура плавления 157°C; мягкий и очень пластичный.
Преимущества:
Превосходные характеристики термоциклирования, низкая нагрузка на кристалл, идеально подходит для защиты хрупких структур, подходит для низкотемпературных условий склеивания
Ограничения:
Подвержен окислению; требует инертной атмосферы во время обработки, более низкая механическая прочность; не подходит для применения в условиях высоких нагрузок
③Композитные припойные системы (например, AuSn + In)
Структура:
Обычно AuSn используется под чипом для надежного крепления, а In наносится сверху для улучшенной тепловой буферизации.
Преимущества:
Сочетает в себе высокую надежность со снятием напряжений, повышает общую долговечность упаковки, хорошо адаптируется к различным условиям эксплуатации.
3. Влияние качества пайки на производительность устройства
Выбор материала припоя и контроль процесса существенно влияют на электрооптические характеристики и долговременную стабильность лазерных устройств:
| Фактор припоя | Воздействие на устройство |
| Равномерность слоя припоя | Влияет на распределение тепла и постоянство оптической мощности |
| Коэффициент пустотности | Увеличение пустот приводит к повышению термического сопротивления и локальному перегреву. |
| Чистота сплава | Влияет на стабильность плавления и интерметаллическую диффузию |
| Межфазная смачиваемость | Определяет прочность связи и теплопроводность интерфейса |
При непрерывной работе на высокой мощности даже незначительные дефекты пайки могут привести к перегреву, что может привести к снижению производительности или выходу устройства из строя. Поэтому выбор высококачественного припоя и применение точных процессов пайки имеют основополагающее значение для обеспечения высокой надёжности корпусирования лазеров.
4. Будущие тенденции и развитие
Поскольку лазерные технологии продолжают проникать в промышленную обработку, медицинскую хирургию, LiDAR и другие области, припойные материалы для корпусирования лазеров развиваются в следующих направлениях:
①Низкотемпературная пайка:
Для интеграции с термочувствительными материалами
②Бессвинцовый припой:
Соответствовать RoHS и другим экологическим нормам
③Высокоэффективные термоинтерфейсные материалы (TIM):
Для дальнейшего снижения теплового сопротивления
④Технологии микропайки:
Для поддержки миниатюризации и высокоплотной интеграции
5. Заключение
Несмотря на небольшой объём, припойные материалы играют ключевую роль в обеспечении производительности и надёжности мощных лазерных устройств. При упаковке лазерных диодных линеек выбор правильного припоя и оптимизация процесса пайки имеют решающее значение для обеспечения долговременной и стабильной работы.
6. О нас
Компания Lumispot стремится предоставлять своим клиентам профессиональные и надежные компоненты и решения для корпусирования лазеров. Обладая обширным опытом в выборе припойных материалов, проектировании систем терморегулирования и оценке надежности, мы убеждены, что каждое уточнение прокладывает путь к совершенству. Для получения дополнительной информации о технологии корпусирования высокомощных лазеров свяжитесь с нами.
Время публикации: 07 июля 2025 г.