การทำความเย็นด้วยการนำสัมผัส: “เส้นทางที่สงบ” สำหรับการใช้งานแท่งไดโอดเลเซอร์กำลังสูง

ในขณะที่เทคโนโลยีเลเซอร์กำลังสูงยังคงพัฒนาอย่างรวดเร็ว เลเซอร์ไดโอดบาร์ (LDB) จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการแปรรูปทางอุตสาหกรรม การผ่าตัดทางการแพทย์ LiDAR และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีความหนาแน่นของกำลังสูงและให้ความสว่างสูง อย่างไรก็ตาม ด้วยกระแสการผสานรวมและการทำงานของชิปเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้น ความท้าทายในการจัดการความร้อนจึงยิ่งเด่นชัดขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อเสถียรภาพด้านประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเลเซอร์

ในบรรดากลยุทธ์การจัดการความร้อนที่หลากหลาย Contact Conduction Cooling ถือเป็นหนึ่งในเทคนิคที่สำคัญที่สุดและได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์แท่งไดโอดเลเซอร์ ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่ายและค่าการนำความร้อนสูง บทความนี้จะสำรวจหลักการ ข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญ การเลือกใช้วัสดุ และแนวโน้มในอนาคตของ "เส้นทางที่สงบ" สู่การควบคุมอุณหภูมิ

1. หลักการทำความเย็นด้วยการนำสัมผัส

ตามชื่อที่บ่งบอก การระบายความร้อนด้วยการนำสัมผัสจะทำงานโดยการสร้างการสัมผัสโดยตรงระหว่างชิปเลเซอร์และแผงระบายความร้อน ช่วยให้ถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูง และกระจายอย่างรวดเร็วสู่สภาพแวดล้อมภายนอก

①The HกินPอาธ:

ในแท่งไดโอดเลเซอร์ทั่วไป เส้นทางความร้อนจะเป็นดังนี้:
ชิป → ชั้นบัดกรี → ซับเมาท์ (เช่น ทองแดงหรือเซรามิก) → TEC (ตัวระบายความร้อนเทอร์โมอิเล็กทริก) หรือแผ่นระบายความร้อน → สภาพแวดล้อมโดยรอบ

②คุณสมบัติ:

วิธีการทำความเย็นนี้มีลักษณะดังนี้:

การไหลของความร้อนที่เข้มข้นและเส้นทางความร้อนที่สั้น ช่วยลดอุณหภูมิบริเวณรอยต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ การออกแบบที่กะทัดรัด เหมาะสำหรับการบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก การนำความร้อนแบบพาสซีฟ ไม่จำเป็นต้องใช้วงจรระบายความร้อนที่ซับซ้อน

2. ข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญสำหรับประสิทธิภาพการระบายความร้อน

เพื่อให้แน่ใจว่าการทำความเย็นด้วยการนำสัมผัสมีประสิทธิผล จำเป็นต้องพิจารณาประเด็นต่อไปนี้อย่างรอบคอบในระหว่างการออกแบบอุปกรณ์:

① ความต้านทานความร้อนที่อินเทอร์เฟซการบัดกรี

ค่าการนำความร้อนของชั้นบัดกรีมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อความต้านทานความร้อนโดยรวม ควรใช้โลหะที่มีค่าการนำความร้อนสูง เช่น โลหะผสม AuSn หรืออินเดียมบริสุทธิ์ และควรควบคุมความหนาและความสม่ำเสมอของชั้นบัดกรีเพื่อลดอุปสรรคทางความร้อนให้น้อยที่สุด

② การเลือกวัสดุซับเมาท์

วัสดุรองทั่วไปได้แก่:

ทองแดง (Cu): การนำความร้อนสูง คุ้มค่าต้นทุน

ทังสเตนทองแดง (WCu) / ทองแดงโมลิบดีนัม (MoCu): จับคู่ CTE ได้ดีกว่าด้วยชิป ซึ่งให้ทั้งความแข็งแกร่งและสภาพนำไฟฟ้า

อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN): มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูง

③ คุณภาพการสัมผัสพื้นผิว

ความหยาบ ความเรียบ และความสามารถในการเปียกของพื้นผิวส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน การขัดเงาและการชุบทองมักใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการสัมผัสความร้อน

④ การลดเส้นทางความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด

การออกแบบโครงสร้างควรมุ่งเน้นการลดระยะเส้นทางความร้อนระหว่างชิปและฮีตซิงก์ หลีกเลี่ยงชั้นวัสดุกลางที่ไม่จำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนโดยรวม

3. ทิศทางการพัฒนาในอนาคต

ด้วยแนวโน้มที่กำลังดำเนินไปในทิศทางการทำให้มีขนาดเล็กลงและความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น เทคโนโลยีการทำความเย็นด้วยการนำสัมผัสจึงพัฒนาไปในทิศทางต่อไปนี้:

① TIM แบบคอมโพสิตหลายชั้น

การผสมผสานการนำความร้อนแบบโลหะกับการบัฟเฟอร์แบบยืดหยุ่นเพื่อลดความต้านทานของอินเทอร์เฟซและปรับปรุงความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงความร้อน

② บรรจุภัณฑ์แผงระบายความร้อนแบบบูรณาการ

การออกแบบส่วนเสริมและแผงระบายความร้อนให้เป็นโครงสร้างรวมเดียวเพื่อลดอินเทอร์เฟซการสัมผัสและเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนในระดับระบบ

③ การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างไบโอนิค

การประยุกต์ใช้พื้นผิวที่มีโครงสร้างจุลภาคที่เลียนแบบกลไกการกระจายความร้อนตามธรรมชาติ เช่น "การนำความร้อนแบบต้นไม้" หรือ "รูปแบบคล้ายเกล็ด" เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน

④ การควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ

ผสานรวมเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและการควบคุมพลังงานแบบไดนามิกสำหรับการจัดการความร้อนแบบปรับตัว ช่วยยืดอายุการใช้งานการทำงานของอุปกรณ์

4. บทสรุป

สำหรับแท่งไดโอดเลเซอร์กำลังสูง การจัดการความร้อนไม่ใช่แค่ความท้าทายทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังเป็นรากฐานสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถืออีกด้วย ระบบระบายความร้อนแบบนำไฟฟ้าสัมผัส ด้วยคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพ ครบถ้วน และคุ้มค่า จึงยังคงเป็นหนึ่งในโซลูชันหลักสำหรับการระบายความร้อนในปัจจุบัน

5. เกี่ยวกับเรา

ที่ Lumispot เรามีความเชี่ยวชาญอย่างลึกซึ้งในการบรรจุเลเซอร์ไดโอด การประเมินการจัดการความร้อน และการเลือกใช้วัสดุ ภารกิจของเราคือการนำเสนอโซลูชันเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง อายุการใช้งานยาวนาน ที่ออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์การใช้งานของคุณโดยเฉพาะ หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม เรายินดีต้อนรับคุณให้ติดต่อทีมงานของเรา