مواد لحیم برای میله‌های دیود لیزری: پل حیاتی بین عملکرد و قابلیت اطمینان

در طراحی و ساخت لیزرهای نیمه‌هادی پرقدرت، میله‌های دیود لیزری به عنوان واحدهای اصلی ساطع‌کننده نور عمل می‌کنند. عملکرد آنها نه تنها به کیفیت ذاتی تراشه‌های لیزری، بلکه به شدت به فرآیند بسته‌بندی نیز بستگی دارد. در میان اجزای مختلف دخیل در بسته‌بندی، مواد لحیم‌کاری نقش حیاتی به عنوان رابط حرارتی و الکتریکی بین تراشه و هیت سینک ایفا می‌کنند.

۱. نقش لحیم در میله‌های دیود لیزری

میله‌های دیود لیزری معمولاً چندین ساطع‌کننده را در خود جای می‌دهند که منجر به چگالی توان بالا و الزامات سختگیرانه مدیریت حرارتی می‌شود. برای دستیابی به اتلاف حرارت کارآمد و پایداری ساختاری، مواد لحیم‌کاری باید معیارهای زیر را داشته باشند:

① رسانایی حرارتی بالا:

انتقال حرارت کارآمد از تراشه لیزر را تضمین می‌کند.

② قابلیت خیس شدن خوب:

پیوند محکمی بین تراشه و زیرلایه ایجاد می‌کند.

③ نقطه ذوب مناسب:

از جریان مجدد یا تخریب در طول پردازش یا عملیات بعدی جلوگیری می‌کند.

④ ضریب انبساط حرارتی سازگار (CTE):

تنش حرارتی روی تراشه را به حداقل می‌رساند.

⑤ مقاومت عالی در برابر خستگی:

عمر مفید دستگاه را افزایش می‌دهد.

۲. انواع رایج لحیم برای بسته‌بندی نوار لیزری

سه نوع اصلی از مواد لحیم‌کاری که معمولاً در بسته‌بندی میله‌های دیود لیزری استفاده می‌شوند، در زیر آمده است:

۱. (۱)آلیاژ طلا-قلع (AuSn)

خواص:

ترکیب یوتکتیک 80Au/20Sn با نقطه ذوب 280 درجه سانتیگراد؛ رسانایی حرارتی بالا و استحکام مکانیکی.

مزایا:

پایداری عالی در دمای بالا، عمر خستگی حرارتی طولانی، عاری از آلودگی آلی، قابلیت اطمینان بالا

کاربردها:

سیستم‌های لیزری نظامی، هوافضا و صنعتی پیشرفته.

②ایندیم خالص (ایندیم)

خواص:

نقطه ذوب ۱۵۷ درجه سانتیگراد؛ نرم و بسیار چکش‌خوار.

مزایا:

عملکرد عالی در چرخه حرارتی، فشار کم روی تراشه، ایده‌آل برای محافظت از سازه‌های شکننده، مناسب برای الزامات اتصال در دمای پایین

محدودیت‌ها:

مستعد اکسیداسیون؛ در طول فرآیند به اتمسفر خنثی نیاز دارد، استحکام مکانیکی کمتری دارد؛ برای کاربردهای با بار زیاد ایده‌آل نیست

۳. (۳)سیستم‌های لحیم‌کاری کامپوزیتی (مثلاً AuSn + In)

ساختار:

معمولاً AuSn برای اتصال قوی در زیر تراشه استفاده می‌شود، در حالی که In برای بافر حرارتی بهتر در بالا اعمال می‌شود.

مزایا:

قابلیت اطمینان بالا را با کاهش تنش ترکیب می‌کند، دوام کلی بسته‌بندی را بهبود می‌بخشد، به خوبی با محیط‌های عملیاتی متنوع سازگار می‌شود

۳. تأثیر کیفیت لحیم بر عملکرد دستگاه

انتخاب مواد لحیم‌کاری و کنترل فرآیند به طور قابل توجهی بر عملکرد الکترواپتیکی و پایداری طولانی مدت دستگاه‌های لیزر تأثیر می‌گذارد:

در شرایط کار مداوم با توان بالا، حتی نقص‌های جزئی در لحیم‌کاری می‌تواند منجر به افزایش دما و در نتیجه تخریب عملکرد یا خرابی دستگاه شود. بنابراین، انتخاب لحیم با کیفیت بالا و اجرای فرآیندهای لحیم‌کاری دقیق برای دستیابی به بسته‌بندی لیزری با قابلیت اطمینان بالا ضروری است.

۴. روندها و توسعه‌های آینده

همچنان که فناوری‌های لیزر به نفوذ خود در پردازش‌های صنعتی، جراحی پزشکی، لیدار و سایر زمینه‌ها ادامه می‌دهند، مواد لحیم برای بسته‌بندی لیزری در جهات زیر در حال تکامل هستند:

۱. (۱)لحیم کاری در دمای پایین:

برای ادغام با مواد حساس به حرارت

②لحیم بدون سرب:

برای رعایت RoHS و سایر مقررات زیست محیطی

۳. (۳)مواد رابط حرارتی با کارایی بالا (TIM):

برای کاهش بیشتر مقاومت حرارتی

④فناوری‌های میکرولحیم‌کاری:

برای پشتیبانی از کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی با چگالی بالا

۵. نتیجه‌گیری

اگرچه حجم کمی دارند، اما مواد لحیم‌کاری، اتصالات حیاتی هستند که عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه‌های لیزر پرقدرت را تضمین می‌کنند. در بسته‌بندی میله‌های دیود لیزر، انتخاب لحیم مناسب و بهینه‌سازی فرآیند اتصال برای دستیابی به عملکرد پایدار درازمدت ضروری است.

۶. درباره ما

لومیس‌اسپات متعهد به ارائه قطعات لیزری حرفه‌ای و قابل اعتماد و راه‌حل‌های بسته‌بندی به مشتریان است. با تجربه گسترده در انتخاب مواد لحیم‌کاری، طراحی مدیریت حرارتی و ارزیابی قابلیت اطمینان، ما معتقدیم که هر اصلاح جزئی، راه را برای تعالی هموار می‌کند. برای اطلاعات بیشتر در مورد فناوری بسته‌بندی لیزری پرقدرت، با ما تماس بگیرید.