Avec les progrès rapides de la technologie laser haute puissance, les barrettes de diodes laser (LDB) sont largement utilisées dans les procédés industriels, la chirurgie médicale, le LiDAR et la recherche scientifique grâce à leur forte densité de puissance et leur luminosité élevée. Cependant, l'intégration et l'intensité croissantes des puces laser accentuent les défis liés à la gestion thermique, ce qui impacte directement la stabilité des performances et la durée de vie du laser.
Parmi les différentes stratégies de gestion thermique, le refroidissement par conduction de contact (CCR) se distingue comme l'une des techniques les plus essentielles et les plus répandues dans le conditionnement des barrettes de diodes laser, grâce à sa structure simple et à sa conductivité thermique élevée. Cet article explore les principes, les principaux critères de conception, le choix des matériaux et les perspectives d'avenir de cette méthode éprouvée de contrôle thermique.
1. Principes du refroidissement par conduction de contact
Comme son nom l'indique, le refroidissement par conduction de contact fonctionne en établissant un contact direct entre la puce laser et un dissipateur thermique, permettant un transfert de chaleur efficace grâce à des matériaux à haute conductivité thermique et une dissipation rapide vers l'environnement extérieur.
①The HmangerPath:
Dans une barrette de diodes laser typique, le trajet de la chaleur est le suivant :
Puce → Couche de soudure → Sous-couche (ex. : cuivre ou céramique) → Module thermoélectrique (TEC) ou dissipateur thermique → Environnement ambiant
②Caractéristiques:
Cette méthode de refroidissement présente les caractéristiques suivantes :
Flux de chaleur concentré et trajet thermique court, réduisant efficacement la température de jonction ; conception compacte, adaptée aux boîtiers miniaturisés ; conduction passive, ne nécessitant pas de boucles de refroidissement actives complexes.
2. Principaux éléments à prendre en compte lors de la conception pour les performances thermiques
Pour garantir un refroidissement efficace par conduction de contact, les aspects suivants doivent être soigneusement pris en compte lors de la conception du dispositif :
① Résistance thermique à l'interface de soudure
La conductivité thermique de la couche de soudure joue un rôle crucial dans la résistance thermique globale. Il convient d'utiliser des métaux à haute conductivité, tels que l'alliage AuSn ou l'indium pur, et de contrôler l'épaisseur et l'uniformité de la couche de soudure afin de minimiser les barrières thermiques.
② Sélection du matériau du sous-support
Les matériaux couramment utilisés pour les supports de sous-couche comprennent :
Cuivre (Cu) : conductivité thermique élevée, économique ;
Cuivre tungstène (WCu)/cuivre molybdène (MoCu) : Meilleure adéquation du CTE avec les puces, offrant à la fois résistance et conductivité ;
Nitrure d'aluminium (AlN) : Excellente isolation électrique, convient aux applications haute tension.
③ Qualité du contact de surface
La rugosité, la planéité et la mouillabilité de la surface influent directement sur l'efficacité du transfert thermique. Le polissage et le plaquage or sont souvent utilisés pour améliorer les performances du contact thermique.
④ Minimisation du chemin thermique
La conception structurelle doit viser à raccourcir le trajet thermique entre la puce et le dissipateur. Il convient d'éviter les couches intermédiaires inutiles afin d'améliorer l'efficacité globale de la dissipation thermique.
3. Orientations futures en matière de développement
Face à la tendance actuelle à la miniaturisation et à l'augmentation de la densité de puissance, la technologie de refroidissement par conduction de contact évolue dans les directions suivantes :
① Matériaux d'interface thermique composites multicouches
Combiner la conduction thermique métallique avec un tampon flexible pour réduire la résistance d'interface et améliorer la durabilité des cycles thermiques.
② Emballage du dissipateur thermique intégré
Concevoir des supports et des dissipateurs thermiques comme une structure intégrée unique afin de réduire les interfaces de contact et d'accroître l'efficacité du transfert de chaleur au niveau du système.
③ Optimisation de la structure bionique
L’application de surfaces microstructurées imitant les mécanismes naturels de dissipation de la chaleur, tels que la « conduction arborescente » ou les « motifs en forme d’écailles », permet d’améliorer les performances thermiques.
④ Contrôle thermique intelligent
Intégration de capteurs de température et d'une commande dynamique de puissance pour une gestion thermique adaptative, prolongeant ainsi la durée de vie opérationnelle de l'appareil.
4. Conclusion
Pour les barrettes de diodes laser haute puissance, la gestion thermique n'est pas seulement un défi technique ; c'est un facteur essentiel de fiabilité. Le refroidissement par conduction par contact, grâce à son efficacité, sa fiabilité éprouvée et son rapport coût-efficacité, demeure aujourd'hui l'une des solutions les plus courantes pour la dissipation de la chaleur.
5. À propos de nous
Chez Lumispot, nous possédons une expertise pointue en matière de conditionnement de diodes laser, d'évaluation de la gestion thermique et de sélection des matériaux. Notre mission est de fournir des solutions laser haute performance et longue durée de vie, adaptées à vos besoins spécifiques. Pour en savoir plus, n'hésitez pas à contacter notre équipe.
Date de publication : 23 juin 2025