Avec les progrès rapides de la technologie laser haute puissance, les barres de diodes laser (LDB) sont largement utilisées dans les procédés industriels, la chirurgie, le LiDAR et la recherche scientifique grâce à leur forte densité de puissance et à leur luminosité élevée. Cependant, avec l'intégration et le courant de fonctionnement croissants des puces laser, les défis liés à la gestion thermique deviennent plus importants, impactant 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 s'impose comme l'une des techniques les plus essentielles et les plus largement adoptées pour le conditionnement des barres de diodes laser, grâce à sa structure simple et à sa conductivité thermique élevée. Cet article explore les principes, les considérations de conception clés, le choix des matériaux et les tendances futures de cette « voie tranquille » vers le 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 barre de diode laser typique, le chemin thermique est le suivant :
Puce → Couche de soudure → Sous-montage (par exemple, cuivre ou céramique) → TEC (refroidisseur thermoélectrique) ou dissipateur thermique → Environnement ambiant
②Caractéristiques:
Cette méthode de refroidissement comprend :
Flux de chaleur concentré et chemin thermique court, réduisant efficacement la température de jonction ; Conception compacte, adaptée aux emballages miniaturisés ; Conduction passive, ne nécessitant aucune boucle de refroidissement active complexe.
2. Considérations clés de 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 de l'appareil :
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 est recommandé 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 de sous-montage courants comprennent :
Cuivre (Cu) : conductivité thermique élevée, économique ;
Cuivre tungstène (WCu)/Cuivre molybdène (MoCu) : meilleure correspondance CTE avec les puces, offrant à la fois résistance et conductivité ;
Nitrure d'aluminium (AlN) : Excellente isolation électrique, adaptée 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 placage à l'or sont souvent utilisés pour améliorer les performances de contact thermique.
④ Minimiser le chemin thermique
La conception structurelle doit viser à raccourcir le trajet thermique entre la puce et le dissipateur thermique. Éviter les couches de matériaux intermédiaires inutiles afin d'améliorer l'efficacité globale de la dissipation thermique.
3. Orientations de développement futures
Avec la tendance continue vers la miniaturisation et une densité de puissance plus élevée, la technologie de refroidissement par conduction de contact évolue dans les directions suivantes :
1 TIM composites multicouches
Combinaison de conduction thermique métallique et de tampon flexible pour réduire la résistance de l'interface et améliorer la durabilité du cyclage thermique.
2. Emballage du dissipateur thermique intégré
Conception de sous-montages et de dissipateurs thermiques comme une structure intégrée unique pour réduire les interfaces de contact et augmenter l'efficacité du transfert de chaleur au niveau du système.
③ Optimisation de la structure bionique
Application de surfaces microstructurées qui imitent les mécanismes naturels de dissipation de la chaleur, tels que la « conduction en forme d’arbre » ou les « motifs en forme d’écailles », pour améliorer les performances thermiques.
④ Contrôle thermique intelligent
Intégrant des capteurs de température et un contrôle dynamique de la puissance pour une gestion thermique adaptative, prolongeant la durée de vie opérationnelle de l'appareil.
4. Conclusion
Pour les barres de diodes laser haute puissance, la gestion thermique n'est pas seulement un défi technique : c'est un élément essentiel de la fiabilité. Le refroidissement par conduction de contact, grâce à ses caractéristiques efficaces, matures et économiques, reste aujourd'hui l'une des solutions les plus répandues pour la dissipation thermique.
5. À propos de nous
Chez Lumispot, nous possédons une expertise approfondie en matière de packaging de diodes laser, d'évaluation de la gestion thermique et de sélection des matériaux. Notre mission est de fournir des solutions laser hautes performances et durables, adaptées aux besoins de votre application. Pour en savoir plus, n'hésitez pas à contacter notre équipe.
Date de publication : 23 juin 2025