A medida que la tecnología láser de alta potencia continúa avanzando rápidamente, las barras de diodos láser (LDB) se han generalizado en el procesamiento industrial, la cirugía médica, el LiDAR y la investigación científica debido a su alta densidad de potencia y su elevada luminosidad. Sin embargo, con la creciente integración y el aumento de la corriente de funcionamiento de los chips láser, los desafíos de la gestión térmica se vuelven más acentuados, lo que repercute directamente en la estabilidad del rendimiento y la vida útil del láser.
Entre las diversas estrategias de gestión térmica, la refrigeración por conducción de contacto destaca como una de las técnicas más esenciales y ampliamente adoptadas en el encapsulado de barras de diodos láser, gracias a su estructura simple y alta conductividad térmica. Este artículo explora los principios, las consideraciones de diseño clave, la selección de materiales y las tendencias futuras de esta vía eficaz para el control térmico.
1. Principios de la refrigeración por conducción por contacto
Como su nombre indica, la refrigeración por conducción por contacto funciona estableciendo un contacto directo entre el chip láser y un disipador de calor, lo que permite una transferencia de calor eficiente a través de materiales de alta conductividad térmica y una rápida disipación al entorno externo.
①The HcomerPat:
En una barra de diodos láser típica, la trayectoria del calor es la siguiente:
Chip → Capa de soldadura → Submontaje (p. ej., cobre o cerámica) → Disipador termoeléctrico (TEC) o disipador de calor → Ambiente
2Características:
Este método de enfriamiento presenta las siguientes características:
Flujo de calor concentrado y trayectoria térmica corta, que reducen eficazmente la temperatura de la unión; Diseño compacto, adecuado para encapsulados miniaturizados; Conducción pasiva, que no requiere circuitos de refrigeración activa complejos.
2. Consideraciones clave de diseño para el rendimiento térmico
Para garantizar una refrigeración eficaz por conducción de contacto, deben abordarse cuidadosamente los siguientes aspectos durante el diseño del dispositivo:
① Resistencia térmica en la interfaz de soldadura
La conductividad térmica de la capa de soldadura desempeña un papel fundamental en la resistencia térmica global. Se deben utilizar metales de alta conductividad, como la aleación AuSn o el indio puro, y controlar el espesor y la uniformidad de la capa de soldadura para minimizar las barreras térmicas.
② Selección del material de montaje
Los materiales comunes para el montaje de subsuelo incluyen:
Cobre (Cu): Alta conductividad térmica, rentable;
Cobre de tungsteno (WCu)/cobre de molibdeno (MoCu): Mejor coincidencia de CTE con los chips, ofreciendo tanto resistencia como conductividad;
Nitruro de aluminio (AlN): Excelente aislamiento eléctrico, adecuado para aplicaciones de alto voltaje.
③ Calidad del contacto superficial
La rugosidad superficial, la planitud y la humectabilidad afectan directamente la eficiencia de la transferencia de calor. El pulido y el chapado en oro se utilizan con frecuencia para mejorar el rendimiento del contacto térmico.
④ Minimizar la trayectoria térmica
El diseño estructural debe tener como objetivo acortar la trayectoria térmica entre el chip y el disipador de calor. Evite capas intermedias de material innecesarias para mejorar la eficiencia general de disipación de calor.
3. Direcciones de desarrollo futuro
Con la tendencia actual hacia la miniaturización y una mayor densidad de potencia, la tecnología de refrigeración por conducción por contacto está evolucionando en las siguientes direcciones:
① Materiales de interfaz térmica compuestos multicapa
Combinación de la conducción térmica metálica con un material amortiguador flexible para reducir la resistencia de la interfaz y mejorar la durabilidad ante ciclos térmicos.
② Embalaje con disipador de calor integrado
Diseñar submontajes y disipadores de calor como una única estructura integrada para reducir las interfaces de contacto y aumentar la eficiencia de transferencia de calor a nivel de sistema.
③ Optimización de la estructura biónica
Aplicar superficies microestructuradas que imiten los mecanismos naturales de disipación de calor —como la “conducción arborescente” o los “patrones escamosos”— para mejorar el rendimiento térmico.
④ Control térmico inteligente
Incorpora sensores de temperatura y control dinámico de potencia para una gestión térmica adaptativa, prolongando así la vida útil del dispositivo.
4. Conclusión
En las barras de diodos láser de alta potencia, la gestión térmica no es solo un desafío técnico, sino un pilar fundamental para la fiabilidad. La refrigeración por conducción por contacto, gracias a su eficiencia, eficacia comprobada y rentabilidad, sigue siendo una de las soluciones más utilizadas para la disipación de calor.
5. Sobre nosotros
En Lumispot, contamos con amplia experiencia en el empaquetado de diodos láser, la evaluación de la gestión térmica y la selección de materiales. Nuestra misión es ofrecer soluciones láser de alto rendimiento y larga vida útil, adaptadas a sus necesidades específicas. Si desea obtener más información, le invitamos a contactar con nuestro equipo.
Fecha de publicación: 23 de junio de 2025