고출력 레이저 기술이 빠르게 발전함에 따라, 레이저 다이오드 바(LDB)는 높은 출력 밀도와 고휘도 특성으로 인해 산업 공정, 의료 수술, LiDAR 및 과학 연구 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 레이저 칩의 집적도와 작동 전류가 증가함에 따라 열 관리 문제가 더욱 중요해지고 있으며, 이는 레이저의 성능 안정성과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.
다양한 열 관리 전략 중에서 접촉 전도 냉각은 단순한 구조와 높은 열전도율 덕분에 레이저 다이오드 바 패키징에 가장 필수적이고 널리 사용되는 기술 중 하나입니다. 이 글에서는 이러한 "안정적인 열 제어 방식"의 원리, 주요 설계 고려 사항, 재료 선택 및 미래 동향을 살펴봅니다.
1. 접촉 전도 냉각의 원리
이름에서 알 수 있듯이 접촉 전도 냉각은 레이저 칩과 방열판 사이에 직접 접촉을 형성하여 열전도율이 높은 재료를 통해 효율적인 열 전달을 가능하게 하고 외부 환경으로 빠르게 열을 방출하는 방식입니다.
①The H먹다P운동:
일반적인 레이저 다이오드 바에서 열 전달 경로는 다음과 같습니다.
칩 → 솔더 레이어 → 서브마운트(예: 구리 또는 세라믹) → TEC(열전 냉각기) 또는 방열판 → 주변 환경
②특징:
이 냉각 방식의 특징은 다음과 같습니다.
집중된 열 흐름과 짧은 열 경로로 접합부 온도를 효과적으로 낮춥니다. 소형 설계로 소형 패키징에 적합합니다. 수동 전도 방식을 채택하여 복잡한 능동 냉각 루프가 필요하지 않습니다.
2. 열 성능을 위한 주요 설계 고려 사항
효과적인 접촉 전도 냉각을 보장하기 위해서는 장치 설계 시 다음과 같은 사항들을 신중하게 고려해야 합니다.
① 납땜 계면에서의 열 저항
납땜층의 열전도율은 전체 열저항에 매우 중요한 역할을 합니다. AuSn 합금이나 순수 인듐과 같이 열전도율이 높은 금속을 사용해야 하며, 열 장벽을 최소화하기 위해 납땜층의 두께와 균일성을 제어해야 합니다.
② 서브마운트 재료 선택
일반적인 서브마운트 재료는 다음과 같습니다.
구리(Cu): 높은 열전도율, 비용 효율성;
텅스텐 구리(WCu)/몰리브덴 구리(MoCu): 칩과의 열팽창 계수(CTE) 일치도가 우수하여 강도와 전도성을 모두 제공합니다.
질화알루미늄(AlN): 뛰어난 전기 절연성을 지니고 있어 고전압 응용 분야에 적합합니다.
③ 표면 접촉 품질
표면 거칠기, 평탄도 및 젖음성은 열 전달 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 연마 및 금 도금은 열 접촉 성능을 향상시키기 위해 자주 사용됩니다.
④ 열 경로 최소화
구조 설계는 칩과 방열판 사이의 열 전달 경로를 단축하는 것을 목표로 해야 합니다. 불필요한 중간 재료 층을 피하여 전체적인 열 방출 효율을 향상시켜야 합니다.
3. 향후 발전 방향
소형화 및 고전력 밀도 추세가 지속됨에 따라 접촉 전도 냉각 기술은 다음과 같은 방향으로 발전하고 있습니다.
① 다층 복합 TIM
금속 열전도와 유연한 완충재를 결합하여 계면 저항을 줄이고 열 순환 내구성을 향상시킵니다.
② 일체형 방열판 패키징
접촉면을 줄이고 시스템 수준의 열 전달 효율을 높이기 위해 서브마운트와 방열판을 단일 통합 구조로 설계합니다.
③ 생체모방 구조 최적화
자연적인 열 방출 메커니즘(예: "나무 모양 전도" 또는 "비늘 모양 패턴")을 모방한 미세 구조 표면을 적용하여 열 성능을 향상시킵니다.
④ 지능형 열 제어
온도 센서와 동적 전력 제어 기능을 통합하여 적응형 열 관리를 구현함으로써 장치의 작동 수명을 연장합니다.
4. 결론
고출력 레이저 다이오드 바의 경우, 열 관리는 단순한 기술적 과제가 아니라 신뢰성 확보를 위한 핵심 요소입니다. 효율적이고, 성숙했으며, 비용 효율적인 특성을 지닌 접촉 전도 냉각 방식은 오늘날에도 여전히 주요 열 방출 솔루션 중 하나입니다.
5. 회사 소개
루미스팟은 레이저 다이오드 패키징, 열 관리 평가 및 재료 선정 분야에서 풍부한 전문성을 보유하고 있습니다. 당사의 목표는 고객의 응용 분야 요구에 맞춘 고성능, 장수명 레이저 솔루션을 제공하는 것입니다. 더 자세한 정보를 원하시면 언제든지 저희 팀에 문의해 주십시오.
게시 시간: 2025년 6월 23일