고출력 레이저 기술이 급속도로 발전함에 따라, 레이저 다이오드 바(LDB)는 높은 출력 밀도와 고휘도 출력으로 인해 산업 가공, 의료 수술, LiDAR, 그리고 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 중에서도 접촉 전도 냉각(Conducting Conduction Cooling)은 간단한 구조와 높은 열전도율 덕분에 레이저 다이오드 바 패키징에서 가장 필수적이고 널리 채택되는 기술 중 하나로 손꼽힙니다. 본 논문에서는 이러한 "차분한 열 제어 경로"의 원리, 주요 설계 고려 사항, 재료 선택 및 향후 동향을 살펴봅니다.
1. 접촉 전도 냉각의 원리
이름에서 알 수 있듯이 접촉 전도 냉각은 레이저 칩과 방열판 사이에 직접 접촉을 설정하여 높은 열 전도성 재료를 통해 효율적인 열 전달과 외부 환경으로의 빠른 방출을 가능하게 합니다.
①The H먹다P운동:
일반적인 레이저 다이오드 바의 열 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 접합 온도를 효과적으로 낮춥니다. 소형화된 패키징에 적합한 컴팩트한 디자인입니다. 복잡한 능동 냉각 루프가 필요 없는 수동 전도입니다.
2. 열 성능을 위한 주요 설계 고려 사항
효과적인 접촉 전도 냉각을 보장하려면 장치 설계 중에 다음 측면을 신중하게 고려해야 합니다.
① 솔더 계면의 열 저항
솔더층의 열전도도는 전체 열 저항에 중요한 역할을 합니다. AuSn 합금이나 순수 인듐과 같은 고전도성 금속을 사용해야 하며, 솔더층의 두께와 균일성을 조절하여 열 장벽을 최소화해야 합니다.
② 서브마운트 소재 선정
일반적인 서브마운트 재료는 다음과 같습니다.
구리(Cu): 열전도도가 높고 비용 효율적입니다.
텅스텐 구리(WCu)/몰리브덴 구리(MoCu): 칩과 더 나은 CTE 매칭으로 강도와 전도성을 모두 제공합니다.
질화알루미늄(AlN): 뛰어난 전기 절연성으로 고전압 응용 분야에 적합합니다.
③ 표면 접촉 품질
표면 거칠기, 평탄도, 그리고 젖음성은 열전달 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 열 접촉 성능을 향상시키기 위해 연마와 금도금이 종종 사용됩니다.
④ 열 경로 최소화
구조 설계는 칩과 방열판 사이의 열 경로를 단축하는 것을 목표로 해야 합니다. 전반적인 방열 효율을 높이기 위해 불필요한 중간 재료 층을 피하십시오.
3. 향후 개발 방향
소형화와 고전력 밀도를 향한 지속적인 추세에 따라 접촉 전도 냉각 기술은 다음과 같은 방향으로 발전하고 있습니다.
① 다층 복합 TIM
금속 열전도와 유연한 버퍼링을 결합하여 인터페이스 저항을 줄이고 열 사이클 내구성을 향상시킵니다.
② 통합 방열판 패키징
접촉 인터페이스를 줄이고 시스템 수준의 열전달 효율을 높이기 위해 서브마운트와 방열판을 단일 통합 구조로 설계합니다.
③ 생체 구조 최적화
"나무와 같은 전도"나 "비늘과 같은 패턴"과 같이 자연적인 열 방출 메커니즘을 모방하는 미세 구조 표면을 적용하여 열 성능을 향상시킵니다.
④ 지능형 열 제어
온도 센서와 동적 전력 제어를 통합하여 적응형 열 관리를 구현하고, 장치의 작동 수명을 연장합니다.
4. 결론
고출력 레이저 다이오드 바의 경우, 열 관리는 단순한 기술적 과제가 아니라 신뢰성 확보를 위한 중요한 기반입니다. 효율적이고, 성숙되었으며, 비용 효율적인 특성을 갖춘 접촉 전도 냉각 방식은 오늘날 방열을 위한 주요 솔루션 중 하나로 자리 잡고 있습니다.
5. 회사 소개
Lumispot은 레이저 다이오드 패키징, 열 관리 평가 및 재료 선정 분야에서 심도 있는 전문 지식을 보유하고 있습니다. 저희는 고객의 애플리케이션 요구에 맞춰 고성능, 장수명 레이저 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다. 더 자세한 정보를 원하시면 언제든지 저희 팀으로 연락해 주십시오.
게시 시간: 2025년 6월 23일