مواد اللحام لقضبان ثنائيات الليزر: الرابط الحاسم بين الأداء والموثوقية

في تصميم وتصنيع ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة، تُعدّ قضبان ثنائيات الليزر الوحدات الأساسية الباعثة للضوء. ويعتمد أداؤها ليس فقط على الجودة الذاتية لرقائق الليزر، بل أيضاً بشكل كبير على عملية التغليف. ومن بين المكونات المختلفة المستخدمة في التغليف، تلعب مواد اللحام دوراً حيوياً كواجهة حرارية وكهربائية بين الرقاقة ومشتت الحرارة.

1. دور اللحام في قضبان ثنائيات الليزر

تتضمن قضبان ثنائيات الليزر عادةً عدة باعثات، مما ينتج عنه كثافة طاقة عالية ومتطلبات صارمة لإدارة الحرارة. ولتحقيق تبديد حراري فعال واستقرار هيكلي، يجب أن تستوفي مواد اللحام المعايير التالية:

① موصلية حرارية عالية:

يضمن نقل الحرارة بكفاءة من شريحة الليزر.

② قابلية جيدة للترطيب:

يوفر ربطًا محكمًا بين الشريحة والركيزة.

③ نقطة الانصهار المناسبة:

يمنع إعادة التدفق أو التدهور أثناء المعالجة أو التشغيل اللاحق.

④ معامل التمدد الحراري المتوافق (CTE):

يقلل من الإجهاد الحراري على الشريحة.

⑤ مقاومة ممتازة للإجهاد:

يطيل عمر الجهاز.

2. أنواع اللحام الشائعة لتغليف قضبان الليزر

فيما يلي الأنواع الثلاثة الرئيسية لمواد اللحام المستخدمة عادةً في تغليف قضبان ثنائيات الليزر:

①سبيكة الذهب والقصدير (AuSn)

ملكيات:

تركيبة يوتكتيكية من 80Au/20Sn بنقطة انصهار تبلغ 280 درجة مئوية؛ موصلية حرارية عالية وقوة ميكانيكية عالية.

المزايا:

استقرار ممتاز في درجات الحرارة العالية، عمر طويل في مواجهة الإجهاد الحراري، خالٍ من التلوث العضوي، موثوقية عالية

التطبيقات:

أنظمة الليزر العسكرية والفضائية والصناعية المتطورة.

٢الإنديوم النقي (In)

ملكيات:

درجة انصهارها 157 درجة مئوية؛ ناعمة وقابلة للطرق بدرجة عالية.

المزايا:

أداء فائق في دورات التبريد والتسخين، وإجهاد منخفض على الشريحة، مثالي لحماية الهياكل الهشة، ومناسب لمتطلبات الربط في درجات الحرارة المنخفضة.

القيود:

عرضة للأكسدة؛ تتطلب جوًا خاملًا أثناء المعالجة، قوة ميكانيكية منخفضة؛ غير مثالية للتطبيقات ذات الأحمال العالية

③أنظمة اللحام المركبة (مثل AuSn + In)

بناء:

عادةً ما يتم استخدام AuSn أسفل الشريحة من أجل التثبيت القوي، بينما يتم وضع In في الأعلى لتحسين التخزين الحراري.

المزايا:

يجمع بين الموثوقية العالية وتخفيف الإجهاد، ويحسن متانة التغليف بشكل عام، ويتكيف بشكل جيد مع بيئات التشغيل المتنوعة.

3. تأثير جودة اللحام على أداء الجهاز

يؤثر اختيار مواد اللحام والتحكم في العملية بشكل كبير على الأداء الكهروضوئي والاستقرار طويل المدى لأجهزة الليزر:

في ظل التشغيل المستمر عالي الطاقة، حتى العيوب الطفيفة في اللحام قد تؤدي إلى تراكم الحرارة، مما ينتج عنه تدهور في الأداء أو تعطل الجهاز. لذلك، يُعد اختيار لحام عالي الجودة وتطبيق عمليات لحام دقيقة أمرًا أساسيًا لتحقيق تغليف ليزري عالي الموثوقية.

4. الاتجاهات والتطورات المستقبلية

مع استمرار تقنيات الليزر في التغلغل في المعالجة الصناعية والجراحة الطبية وتقنية LiDAR وغيرها من المجالات، تتطور مواد اللحام المستخدمة في تغليف الليزر في الاتجاهات التالية:

①اللحام بدرجة حرارة منخفضة:

للتكامل مع المواد الحساسة للحرارة

٢لحام خالٍ من الرصاص:

للامتثال لتوجيهات RoHS وغيرها من اللوائح البيئية

③مواد التوصيل الحراري عالية الأداء (TIM):

لتقليل المقاومة الحرارية بشكل أكبر

④تقنيات اللحام الدقيق:

لدعم التصغير والتكامل عالي الكثافة

5. الخاتمة

على الرغم من صغر حجمها، تُعدّ مواد اللحام من أهمّ الموصلات التي تضمن أداء وموثوقية أجهزة الليزر عالية الطاقة. وفي تغليف قضبان ثنائيات الليزر، يُعدّ اختيار اللحام المناسب وتحسين عملية الربط أمرين أساسيين لتحقيق تشغيل مستقر طويل الأمد.

٦. نبذة عنا

تلتزم لوميسبوت بتزويد عملائها بمكونات ليزر وحلول تغليف احترافية وموثوقة. بفضل خبرتنا الواسعة في اختيار مواد اللحام، وتصميم إدارة الحرارة، وتقييم الموثوقية، نؤمن بأن كل تحسين دقيق يمهد الطريق نحو التميز. لمزيد من المعلومات حول تقنية تغليف الليزر عالي الطاقة، تواصلوا معنا.