في تصميم وتصنيع ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة، تُستخدم قضبان ثنائيات الليزر كوحدات أساسية لإصدار الضوء. ويعتمد أداؤها ليس فقط على الجودة الجوهرية لرقاقات الليزر، بل أيضًا بشكل كبير على عملية التغليف. ومن بين المكونات المختلفة المستخدمة في التغليف، تلعب مواد اللحام دورًا حيويًا كواجهة حرارية وكهربائية بين الرقاقة والمشتت الحراري.
1. دور اللحام في قضبان الصمام الثنائي الليزري
عادةً ما تدمج قضبان ثنائيات الليزر عدة باعثات، مما ينتج عنه كثافات طاقة عالية ومتطلبات صارمة لإدارة الحرارة. لتحقيق تبديد حراري فعال واستقرار هيكلي، يجب أن تستوفي مواد اللحام المعايير التالية:
① الموصلية الحرارية العالية:
يضمن نقل الحرارة بكفاءة من شريحة الليزر.
② قابلية جيدة للبلل:
يوفر رابطًا 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 الضغط الحراري على الشريحة.
⑤ مقاومة ممتازة للتعب:
إطالة عمر خدمة الجهاز.
2. أنواع اللحام الشائعة لتغليف قضبان الليزر
فيما يلي الأنواع الثلاثة الرئيسية لمواد اللحام المستخدمة عادةً في تغليف قضبان الثنائيات الليزرية:
①سبيكة الذهب والقصدير (AuSn)
ملكيات:
تكوين يوتكتيكي من 80Au/20Sn مع نقطة انصهار 280 درجة مئوية، موصلية حرارية عالية وقوة ميكانيكية.
المزايا:
استقرار ممتاز في درجات الحرارة العالية، وعمر طويل للتعب الحراري، وخالي من التلوث العضوي، وموثوقية عالية
التطبيقات:
أنظمة الليزر العسكرية والفضائية والصناعية المتطورة.
②إنديوم نقي (إن)
ملكيات:
نقطة الانصهار 157 درجة مئوية، لينة وقابلة للطرق بدرجة كبيرة.
المزايا:
أداء فائق للدورة الحرارية، وضغط منخفض على الشريحة، مثالي لحماية الهياكل الهشة، ومناسب لمتطلبات الترابط في درجات الحرارة المنخفضة
القيود:
عرضة للأكسدة؛ يتطلب جوًا خاملًا أثناء المعالجة، وقوة ميكانيكية أقل؛ غير مثالي للتطبيقات عالية التحميل
③أنظمة اللحام المركبة (على سبيل المثال، AuSn + In)
بناء:
عادةً، يتم استخدام AuSn أسفل الشريحة لتحقيق التثبيت القوي، بينما يتم تطبيق In في الأعلى لتعزيز التخزين المؤقت الحراري.
المزايا:
يجمع بين الموثوقية العالية وتخفيف الضغط، ويحسن متانة التغليف بشكل عام، ويتكيف بشكل جيد مع بيئات التشغيل المتنوعة
3. تأثير جودة اللحام على أداء الجهاز
يؤثر اختيار مادة اللحام والتحكم في العملية بشكل كبير على الأداء الكهروضوئي والاستقرار طويل الأمد لأجهزة الليزر:
| عامل اللحام | التأثير على الجهاز |
| توحيد طبقة اللحام | يؤثر على توزيع الحرارة واتساق الطاقة البصرية |
| نسبة الفراغات | تؤدي الفراغات العالية إلى زيادة المقاومة الحرارية وارتفاع درجة الحرارة الموضعي |
| نقاء السبائك | يؤثر على استقرار الانصهار والانتشار بين المعادن |
| قابلية البلل للواجهة | تحديد قوة الترابط والتوصيل الحراري للواجهة |
في ظل التشغيل المستمر عالي الطاقة، حتى العيوب الطفيفة في اللحام قد تؤدي إلى تراكم حراري، مما يؤدي إلى تدهور الأداء أو تعطل الجهاز. لذلك، يُعد اختيار لحام عالي الجودة وتنفيذ عمليات لحام دقيقة أمرًا أساسيًا لتحقيق تغليف ليزر عالي الموثوقية.
4. الاتجاهات المستقبلية والتطوير
مع استمرار تقنيات الليزر في التغلغل في المعالجة الصناعية والجراحة الطبية والليدار وغيرها من المجالات، تتطور مواد اللحام المستخدمة في التغليف بالليزر في الاتجاهات التالية:
①اللحام بدرجة حرارة منخفضة:
للتكامل مع المواد الحساسة حرارياً
②لحام خالي من الرصاص:
لتلبية متطلبات RoHS واللوائح البيئية الأخرى
③مواد الواجهة الحرارية عالية الأداء (TIM):
لمزيد من تقليل المقاومة الحرارية
④تقنيات اللحام الدقيق:
لدعم التصغير والتكامل عالي الكثافة
5. الخاتمة
على الرغم من صغر حجمها، تُعدّ مواد اللحام موصلاتٍ أساسيةً تضمن أداءً وموثوقيةً لأجهزة الليزر عالية الطاقة. عند تغليف قضبان ثنائيات الليزر، يُعدّ اختيار اللحام المناسب وتحسين عملية الترابط أمرًا بالغ الأهمية لضمان تشغيل مستقرّ طويل الأمد.
6. نبذة عنا
تلتزم لوميسبوت بتزويد عملائها بمكونات ليزر وحلول تغليف احترافية وموثوقة. بفضل خبرتنا الواسعة في اختيار مواد اللحام، وتصميم أنظمة التحكم الحراري، وتقييم الموثوقية، نؤمن بأن كل تحسين دقيق يُمهّد الطريق نحو التميز. لمزيد من المعلومات حول تقنية التغليف بالليزر عالي الطاقة، تواصلوا معنا.
وقت النشر: ٧ يوليو ٢٠٢٥