高功率激光器在工業加工、醫療設備、軍事應用和光通信等領域具有廣泛的應用。然而,這類激光器在運行過程中會產生大量的熱量,若散熱不及時,可能導致激光器性能下降、光束漂移甚至器件失效。因此,熱管理是高功率激光器封裝設計中的核心問題。
鉬銅(Mo-Cu)合金作為一種高性能熱沉材料,憑借其高導熱性、低熱膨脹系數(CTE)和優異的機械穩定性,在激光器封裝中發揮著關鍵作用。
高功率激光器封裝的散熱挑戰
1.高熱負荷
高功率激光器(如光纖激光器、半導體激光器、固體激光器)通常工作在數百瓦甚至千瓦級別,發熱密度極高,需要高效的熱管理方案。
2.熱膨脹匹配性
激光芯片通常采用GaAs、GaN、InP等半導體材料,它們的熱膨脹系數較低(4-7 × 10??/K)。如果熱沉材料的CTE與其不匹配,會導致熱應力累積,影響器件壽命。
3.熱均勻性
激光器芯片的發熱區域通常很小,局部溫度過高會造成熱透鏡效應(thermal lensing),影響光束質量。因此,熱沉材料需要具有良好的熱擴散性能,使熱量均勻分布。
4.長期穩定性
高功率激光器通常需要在高溫、高濕、高功率密度的環境下長期穩定運行,熱沉材料必須具備優異的抗熱疲勞性能和耐腐蝕性。
鉬銅合金在高功率激光器封裝中的應用
1.激光二極管(LD)熱沉
半導體激光器(如VCSEL、DFB激光器)通常采用GaAs、GaN芯片,Mo-Cu熱沉可作為LD芯片的基座材料,提升散熱效率,減少熱應力,提高光束質量。
2.固體激光器(YAG激光器)熱沉
Nd:YAG激光器等固體激光系統的泵浦光源(如半導體泵浦LD)也需要高效的熱沉材料,Mo-Cu可作為基板,優化熱管理,提升泵浦效率。
3.光纖激光器的熱管理
近幾年,光纖激光器在工業加工(如切割、焊接)領域廣泛應用。Mo-Cu合金可用作光纖激光器的熱沉基板,確保核心光源模塊的穩定運行。
4.高功率CO?激光器散熱基板
CO?激光器通常需要高效散熱結構,Mo-Cu熱沉可用于其放電管、反射鏡支撐結構等部件,減少熱畸變,提高光學系統穩定性。