Yüksek güçlü yarı iletken lazerlerin tasarım ve üretiminde, lazer diyot çubukları temel ışık yayan üniteler olarak görev yapar. Performansları yalnızca lazer çiplerinin içsel kalitesine değil, aynı zamanda paketleme sürecine de büyük ölçüde bağlıdır. Paketlemede yer alan çeşitli bileşenler arasında, lehim malzemeleri çip ile ısı emici arasındaki termal ve elektriksel arayüz olarak hayati bir rol oynar.
1. Lazer Diyot Çubuklarında Lehimin Rolü
Lazer diyot çubukları genellikle birden fazla yayıcıyı bir araya getirir; bu da yüksek güç yoğunluklarına ve zorlu termal yönetim gereksinimlerine yol açar. Verimli ısı dağılımı ve yapısal kararlılık sağlamak için lehim malzemelerinin aşağıdaki kriterleri karşılaması gerekir:
① Yüksek ısı iletkenliği:
Lazer çipinden verimli ısı transferini sağlar.
② İyi ıslanabilirlik:
Çip ile alt tabaka arasında sıkı bir bağlantı sağlar.
③ Uygun erime noktası:
Sonraki işleme veya çalışma sırasında yeniden akış veya bozulmayı önler.
④ Uyumlu termal genleşme katsayısı (CTE):
Çip üzerindeki termal stresi en aza indirir.
⑤ Mükemmel yorulma direnci:
Cihazın kullanım ömrünü uzatır.
2. Lazer Çubuk Ambalajında Kullanılan Yaygın Lehim Çeşitleri
Lazer diyot çubuklarının ambalajında yaygın olarak kullanılan üç ana lehim malzemesi türü şunlardır:
①Altın-Kalay Alaşımı (AuSn)
Özellikler:
280°C erime noktasına sahip, 80Au/20Sn ötektik bileşimi; yüksek ısı iletkenliği ve mekanik dayanıklılık.
Avantajlar:
Mükemmel yüksek sıcaklık kararlılığı, uzun termal yorulma ömrü, organik kirlenmeden arındırılmış, yüksek güvenilirlik.
Uygulamalar:
Askeri, havacılık ve yüksek teknoloji ürünü endüstriyel lazer sistemleri.
②Saf İndiyum (In)
Özellikler:
Erime noktası 157°C; yumuşak ve son derece şekillendirilebilir.
Avantajlar:
Üstün termal döngü performansı, çip üzerinde düşük stres, kırılgan yapıları korumak için ideal, düşük sıcaklıkta yapıştırma gereksinimlerine uygun.
Sınırlamalar:
Oksidasyona yatkın; işleme sırasında inert atmosfer gerektirir, mekanik dayanımı düşüktür; yüksek yük uygulamaları için ideal değildir.
③Kompozit Lehim Sistemleri (ör. AuSn + In)
Yapı:
Genellikle, sağlam bağlantı için çipin altına AuSn, termal tamponlamayı artırmak için ise üstüne In uygulanır.
Avantajlar:
Yüksek güvenilirliği gerilim azaltma özelliğiyle birleştirir, genel ambalaj dayanıklılığını artırır ve çeşitli çalışma ortamlarına iyi uyum sağlar.
3. Lehim Kalitesinin Cihaz Performansına Etkisi
Lehim malzemesi seçimi ve proses kontrolü, lazer cihazlarının elektro-optik performansını ve uzun vadeli kararlılığını önemli ölçüde etkiler:
| Lehim Faktörü | Cihaz Üzerindeki Etki |
| Lehim tabakasının homojenliği | Isı dağılımını ve optik güç tutarlılığını etkiler. |
| Boşluk oranı | Daha yüksek boşluk oranları, termal direncin artmasına ve bölgesel aşırı ısınmaya yol açar. |
| Alaşım saflığı | Erime kararlılığını ve metaller arası difüzyonu etkiler. |
| Arayüzey ıslatılabilirliği | Bağlanma kuvvetini ve arayüzey termal iletkenliğini belirler. |
Yüksek güçte sürekli çalışma koşullarında, lehimlemedeki küçük kusurlar bile ısı birikimine yol açarak performans düşüşüne veya cihaz arızasına neden olabilir. Bu nedenle, yüksek güvenilirlikte lazer paketleme elde etmek için yüksek kaliteli lehim seçmek ve hassas lehimleme işlemlerini uygulamak temel öneme sahiptir.
4. Gelecek Eğilimler ve Gelişmeler
Lazer teknolojileri endüstriyel işleme, tıbbi cerrahi, LiDAR ve diğer alanlara nüfuz etmeye devam ettikçe, lazer paketleme için lehim malzemeleri aşağıdaki yönlerde gelişmektedir:
①Düşük sıcaklıkta lehimleme:
Isıya duyarlı malzemelerle entegrasyon için
②Kurşunsuz lehim:
RoHS ve diğer çevre düzenlemelerine uymak için
③Yüksek performanslı termal arayüz malzemeleri (TIM):
Isı direncini daha da azaltmak için
④Mikro lehimleme teknolojileri:
Küçültme ve yüksek yoğunluklu entegrasyonu desteklemek için
5. Sonuç
Hacim olarak küçük olsalar da, lehim malzemeleri yüksek güçlü lazer cihazlarının performansını ve güvenilirliğini sağlayan kritik bağlantı elemanlarıdır. Lazer diyot çubuklarının paketlenmesinde, doğru lehimin seçilmesi ve bağlama işleminin optimize edilmesi, uzun vadeli istikrarlı çalışma elde etmek için çok önemlidir.
6. Hakkımızda
Lumispot, müşterilerine profesyonel ve güvenilir lazer bileşenleri ve paketleme çözümleri sunmaya kendini adamıştır. Lehim malzemesi seçimi, termal yönetim tasarımı ve güvenilirlik değerlendirmesi konularındaki kapsamlı deneyimimizle, her ayrıntıdaki iyileştirmenin mükemmelliğe giden yolu açtığına inanıyoruz. Yüksek güçlü lazer paketleme teknolojisi hakkında daha fazla bilgi için lütfen bizimle iletişime geçin.
Yayın tarihi: 07.07.2025