سیمیکمڈکٹر لیزرز: بہتر کارکردگی کے لئے ٹھنڈک کے موثر حل

سیمیکمڈکٹر لیزرز ، جو ان کے کمپیکٹ سائز ، ہلکا پھلکا ڈیزائن ، کم توانائی کی کھپت ، ماڈلن میں آسانی ، اور بڑے پیمانے پر پیداواری صلاحیت کے لئے جانا جاتا ہے ، نے صنعتی پروسیسنگ ، ٹیلی مواصلات ، صحت کی دیکھ بھال ، زندگی کے علوم اور فوج جیسے مختلف شعبوں میں وسیع پیمانے پر استعمال پایا ہے۔ چونکہ سیمیکمڈکٹر لیزرز کی آؤٹ پٹ پاور میں اضافہ ہوتا جارہا ہے ، بجلی کا ایک اہم حصہ گرمی میں تبدیل ہوجاتا ہے۔ ان آلات کی آپٹیکل خصوصیات ، آؤٹ پٹ پاور اور وشوسنییتا ان کے آپریٹنگ درجہ حرارت سے قریب سے بندھے ہوئے ہیں ، جس سے تھرمل مینجمنٹ کو ایک اہم عنصر بنایا جاتا ہے ، خاص طور پر اعلی طاقت والے سیمیکمڈکٹر لیزرز کے لئے۔

1. سیمیکمڈکٹر لیزرز کے ٹھنڈک اصول

سیمیکمڈکٹر لیزرز کے لئے بنیادی کولنگ کے طریقوں میں قدرتی کنویکشن ہیٹ ڈوب ، مائکرو چینلز ، تھرمو الیکٹرک کولنگ ، سپرے کولنگ ، اور ہیٹ پائپ حل شامل ہیں۔ سنگل چپ سیمیکمڈکٹر لیزرز کے ل natural ، قدرتی نقل و حمل گرمی کے ڈوب اکثر سب سے زیادہ معاشی اور عام طور پر استعمال ہوتے ہیں جس کی وجہ ان کی تیاری اور اسمبلی میں سادگی ہوتی ہے۔ اعلی تھرمل چالکتا مواد عام طور پر قدرتی نقل و حمل کے لئے سطح کے رقبے کو بڑھانے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے ، اس طرح گرمی کی کھپت میں اضافہ ہوتا ہے اور چپ کے درجہ حرارت کو کم کرتا ہے۔ گرمی کی منتقلی کے راستے کو مختصر کرنے اور تھرمل ڈسپٹیشن کو تیز کرنے کے لئے ، فلپ چپ بانڈنگ کو اب عام طور پر اپنایا جاتا ہے ، جہاں لیزر چپ انڈیم یا سونے کے ٹن سولڈر جیسے مواد کا استعمال کرتے ہوئے گرمی کے سنک سے منسلک ہوتی ہے۔

سیمیکمڈکٹر لیزرز میں زیادہ تر گرمی چپ کے فعال خطے میں پیدا ہوتی ہے ، جو پھر سولڈر ، موصلیت ، اور انٹرفیس جیسی پرتوں کے ذریعے منتقل ہوتی ہے ، اور آخر کار روایتی گرمی کے سنک تک پہنچ جاتی ہے جہاں اسے ٹھنڈک ٹھنڈک کے ذریعے ختم کردیا جاتا ہے۔ اعلی تھرمل چالکتا مواد سے بنی گرمی کے ڈوبوں کا استعمال سیمیکمڈکٹر لیزرز کے کام کے درجہ حرارت کو کم کرنے ، کارکردگی اور وشوسنییتا کو یقینی بنانا ایک مؤثر طریقہ ہے۔ گرمی کے سنک مواد کا انتخاب کرتے وقت ، دو اہم عوامل پر غور کیا جانا چاہئے:

1. گرمی کو مؤثر طریقے سے ختم کرنے کے لئے مواد میں اعلی تھرمل چالکتا ہونا چاہئے۔
2. تناؤ سے متاثرہ نقصان سے بچنے کے ل the مادے کے تھرمل توسیع کے گتانک لیزر چپ سے مماثل ہونا چاہئے۔

2. سیمیکمڈکٹر لیزرز کے لئے گرمی کے سنک مواد

ایک مثالی گرمی کے ڈوبے ہوئے مواد کو اعلی تھرمل چالکتا کو تھرمل توسیع کے گتانک کے ساتھ جوڑنا چاہئے جو لیزر چپ کے قریب سے میل کھاتا ہے۔ تانبے کو اکثر اس کی عمدہ تھرمل چالکتا اور بجلی کی خصوصیات کی وجہ سے استعمال کیا جاتا ہے۔ تاہم ، کاپر کے تھرمل توسیع کا گتانک لیزر چپ سے نمایاں طور پر مختلف ہے ، جو تھرمل تناؤ پیدا کرسکتا ہے اور لیزر کی کارکردگی کو متاثر کرسکتا ہے۔ اعلی تھرمل چالکتا اور چپ کے قریب سے توسیع میچ والے مواد سے بنی ایک عبوری گرمی کا سنک اس مسئلے کو کم کرنے میں مدد کرسکتا ہے۔ ان عبوری گرمی کے ڈوبوں کے لئے عام مواد میں ایلومینیم نائٹرائڈ سیرامک ​​، بیرییلیم آکسائڈ سیرامک ​​، سلیکن کاربائڈ سیرامک ​​، ٹنگسٹن کیپر مرکب مرکب ، سلیکن کاربائڈ ویفرز ، اور ڈائمنڈ پتلی فلمیں شامل ہیں۔

میں۔ ٹنگسٹن کاپر مصر ٹنگسٹن کاپر مرکب تانبے کی اعلی تھرمل چالکتا کے ساتھ ٹنگسٹن کی کم توسیع کو جوڑتا ہے ، جس سے وہ سیمیکمڈکٹر لیزرز کے لئے مثالی بن جاتے ہیں۔ اس چھدم اللہ کی تھرمل توسیع اور چالکتا کو اس کی تشکیل کو ایڈجسٹ کرکے تیار کیا جاسکتا ہے ، اور یہ سلیکن ، گیلیم آرسنائڈ اور سیرامک ​​مواد سے اچھی طرح سے مماثل ہے۔ ابتدائی لیزرز اکثر ٹنگسٹن کاپر سی ماؤنٹ ڈھانچے کا استعمال کرتے تھے ، جو بعد میں ٹنگسٹن کیپر باروں میں تیار ہوا۔

ii. ایلومینیم نائٹرائڈ ایلومینیم نائٹرائڈ سیرامک ​​بہترین مجموعی کارکردگی پیش کرتا ہے ، جس میں 320W/(M · K) تک کی نظریاتی تھرمل چالکتا ہے ، اور تجارتی مصنوعات عام طور پر 180W/(M · K) سے 260W/(M · K) تک ہوتی ہیں۔ اس کا تھرمل توسیع گتانک بھی لیزر چپس کے بالکل قریب ہے ، جس سے یہ ایک عام عبوری گرمی کے ڈوب مواد بن جاتا ہے۔

iii. سلیکن کاربائڈ (ایس آئی سی) ایس آئی سی ایک عام قدرتی سپرلاٹائس ہمجنس پولیٹائپ ہے جس میں بقایا جسمانی اور کیمیائی خصوصیات ہیں۔ اس کی سختی اور لباس کی مزاحمت ہیروں کے بعد دوسرے نمبر پر ہے ، اور یہ 490W/(M · K) تک کی نظریاتی تھرمل چالکتا کا حامل ہے۔ کم توسیع ، گرمی کی کھپت ، اور اعلی تھرمل استحکام کے ساتھ ، ایس آئی سی اعلی طاقت والے آلات کے لئے انتہائی موزوں ہے۔ یہ سنکنرن کے خلاف مزاحمت کرتا ہے اور عام دباؤ کے تحت پگھل نہیں ہوتا ہے ، جبکہ اس کی سطح کا آکسیکرن سلیکن ڈائی آکسائیڈ پرت بناتا ہے جو مزید آکسیکرن کو روکتا ہے۔

iv. زیادہ سے زیادہ تھرمل کھپت کے لئے ہیرا ، ہیرے کو چپ اور تانبے کے مابین جڑنے والے مواد کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے۔ قدرتی ہیرا میں 2000W/(M · K) کی ایک غیر معمولی تھرمل چالکتا ہے ، جو تانبے سے پانچ گنا زیادہ ہے ، جس میں تھرمل توسیع کے گتانک ہیں۔ اس طرح ، ہیرا ہائی پاور سیمیکمڈکٹر لیزرز کے لئے ایک مثالی حرارت سنک مواد ہے۔ لاگت کی وجہ سے ، سیمیکمڈکٹر پیکیجنگ کے لئے قدرتی ہیرا ممکن نہیں ہے ، لیکن ہیرے کو دو شکلوں میں گرمی کے سنک کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے: ڈائمنڈ پتلی فلمیں (سی وی ڈی ڈائمنڈ) اور تانبے اور ایلومینیم جیسی دھاتوں والی کمپوزٹ۔ تاہم ، ڈائمنڈ پروسیسنگ کی پیچیدگی-کاٹنے ، پالش اور دھات کاری-سیمیکمڈکٹر لیزر گرمی کے ڈوبنے میں اس کے بڑے پیمانے پر اطلاق کو محدود کرتی ہے۔

v. گرافین گرافین ایک نیا دو جہتی کاربن نانوومیٹریل ہے جس میں بہترین برقی ، آپٹیکل اور تھرمل خصوصیات ہیں۔ اس کی پس منظر کی تھرمل چالکتا 5300W/(M · K) تک پہنچ سکتی ہے ، جو سلیکن کاربائڈ اور ایلومینیم نائٹریڈ جیسے دیگر گرمی کے سنک مواد سے کہیں زیادہ ہے۔ سیمیکمڈکٹر لیزرز میں گرمی کے سنک کے طور پر گرافین کا اطلاق گرمی کی کھپت اور آلہ کی کارکردگی کو بہتر بنانے کی بڑی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔