Além do tradicional afundamento de calor em embalagens de matrizes microeletrônicas, estão surgindo aplicações mais exigentes para compósitos de matriz de metal de cobre / tungstênio (WCU) como montagens e sub-montagens para díodos laser semicondutores. Atualmente, a maioria dos diodos a laser semicondutores são montados em uma montagem ou submontado feito de WCu. A combinação de expansão térmica melhorada entre o dissipador de calor ea matriz, juntamente com a tendência atual de aumentar o tamanho da matriz e os requisitos de dissipação de energia, tornaram o WCu o material de escolha para a embalagem de diodos a laser. Isto é particularmente verdadeiro para morrer com mais de 1000 μm em qualquer direcção. Cobre / tungstênio fornece a dissipação térmica necessária e bom jogo de expansão térmica. Alguns diodos a laser são montados diretamente em cobre livre de oxigênio de alta pureza, em um substrato de cerâmica de nitrato de berílio ou alumínio, ou mesmo em um substrato de diamante.

A maioria dos diodos laser semicondutores de potência fabricados para comprimentos de onda na faixa de 800 a 1550 nm beneficiaram do melhor desempenho das novas bases de dissipadores de calor WCu. As aplicações incluem redes de comunicação médicas, científicas e de fibra óptica, entre outras.

Cobre Tungstênio Montagens Mudando Convenções

As bases convencionais de dissipador de calor de tungsténio de cobre proporcionam uma condutividade térmica entre 170 e 220 W / mK e um coeficiente de dilatação térmica reduzido que coincide com as matrizes de semicondutores para o fabrico de diodos (5,6-9,0 ppm / ° C). As matrizes a laser são construídas tipicamente em substratos de arseneto de gálio (GaAs) usando processos como epitaxia de feixe molecular ou deposição química-orgânica de vapor de metal. A composição química final pode incluir arseneto de gálio-índio (InGaAs), arseneto de alumínio-gálio-alumínio (InAlGaAs), arseneto de gálio de alumínio (AlGaAs), fosfeto de arseneto de gálio-índio (InGaAsP) ou fosfeto de gálio de índio (InGaP). Recentemente, os eléctrodos de nitreto de gálio de índio (InGaN) foram fabricados num substrato de safira usando uma camada de GaN epitaxialmente lateralmente sobreposto para coincidir com a energia da rede entre a safira e o semicondutor.

Diferentes montagens de cobre de tungstênio foram modeladas usando a técnica de solução de valores finitos finitos. O desempenho foi comparado utilizando o material WCU de 160-W / mK como linha de base e cobre de alta pureza (condutividade térmica = 398 W / mK) para desempenho topo de gama. Com base na redução da resistência térmica, obteve-se uma melhoria de 19,1% para o material de 200 W / mK. O material graduado funcionalmente de 320-W / mK foi cerca de 47,54% melhor, com o material topo de gama proporcionando uma melhoria de 56,88% em relação ao padrão. A redução correspondente na temperatura de junção também é mostrada.

Desenvolvimentos técnicos utilizando materiais funcionalmente graduados (FGMs) empurrar o envelope desempenho de cobre / tungstênio para níveis de condutividade térmica em torno de 320 W / mK. Este nível de desempenho é comparável ao desempenho térmico fornecido pelo cobre. Estas soluções de gestão térmica são perseguidas usando materiais comuns, facilmente disponíveis, como cobre e tungstênio.

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