Además del tradicional hundimiento del calor en el empaquetado de matrices microelectrónicas, están surgiendo aplicaciones más exigentes para los compuestos de matriz de metal de cobre / tungsteno (WCU) como soportes y subconjuntos para diodos láser semiconductores. Actualmente, la mayoría de los diodos láser de semiconductores están montados en un soporte o submount hecho fuera de WCu. La combinación térmica mejorada entre el disipador de calor y la matriz, junto con la tendencia actual de aumentar el tamaño del troquel y los requisitos de disipación de energía, ha convertido a WCu en el material de elección para empaquetar diodos láser. Esto es particularmente cierto para los discos de más de 1000 μm en cualquier dirección. El cobre / tungsteno proporciona la disipación térmica necesaria y una buena dilatación térmica. Algunos diodos láser están montados directamente sobre cobre libre de alta pureza sin oxígeno, sobre un sustrato de cerámica de nitruro de berilio o aluminio, o incluso sobre un sustrato de diamante.

La mayoría de los diodos láser semiconductores de potencia fabricados para longitudes de onda en el rango de 800 a 1550 nm se han beneficiado del mejor rendimiento de las nuevas bases de disipador de calor WCu. Las aplicaciones incluyen redes de comunicación médicas, científicas y de fibra óptica, entre otras.

Montajes de tungsteno de cobre que cambian convenciones

Las bases convencionales de disipador de calor de tungsteno de cobre proporcionan una conductividad térmica entre 170 y 220 W / mK y un coeficiente de expansión térmica reducido que coincide con las matrices semiconductoras para la fabricación de diodos (5.6-9.0 ppm / ° C). Las matrices de láser se construyen típicamente sobre sustratos de arseniuro de galio (GaAs) usando procesos tales como la epitaxia de haz molecular o la deposición química de metales orgánicos en fase de vapor. La composición química final puede incluir arseniuro de indio y galio (InGaAs), arseniuro de aluminio y aluminio-galio (InAlGaAs), arseniuro de aluminio-galio (AlGaAs), fosfuro de arseniuro de galio indio (InGaAsP) o fosfuro de indio-galio (InGaP). Recientemente, los láseres de nitruro de indio y galio (InGaN) han sido fabricados sobre un sustrato de zafiro utilizando una capa de GaN epitaxialmente lateralmente sobre-crecida para que coincida con la energía de la red entre el zafiro y el semiconductor.

Diferentes soportes de cobre de tungsteno fueron modelados utilizando la técnica de solución de valores límite finitos. El rendimiento se comparó utilizando 160 w / mK WCu material como la línea de base y de alta pureza de cobre (conductividad térmica = 398 W / mK) para el rendimiento de gama alta. Basándose en la reducción de la resistencia térmica, se obtuvo una mejora del 19,1% para el material de 200 W / mK. El material funcionalmente graduado de 320-W / mK era aproximadamente 47,54% mejor, con el material de extremo superior proporcionando una mejora del 56,88% con respecto al estándar. También se muestra la reducción correspondiente en la temperatura de unión.

Los desarrollos técnicos que utilizan materiales de clasificación funcional (FGMs) empujan la envolvente de rendimiento de cobre / tungsteno a niveles de conductividad térmica de alrededor de 320 W / mK. Este nivel de rendimiento es comparable al rendimiento térmico proporcionado por el cobre. Estas soluciones de gestión térmica se llevan a cabo utilizando materiales comunes y fácilmente disponibles como el cobre y el tungsteno.

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