高功率LD用金刚石铜散热基板

admin — Sat, 20 Dec 2025 02:01:31 +0000

一，概要

半导体激光器与现有的激光光源相比，具有小型、高效率、长寿命等优异性能，在健康护理、传感、钣金加工等多个领域进行了实装。另外，从碳中和的观点来看关注度也很高，最近也在研究激光核聚变。在上述背景下，今后半导体激光器市场也有望增长，要求进一步的高输出化、光束质量提高等。为了提高性能，激光二极管（LD）自身的技术，以及为了有效地释放LD在振荡时产生的热，以及不产生因热引起的变形的散热基板也非常重要。在此介绍具有高散热且低热膨胀等优点，适合于高输出半导体激光器的散热基板的铜和金刚石的复合材料（Cu-Dia）。

二，特长

2-1，独特的高热传导材料

半导体激光器用途散热基板是LD在芯片的正下方使用焊料直接接合并搭载（图1）。在该散热基板上，虽然采用了高热传导材料的铜和钨的复合材料（Cu-W）或氮化铝（AlN），但是随着高输出化LD芯片发热量增加，需要散热性更高的材料，实践中，热传导率为Cu-W与AlN两倍以上的具有550W/(m.K)的Cu-Dia散热基板被产品化。图2示出了Cu-Dia热性能仿真结果。与传统Cu-W相比，热阻减少24%，LD的热应力降低42%，显示了Cu-Dia的有利性。

图1，LD散热基板的使用

	Cu-W	Cu-Dia
平均热膨胀系数（ppm/K）	6.5	6.0
热导率（W/m.K）	205	550
热阻（KW）（dT）	1.30（dT=38.9K）	0.99（dT=29.6K）
LD所受热应力（MPa）	8.2	4.74

图2，热性能对比

2-2, 锐边加工

LD芯片配置在正下方的散热基板上，为了不妨碍激光出射且不产生热堵塞，需要锐边。含有柔软的铜和硬质的钻石Cu-Dia材料加工困难，采用独特的加工方法可以实现5µm以下的锐边（图3）

图3，Cu-Dia的边缘加工

2-3，金属化后品质稳定

LD为了使与芯片接合性良好，一般在散热基板表面进行金锡、金、铂、镍等金属薄膜成形（以下称为金属化），因此金属化后的热特性也变得重要，通过控制Cu-Dia中的微量元素，如图4所示，与以往产品相比，金属化后的热导率更稳定。

图4，金属化后热导率测量结果

三，结论

对于半导体激光器高输出且稳定的激光振荡器，Cu-Dia这样的高热导率散热基板变得重要。我公司可以根据市场需求，从原料控制到精密加工、金属化，我公司的Cu-Dia今后也有望为开发高性能光束质量的激光振荡器做出贡献。

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