Kif tottimizza d-dissipazzjoni tas-sħana tad-dijodi fi strumenti mediċi tal-lejżer?

1, Innovazzjoni Materjal: Bini ta 'Passaġġ ta' Konduzzjoni ta 'Reżistenza Termali Baxxa
1. Ottimizzazzjoni tal-interface tas-sottostrat taċ-ċippa
Il-punt tat-tluq tad-dissipazzjoni tas-sħana għad-dijodi tal-lejżer huwa l-interface ta 'kuntatt bejn iċ-ċippa u s-sottostrat. Iċ-ċeramika tradizzjonali tal-alumina (Al ₂ O ∝) għandha konduttività termali ta '20-30W/m · K biss, filwaqt li ċ-ċeramika tan-nitrur tal-aluminju (AlN) għandha konduttività termali ta' aktar minn 200W/m · K, li tagħmilhom l-għażla preferuta għal lasers mediċi ta '-qawwa għolja. Pereżempju, ċertu modulu tal-lejżer blu vjola ta 'grad industrijali jadotta struttura ta' tliet saffi ta '"chip nitrur tal-aluminju sottostrat graphene ram ibbażat", li jnaqqas ir-reżistenza termali mid-disinn tradizzjonali ta' 5 gradi /W għal 1.2 grad /W, u tbaxxi t-temperatura tal-junction taċ-ċippa bi 30 grad fl-istess qawwa.

2. Aġġornament tal-materjali tas-saff tal-welding
Is-saff tal-istann huwa kanal kritiku għat-trasferiment tas-sħana miċ-ċippa għas-sottostrat. L-istann tal-landa tad-deheb (AuSn) sar il-materjal standard tal-iwweldjar għal lasers mediċi minħabba l-konduttività termali għolja tiegħu (58W/m · K), punt ta 'tidwib għoli (280 grad ), u reżistenza għall-għeja. Dejta sperimentali turi li moduli li jużaw pads tal-istann iffurmati minn qabel AuSn jistgħu jlestu l-issaldjar fi żmien 30 sekonda f'temperatura ta 'tisħin ta' 310 grad, u l-uniformità tal-ħxuna tas-saff tal-istann hija aħjar minn pejst tal-istann tradizzjonali, bi tnaqqis ta '40% fir-reżistenza termali.

3. Għażla ta 'materjali tas-sink tas-sħana
Ram (konduttività termali 401W/m · K) u aluminju (konduttività termali 237W/m · K) huma materjali tas-sink tas-sħana użati b'mod komuni, iżda d-densità tar-ram (8.9g/cm ³) tillimita l-applikazzjoni tiegħu f'apparat portabbli. Biex tibbilanċja l-prestazzjoni u l-piż, il-lejżers mediċi ħafna drabi jużaw materjali komposti ta 'liga tar-ram molibdenu (CuW) jew aluminju tal-karbur tas-silikon (SiC/Al). Per eżempju, ċertu 808nm qrib -apparat terapewtiku infra-aħmar juża sink tas-sħana CuW, li għandu koeffiċjent aħjar ta 'espansjoni termali (CTE) li jaqbel maċ-ċippa tal-lejżer minn ram pur, u l-varjazzjoni tat-temperatura tal-junction hija kkontrollata fi ħdan ± 1.5 grad b'qawwa 10W.

2, Disinn strutturali: Ittejjeb il-konvezzjoni termali u r-radjazzjoni
1. Teknoloġija tat-tkessiħ mikrokanali
Għal lejżers ta 'qawwa għolja ta' mewġ kontinwu (CW) -(bħal tagħmir ta 'kirurġija ta' vaporizzazzjoni tal-prostata ta '1470nm), coolers mikrokanali (MCC) huma l-aktar soluzzjoni effiċjenti ta' dissipazzjoni tas-sħana. MCC inċiżi mikrokanali b'wisa 'ta' 0.1-0.5mm ġewwa s-sottostrat tar-ram, li jippermetti kuntatt dirett bejn il-likwidu li jkessaħ (bħal ilma dejonizzat) u s-sors tas-sħana, b'reżistenza termali baxxa daqs 0.01 grad /W. L-istruttura tal-mikrokanal f'forma ta 'cosine iddisinjata minn tim ta' riċerka għandha uniformità tat-temperatura tas-sink tas-sħana ta 'aħjar minn 95% u rekwiżit ta' pressjoni tal-pompa tal-ilma mnaqqas bi 30% b'rata ta 'fluss ta' likwidu li jkessaħ ta '1m/s taħt qawwa ta' 20W.

2. Ippakkjar taċ-ċippa maqluba
Fl-ippakkjar taċ-ċippa formali tradizzjonali, is-sħana jeħtieġ li titmexxa lejn is-sink tas-sħana permezz tas-sottostrat taċ-ċippa (bi ħxuna ta 'madwar 100 μ m), li tirriżulta f'żieda fir-reżistenza termali. It-teknoloġija taċ-ċippa invertita telimina r-reżistenza termali tas-sottostrat billi issaldjar direttament iż-żona attiva mas-sink tas-sħana. L-esperimenti wrew li d-dijodu tal-lejżer 980nm b'imballaġġ maqlub għandu temperatura ta 'junction 25 grad inqas minn dik tal-ippakkjar konvenzjonali b'qawwa ta' 5W, u l-istabbiltà tal-qawwa tal-ħruġ ottiku titjieb bi 15%.

3. Ottimizzazzjoni tal-firxa tal-fin
Għal lejżers mediċi ta 'qawwa baxxa sa medja, bħal apparati tal-lejżer għat-tneħħija tax-xagħar, l-arrays tal-fin huma l-aktar soluzzjoni kost{0}}effettiva tad-dissipazzjoni tas-sħana. Permezz ta 'analiżi ta' elementi finiti ANSYS, instab li għal kull żieda ta '1mm fl-għoli tal-pinen, iż-żona tad-dissipazzjoni tas-sħana tiżdied bi 12%. Madankollu, meta l-għoli jaqbeż il-15mm, ir-reżistenza tal-fluss tal-arja tiżdied b'mod sinifikanti. Ċertu mudell ta 'apparat ta' tneħħija tax-xagħar bil-lejżer jadotta disinn ta '"xewk gradjent", b'għoli tal-ġewnaħ tal-qiegħ ta' 10mm u għoli tal-pinen ta 'fuq ta' 5mm. F'qawwa ta '20W, l-effiċjenza tad-dissipazzjoni tas-sħana tal-konvezzjoni naturali hija 18% ogħla minn dik ta' xewk uniformi.

3, Integrazzjoni tas-sistema: Kontroll kollaborattiv f'ħafna livelli
1. Kontroll ta 'ċirku magħluq ta' apparat li jkessaħ is-semikondutturi (TEC)
Lejżers mediċi jeħtieġu stabbiltà ta 'wavelength estremament għolja (bħal wavelength drift ta'<1nm for 650nm epidermal repair lasers), and the wavelength change rate with temperature can reach 0.3nm/℃. Therefore, TEC has become the core component for precise temperature control. A multifunctional beauty device adopts a closed-loop system of "TEC+NTC thermistor". When the chip temperature exceeds the set value (such as 25 ℃), TEC cools at a rate of 0.1 ℃/s, and dynamically adjusts the driving current through PID algorithm to make the power fluctuation less than ± 1%.

2. Materjal tal-bidla tal-fażi (PCM) assistit id-dissipazzjoni tas-sħana
Għal lejżers mediċi pulsati (bħal litotripsija bil-lejżer), materjali ta 'bidla fil-fażi jistgħu jassorbu s-sħana fid-distakk tal-polz u jillixxew il-varjazzjonijiet fit-temperatura. Tim ta 'riċerka integrat paraffin/grafita estiża PCM kompost (punt tat-tidwib 45 grad) fl-ippakkjar tad-dijodu tal-lejżer. Fi frekwenza tal-polz ta '100Hz, PCM jista' jassorbi 40% tas-sħana istantanja, u jnaqqas l-ogħla temperatura tal-junction bi 12-il grad.

3. Disinn żejda ta 'sistema ta' tkessiħ likwidu
Lejżers mediċi ta 'qawwa għolja (bħal tagħmir ta' terapija fotodinamika tat-tumur) jeħtieġu sistema ta 'tkessiħ likwidu, iżda r-riskju ta' tnixxija ta 'likwidu li jkessaħ jista' jipperikola s-sigurtà tal-pazjent. Għalhekk, disinn żejda huwa kruċjali. Ċertu mudell ta 'tagħmir jadotta sistema ta' tkessiħ tal-likwidu ta 'ċirkolazzjoni doppja: iċ-ċirkolazzjoni ewlenija tkessaħ id-dijodu tal-lejżer, iċ-ċirkolazzjoni sekondarja tkessaħ il-pompa taċ-ċirkolazzjoni ewlenija, u t-tnixxijiet huma mmonitorjati f'ħin reali permezz ta' sensuri tal-pressjoni. Meta l-pressjoni taċ-ċirkolazzjoni prinċipali tinżel b'10%, is-sistema taqleb awtomatikament għall-pompa ta 'riżerva biex tiżgura l-kontinwità tat-trattament.