太阳城集团

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用于冷却激光装置的冷却设备和包括冷却设备的激光系统.pdf

摘要
申请专利号:

CN201480024906.5

申请日:

2014.04.30

公开号:

太阳城集团CN105164873A

公开日:

2015.12.16

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):H01S 5/024申请日:20140430|||公开
IPC分类号: H01S5/024; F28F3/08; H04K1/02; H01S5/42 主分类号: H01S5/024
申请人: 皇家飞利浦有限公司
发明人: J.波尔曼恩-雷特施
地址: 荷兰艾恩德霍芬
优先权: 13166176.1 2013.05.02 EP
专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司72001 代理人: 李静岚; 景军平
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法律状态
申请(专利)号:

CN201480024906.5

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2016.06.01|||2015.12.16

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明描述用于冷却激光装置的冷却设备(100)和包括至少两个这样的冷却设备(100)的激光系统。本发明还描述制造冷却设备(100)和激光系统的方法。冷却设备(100)包括激光装置的安装区域(105)、包括布置成冷却安装区域(105)的冷却通道的冷却体积(140)、连接到冷却体积(140)的冷却通道的冷却剂入口和冷却剂出口(150、145)、连接到冷却剂入口(150)的第一冷却剂供应通孔(110)、连接到冷却剂出口(145)的第二冷却剂供应通孔(111)。冷却设备(100)还包括实现到第二冷却设备(100)的可拆卸的互连的至少一个耦合元件(115、130、135),使得当将冷却设备(100)互连到第二冷却设备(100)时,冷却设备(100)的第一冷却剂供应通孔(110)连接到第二冷却设备(100)的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备(100)的第二冷却剂供应通孔(111)连接到第二冷却设备(100)的第二冷却剂供应通孔,其中冷却设备(100)布置成使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔(110)和第二冷却剂供应通孔(111)被供应到冷却体积。冷却设备(100)实现成本高效和可扩展的激光系统。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于冷却激光装置的冷却设备(100),其中所述冷却设备(100)适合于实现到另外冷却设备(100)的可拆卸的互连,所述冷却设备(100)包括用于激光装置的安装区域(105)、包括布置成冷却所述安装区域(105)的冷却通道的冷却体积(140)、连接到所述冷却体积(140)的所述冷却通道的冷却剂入口(150)和冷却剂出口(145)、连接到所述冷却剂入口(150)的第一冷却剂供应通孔(110)、连接到所述冷却剂出口(145)的第二冷却剂供应通孔(111),所述冷却设备(100)还包括实现到所述另外冷却设备(100)的可拆卸的互连的至少一个耦合元件(115、130、135),使得当将所述冷却设备(100)互连到所述另外冷却设备(100)时,所述冷却设备(100)的所述第一冷却剂供应通孔(110)连接到所述另外冷却设备(100)的第一冷却剂供应通孔以及所述冷却设备(100)的所述第二冷却剂供应通孔(111)连接到所述另外冷却设备(100)的第二冷却剂供应通孔,其中所述冷却设备(100)被布置为使得能够经由所述第一冷却剂供应通孔(110)和所述第二冷却剂供应通孔(111)将冷却剂供应到所述冷却体积(140),其中所述冷却设备(100)包括包含用于电气地驱动所述激光装置的驱动电子器件的至少部分的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB),所述印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)包括当在所述冷却设备(100)和所述另外冷却设备(100)之间的可拆卸的互连时用于实现所述冷却设备(100)的所述印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)到所述另外冷却设备(100)的另外印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)的电连接的电连接器。

2.  根据权利要求1所述的冷却设备(100),其中所述耦合元件(115、130、135)包括至少一个狭槽(115)和至少一个键(130)。

3.  根据权利要求2所述的冷却设备(100),其中所述至少一个狭槽(115)布置在所述冷却设备(100)的第一侧上,平行于所述第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔(110、111)的延伸部延伸,而至少一个键(130)布置在所述冷却设备(100)的第二侧上,平行于所述第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔(110、111)的所述延伸部延伸。

4.  根据权利要求2所述的冷却设备(100),其中所述狭槽(115)和所述键(130)布置成偏移于所述第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔(110、111)。

5.  根据权利要求3或4所述的冷却设备(100),其中所述键(115)是所述第一冷却剂供应通孔和/或第二冷却剂供应通孔(110、111)在所述冷却设备(100)的所述第一侧上的延长部分,且所述狭槽(130)是所述第一冷却剂供应通孔和/或第二冷却剂供应通孔(110、111)在所述冷却设备(100)的所述第二侧上的加宽部分。

6.  根据权利要求1所述的冷却设备(100),其中所述耦合元件(115、130、135)包括至少第一狭槽(135)和第二狭槽(135),其中所述第一狭槽(135)布置在所述冷却设备(100)的第一侧上,平行于所述第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔(110、111)的延伸部延伸,而所述第二狭槽(135)布置在所述冷却设备(100)的第二侧上,平行于所述第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔(110、111)的所述延伸部延伸,实现通过耦合结构到所述第二冷却设备的可拆卸的互连。

7.  根据权利要求1所述的冷却设备(100),包括用于固定所述冷却设备的至少一个突出部(125)。

8.  一种包括具有安装在安装区域(105)上的激光装置的根据权利要求1所述的至少第一冷却设备和第二冷却设备(100)的激光系统,所述第一冷却设备和第二冷却设备(100)通过所述第一冷却设备和第二冷却设备(100)的耦合元件(115、130、135)和电连接器可拆卸地被耦合,所述激光系统还包括可拆卸地耦合到所述第一冷却设备(100)的背板(205)、可拆卸地耦合到所述第二冷却设备(100)的前板(225),所述前板包括用于冷却剂供应的第一连接器(228)和第二连接器(229)。

9.  根据权利要求8所述的激光系统,包括底板(210),所述前板(225)和所述背板(205)可拆卸地耦合到所述底板(210)。

10.  根据权利要求9所述的激光系统,所述冷却设备(100)每个包括从所述底板(210)延伸到所述安装区域(105)的至少一个电气供应通孔(120),所述底板包括被布置为用于电气供应的馈通并与所述电气供应通孔(120)对齐的至少一个狭缝(215)。

11.  根据权利要求9或10所述的激光系统,每个冷却设备(100)包括两个突出部(125),所述激光系统还包括两个侧板(220),每个侧板具有用于将所述突出部(125)固定到所述底板(210)的槽口(222),其中所述侧板(220)可拆卸地耦合到所述底板(210)和/或所述背板(205)和/或所述前板(225)。

12.  根据权利要求11所述的激光系统,包括用于保护所述激光装置抵御环境的顶盖玻璃(230),所述顶盖玻璃(230)可拆卸地耦合到所述背板(205)、所述前板(225)和/或所述侧板(220)。

13.  根据权利要求12所述的激光系统,包括用于夹住所述顶盖玻璃(230)的顶框架(235)。

14.  一种制造用于冷却激光装置的冷却设备(100)的方法,其中所述冷却设备(100)适合于实现到另外冷却设备(100)的可拆卸的互连,所述方法包括下列步骤:
-提供用于所述激光装置的安装区域(105);
-提供包括布置成冷却所述安装区域(105)的冷却通道的冷却体积(140);
-提供连接到所述冷却体积(140)的所述冷却通道的冷却剂入口(150)和冷却剂出口(145);
-提供连接到所述冷却剂入口(150)的第一冷却剂供应通孔(110);
-提供连接到所述冷却剂出口(145)的第二冷却剂供应通孔(111),使得冷却剂能够经由所述第一冷却剂供应通孔(110)和所述第二冷却剂供应通孔(111)被供应到所述冷却体积(140);
-提供实现到所述另外冷却设备(100)的可拆卸的互连的至少一个耦合元件(115、130、135),使得当将所述冷却设备(100)互连到第二冷却设备(100)时,所述冷却设备(100)的所述第一冷却剂供应通孔(110)连接到所述另外冷却设备(100)的第一冷却剂供应通孔以及所述冷却设备(100)的所述第二冷却剂供应通孔(111)连接到所述另外冷却设备(100)的第二冷却剂供应通孔;以及
-提供包括用于电气地驱动所述激光装置的驱动电子器件的至少部分的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB),所述印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)包括当在所述冷却设备(100)和所述另外冷却设备(100)之间的可拆卸的互连时用于实现所述冷却设备(100)的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)到所述另外冷却设备(100)的另外印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)的电连接的电连接器。

15.  一种制造激光系统的方法,所述方法包括下列步骤:
-提供根据权利要求1所述的至少第一冷却设备和第二冷却设备(100);
-安装被安装在所述安装区域(105)上的激光装置;
-通过所述第一冷却设备和第二冷却设备(100)的所述耦合元件(115、130、135)以及电连接器可拆卸地耦合所述第一冷却设备和所述第二冷却设备(100);
-提供背板(205);
-将所述背板(205)可拆卸地耦合到所述第一冷却设备(100);
-提供包括用于冷却剂供应的第一连接器(228)和第二连接器(229)的前板(225);以及
-将所述前板(225)可拆卸地耦合到所述第二冷却设备(100)。

说明书

说明书用于冷却激光装置的冷却设备和包括冷却设备的激光系统
技术领域
本发明涉及用于冷却激光装置的冷却设备和包括这样的冷却设备的激光系统。本发明还涉及制造冷却设备和包括这样的冷却设备的激光系统的方法。
背景技术
US6014312公开了由平卧地连接到彼此的几个冷却器层组成的、用作电气部件或电路的散热器的冷却器,冷却器层堆叠在彼此的顶部上,在冷却剂所流经的通道之间形成,且每个通道排放到用于供应冷却剂的至少一个第一收集空间内并排放到用于排出冷却剂的第二收集空间内,收集空间通过构造具有开口的冷却剂层的至少一个区域由冷却器层中的开口和冷却通道形成,该区域在开口之间。
US2005/0168950Al的半导体冷却设备包括至少上板、中板和下板,并具有冷却剂入口部分、出口部分和液流通道部分。上板和下板是通过将维持不小于0.05mm的厚度的铜镀在辅助板的一个表面上或两个表面上而构成的复合板,辅助板由具有不小于1000N/mm2的抗张强度、不小于100W/m·K的导热率和不大于6.0ppm/°C的热膨胀系数的材料制成。半导体冷却设备试图防止在半导体冷却设备中的变形的出现并在半导体芯片和半导体冷却设备热膨胀的情况下防止半导体芯片从半导体冷却设备分离。
如果多个冷却器必须组合到系统,则所述冷却器是昂贵的。如果在两个或多个冷却器上的电气部件需要彼此以高精度对齐,则高度努力是需要的。
发明内容
因此本发明的目的是提供用于冷却激光装置的改进的冷却设备,其实现包括至少两个冷却设备的激光系统的简化的可扩展性。另一目的是提供制造这样的冷却设备和激光系统的对应方法。
根据第一方面,提出了用于冷却激光装置的冷却设备。冷却设备适合于实现到另外冷却设备的可拆卸的互连。冷却设备包括用于激光装置的安装区域、包括布置成冷却安装区域的冷却通道的冷却体积、连接到冷却体积的冷却通道的冷却剂入口和冷却剂出口、连接到冷却剂入口的第一冷却剂供应通孔、连接到冷却剂出口的第二冷却剂供应通孔。冷却设备还包括实现到另外冷却设备的可拆卸的互连的至少一个耦合元件,使得当将冷却设备互连到另外冷却设备时,冷却设备的第一冷却剂供应通孔连接到另外冷却设备的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备的第二冷却剂供应通孔连接到另外冷却设备的第二冷却剂供应通孔。冷却设备包括包含用于电气地驱动激光装置的驱动电子器件的至少部分的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB),印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)包括当在冷却设备和另外冷却设备之间的可拆卸的互连时用于实现冷却设备的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)到另外冷却设备的另外印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)的电连接的电连接器。冷却设备布置成使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔被供应到冷却体积。
与冷却设备的耦合元件组合的第一和第二冷却剂供应通孔的布置实现包括具有安装在安装区域上的激光装置的两个、三个、四个或更多个冷却设备的激光系统的容易可扩展性。此外,不必提供由具有用于安装冷却器的高精密钻孔的抗腐蚀材料组成的复杂水分配板,其必须被单独地制造,因而引起高成本。冷却设备可实现在减小的成本下的不同尺寸的激光系统。
激光装置的电气供应可通过例如PCB来执行,PCB包括电连接到激光装置的驱动电子器件的至少部分。PCB可包括电连接器,使得一旦第一和第二冷却设备可拆卸地连接到彼此,第一冷却设备的第一PCB就电连接到第二冷却设备的第二PCB。替代地,可以有用于电气供应的通孔,实现激光装置的电连接。
可通过提供实现不透冷却剂的耦合的高精度冷却设备来实现冷却设备的第一和第二冷却剂供应通孔的不透冷却剂的耦合。替代地或此外,可使用垫圈如O形环等。
冷却设备可特别适合于包括高功率激光模块(如高功率垂直腔表面发射激光(VCSEL)模块)的激光装置。这样的VCSEL模块包括VCSEL的一个、两个、三个或更多个阵列。可在晶圆规模上制造并测试VCSEL,实现成本高效的激光模块。
耦合元件可实现冷却设备的直接耦合或冷却设备的间接耦合。如果不需要额外的耦合结构来耦合冷却设备,则实现直接耦合,其中在间接耦合的情况下,需要至少一个额外的元件。间接耦合的例子可以是平行于第一和第二冷却剂供应通孔的在每个冷却设备中的通孔,其中额外的耦合结构可以是棒或长螺钉,其可插在通孔中使得冷却设备可夹在棒的端部处。替代地,可提供垂直于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部(或凹进部),且可提供具有配合到延伸部(或凹进部)的孔(或延伸部)的杆以耦合冷却设备。耦合元件可实现耦合设备的耦合,而没有包括高精密钻孔的底板。通过粘合剂、焊接等提供在耦合设备之间的额外永久耦合可能也是可能的。
冷却设备的耦合元件在直接耦合的情况下包括至少一个狭槽和至少一个键。狭槽和键布置成使得只要两个冷却设备耦合到彼此,两个冷却设备就自动对齐。键可以是简单的延伸部,且狭槽是适应于键的形状的凹进部,使得通过键和狭槽耦合的冷却设备不能相对于彼此移动,以便实现完美的对齐。键和狭槽可以替代地被实现为插入式连接器。替代地,公冷却设备可以只包括键,而母冷却设备合并可以只包括对应的狭槽。
至少一个狭槽可布置在冷却设备的第一侧上,平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部延伸,而至少一个键可布置在冷却设备的第二侧上,平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部定向。在冷却设备的第一和第二侧和因而相对侧上的狭槽和键的布置可实现多于两个冷却设备的可靠布置。此外只需要一种类型的冷却设备,以便实现可扩展性,因而减小成本。
可偏移于第一和第二冷却剂供应通孔布置狭槽和键。替代地或此外,键可以是第一和/或第二冷却剂供应通孔的在冷却设备的第一侧上的延长部分,且狭槽可以是第一和/或第二冷却剂供应通孔的在冷却设备的第二侧上的加宽部分。键在这种情况下可以是在由加宽部分提供的一种插口中延伸的一种管子。这个连接可实现相邻冷却设备的第一和第二冷却剂供应通孔的不透冷却剂的耦合。替代地或此外,O形环或任何其它类型的密封环可被引入到加宽部分内以提供不透冷却剂的耦合。
耦合元件包括至少第一狭槽和第二狭槽,其中第一狭槽布置在冷却设备的第一侧上,平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部延伸,而第二狭槽布置在冷却设备的第二侧上,平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部延伸,通过耦合结构实现到第二冷却设备的可拆卸的互连。狭槽可以是在冷却设备的第一和第二侧上的第一和/或第二冷却剂供应通孔的加宽部分。在这种情况下,可提供额外的耦合结构如管子,以便耦合冷却设备。管子可插入相邻冷却设备的加宽部分内,以便提供可靠的耦合和对齐。替代地,可设置偏移于第一和第二冷却剂供应通孔的狭槽。在这种情况下可提供如三角形销、矩形销等耦合结构,以便实现可靠的耦合和对齐。在另一实施例中,可在每个冷却设备中提供偏移于第一和第二冷却剂供应通孔的通孔,在冷却结构的两侧上提供狭槽。额外的耦合结构在这种情况下可以是可插在通孔中棒或长螺钉,使得冷却设备可夹在棒的端部处。
冷却设备可包括用于固定冷却设备的至少一个突出部。突出部可以是垂直于第一和第二冷却剂供应通孔延伸的冷却设备的延伸部。突出部因此还可用作耦合元件。突出部可包括实现到包括细长孔的耦合结构的螺钉连接的螺钉孔。可通过借助于螺钉固定耦合设备来耦合和对齐冷却设备,该螺钉经由螺钉孔将冷却设备固定到耦合结构。耦合结构可以是例如具有与突出部相同的宽度的矩形杆,使得当将矩形杆放置并固定在突出部的顶部上时,相邻冷却设备的垂直于第一和第二冷却剂供应通孔的运动是不可能的。替代地或此外,突出部可用于夹住冷却设备。
激光系统可包括具有激光装置(如安装在安装区域上的VCSEL阵列)的至少第一和第二冷却设备。两个、三个、四个或更多个冷却设备可以通过耦合元件可拆卸地耦合。激光系统还包括通过第一冷却设备的耦合元件可拆卸地耦合到第一冷却设备的背板、通过第二冷却设备的耦合元件可拆卸地耦合到第二冷却设备的前板以及第一和第二冷却设备的电连接器。前板包括用于冷却剂供应的第一连接器和第二连接器。根据冷却设备的实施例,如棒、管子、杆、销或突出部的额外耦合结构可能被需要或用于以可靠的方式耦合并对齐冷却设备。前板可以是具有用于冷却剂供应的第一连接器和第二连接器的冷却设备。背板可以是具有塞子等以封闭在与相邻冷却设备相对的冷却设备的侧面上的第一和第二冷却剂供应通孔的侧面的冷却设备。
激光系统还可包括底板,前板和背板可拆卸地耦合到底板。前板和端板可直接或间接耦合到底板。在直接耦合的情况下,螺钉或夹具可设置在前板和背板处以将前板、背板和其间的耦合设备固定到底板。在间接耦合的情况下,冷却设备可例如通过突出部和夹具和/或通过螺钉耦合到底板。
激光系统的冷却设备可每个包括从底板延伸到安装区域的至少一个电气供应通孔。底板在这种情况下可包括被布置为用于电气供应的馈通并与电气供应通孔对齐的至少一个狭缝。电气供应通孔实现每个激光装置的单独电连接。一个中央驱动器因此足以将根据可应用的驱动方案驱动所有激光装置。
激光系统的每个冷却设备可包括两个突出部和两个侧板,每个侧板具有用于将突出部固定到底板的槽口。侧板可拆卸地耦合到底板和/或背板和前板。侧板可通过螺钉或夹具耦合到底板和/或前板和背板。前板和背板可经由侧板间接耦合到底板。
激光系统可包括用于保护激光装置抵御环境的顶盖玻璃。顶盖玻璃可以可拆卸地耦合到背板、前板和/或侧板。冷却结构可包括在安装区域的侧面上的升高部分,使得与背板和前板一起提供边缘。顶盖玻璃可放置在可能具有密封的边缘上。替代地,背板和前板与侧板组合可提供在激光装置周围的边缘用于放置顶盖玻璃。顶框架可被提供成将顶盖玻璃夹到底板、侧板和/或前板和背板。
根据另一方面,提供了制造用于冷却激光装置的冷却设备的方法,其中冷却设备适合于实现到另外冷却设备的可拆卸的互连。该方法包括下列步骤:
-提供激光装置的安装区域;
-提供包括布置成冷却安装区域的冷却通道的冷却体积;
-提供连接到冷却体积的冷却通道的冷却剂入口和冷却剂出口;
-提供连接到冷却剂入口的第一冷却剂供应通孔;
-提供连接到冷却剂出口的第二冷却剂供应通孔,使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔被供应到冷却体积;
-提供实现到另外冷却设备的可拆卸的互连的至少一个耦合元件,使得当将冷却设备互连到第二冷却设备时,冷却设备的第一冷却剂供应通孔连接到另外冷却设备的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备的第二冷却剂供应通孔连接到另外冷却设备的第二冷却剂供应通孔;以及
-提供包括用于电气地驱动激光装置的驱动电子器件的至少部分的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB),印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)包括当在冷却设备和另外冷却设备之间的可拆卸的互连时用于实现冷却设备的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)到另外冷却设备的另外印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)的电连接的电连接器。
耦合元件以及第一和第二冷却剂供应通孔的布置实现包括这样的冷却设备的激光系统的容易可扩展性。
提供了制造激光系统的方法,该方法包括下列步骤:
-提供如上所述的至少第一和第二冷却设备;
-安装被安装在安装区域上的激光装置;
-通过第一和第二冷却设备的耦合元件以及电连接器可拆卸地耦合第一和第二冷却设备;
-提供背板;
-将背板可拆卸地耦合到第一冷却设备;
-提供包括用于冷却剂供应的第一连接器和第二连接器的前板;以及
-将前板可拆卸地耦合到第二冷却设备。
该方法可实现太阳城集团用于底板的材料具有降低的要求的可扩展激光系统,因为底板不用作水分配板。此外,可通过能够首先耦合冷却设备并随后耦合底板来实现冷却设备的容易对齐和因而激光装置的容易对齐。在底板中可不需要高精密钻孔。
应理解,权利要求1的冷却设备和权利要求14的方法具有类似和/或相同的实施例,特别是如在从属权利要求中定义的。此外,应理解,权利要求8的激光系统和权利要求15的方法具有类似和/或相同的实施例,特别是如在从属权利要求中定义的。
应理解,本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任何组合。
下面定义另外的有利实施例。
附图说明
本发明的这些和其它方面从下文所述的实施例将变得清楚并参考下文所述的实施例被阐明。
现在将作为例子基于实施例参考附图描述本发明。
在附图中:
图1示出冷却设备的实施例的第一透视图。
图2示出冷却设备的实施例的第二透视图。
图3示出冷却设备的实施例的垂直于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部的横截面。
图4示出制造激光系统的实施例的第一步骤。
图5示出激光系统的实施例的背板的实施例。
图6示出制造激光系统的实施例的第二步骤。
图7示出制造激光系统的实施例的第三步骤。
图8示出激光系统的实施例的前板的实施例。
图9示出制造激光系统的实施例的第四步骤。
图10示出制造激光系统的实施例的第五步骤。
图11示出制造激光系统的实施例的第六步骤。
图12示出制造冷却设备的方法的主要简图。
图13示出制造激光系统的方法的主要简图。
在附图中,相似的数字始终表示相似的对象。在附图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
现在将通过附图描述本发明的各种实施例。
图1示出冷却设备的实施例的第一透视图。应当用作用于子底座的安装区域105的冷却设备100的顶表面可被涂覆有例如Au。为了允许子底座的更好定位,这个表面也可例如通过激光构造来构造。
紧靠安装区域105设置凹进区域,其中可安装电绝缘的PCB或DCB。这些用作接口,其中外部电气线可连接在一侧上,连接到激光装置(例如VCSEL芯片)的接合线可被固定在另一侧上(凹进部应最小化接合线必须桥接在VCSEL芯片和PCB/DCB之间的高度差)。在凹进区域的角落中的4个电气供应通孔120提供从相邻于安装区域105的顶部穿过冷却设备100延伸的隧道。外部电气线可穿过电气供应通孔120延伸,通过中央驱动器(未示出)实现每个激光装置的单独驱动。电气供应通孔120的数量可适应于单独可寻址的VCSEL芯片或VCSEL阵列的数量。
图3示出穿过冷却设备100的横截面,描绘冷却设备100的内部冷却剂连接。通过第一冷却剂供应通孔110和第二冷却剂供应通孔111经由冷却剂入口150并经由冷却剂出口145将冷却剂(一般是水)供应到被布置为μ通道体积(位于安装区域105之下)的冷却体积140。
朝着冷却设备100的底部,可看到矩形突出部125。这些稳固地连接到冷却设备100,并使冷却设备100能够机械地夹到底板(见图4、6、7、9、10和11)。通过将全局冷却剂供应器移动到冷却设备100的侧面,对这个连接的机械稳定性的要求相对于已知设计放松了。在已知设计中,水供应器穿过冷却器的底部延伸。使用O形环来密封连接。因此,当前保持机构不仅必须机械地固定冷却设备100,而且同时也产生对O形环的足够压缩以密封这些水连接。
在图1的中央部分中,可看到狭槽115。这个狭槽115是在冷却设备100的主体的第一侧中的凹进部,其中凹进部的深度平行于第一和第二冷却剂供应通孔110、111的延伸部定向或延伸。狭槽115应用作耦合元件,以调节邻近或相邻冷却设备100相对于彼此的位置。
图2示出冷却设备的实施例的第二透视图。可看到键130是在冷却设备100的主体的第二侧上的延伸部,平行于第一和第二冷却剂供应通孔110、111的延伸部延伸。键130是在相邻冷却设备中的狭槽115的配对物。当然,可以用各种方式例如使用对齐销和对齐孔实现这个“狭槽和键”系统。图2还再次展示全局冷却剂供应器(具有到邻近冷却设备100的连接)如何经由冷却剂供应通孔110、111来实现。垫圈135可设置在相邻冷却设备100的第一和第二冷却剂供应通孔110、111之间。垫圈135可布置成使得在相邻冷却设备之间的耦合和对齐被改进。可在原则上使用直接接合(单独构造的)Cu薄板的叠层的现有技术来实现上述冷却设备100。然而,组合冷却设备100的上(μ通道)部分的接合Cu薄板技术与块Cu部件以通过冷却剂供应通孔110、111和用于将冷却设备夹在冷却设备100的底部处的突出部125来产生全局冷却剂供应器可能是经济上和机械上更合理的。
图3示出垂直于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部的冷却设备的实施例的横截面。在图3中的冷却设备100的顶部处的网状区域是μ通道所位于的冷却体积140,以实现从VCSEL芯片到冷却剂的高热传输。在底部处,可看到用于全局水供应器的冷却剂供应通孔110、111。从这些通孔中,一个或多个冷却剂入口150和冷却剂出口145延伸(垂直于通孔的轴)以将每个冷却设备100的个体μ通道体积140连接到全局冷却剂供应器。
下面的附图将图示这个冷却设备100概念可如何用于构建实际激光系统,如高功率VCSEL系统。图4示出在组装这样的系统时的第一或中间步骤。如图5所示的背板205(可能具有与来自相邻冷却设备100的键215匹配的对齐狭槽207)被固定到底板210(具有长狭缝215以穿通外部电气线)。底板210和将背板固定到底板210仅仅是可选的。背板205可被放置在任何板上并夹到一个或多个冷却设备。在随后的步骤中,第一冷却设备100被抵靠这个背板205推压(它可由某个中间装置例如简单的夹具保持)。当然,冷却剂供应通孔110、111的开口必须抵靠背板205例如通过O形环密封。
图6示出制造激光系统的实施例的第二中间步骤。O形环密封或替代装置必须也设置在现在可在第一冷却设备100旁以任何任意数量堆叠的所有邻近冷却设备100之间。图6示出具有两个额外的冷却设备100s的例子。
图7示出制造激光系统的实施例的第三中间步骤。为了最后将这些冷却设备100保持/夹在适当的位置,两个侧板220然后将在突出部125之上被推到冷却设备100的侧面。可将这些侧板220拧到背板205(例如经由狭缝-孔,以避免危害到夹持)。可选地,侧板220也可例如被拧到在冷却设备100之外的底板210。后者可提高稳定性。
图8示出激光系统的实施例的前板的实施例。前板包括可选的对齐键227以及用于将冷却剂供应器连接到第一和第二冷却剂供应通孔110、111的第一和连接器228、229。第一和第二连接器被描绘为管子,但可以替代地是例如在前板225中的孔。
图9示出制造激光系统的实施例的第四和可选的最终步骤。最后,前板225围住冷却设备100。在这里再次,O形环必须密封第一和第二冷却剂供应通孔。在前板225上,管子被设置为第一和第二连接器228、229以连接外部冷却剂供应器(例如软管或配管)。为了确保前板225的良好对齐,它可将配对物(即对齐键227)运送到在最后一个冷却设备100中的狭槽。它可固定在不同的位置处,例如到底板210或侧板220或甚至使用非常长的螺钉(和在冷却设备100中的额外通孔)固定到背板205。特别是这最后一个选项应允许O形环的充分压缩以产生冷却剂线的良好密封。从图9中清楚,激光系统的核心元件耦合到包括激光装置的冷却设备100。前板225和背板205也可以是冷却设备100,其可由耦合结构(如穿过额外的通孔延伸的长螺钉)耦合。所连接的第一和第二冷却剂供应通孔110、111的一侧可通过塞子封闭,且外部冷却剂供应器可连接到激光系统的另一侧。底板210和侧板220可提高激光系统的对齐和可靠性但是可选的。
图10示出制造激光系统的实施例的第五可选的步骤。在很多应用中,激光装置的激光器或更具体地在冷却设备100上的VCSEL芯片应当被适当的顶盖玻璃230覆盖/保护以抵御环境。有时冷却设备100应甚至是气密密封的,以便避免当冷却剂温度低于在特定环境中的露点时的水冷凝。因此,通过正确地设计前板225、侧板220和背板205的高度,可能将顶盖玻璃230直接安装在组件的顶部上。如果气密性是需要的,则O形环可用在板的顶部和顶盖玻璃230之间。为了将顶盖玻璃230保持在适当的位置,再次可如图11中描述的那样使用夹持技术。根据应用,顶框架235可被涂覆有例如Au。顶框架235可被拧到前板225、侧板220和背板205(如果这些足够厚)或甚至被拧到底板210(使用长螺钉)。
因为上面描述的大部分零件不与冷却剂循环接触,材料要求比当前解决方案更不严格得多。大部分部件可由Al制造(容易加工)。甚至对于可能与冷却剂接触的板(即前板和背板),也可能避免这个接触(例如通过采用在前板中的固定物(隧道穿过这个板)或通过在冷却剂接触背板的区中使用仅小的薄的4VA钢零件)。
所述零件的制造和组装将比起当前水分配板容易得多和更直截了当。也便于扩展到不同数量的冷却设备100,因为只有底板210和侧板220的不同长度是要求的(如果完全需要),而(有点更复杂的)前板225和背板206保持相同。这转而也将有助于规模经济,因为本质上对于任何应用,可使用相同的前板225和背板205。
图12示出制造用于冷却激光装置的冷却设备的方法的主要简图。在步骤300中,提供激光装置的安装区域105。在步骤310中,提供包括布置成冷却安装区域105的冷却通道的冷却体积140。在步骤320中,提供连接到冷却体积140的冷却通道的冷却剂入口150和冷却剂出口145。在步骤330中,提供连接到冷却剂入口150的第一冷却剂供应通孔110。在步骤340中,提供连接到冷却剂出口145的第二冷却剂供应通孔111,使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔110和第二冷却剂供应通孔111被供应到冷却体积。在步骤350中,提供实现到第二冷却设备的可拆卸的互连的至少一个耦合元件115、130、135,使得当将冷却设备100互连到第二冷却设备时,冷却设备100的第一冷却剂供应通孔110连接到第二冷却设备的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备100的第二冷却剂供应通孔111连接到第二冷却设备的第二冷却剂供应通孔。
图13示出制造激光系统的方法的主要简图。在步骤400中,提供用于冷却激光装置的至少两个冷却设备100。冷却设备100包括激光装置的安装区域105、包括布置成冷却安装区域105的冷却通道的冷却体积140、连接到冷却体积140的冷却通道的冷却剂入口150和冷却剂出口145、连接到冷却剂入口150的第一冷却剂供应通孔110、连接到冷却剂出口145的第二冷却剂供应通孔111。冷却设备还包括实现两个冷却设备100的可拆卸的互连的至少一个耦合元件115、130、135,使得当互连冷却设备100时,第一冷却设备100的第一冷却剂供应通孔110连接到第二冷却设备的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备100的第二冷却剂供应通孔111连接到第二冷却设备的第二冷却剂供应通孔,其中冷却设备100布置成使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔110和第二冷却剂供应通孔111被供应到冷却体积。在步骤410中,将激光装置安装在安装区域105上。在步骤420中,通过耦合元件115、130、135可拆卸地耦合至少两个冷却设备100。在步骤430中提供背板205并在步骤440中将背板205可拆卸地耦合到第一冷却设备100。在步骤450中,提供包括用于冷却剂供应的第一连接器228和第二连接器229的前板225。在步骤460中,将前板225通过第二冷却设备100的耦合元件115、130、135可拆卸地耦合到第二冷却设备100。
虽然在附图和前面描述中详细图示和描述了本发明,这样的图示和描述应被考虑为例证性的或示例性的而不是限制性的。
从阅读本公开,其它修改将对本领域中的技术人员来说是明显的。这样的修改可涉及在本领域中已经已知且可代替或除了本文已经描述的特征来使用的其它特征。
从附图、本公开和所附权利要求的研究中,本领域中的技术人员可理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中,词“包括”并不排除其它元件或步骤,且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个元件或步骤。某些措施在相互不同的从属权利要求中被记载的简单事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。
在权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制其范围。
参考数字的列表:
100冷却设备
105安装区域
110第一冷却剂供应通孔
111第二冷却剂供应通孔
115狭槽
120电气供应通孔
125突出部
130键
135垫圈
140冷却体积
145冷却剂出口
150冷却剂入口
205背板
207对齐狭槽
210底板
215狭缝
220侧板
222槽口
225前板
227对齐键
228第一连接器
229第二连接器
230顶盖玻璃
235顶框架
300提供激光装置的安装区域的步骤
310提供包括布置成冷却安装区域的冷却通道的冷却体积的步骤
320提供连接到冷却体积的冷却通道的冷却剂入口和冷却剂出口的步骤
330提供连接到冷却剂入口的第一冷却剂供应通孔的步骤
340提供连接到冷却剂出口的第二冷却剂供应通孔的步骤,使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔被供应到冷却体积
350提供实现到第二冷却设备的可拆卸的互连的至少一个耦合元件的步骤,使得当将冷却设备互连到第二冷却设备时冷却设备的第一冷却剂供应通孔连接到第二冷却设备的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备的第二冷却剂供应通孔连接到第二冷却设备的第二冷却剂供应通孔
400提供至少两个冷却设备
410将激光装置安装在安装区域上
420通过耦合元件可拆卸地耦合至少两个冷却设备
430提供背板
440通过第一冷却设备的耦合元件将背板可拆卸地耦合到第一冷却设备
450提供包括用于冷却剂供应的第一连接器和第二连接器的前板
460通过第二冷却设备的耦合元件将前板可拆卸地耦合到第二冷却设备。

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