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用于冷卻激光裝置的冷卻設備和包括冷卻設備的激光系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480024906.5

申請日:

2014.04.30

公開號:

CN105164873A

公開日:

2015.12.16

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):H01S 5/024申請日:20140430|||公開
IPC分類號: H01S5/024; F28F3/08; H04K1/02; H01S5/42 主分類號: H01S5/024
申請人: 皇家飛利浦有限公司
發明人: J.波爾曼恩-雷特施
地址: 荷蘭艾恩德霍芬
優先權: 13166176.1 2013.05.02 EP
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司72001 代理人: 李靜嵐; 景軍平
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480024906.5

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.06.01|||2015.12.16

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明描述用于冷卻激光裝置的冷卻設備(100)和包括至少兩個這樣的冷卻設備(100)的激光系統。本發明還描述制造冷卻設備(100)和激光系統的方法。冷卻設備(100)包括激光裝置的安裝區域(105)、包括布置成冷卻安裝區域(105)的冷卻通道的冷卻體積(140)、連接到冷卻體積(140)的冷卻通道的冷卻劑入口和冷卻劑出口(150、145)、連接到冷卻劑入口(150)的第一冷卻劑供應通孔(110)、連接到冷卻劑出口(145)的第二冷卻劑供應通孔(111)。冷卻設備(100)還包括實現到第二冷卻設備(100)的可拆卸的互連的至少一個耦合元件(115、130、135),使得當將冷卻設備(100)互連到第二冷卻設備(100)時,冷卻設備(100)的第一冷卻劑供應通孔(110)連接到第二冷卻設備(100)的第一冷卻劑供應通孔以及冷卻設備(100)的第二冷卻劑供應通孔(111)連接到第二冷卻設備(100)的第二冷卻劑供應通孔,其中冷卻設備(100)布置成使得冷卻劑可經由第一冷卻劑供應通孔(110)和第二冷卻劑供應通孔(111)被供應到冷卻體積。冷卻設備(100)實現成本高效和可擴展的激光系統。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于冷卻激光裝置的冷卻設備(100),其中所述冷卻設備(100)適合于實現到另外冷卻設備(100)的可拆卸的互連,所述冷卻設備(100)包括用于激光裝置的安裝區域(105)、包括布置成冷卻所述安裝區域(105)的冷卻通道的冷卻體積(140)、連接到所述冷卻體積(140)的所述冷卻通道的冷卻劑入口(150)和冷卻劑出口(145)、連接到所述冷卻劑入口(150)的第一冷卻劑供應通孔(110)、連接到所述冷卻劑出口(145)的第二冷卻劑供應通孔(111),所述冷卻設備(100)還包括實現到所述另外冷卻設備(100)的可拆卸的互連的至少一個耦合元件(115、130、135),使得當將所述冷卻設備(100)互連到所述另外冷卻設備(100)時,所述冷卻設備(100)的所述第一冷卻劑供應通孔(110)連接到所述另外冷卻設備(100)的第一冷卻劑供應通孔以及所述冷卻設備(100)的所述第二冷卻劑供應通孔(111)連接到所述另外冷卻設備(100)的第二冷卻劑供應通孔,其中所述冷卻設備(100)被布置為使得能夠經由所述第一冷卻劑供應通孔(110)和所述第二冷卻劑供應通孔(111)將冷卻劑供應到所述冷卻體積(140),其中所述冷卻設備(100)包括包含用于電氣地驅動所述激光裝置的驅動電子器件的至少部分的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB),所述印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)包括當在所述冷卻設備(100)和所述另外冷卻設備(100)之間的可拆卸的互連時用于實現所述冷卻設備(100)的所述印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)到所述另外冷卻設備(100)的另外印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)的電連接的電連接器。

2.  根據權利要求1所述的冷卻設備(100),其中所述耦合元件(115、130、135)包括至少一個狹槽(115)和至少一個鍵(130)。

3.  根據權利要求2所述的冷卻設備(100),其中所述至少一個狹槽(115)布置在所述冷卻設備(100)的第一側上,平行于所述第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔(110、111)的延伸部延伸,而至少一個鍵(130)布置在所述冷卻設備(100)的第二側上,平行于所述第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔(110、111)的所述延伸部延伸。

4.  根據權利要求2所述的冷卻設備(100),其中所述狹槽(115)和所述鍵(130)布置成偏移于所述第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔(110、111)。

5.  根據權利要求3或4所述的冷卻設備(100),其中所述鍵(115)是所述第一冷卻劑供應通孔和/或第二冷卻劑供應通孔(110、111)在所述冷卻設備(100)的所述第一側上的延長部分,且所述狹槽(130)是所述第一冷卻劑供應通孔和/或第二冷卻劑供應通孔(110、111)在所述冷卻設備(100)的所述第二側上的加寬部分。

6.  根據權利要求1所述的冷卻設備(100),其中所述耦合元件(115、130、135)包括至少第一狹槽(135)和第二狹槽(135),其中所述第一狹槽(135)布置在所述冷卻設備(100)的第一側上,平行于所述第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔(110、111)的延伸部延伸,而所述第二狹槽(135)布置在所述冷卻設備(100)的第二側上,平行于所述第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔(110、111)的所述延伸部延伸,實現通過耦合結構到所述第二冷卻設備的可拆卸的互連。

7.  根據權利要求1所述的冷卻設備(100),包括用于固定所述冷卻設備的至少一個突出部(125)。

8.  一種包括具有安裝在安裝區域(105)上的激光裝置的根據權利要求1所述的至少第一冷卻設備和第二冷卻設備(100)的激光系統,所述第一冷卻設備和第二冷卻設備(100)通過所述第一冷卻設備和第二冷卻設備(100)的耦合元件(115、130、135)和電連接器可拆卸地被耦合,所述激光系統還包括可拆卸地耦合到所述第一冷卻設備(100)的背板(205)、可拆卸地耦合到所述第二冷卻設備(100)的前板(225),所述前板包括用于冷卻劑供應的第一連接器(228)和第二連接器(229)。

9.  根據權利要求8所述的激光系統,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.  根據權利要求9所述的激光系統,所述冷卻設備(100)每個包括從所述底板(210)延伸到所述安裝區域(105)的至少一個電氣供應通孔(120),所述底板包括被布置為用于電氣供應的饋通并與所述電氣供應通孔(120)對齊的至少一個狹縫(215)。

11.  根據權利要求9或10所述的激光系統,每個冷卻設備(100)包括兩個突出部(125),所述激光系統還包括兩個側板(220),每個側板具有用于將所述突出部(125)固定到所述底板(210)的槽口(222),其中所述側板(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.  根據權利要求11所述的激光系統,包括用于保護所述激光裝置抵御環境的頂蓋玻璃(230),所述頂蓋玻璃(230)可拆卸地耦合到所述背板(205)、所述前板(225)和/或所述側板(220)。

13.  根據權利要求12所述的激光系統,包括用于夾住所述頂蓋玻璃(230)的頂框架(235)。

14.  一種制造用于冷卻激光裝置的冷卻設備(100)的方法,其中所述冷卻設備(100)適合于實現到另外冷卻設備(100)的可拆卸的互連,所述方法包括下列步驟:
-提供用于所述激光裝置的安裝區域(105);
-提供包括布置成冷卻所述安裝區域(105)的冷卻通道的冷卻體積(140);
-提供連接到所述冷卻體積(140)的所述冷卻通道的冷卻劑入口(150)和冷卻劑出口(145);
-提供連接到所述冷卻劑入口(150)的第一冷卻劑供應通孔(110);
-提供連接到所述冷卻劑出口(145)的第二冷卻劑供應通孔(111),使得冷卻劑能夠經由所述第一冷卻劑供應通孔(110)和所述第二冷卻劑供應通孔(111)被供應到所述冷卻體積(140);
-提供實現到所述另外冷卻設備(100)的可拆卸的互連的至少一個耦合元件(115、130、135),使得當將所述冷卻設備(100)互連到第二冷卻設備(100)時,所述冷卻設備(100)的所述第一冷卻劑供應通孔(110)連接到所述另外冷卻設備(100)的第一冷卻劑供應通孔以及所述冷卻設備(100)的所述第二冷卻劑供應通孔(111)連接到所述另外冷卻設備(100)的第二冷卻劑供應通孔;以及
-提供包括用于電氣地驅動所述激光裝置的驅動電子器件的至少部分的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB),所述印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)包括當在所述冷卻設備(100)和所述另外冷卻設備(100)之間的可拆卸的互連時用于實現所述冷卻設備(100)的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)到所述另外冷卻設備(100)的另外印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)的電連接的電連接器。

15.  一種制造激光系統的方法,所述方法包括下列步驟:
-提供根據權利要求1所述的至少第一冷卻設備和第二冷卻設備(100);
-安裝被安裝在所述安裝區域(105)上的激光裝置;
-通過所述第一冷卻設備和第二冷卻設備(100)的所述耦合元件(115、130、135)以及電連接器可拆卸地耦合所述第一冷卻設備和所述第二冷卻設備(100);
-提供背板(205);
-將所述背板(205)可拆卸地耦合到所述第一冷卻設備(100);
-提供包括用于冷卻劑供應的第一連接器(228)和第二連接器(229)的前板(225);以及
-將所述前板(225)可拆卸地耦合到所述第二冷卻設備(100)。

說明書

說明書用于冷卻激光裝置的冷卻設備和包括冷卻設備的激光系統
技術領域
本發明涉及用于冷卻激光裝置的冷卻設備和包括這樣的冷卻設備的激光系統。本發明還涉及制造冷卻設備和包括這樣的冷卻設備的激光系統的方法。
背景技術
US6014312公開了由平臥地連接到彼此的幾個冷卻器層組成的、用作電氣部件或電路的散熱器的冷卻器,冷卻器層堆疊在彼此的頂部上,在冷卻劑所流經的通道之間形成,且每個通道排放到用于供應冷卻劑的至少一個第一收集空間內并排放到用于排出冷卻劑的第二收集空間內,收集空間通過構造具有開口的冷卻劑層的至少一個區域由冷卻器層中的開口和冷卻通道形成,該區域在開口之間。
US2005/0168950Al的半導體冷卻設備包括至少上板、中板和下板,并具有冷卻劑入口部分、出口部分和液流通道部分。上板和下板是通過將維持不小于0.05mm的厚度的銅鍍在輔助板的一個表面上或兩個表面上而構成的復合板,輔助板由具有不小于1000N/mm2的抗張強度、不小于100W/m·K的導熱率和不大于6.0ppm/°C的熱膨脹系數的材料制成。半導體冷卻設備試圖防止在半導體冷卻設備中的變形的出現并在半導體芯片和半導體冷卻設備熱膨脹的情況下防止半導體芯片從半導體冷卻設備分離。
如果多個冷卻器必須組合到系統,則所述冷卻器是昂貴的。如果在兩個或多個冷卻器上的電氣部件需要彼此以高精度對齊,則高度努力是需要的。
發明內容
因此本發明的目的是提供用于冷卻激光裝置的改進的冷卻設備,其實現包括至少兩個冷卻設備的激光系統的簡化的可擴展性。另一目的是提供制造這樣的冷卻設備和激光系統的對應方法。
根據第一方面,提出了用于冷卻激光裝置的冷卻設備。冷卻設備適合于實現到另外冷卻設備的可拆卸的互連。冷卻設備包括用于激光裝置的安裝區域、包括布置成冷卻安裝區域的冷卻通道的冷卻體積、連接到冷卻體積的冷卻通道的冷卻劑入口和冷卻劑出口、連接到冷卻劑入口的第一冷卻劑供應通孔、連接到冷卻劑出口的第二冷卻劑供應通孔。冷卻設備還包括實現到另外冷卻設備的可拆卸的互連的至少一個耦合元件,使得當將冷卻設備互連到另外冷卻設備時,冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔連接到另外冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔以及冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔連接到另外冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔。冷卻設備包括包含用于電氣地驅動激光裝置的驅動電子器件的至少部分的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB),印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)包括當在冷卻設備和另外冷卻設備之間的可拆卸的互連時用于實現冷卻設備的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)到另外冷卻設備的另外印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)的電連接的電連接器。冷卻設備布置成使得冷卻劑可經由第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔被供應到冷卻體積。
與冷卻設備的耦合元件組合的第一和第二冷卻劑供應通孔的布置實現包括具有安裝在安裝區域上的激光裝置的兩個、三個、四個或更多個冷卻設備的激光系統的容易可擴展性。此外,不必提供由具有用于安裝冷卻器的高精密鉆孔的抗腐蝕材料組成的復雜水分配板,其必須被單獨地制造,因而引起高成本。冷卻設備可實現在減小的成本下的不同尺寸的激光系統。
激光裝置的電氣供應可通過例如PCB來執行,PCB包括電連接到激光裝置的驅動電子器件的至少部分。PCB可包括電連接器,使得一旦第一和第二冷卻設備可拆卸地連接到彼此,第一冷卻設備的第一PCB就電連接到第二冷卻設備的第二PCB。替代地,可以有用于電氣供應的通孔,實現激光裝置的電連接。
可通過提供實現不透冷卻劑的耦合的高精度冷卻設備來實現冷卻設備的第一和第二冷卻劑供應通孔的不透冷卻劑的耦合。替代地或此外,可使用墊圈如O形環等。
冷卻設備可特別適合于包括高功率激光模塊(如高功率垂直腔表面發射激光(VCSEL)模塊)的激光裝置。這樣的VCSEL模塊包括VCSEL的一個、兩個、三個或更多個陣列。可在晶圓規模上制造并測試VCSEL,實現成本高效的激光模塊。
耦合元件可實現冷卻設備的直接耦合或冷卻設備的間接耦合。如果不需要額外的耦合結構來耦合冷卻設備,則實現直接耦合,其中在間接耦合的情況下,需要至少一個額外的元件。間接耦合的例子可以是平行于第一和第二冷卻劑供應通孔的在每個冷卻設備中的通孔,其中額外的耦合結構可以是棒或長螺釘,其可插在通孔中使得冷卻設備可夾在棒的端部處。替代地,可提供垂直于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部(或凹進部),且可提供具有配合到延伸部(或凹進部)的孔(或延伸部)的桿以耦合冷卻設備。耦合元件可實現耦合設備的耦合,而沒有包括高精密鉆孔的底板。通過粘合劑、焊接等提供在耦合設備之間的額外永久耦合可能也是可能的。
冷卻設備的耦合元件在直接耦合的情況下包括至少一個狹槽和至少一個鍵。狹槽和鍵布置成使得只要兩個冷卻設備耦合到彼此,兩個冷卻設備就自動對齊。鍵可以是簡單的延伸部,且狹槽是適應于鍵的形狀的凹進部,使得通過鍵和狹槽耦合的冷卻設備不能相對于彼此移動,以便實現完美的對齊。鍵和狹槽可以替代地被實現為插入式連接器。替代地,公冷卻設備可以只包括鍵,而母冷卻設備合并可以只包括對應的狹槽。
至少一個狹槽可布置在冷卻設備的第一側上,平行于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部延伸,而至少一個鍵可布置在冷卻設備的第二側上,平行于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部定向。在冷卻設備的第一和第二側和因而相對側上的狹槽和鍵的布置可實現多于兩個冷卻設備的可靠布置。此外只需要一種類型的冷卻設備,以便實現可擴展性,因而減小成本。
可偏移于第一和第二冷卻劑供應通孔布置狹槽和鍵。替代地或此外,鍵可以是第一和/或第二冷卻劑供應通孔的在冷卻設備的第一側上的延長部分,且狹槽可以是第一和/或第二冷卻劑供應通孔的在冷卻設備的第二側上的加寬部分。鍵在這種情況下可以是在由加寬部分提供的一種插口中延伸的一種管子。這個連接可實現相鄰冷卻設備的第一和第二冷卻劑供應通孔的不透冷卻劑的耦合。替代地或此外,O形環或任何其它類型的密封環可被引入到加寬部分內以提供不透冷卻劑的耦合。
耦合元件包括至少第一狹槽和第二狹槽,其中第一狹槽布置在冷卻設備的第一側上,平行于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部延伸,而第二狹槽布置在冷卻設備的第二側上,平行于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部延伸,通過耦合結構實現到第二冷卻設備的可拆卸的互連。狹槽可以是在冷卻設備的第一和第二側上的第一和/或第二冷卻劑供應通孔的加寬部分。在這種情況下,可提供額外的耦合結構如管子,以便耦合冷卻設備。管子可插入相鄰冷卻設備的加寬部分內,以便提供可靠的耦合和對齊。替代地,可設置偏移于第一和第二冷卻劑供應通孔的狹槽。在這種情況下可提供如三角形銷、矩形銷等耦合結構,以便實現可靠的耦合和對齊。在另一實施例中,可在每個冷卻設備中提供偏移于第一和第二冷卻劑供應通孔的通孔,在冷卻結構的兩側上提供狹槽。額外的耦合結構在這種情況下可以是可插在通孔中棒或長螺釘,使得冷卻設備可夾在棒的端部處。
冷卻設備可包括用于固定冷卻設備的至少一個突出部。突出部可以是垂直于第一和第二冷卻劑供應通孔延伸的冷卻設備的延伸部。突出部因此還可用作耦合元件。突出部可包括實現到包括細長孔的耦合結構的螺釘連接的螺釘孔。可通過借助于螺釘固定耦合設備來耦合和對齊冷卻設備,該螺釘經由螺釘孔將冷卻設備固定到耦合結構。耦合結構可以是例如具有與突出部相同的寬度的矩形桿,使得當將矩形桿放置并固定在突出部的頂部上時,相鄰冷卻設備的垂直于第一和第二冷卻劑供應通孔的運動是不可能的。替代地或此外,突出部可用于夾住冷卻設備。
激光系統可包括具有激光裝置(如安裝在安裝區域上的VCSEL陣列)的至少第一和第二冷卻設備。兩個、三個、四個或更多個冷卻設備可以通過耦合元件可拆卸地耦合。激光系統還包括通過第一冷卻設備的耦合元件可拆卸地耦合到第一冷卻設備的背板、通過第二冷卻設備的耦合元件可拆卸地耦合到第二冷卻設備的前板以及第一和第二冷卻設備的電連接器。前板包括用于冷卻劑供應的第一連接器和第二連接器。根據冷卻設備的實施例,如棒、管子、桿、銷或突出部的額外耦合結構可能被需要或用于以可靠的方式耦合并對齊冷卻設備。前板可以是具有用于冷卻劑供應的第一連接器和第二連接器的冷卻設備。背板可以是具有塞子等以封閉在與相鄰冷卻設備相對的冷卻設備的側面上的第一和第二冷卻劑供應通孔的側面的冷卻設備。
激光系統還可包括底板,前板和背板可拆卸地耦合到底板。前板和端板可直接或間接耦合到底板。在直接耦合的情況下,螺釘或夾具可設置在前板和背板處以將前板、背板和其間的耦合設備固定到底板。在間接耦合的情況下,冷卻設備可例如通過突出部和夾具和/或通過螺釘耦合到底板。
激光系統的冷卻設備可每個包括從底板延伸到安裝區域的至少一個電氣供應通孔。底板在這種情況下可包括被布置為用于電氣供應的饋通并與電氣供應通孔對齊的至少一個狹縫。電氣供應通孔實現每個激光裝置的單獨電連接。一個中央驅動器因此足以將根據可應用的驅動方案驅動所有激光裝置。
激光系統的每個冷卻設備可包括兩個突出部和兩個側板,每個側板具有用于將突出部固定到底板的槽口。側板可拆卸地耦合到底板和/或背板和前板。側板可通過螺釘或夾具耦合到底板和/或前板和背板。前板和背板可經由側板間接耦合到底板。
激光系統可包括用于保護激光裝置抵御環境的頂蓋玻璃。頂蓋玻璃可以可拆卸地耦合到背板、前板和/或側板。冷卻結構可包括在安裝區域的側面上的升高部分,使得與背板和前板一起提供邊緣。頂蓋玻璃可放置在可能具有密封的邊緣上。替代地,背板和前板與側板組合可提供在激光裝置周圍的邊緣用于放置頂蓋玻璃。頂框架可被提供成將頂蓋玻璃夾到底板、側板和/或前板和背板。
根據另一方面,提供了制造用于冷卻激光裝置的冷卻設備的方法,其中冷卻設備適合于實現到另外冷卻設備的可拆卸的互連。該方法包括下列步驟:
-提供激光裝置的安裝區域;
-提供包括布置成冷卻安裝區域的冷卻通道的冷卻體積;
-提供連接到冷卻體積的冷卻通道的冷卻劑入口和冷卻劑出口;
-提供連接到冷卻劑入口的第一冷卻劑供應通孔;
-提供連接到冷卻劑出口的第二冷卻劑供應通孔,使得冷卻劑可經由第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔被供應到冷卻體積;
-提供實現到另外冷卻設備的可拆卸的互連的至少一個耦合元件,使得當將冷卻設備互連到第二冷卻設備時,冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔連接到另外冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔以及冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔連接到另外冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔;以及
-提供包括用于電氣地驅動激光裝置的驅動電子器件的至少部分的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB),印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)包括當在冷卻設備和另外冷卻設備之間的可拆卸的互連時用于實現冷卻設備的印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)到另外冷卻設備的另外印刷電路板(PCB)或直接敷銅多層(DCB)的電連接的電連接器。
耦合元件以及第一和第二冷卻劑供應通孔的布置實現包括這樣的冷卻設備的激光系統的容易可擴展性。
提供了制造激光系統的方法,該方法包括下列步驟:
-提供如上所述的至少第一和第二冷卻設備;
-安裝被安裝在安裝區域上的激光裝置;
-通過第一和第二冷卻設備的耦合元件以及電連接器可拆卸地耦合第一和第二冷卻設備;
-提供背板;
-將背板可拆卸地耦合到第一冷卻設備;
-提供包括用于冷卻劑供應的第一連接器和第二連接器的前板;以及
-將前板可拆卸地耦合到第二冷卻設備。
該方法可實現關于用于底板的材料具有降低的要求的可擴展激光系統,因為底板不用作水分配板。此外,可通過能夠首先耦合冷卻設備并隨后耦合底板來實現冷卻設備的容易對齊和因而激光裝置的容易對齊。在底板中可不需要高精密鉆孔。
應理解,權利要求1的冷卻設備和權利要求14的方法具有類似和/或相同的實施例,特別是如在從屬權利要求中定義的。此外,應理解,權利要求8的激光系統和權利要求15的方法具有類似和/或相同的實施例,特別是如在從屬權利要求中定義的。
應理解,本發明的優選實施例也可以是從屬權利要求與相應的獨立權利要求的任何組合。
下面定義另外的有利實施例。
附圖說明
本發明的這些和其它方面從下文所述的實施例將變得清楚并參考下文所述的實施例被闡明。
現在將作為例子基于實施例參考附圖描述本發明。
在附圖中:
圖1示出冷卻設備的實施例的第一透視圖。
圖2示出冷卻設備的實施例的第二透視圖。
圖3示出冷卻設備的實施例的垂直于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部的橫截面。
圖4示出制造激光系統的實施例的第一步驟。
圖5示出激光系統的實施例的背板的實施例。
圖6示出制造激光系統的實施例的第二步驟。
圖7示出制造激光系統的實施例的第三步驟。
圖8示出激光系統的實施例的前板的實施例。
圖9示出制造激光系統的實施例的第四步驟。
圖10示出制造激光系統的實施例的第五步驟。
圖11示出制造激光系統的實施例的第六步驟。
圖12示出制造冷卻設備的方法的主要簡圖。
圖13示出制造激光系統的方法的主要簡圖。
在附圖中,相似的數字始終表示相似的對象。在附圖中的對象不一定按比例繪制。
具體實施方式
現在將通過附圖描述本發明的各種實施例。
圖1示出冷卻設備的實施例的第一透視圖。應當用作用于子底座的安裝區域105的冷卻設備100的頂表面可被涂覆有例如Au。為了允許子底座的更好定位,這個表面也可例如通過激光構造來構造。
緊靠安裝區域105設置凹進區域,其中可安裝電絕緣的PCB或DCB。這些用作接口,其中外部電氣線可連接在一側上,連接到激光裝置(例如VCSEL芯片)的接合線可被固定在另一側上(凹進部應最小化接合線必須橋接在VCSEL芯片和PCB/DCB之間的高度差)。在凹進區域的角落中的4個電氣供應通孔120提供從相鄰于安裝區域105的頂部穿過冷卻設備100延伸的隧道。外部電氣線可穿過電氣供應通孔120延伸,通過中央驅動器(未示出)實現每個激光裝置的單獨驅動。電氣供應通孔120的數量可適應于單獨可尋址的VCSEL芯片或VCSEL陣列的數量。
圖3示出穿過冷卻設備100的橫截面,描繪冷卻設備100的內部冷卻劑連接。通過第一冷卻劑供應通孔110和第二冷卻劑供應通孔111經由冷卻劑入口150并經由冷卻劑出口145將冷卻劑(一般是水)供應到被布置為μ通道體積(位于安裝區域105之下)的冷卻體積140。
朝著冷卻設備100的底部,可看到矩形突出部125。這些穩固地連接到冷卻設備100,并使冷卻設備100能夠機械地夾到底板(見圖4、6、7、9、10和11)。通過將全局冷卻劑供應器移動到冷卻設備100的側面,對這個連接的機械穩定性的要求相對于已知設計放松了。在已知設計中,水供應器穿過冷卻器的底部延伸。使用O形環來密封連接。因此,當前保持機構不僅必須機械地固定冷卻設備100,而且同時也產生對O形環的足夠壓縮以密封這些水連接。
在圖1的中央部分中,可看到狹槽115。這個狹槽115是在冷卻設備100的主體的第一側中的凹進部,其中凹進部的深度平行于第一和第二冷卻劑供應通孔110、111的延伸部定向或延伸。狹槽115應用作耦合元件,以調節鄰近或相鄰冷卻設備100相對于彼此的位置。
圖2示出冷卻設備的實施例的第二透視圖。可看到鍵130是在冷卻設備100的主體的第二側上的延伸部,平行于第一和第二冷卻劑供應通孔110、111的延伸部延伸。鍵130是在相鄰冷卻設備中的狹槽115的配對物。當然,可以用各種方式例如使用對齊銷和對齊孔實現這個“狹槽和鍵”系統。圖2還再次展示全局冷卻劑供應器(具有到鄰近冷卻設備100的連接)如何經由冷卻劑供應通孔110、111來實現。墊圈135可設置在相鄰冷卻設備100的第一和第二冷卻劑供應通孔110、111之間。墊圈135可布置成使得在相鄰冷卻設備之間的耦合和對齊被改進。可在原則上使用直接接合(單獨構造的)Cu薄板的疊層的現有技術來實現上述冷卻設備100。然而,組合冷卻設備100的上(μ通道)部分的接合Cu薄板技術與塊Cu部件以通過冷卻劑供應通孔110、111和用于將冷卻設備夾在冷卻設備100的底部處的突出部125來產生全局冷卻劑供應器可能是經濟上和機械上更合理的。
圖3示出垂直于第一和第二冷卻劑供應通孔的延伸部的冷卻設備的實施例的橫截面。在圖3中的冷卻設備100的頂部處的網狀區域是μ通道所位于的冷卻體積140,以實現從VCSEL芯片到冷卻劑的高熱傳輸。在底部處,可看到用于全局水供應器的冷卻劑供應通孔110、111。從這些通孔中,一個或多個冷卻劑入口150和冷卻劑出口145延伸(垂直于通孔的軸)以將每個冷卻設備100的個體μ通道體積140連接到全局冷卻劑供應器。
下面的附圖將圖示這個冷卻設備100概念可如何用于構建實際激光系統,如高功率VCSEL系統。圖4示出在組裝這樣的系統時的第一或中間步驟。如圖5所示的背板205(可能具有與來自相鄰冷卻設備100的鍵215匹配的對齊狹槽207)被固定到底板210(具有長狹縫215以穿通外部電氣線)。底板210和將背板固定到底板210僅僅是可選的。背板205可被放置在任何板上并夾到一個或多個冷卻設備。在隨后的步驟中,第一冷卻設備100被抵靠這個背板205推壓(它可由某個中間裝置例如簡單的夾具保持)。當然,冷卻劑供應通孔110、111的開口必須抵靠背板205例如通過O形環密封。
圖6示出制造激光系統的實施例的第二中間步驟。O形環密封或替代裝置必須也設置在現在可在第一冷卻設備100旁以任何任意數量堆疊的所有鄰近冷卻設備100之間。圖6示出具有兩個額外的冷卻設備100s的例子。
圖7示出制造激光系統的實施例的第三中間步驟。為了最后將這些冷卻設備100保持/夾在適當的位置,兩個側板220然后將在突出部125之上被推到冷卻設備100的側面。可將這些側板220擰到背板205(例如經由狹縫-孔,以避免危害到夾持)。可選地,側板220也可例如被擰到在冷卻設備100之外的底板210。后者可提高穩定性。
圖8示出激光系統的實施例的前板的實施例。前板包括可選的對齊鍵227以及用于將冷卻劑供應器連接到第一和第二冷卻劑供應通孔110、111的第一和連接器228、229。第一和第二連接器被描繪為管子,但可以替代地是例如在前板225中的孔。
圖9示出制造激光系統的實施例的第四和可選的最終步驟。最后,前板225圍住冷卻設備100。在這里再次,O形環必須密封第一和第二冷卻劑供應通孔。在前板225上,管子被設置為第一和第二連接器228、229以連接外部冷卻劑供應器(例如軟管或配管)。為了確保前板225的良好對齊,它可將配對物(即對齊鍵227)運送到在最后一個冷卻設備100中的狹槽。它可固定在不同的位置處,例如到底板210或側板220或甚至使用非常長的螺釘(和在冷卻設備100中的額外通孔)固定到背板205。特別是這最后一個選項應允許O形環的充分壓縮以產生冷卻劑線的良好密封。從圖9中清楚,激光系統的核心元件耦合到包括激光裝置的冷卻設備100。前板225和背板205也可以是冷卻設備100,其可由耦合結構(如穿過額外的通孔延伸的長螺釘)耦合。所連接的第一和第二冷卻劑供應通孔110、111的一側可通過塞子封閉,且外部冷卻劑供應器可連接到激光系統的另一側。底板210和側板220可提高激光系統的對齊和可靠性但是可選的。
圖10示出制造激光系統的實施例的第五可選的步驟。在很多應用中,激光裝置的激光器或更具體地在冷卻設備100上的VCSEL芯片應當被適當的頂蓋玻璃230覆蓋/保護以抵御環境。有時冷卻設備100應甚至是氣密密封的,以便避免當冷卻劑溫度低于在特定環境中的露點時的水冷凝。因此,通過正確地設計前板225、側板220和背板205的高度,可能將頂蓋玻璃230直接安裝在組件的頂部上。如果氣密性是需要的,則O形環可用在板的頂部和頂蓋玻璃230之間。為了將頂蓋玻璃230保持在適當的位置,再次可如圖11中描述的那樣使用夾持技術。根據應用,頂框架235可被涂覆有例如Au。頂框架235可被擰到前板225、側板220和背板205(如果這些足夠厚)或甚至被擰到底板210(使用長螺釘)。
因為上面描述的大部分零件不與冷卻劑循環接觸,材料要求比當前解決方案更不嚴格得多。大部分部件可由Al制造(容易加工)。甚至對于可能與冷卻劑接觸的板(即前板和背板),也可能避免這個接觸(例如通過采用在前板中的固定物(隧道穿過這個板)或通過在冷卻劑接觸背板的區中使用僅小的薄的4VA鋼零件)。
所述零件的制造和組裝將比起當前水分配板容易得多和更直截了當。也便于擴展到不同數量的冷卻設備100,因為只有底板210和側板220的不同長度是要求的(如果完全需要),而(有點更復雜的)前板225和背板206保持相同。這轉而也將有助于規模經濟,因為本質上對于任何應用,可使用相同的前板225和背板205。
圖12示出制造用于冷卻激光裝置的冷卻設備的方法的主要簡圖。在步驟300中,提供激光裝置的安裝區域105。在步驟310中,提供包括布置成冷卻安裝區域105的冷卻通道的冷卻體積140。在步驟320中,提供連接到冷卻體積140的冷卻通道的冷卻劑入口150和冷卻劑出口145。在步驟330中,提供連接到冷卻劑入口150的第一冷卻劑供應通孔110。在步驟340中,提供連接到冷卻劑出口145的第二冷卻劑供應通孔111,使得冷卻劑可經由第一冷卻劑供應通孔110和第二冷卻劑供應通孔111被供應到冷卻體積。在步驟350中,提供實現到第二冷卻設備的可拆卸的互連的至少一個耦合元件115、130、135,使得當將冷卻設備100互連到第二冷卻設備時,冷卻設備100的第一冷卻劑供應通孔110連接到第二冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔以及冷卻設備100的第二冷卻劑供應通孔111連接到第二冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔。
圖13示出制造激光系統的方法的主要簡圖。在步驟400中,提供用于冷卻激光裝置的至少兩個冷卻設備100。冷卻設備100包括激光裝置的安裝區域105、包括布置成冷卻安裝區域105的冷卻通道的冷卻體積140、連接到冷卻體積140的冷卻通道的冷卻劑入口150和冷卻劑出口145、連接到冷卻劑入口150的第一冷卻劑供應通孔110、連接到冷卻劑出口145的第二冷卻劑供應通孔111。冷卻設備還包括實現兩個冷卻設備100的可拆卸的互連的至少一個耦合元件115、130、135,使得當互連冷卻設備100時,第一冷卻設備100的第一冷卻劑供應通孔110連接到第二冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔以及冷卻設備100的第二冷卻劑供應通孔111連接到第二冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔,其中冷卻設備100布置成使得冷卻劑可經由第一冷卻劑供應通孔110和第二冷卻劑供應通孔111被供應到冷卻體積。在步驟410中,將激光裝置安裝在安裝區域105上。在步驟420中,通過耦合元件115、130、135可拆卸地耦合至少兩個冷卻設備100。在步驟430中提供背板205并在步驟440中將背板205可拆卸地耦合到第一冷卻設備100。在步驟450中,提供包括用于冷卻劑供應的第一連接器228和第二連接器229的前板225。在步驟460中,將前板225通過第二冷卻設備100的耦合元件115、130、135可拆卸地耦合到第二冷卻設備100。
雖然在附圖和前面描述中詳細圖示和描述了本發明,這樣的圖示和描述應被考慮為例證性的或示例性的而不是限制性的。
從閱讀本公開,其它修改將對本領域中的技術人員來說是明顯的。這樣的修改可涉及在本領域中已經已知且可代替或除了本文已經描述的特征來使用的其它特征。
從附圖、本公開和所附權利要求的研究中,本領域中的技術人員可理解和實現所公開的實施例的變型。在權利要求中,詞“包括”并不排除其它元件或步驟,且不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個元件或步驟。某些措施在相互不同的從屬權利要求中被記載的簡單事實并不指示這些措施的組合不能被有利地使用。
在權利要求中的任何參考符號不應被解釋為限制其范圍。
參考數字的列表:
100冷卻設備
105安裝區域
110第一冷卻劑供應通孔
111第二冷卻劑供應通孔
115狹槽
120電氣供應通孔
125突出部
130鍵
135墊圈
140冷卻體積
145冷卻劑出口
150冷卻劑入口
205背板
207對齊狹槽
210底板
215狹縫
220側板
222槽口
225前板
227對齊鍵
228第一連接器
229第二連接器
230頂蓋玻璃
235頂框架
300提供激光裝置的安裝區域的步驟
310提供包括布置成冷卻安裝區域的冷卻通道的冷卻體積的步驟
320提供連接到冷卻體積的冷卻通道的冷卻劑入口和冷卻劑出口的步驟
330提供連接到冷卻劑入口的第一冷卻劑供應通孔的步驟
340提供連接到冷卻劑出口的第二冷卻劑供應通孔的步驟,使得冷卻劑可經由第一冷卻劑供應通孔和第二冷卻劑供應通孔被供應到冷卻體積
350提供實現到第二冷卻設備的可拆卸的互連的至少一個耦合元件的步驟,使得當將冷卻設備互連到第二冷卻設備時冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔連接到第二冷卻設備的第一冷卻劑供應通孔以及冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔連接到第二冷卻設備的第二冷卻劑供應通孔
400提供至少兩個冷卻設備
410將激光裝置安裝在安裝區域上
420通過耦合元件可拆卸地耦合至少兩個冷卻設備
430提供背板
440通過第一冷卻設備的耦合元件將背板可拆卸地耦合到第一冷卻設備
450提供包括用于冷卻劑供應的第一連接器和第二連接器的前板
460通過第二冷卻設備的耦合元件將前板可拆卸地耦合到第二冷卻設備。

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