DieErfindung betrifft eine Konversionseinheit zur Umwandlung von elektrischerEnergie in Strahlungsenergie oder zur Umwandlung von Strahlungsenergiein elektrische Energie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.TheThe invention relates to a conversion unit for converting electricalEnergy in radiant energy or for the conversion of radiant energyin electrical energy according to the preamble of claim 1.
Einesolche als Strahlungsquelle ausgebildete Konversionseinheit weistdemgemäß wenigstens eine als Strahlungsemissionsanordnungausgebildete Konversionsanordnung und wenigstens eine Kühlmittelzu-und -abführeinrichtung auf.Asuch converted as a radiation source conversion unit hasAccordingly, at least one as a radiation emission arrangementtrained conversion arrangement and at least one coolant supplyand -abführeinrichtung on.
DieKühlmittelzu- und -abführeinrichtung besitzt wenigstenseinen der Strahlungsemissionsanordnung zugewandten Kühlmittelauslass, überden wenigstens ein Kühlmittel der Strahlungsemissionsanordnungzugeführt wird, und wenigstens einen der Strahlungsemissionsanordnungzugewandten Kühlmitteleinlass, über den das Kühlmittelaus der Strahlungsemissionsanordnung abgeführt wird.TheCoolant supply and removal device has at leasta radiative outlet facing the radiator outlet, viathe at least one coolant of the radiation emission arrangementis supplied, and at least one of the radiation emission arrangementfacing coolant inlet through which the coolantis removed from the radiation emission arrangement.
DieStrahlungsemissionsanordnung besitzt mehrere, im Betrieb Strahlungemittierende Halbleiterbaugruppen als Konversionsmodule, die inwenigstens einer Anordnungsrichtung zumindest abschnittsweise einanderbenachbart angeordnet sind.TheRadiation emission arrangement has several, in operation radiationemitting semiconductor modules as conversion modules, which are described inat least one arrangement direction at least partially each otherare arranged adjacent.
Inder Strahlungsemissionsanordnung besteht wenigstens eine Kühlmittelführung,in dessen Verlauf die Beströmung der Halbleiterbaugruppenmit dem Kühlmittel vorgesehen ist.Inthe radiation emission arrangement consists of at least one coolant guide,in the course of which the flow of the semiconductor componentsis provided with the coolant.
DieHalbleiterbaugruppen weisen wenigstens ein elektrisch kontaktierbaresim Betrieb Strahlung in wenigstens eine Abstrahlungsrichtung emittierendesHalbleiterbauelement als Konversionselement auf sowie wenigstenseinen Wärmeleitkörper mit wenigstens einem Wärmeaufnahmeabschnitt, derwenigstens eine Wärmeaufnahmefläche besitzt, ander das Halbleiterbauelement befestigt ist, und wenigstens einemWärmeabgabeabschnitt, der wenigstens eine Wärmeabgabeflächezur Wärmeabgabe an das strömende Kühlmittelbesitzt.TheSemiconductor modules have at least one electrically contactableIn operation, emitting radiation in at least one emission directionSemiconductor device as a conversion element and at leasta Wärmeleitkörper with at least one heat receiving portion, thehas at least one heat receiving surface onthe semiconductor device is attached, and at least oneHeat emitting portion, the at least one heat transfer surfacefor dissipating heat to the flowing coolanthas.
EinBeispiel für eine derartige Strahlungsquelle sieht alsStrahlungsemissionsanordnung einen Diodenlaserstapel vor, in demdie Halbleiterbaugruppen Diodenlaserbauelemente sind, die kantenemittierendeLaserdiodenbarren als Halbleiterbauelemente und Mikrokanalwärmesenkenals Wärmeleitkörper aufweisen.OneExample of such a radiation source sees asRadiation emission arrangement a diode laser stack before, in thethe semiconductor devices are diode laser devices that are edge-emittingLaser diode bars as semiconductor devices and microchannel heat sinkshave as Wärmeleitkörper.
Einesolche Strahlungsquelle ist aus der OffenlegungsschriftDE 197 50 879 A1 bekannt.Such a radiation source is known from the published patent application DE 197 50 879 A1 known.
Nachteiligan der betreffenden Strahlungsquelle ist zum einen die großeAusdehnung (hier: Dicke) der Wärmeleitkörper inStapelrichtung, die eine reduzierten Abstand zwischen einander benachbartenHalbleiterbaugruppen (hier: Diodenlaserbauelementen) begrenzt. Zumanderen ist nachteilig, dass die Stapelhöhe durch den Druckverlustbegrenzt ist, der sich infolge des seriellen Kühlmittelstromsdurch die Wärmeleitkörper ergibt.adverselyat the relevant radiation source is on the one hand, the largeExtension (here: thickness) of the heat conducting body inStacking direction, which is a reduced distance between adjacent onesSemiconductor modules (here: diode laser devices) limited. To theAnother disadvantage is that the stack height due to the pressure lossis limited due to the serial coolant flowthrough the heat conducting results.
Esist daher Aufgabe der Erfindung, eine Strahlungsquelle zu beschreiben,die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.ItIt is therefore an object of the invention to describe a radiation source,which does not have the aforementioned disadvantages.
Insbesondereist es Aufgabe der Erfindung eine Konversionseinheit zu beschreiben,deren Konversionselemente – im Falle einer Strahlungsquelle sindes Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente – flächenmäßigeinen möglichst großen Füllfaktor einnehmenund möglichst gut kühlbar sind.EspeciallyIt is an object of the invention to describe a conversion unit,their conversion elements - in the case of a radiation sourceit radiation-emitting semiconductor devices - in terms of areatake the largest possible fill factorand are as cool as possible.
DieAufgabe wird gelöst durch eine Konversionseinheit mit denMerkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte Ausführungen sindGegenstand der Unteransprüche.TheTask is solved by a conversion unit with theFeatures of claim 1. Preferred embodiments areSubject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß istder Wärmeabgabeabschnitt bezüglich des Wärmeaufnahmeabschnittes vollständigin wenigstens einer zur Anordnungsrichtung geneigten Wärmeleitrichtungangeordnet, und weist wenigstens eine, die Wärmeabgabeflächeumfassende Ausnehmung auf sowie wenigstens eine Öffnung,die auf einer, dem Wärmeabgabeabschnitt des Wärmeleitkörperseines benachbarten – beispielsweise als Strahlung emittierendeHalbleiterbaugruppe ausgebildeten – Konversionsmoduls gegenüberliegenden,ersten Außenseite angeordnet ist, und mit der Ausnehmungin Verbindung steht.According to the inventionthe heat discharge portion with respect to the heat receiving portion completelyin at least one heat conduction direction inclined to the arrangement directionarranged, and has at least one, the heat transfer surfaceextensive recess on and at least one opening,on one, the heat-emitting portion of the Wärmeleitkörpersan adjacent - for example, emitting radiationSemiconductor module trained - conversion module opposite,first outside, and with the recesscommunicates.
Dabeikann die Wärmeabgabefläche aufweisende Ausnehmungals Kühlkanal angesehen werden. Im Gegensatz dazu weistder Wärmeaufnahmeabschnitt erfindungsgemäß keinevom Kühlmittel benetzte Fläche auf.therecan the heat-emitting surface having recessbe regarded as a cooling channel. In contrast, pointsthe heat receiving portion according to the invention nofrom the coolant wetted surface.
Desweiteren besitzt die Kühlmittelführung erfindungsgemäß Kühlmittelflusspassagenzwischen den Wärmeabgabeabschnitten von Wärmeleitkörpernbenachbarter Konversionsmodule und ist für einen erstenKühlmittelfluss zur Beströmung einer ersten Gruppeeiner oder mehrerer Konversionsmodule und einen, zum ersten Kühlmittelflussströmungstechnisch parallelen, zweiten Kühlmittelflusszur Beströmung einer zweiten Gruppe einer oder mehrerer Konversionsmoduleausgebildet.OfFurther, the coolant guide according to the invention has coolant flow passagesbetween the heat-dissipating sections of heat-conducting bodiesneighboring conversion modules and is for a firstCoolant flow to the flow of a first groupone or more conversion modules and one, the first coolant flowfluidically parallel, second coolant flowfor the flow of a second group of one or more conversion moduleseducated.
Fernerweist der Wärmeleitkörper erfindungsgemäß jeweilswenigstens einen Wärmeleitabschnitt auf, der zwischen demWärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnittangeordnet ist und wenigstens eine Dichtfläche besitzt, überdie zumindest abschnittsweise eine Dichtung erfolgt; die zu einemEinschluss von Kühlmittel in den Kühlmittelflusspassagenbeiträgt.Furthermore, according to the invention, the heat-conducting body in each case has at least one heat-conducting section which is arranged between the heat-absorbing section and the heat-dissipating section and has at least one sealing surface via which a seal takes place at least in sections; leading to an inclusion of coolant in the coolant contributes to river passages.
Schließlichist von der Kühlmittelzu- und abführeinrichtungerfindungsgemäß wenigstens der Abschnitt in Wärmeleitrichtungabseits der Konversionsanordnung angeordnet, der den Kühlmittelauslass und/oderden Kühlmitteleinlass aufweist.After allis from the coolant supply and discharge deviceAccording to the invention, at least the section in the direction of heat conductionarranged away from the conversion arrangement, the coolant outlet and / orhaving the coolant inlet.
Dieerfindungsgemäße Konversionseinheit ist sowohlals Strahlungsquelle als auch als Strahlungsempfänger ausbildbar.TheConversion unit according to the invention is bothas a radiation source and as a radiation receiver can be formed.
Ineiner erfindungsgemäßen Strahlungsquelle bildendie Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente die Hauptwärmequelleneiner Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit dererfindungsgemäßen Strahlungsquelle ausgebildetwird.Inform a radiation source according to the inventionthe radiation-emitting semiconductor components, the main heat sourcesa heat transfer device, with theformed radiation source according to the inventionbecomes.
Ineinem erfindungsgemäßen Strahlungsempfängerbilden die Strahlung absorbierenden Halbleiterbauelemente die Hauptwärmequelleneiner Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit demerfindungsgemäßen Strahlungsempfängerausgebildet wird.Ina radiation receiver according to the inventionThe radiation-absorbing semiconductor components form the main heat sourcesa heat transfer device, with theRadiation receiver according to the inventionis trained.
DieWärmeüberträger sind in beiden Fällen dieerfindungsgemäßen Konversionsmodule, die modulareBausteine der Konversionsanordnung sind.TheHeat exchangers are in both cases theConversion modules according to the invention, the modularBuilding blocks of the conversion arrangement are.
ImFalle der Strahlungsquelle ist die Konversionsanordnung eine Strahlungsemissionsanordnung,die modular aus Strahlung emittierenden Halbleiterbaugruppen zusammengestelltist, die wenigstens ein Strahlung in wenigstens eine Abstrahlungsrichtungemittierendes Halbleiterbauelement aufweisen.in theCase of the radiation source, the conversion arrangement is a radiation emission arrangement,the modular composed of radiation-emitting semiconductor modules assembledis the at least one radiation in at least one direction of emissionhaving emitting semiconductor device.
ImFalle des Strahlungsempfängers ist die Konversionsanordnungeine Strahlungsempfangsanordnung, die modular aus Strahlung absorbierenden Halbleiterbaugruppenzusammengestellt ist, die wenigstens ein Strahlung aus wenigstenseiner Einstrahlungsrichtung absorbierendes Halbleiterbauelementaufweisen.in theTrap of the radiation receiver is the conversion arrangementa radiation receiving arrangement, the modular radiation-absorbing semiconductor componentsis composed of at least one radiation of at leastan irradiation direction absorbing semiconductor deviceexhibit.
DasKühlmittel bildet in beiden Fällen die Hauptwärmesenke.TheCoolant forms the main heat sink in both cases.
DieErfindung ist sowohl auf Strahlung emittierende Halbleiterbauelementedes kantenemittierenden Typs als auch des oberflächenemittierenden Typsanwendbar und für beide Typen geeignet. Im Strahlengangangeordnete Optikmittel können dabei bei Bedarf eine Homogenisierungder Intensitätsverteilung der Strahlung und/oder eine Kollimationoder Fokussierung der Strahlung bewirken.TheInvention is directed to both radiation emitting semiconductor devicesof the edge emitting type as well as the surface emitting typeapplicable and suitable for both types. In the beam patharranged optics can thereby homogenization if necessarythe intensity distribution of the radiation and / or a collimationor focusing the radiation effect.
Desgleichenist die Erfindung auf Strahlung absorbierende Halbleiterbauelemente,die sowohl Flächenempfänger als Kantenempfängersein können. Im Strahlengang angeordnete Optikmittel könnenbei Bedarf eine lokale Erhöhung der Intensität derStrahlung durch Konzentrierung beziehungsweise Bündelungoder Fokussierung bewirken und damit die Bestrahlungsstärkedes Strahlung absorbierenden Halbleiterbauelementes erhöhen.Similarlythe invention is directed to radiation-absorbing semiconductor devices,the both surface receiver as edge receivercould be. In the beam path arranged optical means canIf necessary, a local increase in the intensity ofRadiation by concentration or bundlingor focus and thus the irradianceincrease the radiation-absorbing semiconductor device.
EinBeispiel für ein erfindungsgemäßes Strahlungabsorbierendes Halbleiterbauelement ist eine Solarzelle, wobei dieKonversionsmodule Solarmodule sind und die Konversionseinheit einphotovoltaischer Generator ist.OneExample of a radiation according to the inventionThe semiconductor absorbing device is a solar cell, wherein theConversion modules are solar modules and the conversion unitphotovoltaic generator is.
Einanderes Beispiel für ein erfindungsgemäßesStrahlung absorbierendes Halbleiterbauelement ist ein thermoelektrischerChip mit einer der Einstrahlungsrichtung zugewandten Strahlungsabsorptionsschicht,wobei die Konversionsmodule Peltier-Module sind und die Konversionseinheitein thermoelektrischer Generator ist.Oneanother example of an inventiveRadiation-absorbing semiconductor device is a thermoelectricChip with a radiation absorption layer facing the irradiation direction,where the conversion modules are Peltier modules and the conversion unitis a thermoelectric generator.
Stellvertretendfür einen Strahlungsempfänger und seine Komponentenwird fortan auf die Strahlungsquelle mit ihren Komponenten Bezuggenommen. Dabei kann das bezüglich der Strahlungsquelle Gesagteanalog auf einen Strahlungsempfänger unter einer Maßgabe übertragenwerden, die die umgekehrte Energiewandlung berücksichtigt.vicariousfor a radiation receiver and its componentsis henceforth related to the radiation source with its componentstaken. In this case, the said with respect to the radiation sourcetransferred analogously to a radiation receiver under a provisowhich takes into account the reverse energy conversion.
Istdas strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ein Kantenemitter,beispielsweise eine kantenemittierende Laserdiode, ein kantenemittierender Laserdiodenbarrenoder eine kantenemittierende Leuchtdiode, so sind die elektrischenKontaktflächen – eine erste und wenigstens eine,zur ersten elektrischen Kontaktfläche gegenpolige, zweite – deskantenemittierenden Halbleiterbauelements in der Regel parallelzur Abstrahlungsrichtung und auf einander gegenüberliegendenSeiten des kantenemittierenden Halbleiterbauelements angeordnet.isthe radiation-emitting semiconductor component has an edge emitter,for example, an edge emitting laser diode, an edge emitting laser diode baror an edge emitting light emitting diode, so are the electricalContact surfaces - a first and at least one,to the first electrical contact surface gegenpolige, second - theEdge-emitting semiconductor device usually parallelto the direction of radiation and on opposite sidesSide of the edge-emitting semiconductor device arranged.
Istdas strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ein Oberflächenemitter,beispielsweise eine oberflächenemittierende Laserdiode(VCSEL = vertical cavity surface emitting laser), eine oberflächenemittierendesLaserdiodenfeld (VCSEL-array) oder eine oberflächenemittierendeLeuchtdiode, so sind die elektrischen Kontaktflächen – eineerste und wenigstens eine, zur ersten elektrischen Kontaktfläche gegenpolige,zweite – des kantenemittierenden Halbleiterbauelementsin der Regel senkrecht zur Abstrahlungsrichtung und auf einandergegenüberliegenden Seiten des kantenemittierenden Halbleiterbauelementsangeordnet.isthe radiation-emitting semiconductor component has a surface emitter,For example, a surface emitting laser diode(VCSEL = vertical cavity surface emitting laser), a surface emittingLaser diode array (VCSEL array) or a surface emittingLED, so are the electrical contact surfaces - afirst and at least one, opposite to the first electrical contact surface,second - the edge-emitting semiconductor deviceusually perpendicular to the direction of radiation and on each otheropposite sides of the edge-emitting semiconductor devicearranged.
Nichtsdestowenigerkönnen die elektrischen Kontaktflächen fürbeide Emissionstypen gegenüber ihrer besagten regelrechtenAnordnung geneigt und/oder auf ein- und derselben Seite des Halbleiterbauelementesangeordnet sein. Zur Vereinfachung der Erläuterung derVorteile der erfindungsgemäßen Strahlungsquellewird jedoch von den regelrechten Anordnungen ausgegangen.Nevertheless, the electrical contact surfaces for both emission types may be inclined with respect to their said regular arrangement and / or arranged on one and the same side of the semiconductor component. For simplification However, the explanation of the advantages of the radiation source according to the invention is based on the regular arrangements.
Vorzugsweisesind dabei die elektrische Kontaktflächen parallel zu derWärmeaufnahmefläche, wiewohl auch geneigte Anordnungenmöglich sind. Dabei liegt der Wärmeaufnahmeabschnittin einer Wärmequellenprojektion des Halbleiterbauelementessenkrecht zu den elektrischen Kontaktflächen.Preferablyare the electrical contact surfaces parallel to theHeat receiving surface, although inclined arrangementspossible are. This is the heat absorption sectionin a heat source projection of the semiconductor deviceperpendicular to the electrical contact surfaces.
DieStrahlungsemissionsanordnung kann sowohl linear mit nur einer Anordnungsrichtungvorliegen oder flächig mit mehr als einer Anordnungsrichtung,beispielsweise zwei Anordnungsrichtungen, die eine gemeinsame Anordnungsebeneaufspannen. Der im linearen Fall einzigen Anordnungsrichtung kanneine bestimmte Anordnungsebene zugewiesen werden mit der Forderung,dass diese Ebene sowohl die linearen Anordnungsrichtung umfasstals auch ein Richtung, in der eine zweite lineare Strahlungsemissionsanordnungeiner ersten linearen Strahlungsemissionsanordnung vorzugsweisebenachbart sein kann, ohne die Abstrahlung der ersten linearen Strahlungsemissionsanordnungzu behindern.TheRadiation emission arrangement can be both linear with only one arrangement directionpresent or areal with more than one arrangement direction,For example, two arrangement directions that a common arrangement levelspan. The single arrangement direction in the linear case canassigned a certain level of arrangement with the requirementthis plane comprises both the linear arrangement directionas well as a direction in which a second linear radiation emitter arraya first linear radiation emitter array, preferablymay be adjacent without the radiation of the first linear radiation emitter arrayto hinder.
EineAnordnungsrichtung kann dann als Benachbarungsrichtung aufgefasstwerden, wenn zwischen zwei, in der besagten Anordnungsrichtung einanderunmittel benachbart angeordneten Halbleiterbauelementen nicht einmalabschnittsweise ein weiteres Halbleiterbauelement angeordnet ist.AArranging direction can then be understood as an adjacency directionare, if between two, in the said arrangement direction each otherNot even immediately adjacent arranged semiconductor devicessections, a further semiconductor device is arranged.
Imanschaulich einfachsten – und fortan angenommenen – Fallexistiert nur eine einzige Abstrahlungsrichtung und nur eine Anordnungsebene, diesenkrecht zur einzigen Abstrahlungsrichtung orientiert ist. Diesist jedoch nicht zwingend. In einer beispielsweise nicht um 90° sondernnur um 60° zur Abstrahlungsrichtung geneigten Anordnungsebeneließe sich der Strahlenbündelabstand benachbarter Halbleiterbaugruppenum einen Faktor sin 60° = 0,87 verringern. Wird die Neigungder Anordnungsebene bezüglich der Abstrahlungsrichtungweiter verringert, so ist unterhalb eines bestimmten Neigungswinkels, beispielsweise10°, darauf zu achten, dass die Strahlenbündelnicht durch benachbarte Halbleiterbaugruppen abgeschattet werden.Um dies zu vermeiden, sind die Halbleiterbauelemente in einer Richtungwinklig zur Abstrahlungsrichtung – beispielsweise in Richtungder Normalen der Anordnungsebene – zueinander zu versetzen.Mit einem solchen Versatz lassen sich bei einer Neigung der Anordnungsebene von10° gegenüber der Abstrahlungsrichtung ein Strahlenbündelabstandbenachbarter Halbleiterbaugruppen in der Größedes Versatzes realisieren, wie beispielsweise in der US-PatentschriftUS 5,987,043 A beschrieben.In einer alternativen Betrachtungsweise lässt diese Anordnungdie Existenz mehrerer, baugruppeneigener Anordnungsebenen zu, diejeweils einer Halbleiterbaugruppe zugeordnet und parallel zueinandersenkrecht zur Abstrahlungsrichtung um den genannten Versatz beabstandetangeordnet sind.In the graphically simplest case - and henceforth assumed - there is only one single emission direction and only one arrangement plane which is oriented perpendicular to the single emission direction. However, this is not mandatory. In an arrangement plane inclined, for example, not by 90 ° but only by 60 ° to the direction of emission, the beam spacing of adjacent semiconductor modules could be reduced by a factor sin 60 ° = 0.87. If the inclination of the arrangement plane with respect to the emission direction is further reduced, it must be ensured below a certain inclination angle, for example 10 °, that the bundles of rays are not shaded by adjacent semiconductor modules. In order to avoid this, the semiconductor components are to be offset in one direction at an angle to the emission direction, for example in the direction of the normals of the arrangement plane. With such an offset can be realized with an inclination of the arrangement plane of 10 ° relative to the emission direction, a beam spacing of adjacent semiconductor modules in the size of the offset, such as in the US patent US 5,987,043 A described. In an alternative approach, this arrangement allows for the existence of a plurality of assembly-independent arrangement levels, which are each assigned to a semiconductor module and arranged parallel to one another perpendicular to the emission direction by said offset.
Inanschaulich einfachsten Fall ist die Wärmeleitrichtungvon dem Wärmeaufnahmeabschnitt über den Wärmeleitabschnittzum Wärmeabgabeabschnitt senkrecht zur Anordnungsebene.Ist die Anordnungsebene senkrecht zur Abstrahlungsrichtung gerichtet,so ist die Wärmeleitrichtung der Abstrahlungsrichtung entgegengesetzt.Inclearly the simplest case is the direction of heat conductionfrom the heat receiving portion via the heat conduction portionto the heat dissipation section perpendicular to the assembly plane.If the arrangement plane is directed perpendicular to the emission direction,Thus, the heat conduction direction of the radiation direction is opposite.
Generellkann jeder Halbleiterbaugruppe, jedem Halbleiterbauelement, undsogar jedem einzelnen von mehreren Emittern einer Halbleiterbaugruppeoder eines Halbleiterbauelementes eine eigene Abstrahlungsrichtungzugeordnet werden. Beispielsweise können die Abstrahlungsrichtungenverschiedener Emitter derart ausgerichtet sein, dass sich ihre Strahlenbeziehungsweise Strahlenbündel in einem bestimmten Abstandvom jeweiligen Halbleiterbauelement kreuzen oder perspektivisch überlagern. Diesbezüglichwird beispielsweise auf den Offenbarungsgehalt derEP 1 113 543 A1 verwiesen.Damit sind Anordnungen mit Halbleiterbaugruppen denkbar, die unterkleinen Winkeln von 0,1° bis 30° zueinander geneigtenAbstrahlungsrichtungen ausgerichtet sind. Jeder Abstrahlungsrichtungbeziehungsweise jeder Halbleiterbaugruppe kann dabei entweder eineeigene Anordnungsebene zugeordnet werden oder aber – solangedie abschnittsweise Benachbarung der Halbleiterbaugruppen gültigist – eine allen Abstrahlungsrichtungen oder Halbleiterbaugruppen gemeinsameAnordnungsebene, die gegenüber jeder Abstrahlungsrichtungeinen eigenen Neigungswinkel einnimmt.Generally, each semiconductor device, each semiconductor device, and even each individual one of a plurality of emitters of a semiconductor device or a semiconductor device can be assigned its own emission direction. By way of example, the emission directions of different emitters can be aligned in such a way that their beams or bundles of rays cross at a specific distance from the respective semiconductor component or overlap in a perspective manner. In this regard, for example, the disclosure of the EP 1 113 543 A1 directed. This arrangement with semiconductor modules are conceivable, which are aligned at small angles of 0.1 ° to 30 ° to each other inclined radiation directions. In this case, each emission direction or each semiconductor module can either be allocated its own arrangement level or-as long as the sections of the semiconductor modules are valid-a plane of arrangement common to all emission directions or semiconductor components, which assumes its own angle of inclination with respect to each emission direction.
DerEinfachheit halber wird ein senkrecht zur Abstrahlungsrichtung annäherndrechteckiger Querschnitt der Wärmeleitkörper beziehungsweiseHalbleiterbaugruppen angenommen Damit kann die Anordnung der Halbleiterbaugruppenin Stapelanordnung übereinander oder in Reihenanordnungnebeneinander vorliegen. Auch Feldanordnung mehrerer Stapel in Reihenebeneinander oder mehrerer Reihen im Stapel übereinandersind möglich. In einem Stapel ist die in der Anordnungsebeneliegende Benachbarungsrichtung die Stapelrichtung, in der die Halbleiterbaugruppen übereinanderangeordnet sind. In einer Reihe ist die in der Anordnungsebene liegendeBenachbarungsrichtung die Reihenrichtung, in der die Halbleiterbaugruppennebeneinander oder angeordnet sind.Of theFor simplicity, one becomes approximately perpendicular to the direction of radiationrectangular cross section of the heat conducting body orSemiconductor modules accepted Thus, the arrangement of the semiconductor modulesin stacked arrangement one above the other or in a row arrangementcoexist. Also field arrangement of several stacks in seriesnext to each other or several rows in the stack one above the otherare possible. In a stack, that is in the layout planelying adjacent direction the stacking direction, in which the semiconductor modules on top of each otherare arranged. In a row is the lying in the arrangement levelAdjacent direction, the row direction in which the semiconductor modulesnext to each other or arranged.
Nichtsdestowenigerkann der Querschnitt der Wärmeleitkörper auchanderes als rechteckig sein, beispielsweise dreieckig oder sechseckig,womit mehr als zwei Benachbarungsrichtungen existieren können.Nevertheless, the cross-section of the heat-conducting body can also be other than rectangular, for example triangular or hexagonal, where with more than two directions of proximity can exist.
Hinsichtlichder Nachbarschaft zweier Elemente, beispielsweise Diodenlaserbauelementeoder Kühlkanäle, sei vereinbart, dass zwei Elementeals unmittelbar benachbart gelten, wenn zwischen ihnen kein weiteresElement des gleichen Typs angeordnet ist. Sie gelten als mittelbarbenachbart, wenn zwischen ihnen wenigstens ein weiteres Elementdes gleichen Typs angeordnet ist.Regardingthe neighborhood of two elements, for example diode laser devicesor cooling channels, let it be agreed that two elementsbe regarded as immediately adjacent if there is no furtherElement of the same type is arranged. They are considered indirectadjacent, if between them at least one more elementof the same type is arranged.
ImZweifel gelten hinsichtlich ihrer unmittelbaren oder mittelbarenNachbarschaft nicht näher spezifizierte, benachbarte Elementeals einander unmittelbar benachbart.in theDoubts apply with regard to their direct or indirectNeighborhood unspecified, adjacent elementsas immediately adjacent to each other.
Vorzugsweiseist die Stapel- und/oder Reihenrichtung senkrecht zur Abstrahlungsrichtungausgebildet. Dies ist zwar nicht zwingend, erleichtert aber eineanschauliche Beschreibung der Erfindung.Preferablyis the stacking and / or row direction perpendicular to the emission directioneducated. Although this is not mandatory, but facilitates onedescriptive description of the invention.
Füroberflächenemittierende Halbleiterbauelemente liegen damitalle Benachbarungsrichtungen in der Ebene der Wärmeaufnahmefläche,die an einer Stirnseite des Wärmeleitkörpers angeordnetist, deren Normale parallel zur Abstrahlungsrichtung liegt, dassheißt: Die Anordnungsebene ist parallel zur Wärmeaufnahmefläche.ForSurface emitting semiconductor devices are soall directions of proximity in the plane of the heat receiving surface,arranged on a front side of the heat conducting bodyis, whose normal is parallel to the radiation direction, thatmeans: The arrangement level is parallel to the heat receiving surface.
Fürkantenemittierende Halbleiterbauelemente sind Benachbarungsrichtungensowohl senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche als auchin der Ebene der Wärmeaufnahmefläche und geneigtdazu möglich. Die Wärmeaufnahmeflächeist somit vorzugsweise auf einer zu einer Stirnseite senkrechten Außenseitedes Wärmeleitkörpers angeordnet. Mit anderen Worten:die Normale der Wärmeaufnahmefläche ist parallelzur. Es gilt für oberflächenemittierende Halbleiterbauelementeforthin als vereinbart, dass eine Stapelrichtung in Richtung derkleineren Querschnittsabmessung des rechteckigen Wärmeleitkörpersliegt, eine Reihenrichtung in Richtung der größerenQuerschnittsabmessung.Foredge emitting semiconductor devices are neighbor directionsboth perpendicular to the heat receiving surface as wellin the plane of the heat receiving surface and inclinedpossible. The heat absorption surfaceis thus preferably on an outer side perpendicular to a front sidearranged the Wärmeleitkörpers. In other words:the normal of the heat absorption surface is parallelto. It applies to surface-emitting semiconductor deviceshereafter agreed that a stacking direction in the direction ofsmaller cross-sectional dimension of the rectangular Wärmeleitkörperslies one row direction towards the larger oneCross-sectional dimension.
Fürkantenemittierende Halbleiterbauelemente gilt es als vereinbart,dass eine Stapelrichtung senkrecht zur Wärmeaufnahmeflächedes rechteckigen Wärmeleitkörpers liegt, eineReihenrichtung parallel dazu.ForEdge-emitting semiconductor devices, it is agreed thatthat a stacking direction perpendicular to the heat receiving surfacethe rectangular Wärmeleitkörpers is located, aRow direction parallel to it.
ImFolgenden wird ohne den Umfang der Erfindung einzuschränkenstellvertretend für alle strahlungsemittierende Halbleiterbauelementeeinschließlich Leuchtdioden- und Leuchtdiodenfelder aufLaserdiodenelemente Bezug genommen, welche sowohl Einzelemitterals auch monolithische ein- oder zweidimensionale Emitter-Feldanordnungensowohl des oberflächenemittierenden als auch des kantenemittierendenLaserdiodentyps umfassen. Außerdem wird ohne den Umfangder Erfindung einzuschränken stellvertretend füralle Halbleiterbaugruppen wird auf Diodenlaserbauelemente Bezuggenommen.in theThe following will be limited without departing from the scope of the inventionrepresentative of all radiation-emitting semiconductor componentsincluding light emitting diode and light emitting diode fieldsLaser diode elements, which are both single emitteras well as monolithic one- or two-dimensional emitter field arraysboth the surface emitting and the edge emittingLaser diode type include. Besides, without the scopeto restrict the invention representative ofall semiconductor devices are referred to diode laser devicestaken.
Durchdas erfindungsgemäße Vorsehen eines Kühlkanals,bevorzugt mehrerer Kühlkanäle bildende Ausnehmungen,in Wärmeleitrichtung abseits des Wärmeaufnahmeabschnitteskann im Wärmeabgabeabschnitt auf die Kühlkanäleverschließende Deckschichten verzichtet werden, weil dieerfindungsgemäße Dichtung am Wärmeleitabschnittein Austreten des Kühlmittels aus den Bereichen den erfindungsgemäßenKühlmittelflusspassagen zwischen den Diodenlaserbauelementenunterbindet.Bythe inventive provision of a cooling channel,preferably a plurality of cooling channels forming recesses,in heat conduction away from the heat receiving portioncan in the heat dissipation section on the cooling channelsClosing layers are omitted, because theInventive seal on Wärmeleitabschnitta leakage of the coolant from the areas of the inventionCoolant flow passages between the diode laser devicesin derogation.
Anschaulichwird diese Gegebenheit dadurch, dass man den Wärmeleitabschnittals so zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnittangeordnet betrachtet, dass er sich zumindest abschnittsweise inder Anordnungsebene vollständig durch den Wärmeleitkörpererstreckt, und das erfindungsgemäße Merkmal fehlender,vom Kühlmittel benetzter, Flächen im Wärmeaufnahmeabschnittberücksichtigt, wodurch ein Kühlmittelfluss inden Wärmeaufnahmeabschnitt ausgeschlossen wird.clearThis situation is characterized by the fact that the heat-conducting sectionas between the heat-receiving portion and the heat-dissipating portionconsidered that he is at least partially inthe arrangement level completely through the heat-conducting bodyextends, and the inventive feature missing,wetted by the coolant, surfaces in the heat receiving portiontakes into account, whereby a coolant flow inthe heat absorption section is excluded.
DieserUmstand dient in vorteilhafter Weise zu einer Reduzierung des Abstandeszwischen benachbarten Diodenlaserbauelemente, weil sich die Ausdehnungdes Wärmeleitkörpers in Benachbarungsrichtungerfindungsgemäß allein nach der Ausdehnung derKühlkanäle in Benachbarungsrichtung bemessen lässt.ThisThe circumstance serves advantageously to reduce the distancebetween adjacent diode laser devices, because the expansionof the heat conducting body in the direction of adjacencyaccording to the invention alone after the expansion ofCooling channels in Adjacent direction can be measured.
Damitist eine erhöhte Packungsdichte von Laserdiodenelementenin einem Diodenlaserstapel möglich, was in einer gegenüberdem Stand der Technik erhöhten Flächenleistungsdichteder emittierten Strahlung resultieren kann.In order tois an increased packing density of laser diode elementspossible in a diode laser stack, resulting in one oppositethe prior art increased surface power densitythe emitted radiation can result.
Beikantenemittierenden Halbleiterbauelementen liegt der Wärmeabgabeabschnitterfindungsgemäß außerhalb der oben definiertenWärmequellenprojektion. Der Wärmefluss wird dabeiim Wärmeaufnahmeabschnitt um 90° umgelenkt undbei Stapeln entgegen der Abstrahlungsrichtung orientiert.atEdge-emitting semiconductor devices is the heat-emitting portionaccording to the invention outside the above definedHeat source projection. The heat flow is therebyin the heat receiving section deflected by 90 ° andoriented in stacking against the direction of radiation.
Darüberhinaus ist die Kühlmittelzu- und abführeinrichtungerfindungsgemäß bezüglich der Stahlungsemissionsanordnung – beispielsweiseeiner Diodenlaserreihe oder eines Diodenlaserstapels – soangeordnet, dass sie der Ausbildung einer hohen Packungsdichte vonDiodenlaserbauelementen nicht entgegensteht. Bei einer zweidimensionalen Feldanordnungvon Diodenlaserelementen sieht das Vorliegen wenigstens zweier,vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur Abstrahlungsrichtung liegender, Benachbarungsrichtungen,beispielsweise die rückwärtige, das heißt:der Abstrahlungsrichtung entgegengesetzte, Anordnung der Kühlmittelzu-und abführeinrichtung vor.Moreover, the coolant supply and discharge device according to the invention with respect to the radiation emission arrangement - for example, a diode laser array or a diode laser stack - arranged so that it does not preclude the formation of a high packing density of diode laser devices. In the case of a two-dimensional field arrangement of diode laser elements, the presence of at least two adjacent directions, preferably in a plane perpendicular to the direction of emission, provides, for example, the rearward direction, that is to say the direction of emission gengesetzten, arrangement of the coolant supply and discharge before.
Mitoberflächenemittierenden Laserdiodenbauelemente lässtsich so ein Füllfaktor, das ist das Verhältnisvon emittierender zur gesamten Fläche, der Strahlungsemissionsanordnungerreichen, der vorzugsweise größer als 90% ist.Withsurface emitting laser diode devices leavessuch a fill factor, that's the ratiofrom emissive to total area, the radiation emitter arrayreach, which is preferably greater than 90%.
Analoglässt sich mit flächig Strahlung empfangendenSolarzellen so eine Füllfaktor – in diesem Fallist es das Verhältnis von Strahlung in Elektrizität umwandelnderEmpfangsfläche zur Gesamtfläche – derphotovoltaischen Empfangsanordnung erreichen, der vorzugsweise größerals 90% ist. Dieser Vorteil kommt besonders bei einer optischenAnordnung gemäß Anspruch 31 zur Geltung, in derdie einfallende Sonnenstrahlung mit einer für die photovoltaischeEmpfangsanordnung gemeinsamen Einzeloptik – beispielsweiseein Konkavspiegel oder eine Fresnellinse – die Sonnenstrahlungauch auf die Bereiche zwischen den Solarzellen konzentriert wird. Erfindungsgemäß könnendiese Bereiche sehr klein gehalten werden, so dass wenig Sonnenstrahlungfür die elektrische Energieerzeugung verloren geht. Die guteKühlung der Solarzellen sorgt zudem für einen hohenUmwandlungs-Wirkungsgrad.Analogouscan be received with surface radiationSolar cells so a fill factor - in this caseis it the ratio of radiation to electricity convertingReceiving surface to the total area - thereach photovoltaic receiving arrangement, preferably largerthan 90% is. This advantage comes especially with an opticalArrangement according to claim 31, in whichthe incident solar radiation with one for the photovoltaicReception arrangement common single look - for examplea concave mirror or a Fresnel lens - the sun's raysis also concentrated on the areas between the solar cells. According to the inventionThese areas are kept very small, so that little solar radiationis lost for electric power generation. The goodCooling the solar cells also ensures a highConversion efficiency.
Einenweiteren Vorteil für den kühlungstechnischen Betriebbietet das erfindungsgemäße Vorsehen wenigstenszweier strömungstechnisch parallel geführter Kühlmittelflüssein der Strahlungsemissions- oder empfangsanordnung. Damit wird esmöglich, den Druckverlust gegenüber dem rein seriellen Kühlmittelflussim Stand der Technik bereits um bis zur Hälfte abzusenken.Das Vorsehen weiterer, strömungstechnisch parallel geführterKühlmittelflüsse kann den Druckverlust demgegenüberweiter reduzieren.aAnother advantage for cooling technology operationoffers the inventive provision at leasttwo flow-parallel guided coolant flowsin the radiation emission or reception arrangement. It willpossible, the pressure loss compared to the purely serial coolant flowin the prior art already lower by half.The provision of further fluidically guided in parallelCoolant flows, on the other hand, can reduce the pressure lossfurther reduce.
Idealerweisewerden möglichst viele, bevorzugt abwechselnd jedes zweite,besonders bevorzugt jedes, Diodenlaserbauelement einer Strahlungsemissionsanordnungmit einer strömungstechnisch parallelen Kühlmittelzufuhrund einer strömungstechnisch parallelen Kühlmittelabfuhrversehen.Ideallybe as many as possible, preferably every other second,particularly preferably each diode laser component of a radiation emission arrangementwith a flow-parallel coolant supplyand a fluidically parallel coolant dischargeMistake.
Daserfindungsgemäße Vorliegen von Kühlmittelflusspassagenzwischen den Wärmeabgabeabschnitten von Wärmeleitkörpernbenachbarter Halbleiterbaugruppen gestattet es in diesem Zusammenhangbeispielsweise, zumindest eine der Kühlmittelflusspassagenzwischen benachbarten Halbleiterbaugruppen für eine Kühlmittelaufnahmeund/oder -abgabe aus der beziehungsweise an die gegenüber derStrahlungsemissionsanordnung rückwärtig angeordnetenKühlmittelzu- und abführeinrichtung vorzusehen.Alternativ oder optional können die Wärmeleitkörperrückwärtige Öffnungen aufweisen, diemit den Kühlkanälen in Verbindung stehen und Kühlmittelvon der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung aufnehmenund/oder an diese abgeben.Theinventive presence of coolant flow passagesbetween the heat-dissipating sections of heat-conducting bodiesadjacent semiconductor devices allow it in this contextFor example, at least one of the coolant flow passagesbetween adjacent semiconductor modules for a coolant intakeand / or -delivery from or to the opposite ofRadiation emission arrangement arranged rearwardlyProvide coolant supply and discharge device.Alternatively or optionally, the heat-conducting bodyhave rearward openings, thecommunicate with the cooling channels and coolantreceive from the coolant supply and discharge deviceand / or deliver to them.
Mitder erfindungsgemäßen Kühlmittelzu- undabführeinrichtung lässt sich vorteilhaft sowohl dieKühlmittelverteilung auf die Kühlkanäleder Diodenlaserbauelemente als auch die Kühlmittelsammlungvon den Kühlkanälen der Diodenlaserbauelementeaußerhalb des von den Wärmeleitkörpernbelegten Bereiches im Diodenlaserstapel durchführen. Verbundendamit ist eine vorteilhafte Einsparung an Wärmeleitkörpermaterialund die vorteilhafte Beschränkung des Druckverlustes, insbesonderebei einer Vielzahl von Diodenlaserbauelementen, beispielsweise mehrals zehn, im Diodenlaserstapel, auf minimal desjenigen Wertes, denein einzelnes Diodenlaserbauelement besitzt.Withthe Kühlmittelzu- andAbführeinrichtung can be beneficial both theCoolant distribution on the cooling channelsthe diode laser components as well as the coolant collectionfrom the cooling channels of the diode laser componentsoutside of the heat conducting bodiesperform occupied area in the diode laser stack. ConnectedThis is an advantageous saving of Wärmeleitkörpermaterialand the advantageous restriction of the pressure loss, in particularin a variety of diode laser devices, for example morethan ten, in the diode laser stack, to a minimum of that value, thehas a single diode laser device.
Invorteilhafter Weise sind damit theoretisch Diodenlaserstapel und-reihen mit einer unbegrenzter Anzahl von Diodenlaserbauelementenherstellbar. Ebenso kann eine prinzipiell eine theoretisch unbegrenzteAnzahl von Diodenlaserstapeln nebeneinander angeordnet werden, wenndie Kühlmittelzu- und abführeinrichtung in einerAbstrahlungsrichtung entgegengesetzten Richtung bezüglichder Strahlungsemissionsanordnung angeordnet ist.InAdvantageously, thus theoretically diode laser stack androws with an unlimited number of diode laser devicesproduced. Likewise, a principle theoretically unlimitedNumber of diode laser stacks are juxtaposed whenthe coolant supply and discharge device in oneDirection of radiation opposite direction with respectthe radiation emission arrangement is arranged.
Vorzugsweiseexistiert eine elektrisch leitende Verbindung von einer zweitenelektrischen Kontaktfläche des Laserdiodenelementes mitder ersten elektrischen Kontaktfläche eines Laserdiodenelementeseines in benachbarten Diodenlaserbauelementes. Vorzugsweise istdie elektrische Verbindung seriell, weniger bevorzugt parallel.Kombinationen paralleler und serieller elektrischer Verbindung verschiedenerLaserdiodenelemente und/oder Diodenlaserbauelemente sind ebenfallsdenkbar.Preferablyexists an electrically conductive connection of a secondelectrical contact surface of the laser diode element withthe first electrical contact surface of a laser diode elementone in adjacent diode laser device. Preferablythe electrical connection serial, less preferably parallel.Combinations of parallel and serial electrical connection of differentLaser diode elements and / or diode laser devices are alsoconceivable.
Zurweiteren Beschreibung der Erfindung wird fortan – ohneden Umfang der Erfindung zu beschränken – davonausgegangen, dass die erste und die zweite Kontaktflächeauf unterschiedlichen, einander gegenüberliegenden, Seiteneines kantenemittierenden Laserdiodenelementes angeordnet sind unddie Strahlungsemissionsfläche des kantenemittierenden Laserdiodenelementeszwischen den beiden Kontaktflächenebenen senkrecht zurersten und zweiten Kontaktfläche orientiert angeordnetist, womit die Abstrahlungsrichtung parallel zur Normalen zur Strahlungsemissionsflächeausgerichtet ist.tofurther description of the invention will henceforth - withoutto limit the scope of the invention - thereofassumed that the first and the second contact surfaceon different, opposite sidesan edge emitting laser diode element are arranged andthe radiation emission surface of the edge-emitting laser diode elementbetween the two contact surface planes perpendicular tooriented first and second contact surface arrangedis, whereby the radiation direction parallel to the normal to the radiation emission surfaceis aligned.
Weiterhinwird davon ausgegangen, dass die Wärmeaufnahmefläche – unddamit auch die erste und zweite Kontaktfläche – jeweilssenkrecht zur Stapelrichtung orientiert sind, das heißt:Ihre Normalen sind parallel zur Stapelrichtung. Gleichwohl sinderfindungsgemäß auch geneigte Orientierungen zulässig.FartherIt is assumed that the heat absorption surface - andso that the first and second contact surface - respectivelyoriented perpendicular to the stacking direction, that is:Their normals are parallel to the stacking direction. Nevertheless, they areaccording to the invention also inclined orientations allowed.
Schließlichwird eine Beschränkung auf eine einzige Stapelrichtungvorgenommen, wiewohl erfindungsgemäß auch mehrereStapelrichtungen durch zueinander in Winkeln von betragsmäßigkleiner als 45° zueinander positiv oder negativ geneigterWärmeaufnahmeflächen benachbarter Diodenlaserbauelementemöglich sind.After allbecomes a restriction to a single stacking directionmade, although according to the invention also severalStacking directions through each other in angles of magnitudeless than 45 ° to each other positively or negatively inclinedHeat receiving surfaces of adjacent diode laser componentspossible are.
Daskantenemittierende Laserdiodenelement ist vorzugsweise ein Laserdiodenbarrenmit einer Vielzahl – beispielsweise mehr als vier – inzur ersten Kontaktfläche paralleler Breitenrichtung nebeneinanderangeordneten Emittern.TheEdge emitting laser diode element is preferably a laser diode barwith a large number - for example, more than four - into the first contact surface parallel width direction side by sidearranged emitters.
Wenigerbevorzugt ist das kantenemittierende Laserdiodenelement eine Laserdiodemit einem oder wenigen Emittern. In diesem Zusammenhang sei daraufhingewiesen, dass sich die Abmessungen von Laserdioden gegenüberLaserdiodenbarren in der Regel dadurch unterscheiden, dass Laserdioden inlateraler Richtung eine Breite aufweisen, die geringer ist als ihreLänge in Resonator-Längsrichtung. Bei Laserdiodenbarrengilt Umgekehrtes.FewerPreferably, the edge emitting laser diode element is a laser diodewith one or a few emitters. In this context, be surenoted that the dimensions of laser diodes oppositeLaser diode bars usually differ in that laser diodes inlateral direction have a width which is less than theirLength in resonator longitudinal direction. For laser diode barsthe reverse applies.
Erfindungsgemäß istdas Laserdiodenelement an der Wärmeaufnahmeflächedes Wärmeaufnahmeabschnittes befestigt. Dabei kann seineerste elektrische Kontaktfläche eine elektrisch leitende Verbindungmit der Wärmeaufnahmefläche eingehen, wenn dieseauf einem elektrisch leitfähigen Bereich des Wärmeaufnahmeabschnittsangeordnet ist. Die Befestigung ist vorzugsweise stoffschlüssigund weist vorzugsweise wenigstens eine metallische Lotfuge zwischender Wärmeaufnahmefläche und der ersten elektrischenKontaktfläche auf.According to the inventionthe laser diode element on the heat receiving surfaceattached to the heat receiving portion. It can be hisfirst electrical contact surface an electrically conductive connectionwith the heat receiving surface, if thison an electrically conductive portion of the heat receiving portionis arranged. The attachment is preferably cohesiveand preferably comprises at least one metallic Lotfuge betweenthe heat receiving surface and the first electricalContact surface on.
Istder Wärmeaufnahmeabschnitt zumindest im Bereich der Wärmeaufnahmeflächenicht elektrisch leitfähig so kann die Stromzufuhr zu derersten Kontaktfläche, wie in der OffenlegungsschriftEP 0 766 354 A1 vorgeschlagen, übereine Metallfolie erfolgen, die zwischen der Wärmeaufnahmeflächeund der ersten elektrischen Kontaktfläche angeordnet ist.If the heat receiving portion is not electrically conductive at least in the region of the heat absorption surface, the power supply to the first contact surface, as in the published patent application EP 0 766 354 A1 proposed, via a metal foil, which is arranged between the heat receiving surface and the first electrical contact surface.
Existierteine elektrisch leitender Verbindung von der zweiten elektrischenKontaktfläche des Laserdiodenelementes mit der ersten elektrischenKontaktfläche eines Laserdiodenelementes eines in Stapelrichtungbenachbarten Diodenlaserbauelementes, so ist diese vorzugsweisekraftschlüssig oder stoffschlüssig und kann einelektrisch leitendes Verbindungselement aufweisen, dass zumindestan der zweiten elektrischen Kontaktfläche stoffschlüssig mittelseines elektrisch leitfähigen Fügemittels befestigtist. Der Anschluss des elektrisch leitfähigen Verbindungselementeskann kraft- oder stoffschlüssig an einer elektrisch leitfähigenAnschlussfläche des benachbarten Wärmeleitkörperserfolgen, die in elektrisch leitender Verbindung mit der Wärmeaufnahmeflächedieses benachbarten Wärmeleitkörpers steht.therean electrically conductive connection of the second electricalContact surface of the laser diode element with the first electricalContact surface of a laser diode element one in the stacking directionadjacent diode laser component, so this is preferablynon-positively or cohesively and can aelectrically conductive connecting element having at leastat the second electrical contact surface by means of a material fitattached to an electrically conductive joining meansis. The connection of the electrically conductive connection elementcan be cohesive or cohesive to an electrically conductivePad of the adjacent Wärmeleitkörperstake place, in electrically conductive connection with the heat receiving surfacethis adjacent Wärmeleitkörpers is.
Andererseitskann das elektrisch leitende Verbindungselement die oben genannteMetallfolie bilden, die abschnittsweise zwischen der ersten Kontaktflächedes nunmehr im Stapel benachbarten Laserdiodenelementes und derWärmeaufnahmeaufnahmefläche des benachbarten Wärmeleitkörpers angeordnetist.on the other handFor example, the electrically conductive connecting element may be the one mentioned aboveForm metal foil, the sections between the first contact surfaceof the now adjacent in the stack laser diode element and theHeat receiving surface of the adjacent Wärmeleitkörpers arrangedis.
Nichtsdestowenigerkann die elektrische Verbindung auch ohne Beteiligung eines elektrisch leitfähigenVerbindungselementes beispielsweise stoffschlüssig unterBeteiligung eines Lotes über eine Gegenflächedes benachbarten Wärmeleitkörpers erfolgen, diein elektrisch leitender Verbindung mit der Wärmeaufnahmeflächedieses benachbarten steht und der zweiten elektrischen Kontaktflächedes Laserdiodenelementes gegenüberliegt.NonethelessThe electrical connection can also be without the participation of an electrically conductiveConnecting element, for example, materially underParticipation of a solder over a counter surfacethe adjacent Wärmeleitkörpers take place, thein electrically conductive connection with the heat receiving surfacethis adjacent and the second electrical contact surfacethe laser diode element is opposite.
DieMaterialien für den Wärmeleitkörper sind prinzipiellfrei wählbar unter der Maßgabe, dass eine elektrischeKontaktierung und gegebenenfalls elektrische Verbindung der Laserdiodenelementeim Diodenlaserstapel gewährleistet ist.TheMaterials for the heat-conducting body are in principlefreely selectable under the proviso that an electricContacting and optionally electrical connection of the laser diode elementsensured in the diode laser stack.
DerWärmeleitkörper kann beispielsweise vollständigaus elektrisch isolierendem Material bestehen, wenn zwischen derWärmeaufnahmefläche und dem Laserdiodenelementein elektrisch leitfähiger Bereich vorliegt.Of theHeat-conducting body, for example, completelymade of electrically insulating material when between theHeat receiving surface and the laser diode elementan electrically conductive region is present.
Miteinem Wärmeleitkörper aus elektrisch isolierendenMaterial kann dem Anliegen einer Potentialdifferenz im Kühlmittelvorgebeugt werden, womit das Kühlmittel auch elektrischleitfähig sein kann.Witha Wärmeleitkörper of electrically insulatingMaterial may be the concern of a potential difference in the coolantbe prevented, whereby the coolant also electricallycan be conductive.
Bestehtder Wärmeleitkörper vollständig aus elektrischleitfähigem Material, so kann es an einer elektrischenVerbindung zwischen der ersten und zweiten Kontaktflächebenachbarter Laserdiodenelemente beteiligt sein. Tritt das Kühlmittelin Kontakt mit elektrischem Potential tragenden Bereichen, so istim Falle von Wasser als Kühlmittel die Begrenzung seinerelektrischen Leitfähigkeit auf unter 20 mS/cm anzuraten.Consiststhe heat-conducting body completely made of electricalConductive material, so it can be connected to an electricalConnection between the first and second contact surfacebe involved in adjacent laser diode elements. Kick the coolantso in contact with electrical potential-carrying areasin the case of water as a coolant limiting itselectrical conductivity below 20 mS / cm.
Überdieskann der Wärmeleitkörper aus einem oder mehrerenMaterialien bestehen. Mehrere Materialien können schichtweiseoder regellos in einem Verbundkörper oder Verbundwerkstoff,beispielsweise in einem Metall-Matrix-Komposit, kombiniert sein.Vorzugsweise werden Materialien verwendet, deren Wärmeleitfähigkeitgrößer ist als das des Laserdiodenelementes. Besondersbevorzugt stammt ein verwendetes Material aus der Gruppe von Kupfer,Silber, Gold, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Aluminiumnitrit,Berylliumoxid, Siliziumkarbid, Graphit, Bornitrid und Diamant.moreovercan the heat-conducting body of one or moreMaterials exist. Several materials can be layeredor randomly in a composite or composite material,For example, in a metal-matrix composite, be combined.Preferably, materials are used whose thermal conductivitylarger than that of the laser diode element. Especiallypreferably a material used is selected from the group of copper,Silver, gold, aluminum, molybdenum, tungsten, aluminum nitrite,Beryllium oxide, silicon carbide, graphite, boron nitride and diamond.
Besondersbevorzugt besteht der Wärmeleitkörper aus wenigstenseinem hoch wärmeleitfähigen Material, dessen Wärmeleitfähigkeitgleich groß oder größer als die von Kupferist. Beispielsweise kann der Wärmeleitkörper überwiegendaus CVD-Diamant bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeitgrößer als 1000 W/m/K ist.Particularly preferably, the heat-conducting body consists of at least one highly thermally conductive Material whose thermal conductivity is equal to or greater than that of copper. For example, the heat-conducting body mainly consist of CVD diamond whose thermal conductivity is greater than 1000 W / m / K.
Vorzugsweisebesteht der Wärmeleitkörper aus wenigstens einemMaterial, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient nicht mehr als50% von dem des Laserdiodenelementes abweicht. Beispielsweise kannder Wärmeleitkörper aus Berylliumoxid (7,8 ppm/K,280 W/m/K) oder einem Silber-Diamant-Verbundwerkstoff (7 ppm/K,550 W/m/K) gefertigt sein, wenn das Laserdiodenelement überwiegendaus Galliumarsenid (6,5 ppm/K besteht.Preferablythe heat-conducting body consists of at least oneMaterial whose thermal expansion coefficient is not more than50% deviates from that of the laser diode element. For example, canthe heat-conducting body made of beryllium oxide (7.8 ppm / K,280 W / m / K) or a silver-diamond composite (7 ppm / K,550 W / m / K), when the laser diode element is predominantlyof gallium arsenide (6.5 ppm / K).
Weichtder thermische Ausdehnungskoeffizient des Wärmeleitkörpersum mehr als 50% von dem des Laserdiodenelementes ab, so kann derWärmeleitkörper Ausnehmungen aufweisen, die demWärmeleitkörper eine strukturelle Nachgiebigkeitverleihen und bei einer thermisch unterstützen Verbindung mitdem Laserdiodenelement die fügebedingten thermomechanischenSpannungen unter einer gewissen Schädigungsschwelle halten(DE 197 01 680 A1). Dabeikönnen wenigstens einige dieser Ausnehmungen zumindestabschnittsweise die erfindungsgemäßen Wärmeabgabeflächenaufweisen und für die Kühlmittelführungvorgesehen sein.If the coefficient of thermal expansion of the heat-conducting body deviates by more than 50% from that of the laser diode element, then the heat-conducting body can have recesses which give the heat-conducting body structural resilience and, in the case of a thermally assisted connection to the laser diode element, keep the thermo-mechanical stresses which are below a certain damage threshold ( DE 197 01 680 A1 ). At least some of these recesses may have, at least in sections, the heat delivery surfaces according to the invention and be provided for the coolant guide.
DerWärmeaufnahmeabschnitt, der Wärmeleitabschnittund der Wärmeabgabeabschnitt können aus ein- unddemselben Material, aus mehreren gleichen Materialien oder aus unterschiedlichenMaterialien bestehen. So kann es im Sinne einer benötigten elektrischenVerbindung zwischen Ober- und Unterseite des Wärmeleitkörpersvorteilhaft sein, dass der Wärmeaufnahmeabschnitt aus einemelektrisch leitfähigen Material besteht. Im Sinne einergeforderten elektrischen Isolierung der elektrischen Verbindung gegenüberdem Kühlmittel ist es vorteilhaft, wenn wenigstens derWärmeleitabschnitt oder der Wärmeabgabeabschnittaus einem elektrisch isolierenden Material bestehen oder – fürden Fall, dass beide aus elektrisch leitfähigem Materialbestehen, wenigstens einer der Abschnitte mit einer elektrisch isolierenden Schichtversehen ist.Of theHeat receiving portion, the Wärmeleitabschnittand the heat dissipation section can be off and onthe same material, of several identical materials or of different onesMaterials exist. So it may be in the sense of a required electricalConnection between top and bottom of the heat conducting bodybe advantageous that the heat receiving portion of aelectrically conductive material. In the sense ofrequired electrical insulation of the electrical connectionthe coolant, it is advantageous if at least theWärmeleitabschnitt or the heat dissipation sectionconsist of an electrically insulating material or - forthe case that both made of electrically conductive materialconsist, at least one of the sections with an electrically insulating layeris provided.
Dasich der Wärmeabgabeabschnitt vollständig außerhalbder zur Aufnahmefläche senkrechten Wärmequellenprojektiondes kantenemittierenden Laserdiodenelementes befindet, sind keinekühlmittelführenden Ausnehmungen unterhalb deskantenemittierenden Laserdiodenelementes im Wärmeleitkörpervorhanden. Damit kann der Wärmefluss zum einen ungehindertvom Wärmeaufnahmeabschnitt in den Wärmeabgabeabschnittumgelenkt werden.Therethe heat release section completely outsidethe heat source projection perpendicular to the receiving surfaceof the edge-emitting laser diode element are noneCoolant-carrying recesses below theedge emitting laser diode element in the heat conduction bodyavailable. Thus, the heat flow on the one hand unhinderedfrom the heat receiving portion into the heat releasing portionbe redirected.
Dieerfindungsgemäßen Ausnehmungen sind einfach herstellbarund ermöglichen einen einfachen und effizienten Kühlmittelstromdurch den Wärmeabgabeabschnitt.TheRecesses according to the invention are easy to produceand enable a simple and efficient coolant flowthrough the heat-dissipating section.
Istder Wärmeleitkörper vorzugsweise als Wärmeleitplatteausgebildet, so sind die Aufnahmefläche und die erste Außenflächebeispielsweise auf der Plattenoberseite angeordnet und die Gegenflächeund die zweite Außenfläche auf der Plattenunterseite.Die Dickenrichtung der Platte erstreckt sich dabei in Stapelrichtungvon der Plattenoberseite zur Plattenunterseite. Damit erstreckensich die Ausnehmungen erfindungsgemäß in Dickenrichtung.isthe heat-conducting body preferably as a heat conducting plateformed, so are the receiving surface and the first outer surfacefor example, arranged on the top of the plate and the counter surfaceand the second outer surface on the underside of the plate.The thickness direction of the plate extends in the stacking directionfrom the top of the plate to the bottom of the plate. Extend with itthe recesses according to the invention in the thickness direction.
Eineoder mehrere Ausnehmungen können (a) im Wärmeleitkörperabseits der Außenflächen als abgeschlossener Kühlkanalangeordnet sein oder (b) als offener Kühlkanal in Formeiner Nut in die Außenflächen eingebracht sein.Die erfindungsgemäße Öffnung gehörtim Fall (a) zu einer zweiten Ausnehmung, die in die Außenflächeeingebracht ist und mit der erfindungsgemäßenAusnehmung in Verbindung steht.Aor more recesses can (a) in the heat conduction bodyaway from the outer surfaces as a closed cooling channelbe arranged or (b) as an open cooling channel in the formbe introduced into the outer surfaces of a groove.The opening according to the invention belongsin case (a) to a second recess, in the outer surfaceis introduced and with the inventiveRecess communicates.
ImFall (b) gehört die erfindungsgemäße Öffnungzur erfindungsgemäßen Ausnehmung. Sowohl die erfindungsgemäßeAusnehmung im Fall (b) als auch die zweite Ausnehmung im Fall (a)können sich ganz oder abschnittsweise vollständigdurch den Wärmeabgabeabschnitt von der ersten Außenfläche biszur zweiten Außenfläche hindurch in Form von Durchbrüchenerstrecken.in theCase (b) includes the opening according to the inventionto the recess according to the invention. Both the inventiveRecess in case (b) as well as the second recess in case (a)can completely or partially completelythrough the heat-dissipating portion from the first outer surface toto the second outer surface through in the form of openingsextend.
Prinzipiellsind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen nichtauf eine bestimmte Gestalt beschränkt. Vorzugsweise istdie Gestalt prismatisch, wobei der Querschnitt nicht auf eine bestimmteForm beschränkt ist. Die Ausnehmungsform kann rund, elliptisch,dreieckig, quadratisch, rechteckig usw. sein. Der Querschnitt derAusnehmungen kann sich in Dickenrichtung ändern. So sindzum Beispiel Keile oder Kegelstümpfe möglicheGestalten der Ausnehmungen, z. B. wenn sie mittels Ätzenoder Laserschneidens hergestellt werden. Zwei oder mehr Ausnehmungenkönnen zu einem gemeinsamen, verzweigten Ausnehmungsmustervereinigt sein. Beispielsweise können zwei Ausnehmungenmit rechteckigem Querschnitt ein L-, V-, X-, N- oder T-förmigesAusnehmungsmuster bilden; drei Ausnehmungen mit rechteckigem Querschnittkönnen ein U-, H-, K-, M- oder F-förmiges Ausnehmungsmusterbilden und so fort. Mehrere gleiche oder verschiedene Ausnehmungsmusterkönnen im Wärmeabgabeabschnitt vorliegen.in principleare not the recesses of the inventionlimited to a specific shape. Preferablythe figure is prismatic, the cross section does not depend on a particularForm is limited. The recess shape can be round, elliptical,triangular, square, rectangular, etc. The cross section of theRecesses can change in the thickness direction. So arefor example, wedges or truncated cones possibleShapes of the recesses, z. B. if they are by etchingor laser cutting. Two or more recessescan lead to a common, branched recess patternbe united. For example, two recesseswith rectangular cross-section an L, V, X, N or T-shapedForming recess patterns; three recesses with rectangular cross-sectionmay be a U, H, K, M or F-shaped recess patternform and so on. Several identical or different recess patternsmay be present in the heat release section.
Eineoder mehrere Ausnehmungen können sich ganz oder abschnittsweisevollständig durch den Wärmeabgabeabschnitt vonder ersten Außenfläche bis zur zweiten Außenflächehindurch in Form von Durchbrüchen erstrecken. Fürdie möglichen Ausgestaltungen der Durchbrüchegilt das zu den Ausnehmungen Gesagte in entsprechender Analogie.An Stelle der Form eines Kegelstumpfes kann ein Durchbruch beispielsweisesomit auch als Doppelkegelstumpf ausgebildet sein.One or more recesses may extend completely or in sections completely through the heat release section from the first outer surface to the second outer surface in the form of apertures. For the possible embodiments of the breakthroughs that applies to the Ausneh The statements made in analogy. Instead of the shape of a truncated cone, for example, a breakthrough may thus also be formed as a double truncated cone.
DieDurchbrüche und/oder Ausnehmungen können einegeschlossene Wandung aufweisen oder eine Wandung die abschnittsweisean einer oder mehreren Stellen unterbrochen ist. Beispielsweise könnensich mehrere rechteckige Durchbrüche von der Plattenoberseitezur Plattenunterseite erstrecken und dabei bis an die von dem Wärmeaufnahmeabschnittabgewandten Rückfläche der Wärmeleitplatte reichen.Damit wird einen offene Kühlrippenstruktur gebildet, beider sich die Kühlrippen entgegen der Abstrahlungsrichtungvon dem Wärmeaufnahmebereich weg erstrecken und die vonder Rückfläche her in Richtung des Wärmeaufnahmeabschnittsmit einem Kühlmittel beströmt werden kann.TheBreakthroughs and / or recesses may be onehave closed wall or a wall sectionsis interrupted at one or more points. For example, you canThere are several rectangular openings from the top of the plateextend to the underside of the plate and thereby up to that of the heat receiving portionreach away from the rear surface of the heat conducting.This forms an open cooling rib structurethe cooling fins are facing the direction of radiationextend away from the heat receiving area and that ofthe rear surface in the direction of the heat receiving portioncan be flowed with a coolant.
Dieerfindungsgemäße Dichtung ist prinzipiell nichtauf eine bestimmte Art der Dichtung oder auf eine bestimmte Weiseder Abdichtung beschränkt. Sie auf irgendeiner Art derVerbindung, beispielsweise einer stoff- oder kraftschlüssigen,beruhen und zur Abdichtung mit oder ohne Hilfsmittel auskommen. Eine Dichtungkann beispielsweise auf der direkten Adhäsion zwischeneinander gegenüberliegenden Dichtflächen zweierbenachbarter Wärmeleitkörper beruhen.TheInventive seal is not in principlein a certain way of sealing or in a certain waythe seal is limited. You in any wayCompound, for example a material or non-positive,be based and to seal with or without aids. A sealFor example, on the direct adhesion betweenopposite sealing surfaces of twobased adjacent Wärmeleitkörper.
Hilfsmittelzur erfindungsgemäßen Abdichtung sind grundsätzlichnicht auf bestimmte Hilfsmittel beschränkt. So kann essich bei den Hilfsmitteln um Platten, Folien, Ringe oder Wülstehandeln, die zu einem Einschluss des Kühlmittels beitragen.Diese Dichtkörper können elektrisch leitfähig,vorzugsweise elektrisch isolierend sein. Sie können aus Kunststoff,Metall oder Keramik gefertigt sein, beispielsweise aus einem Elastomer.Alternativ oder optional ist der Einsatz von Fügemittelnzur Dichtung möglich. Zu diesen dichtenden Fügemittelnzählen Gläser, Lote und Klebstoffe. Die Klebstoffekönnen elektrisch leitfähig, vorzugsweise elektrischisolierend sein.aidfor sealing according to the invention are in principlenot limited to specific aids. That's the way it worksin the tools to plates, films, rings or beadsact, which contribute to an inclusion of the coolant.These sealing bodies can be electrically conductive,preferably be electrically insulating. They can be made of plastic,Made of metal or ceramic, for example made of an elastomer.Alternatively or optionally, the use of joining agentspossible to seal. To these sealing joinsinclude glasses, solders and adhesives. The adhesivescan be electrically conductive, preferably electricallybe insulating.
Überdie erfindungsgemäße Anordnung der Dichtung zwischenden Wärmeleitkörpern benachbarter Diodenlaserbauelementehinaus ist der weitere Verlauf der Dichtung nicht prinzipiell beschränkt unterder Maßgabe, dass sie zu einem Einschluss des Kühlmittelsin der Weise beiträgt, dass ein Austritt des Kühlmittelsim Diodenlaserstapel unterbunden wird.aboutthe inventive arrangement of the seal betweenthe Wärmeleitkörpern adjacent diode laser componentsIn addition, the further course of the seal is not limited in principlewith the proviso that they lead to an inclusion of the coolantin the way that contributes to a leakage of the coolantis prevented in the diode laser stack.
Soist ein weiterer Verlauf der Dichtung sowohl auf der Plattenoberseiteund/oder der Plattenunterseite als auch alternativ oder optional überzu den Plattenober- und Unterseiten geneigten und zwischen den Ober-und Unterseitenebenen angeordneten Plattenseitenflächenmöglich sowie auch alternativ oder optional überdie von dem Wärmeaufnahmeabschnitt abgewandten Rückflächeder Wärmeleitplatte.Sois another course of the seal both on the top of the plateand / or the underside of the plate as well as alternatively or optionally viainclined to the upper and lower sides of the plates and between the upperand sub-levels arranged plate side surfacespossible as well as alternatively or optionally viathe rear surface facing away from the heat receiving portionthe heat conduction plate.
Sokann die Dichtfläche zum Beispiel derart auf dem Übergangsabschnittangeordnet sein, dass sie einen Wärmefluss von dem Wärmeaufnahmeabschnittzu dem Wärmeabgabeabschnitt vollumfänglich umringt.Die Orientierung der Dichtflächennormalen kann sowohl senkrechtzur Abstrahlungsrichtung, das heißt beispielsweise abschnittsweiseparallel zur Stapelrichtung, als auch parallel oder antiparallel(entgegengesetzt) zur Abstrahlungsrichtung sein. Die letztere Variantekann durch einen als Dichtflansch ausgebildeten Übergangsabschnittermöglicht werden.SoFor example, the sealing surface may be so on the transition sectionbe arranged to heat flow from the heat receiving portioncompletely surrounded around the heat release section.The orientation of the sealing surface normals can be both verticalto the emission direction, that is, for example, in sectionsparallel to the stacking direction, as well as parallel or antiparallel(opposite) to the direction of radiation. The latter variantcan by a trained as a sealing flange transition sectionbe enabled.
Durchdie erfindungsgemäße Lösung ist es damitin vorteilhafter Weise möglich, einen Austausch eines Diodenlaserbauelementesvorzunehmen, indem es aus dem Stapelverbund entfernt wird ohne die übrigenDiodenlaserbauelemente aus dem Stapelverbund herauszulösen.Ein Lösen der Dichtung geht dabei mit einer Bewegung desDiodenlaserbauelementes in Abstrahlungsrichtung einher, die vonkeinem anderen Diodenlaserbauelement des Stapels beschränktwird.Bythe solution according to the invention is soadvantageously possible, an exchange of a diode laser componentby removing it from the stack composite without the restRemove diode laser components from the stack composite.A release of the seal is doing with a movement of theDiodenlaserbauelementes in the direction of radiation associated with that oflimited to any other diode laser device of the stackbecomes.
Gegebenenfallsist die Aufnahmefläche gegenüber einer oberseitigenHauptfläche der Wärmeleitplatte und/oder die Gegenflächegegenüber einer unterseitigen Hauptfläche in Plattendickenrichtung zueinan derversetzt angeordnet, beispielsweise indem die Plattenoberseite und/oderdie Plattenunterseite stufenförmig ausgebildet ist.Possiblyis the receiving surface opposite a top sideMain surface of the heat conducting and / or the counter surfaceagainst a lower side major surface in plate thickness zueinan thearranged offset, for example by the top plate and / orthe underside of the plate is stepped.
Vorzugsweiseist dabei der Wärmeaufnahmeabschnitt der Wärmeleitplattesowohl in Dicke und Breite größer als der Wärmeabgabeabschnittder Wärmeleitplatte, wobei der Übergang vom Wärmeaufnahmeabschnittzum Wärmeabgabeabschnitt stufenartig über einegeneigte, vorzugsweise senkrecht mit ihrer Normalen entgegen derAbstrahlungsrichtung orientierte, die Platte vollumfänglichumgebende, Übergangsfläche erfolgt, die als erfindungsgemäßeDichtfläche dient.Preferablyis the heat receiving portion of the heat conductionboth in thickness and width greater than the heat release portionthe heat conducting plate, wherein the transition from the heat receiving portionto the heat dissipation section stepwise over ainclined, preferably perpendicular to their normal against theDirection of radiation oriented, the plate in fullsurrounding, transition surface is carried out as inventiveSealing surface is used.
Umgekehrtkönnen auch Breite und Dicke des Wärmeabgabeabschnittesgrößer sein als diejenigen des Wärmeaufnahmeabschnittes,wobei die Übergangsfläche mit ihrer Normalen inAbstrahlungsrichtung orientiert die Dichtfläche bildet.Vice versacan also change the width and thickness of the heat-dissipating sectionlarger than those of the heat receiving section,the transition surface with its normal inDirection of radiation oriented forms the sealing surface.
Darüberhinaus kann die größte Breite und Dicke auf einen Übergangsabschnittzwischen Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeabschnittbeschränkt sein, dessen über den Wärmeaufnahme- undWärmeabgabeabschnitt hervorragenden Bereiche sowohl aufihrer dem Laserdiodenelement zugewandten als auch auf ihrer demLaserdiodenelement abgewandten Seite als Dichtflächen verwendetwerden können.In addition, the largest width and thickness may be limited to a transition portion between the heat receiving and heat-emitting portion, its outstanding on the heat absorption and heat-emitting portion both on its the Laserdiodenelement zugekom turned as well as on their side facing away from the laser diode element side can be used as sealing surfaces.
Alternativoder optional können an dem Wärmeleitkörperin einem Übergangsgebiet zwischen Wärmeaufnahmeabschnittund Wärmeabgabeabschnitt angebrachte Hilfskörperzur Bildung einer Dichtfläche beitragen. So kann beispielsweiseein Ring aufgeschrumpft sein, dessen zwischen der inneren und der äußerenMantelfläche gelegenen Grundfläche eine Dichtflächebilden kann.alternativeor optionally, on the heat-conducting bodyin a transition area between the heat receiving sectionand heat dissipation portion attached auxiliary bodycontribute to the formation of a sealing surface. So, for exampleshrunk a ring whose between the inner and the outerLateral surface located a sealing surfacecan form.
Mischvariantenzwischen dieser und der vorhergehenden sehen vor, dass entwederdie Breite oder die Dicke eines der benannten Wärmeleitkörperabschnittegrößer ist als der des anderen und derjenige Wärmeleitkörperabschnitt,dessen Querschnitt größer ist, zwei einander gegenüberliegendan den Übergangsbereich zum anderen Wärmeleitkörperabschnittangrenzende montierte Hilfskörper aufweist, die zu einerVergrößerung der komplementären Erstreckung – Dickeoder Breite – beiträgt. Die Dichtflächeist dann abwechselnd aus den Teildichtflächen des betreffendenWärmeleitkörperabschnittes und Teildichtflächender Hilfskörper zusammengesetzt.mixed variantsbetween this and the previous one provide that eitherthe width or the thickness of one of the named Wärmeleitkörperabschnittelarger than the other and the heat-conducting body portion,whose cross-section is larger, two opposite each otherat the transition region to the other Wärmeleitkörperabschnitthas adjacent mounted auxiliary body, which leads to aEnlargement of the complementary extension - thicknessor width - contributes. The sealing surfaceis then alternately from the partial sealing surfaces of the relevantWärmeleitkörperabschnittes and Teildichtflächencomposed of the auxiliary body.
Eineweitere Variante zur Ausbildung der Dichtung sieht einen Zusatzkörpervor, der zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnittangeordnet ist und über den Wärmeaufnahmeabschnittund Wärmeabgabeabschnitt miteinander stoffschlüssigverbinden sind. Dabei ragt der Zusatzkörper allseitig überwenigstens einen der Wärmeleitkörperabschnittein dessen Breiten und Dickenrichtung hervor. Die hervorragendenBereiche können ihrerseits sowohl auf ihrer dem Laserdiodenelementzugewandten als auch auf ihrer dem Laserdiodenelement abgewandtenSeite als Dichtflächen verwendet werden.AAnother variant of the formation of the seal provides an additional bodybefore, between the heat receiving portion and the heat emitting portionis arranged and over the heat receiving portionand heat dissipation section cohesivelyconnect. In this case, the additional body protrudes on all sidesat least one of the Wärmeleitkörperabschnittein its width and thickness direction. The excellentAreas can in turn be on both the laser diode elementfacing away as well as on its side facing away from the laser diode elementSide can be used as sealing surfaces.
Imeinfachsten Fall jedoch ist die Dichtfläche den Wärmeleitkörperumlaufend in einem Übergangsbereich zwischen Wärmeaufnahmeabschnitt undWärmeabgabeabschnitt gebildet, ohne dass einer der Wärmeleitkörperabschnittehinsichtlich seiner Breite und Dicke gegenüber dem anderenWärmeleitkörperabschnitt unterschiedlich ist,wobei die Normale der Dichtfläche stets senkrecht zur Abstrahlungsrichtungorientiert ist.in theHowever, the simplest case is the sealing surface of the heat-conducting bodycirculating in a transition region between the heat receiving section andHeat release section formed without one of the Wärmeleitkörperabschnittein terms of its width and thickness over the otherWärmeleitkörperabschnitt is different,wherein the normal of the sealing surface is always perpendicular to the radiation directionis oriented.
Erfindungsgemäß erfolgteine strömungstechnisch parallele Kühlmittelzufuhrzu einer ersten und wenigstens einer zweiten Gruppe von Diodenlaserbauelementen.Vorzugsweise ist die Anzahl von strömungstechnisch paralleldurchflossenen Gruppen größer als zwei. Vorzugsweiseerfolgt sie strömungstechnisch parallele Kühlmittelzufuhrzu jedem zweiten der Diodenlaserbauelemente und wenigstens eineströmungstechnisch parallele Kühlmittelabfuhrvon wenigstens jedem zweiten der Diodenlaserbauelemente. Zur Veranschaulichungeines solchen bevorzugten Verlaufes des Kühlmittelströmungdurch einen Diodenlaserstapel mit 10 Diodenlaserbauelementen wirdjedes Diodenlaserbauelement des Stapels in Stapelrichtung fortlaufendmit einer Nummer versehen. Die Diodenlaserbauelemente werden sodannin zwei Scharen aufgeteilt: Eine erste Schar mit ungeraden Nummernund eine zweite Schar mit geraden Nummern. Damit sind Diodenlaserbauelementeder ersten Schar einander jeweils übernächst benachbartund durch jeweils ein Diodenlaserbauelement der zweiten Schar vonder unmittelbaren Nachbarschaft getrennt. Ebenso sind Diodenlaserbauelementeder Schar Gruppe einander jeweils übernächst benachbartund durch jeweils ein Diodenlaserelement der Schar Gruppe von derunmittelbaren Nachbarschaft getrennt. Jedem Diodenlaserbauelementder ersten Schar sind (mit Ausnahme der Nr. 1) parallel und antiparallelzur Stapelrichtung jeweils ein Diodenlaserbauelement der zweitenGruppe unmittelbar (direkt) benachbart. Jedem Diodenlaserbauelementder zweiten Schar sind parallel und antiparallel zur Stapelrichtungjeweils ein Diodenlaserbauelement der ersten Gruppe unmittelbar(direkt) benachbart.According to the inventiona fluidically parallel coolant supplyto a first and at least a second group of diode laser devices.Preferably, the number of flow is parallelflows through groups greater than two. Preferablyit is fluidically parallel coolant supplyto every other of the diode laser components and at least onefluidically parallel coolant removalat least every other of the diode laser devices. As an illustrationsuch a preferred course of the coolant flowthrough a diode laser stack with 10 diode laser deviceseach diode laser component of the stack in the stacking direction continuouslyprovided with a number. The diode laser components are thensplit into two groups: a first group of odd numbersand a second group of even numbers. These are diode laser componentsthe first group each next to each other adjacentand by a respective diode laser component of the second family ofseparated from the immediate neighborhood. Likewise, diode laser componentsthe crowd group each next to each other adjacentand by a respective diode laser element of the Schar group of theseparate immediate neighborhood. Each diode laser devicethe first group (with the exception of No. 1) are parallel and antiparallelto the stacking direction in each case one diode laser component of the secondGroup immediately (directly) adjacent. Each diode laser devicethe second family are parallel and antiparallel to the stacking directionin each case a diode laser component of the first group directly(directly) adjacent.
Erfindungsgemäß erfolgtbeispielsweise eine parallele Kühlmittelzufuhr zu jedemDiodenlaserbauelement der ersten Schar von Diodenlaserbauelementenund eine parallele Kühlmittelabfuhr von jedem Diodenlaserbauelementder zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen. Dabei wird das Kühlmittel imStapel von den Diodenlaserbauelementen der ersten Schar zu den benachbartenDiodenlaserbauelementen der zweiten Schar strömungstechnischseriell überführt. Die erfindungsgemäßeDichtung verhindert dabei ein Austreten des Kühlmittels.According to the inventionfor example, a parallel coolant supply to eachDiode laser device of the first family of diode laser devicesand a parallel coolant discharge from each diode laser devicethe second family of diode laser devices. The coolant is inStack of diode laser devices of the first family to the neighboring onesDiode laser components of the second family of flowtransferred serially. The inventiveSeal prevents leakage of the coolant.
Umgekehrtkann natürlich auch eine parallele Kühlmittelzufuhrzu jedem Diodenlaserbauelement der zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen undeine parallele Kühlmittelabfuhr von jedem Diodenlaserbauelementder ersten Schar von Diodenlaserbauelementen erfolgen.Vice versacan of course also a parallel coolant supplyto each diode laser device of the second family of diode laser devices anda parallel coolant discharge from each diode laser devicethe first group of diode laser devices take place.
DieAnzahl von erfindungsgemäß strömungstechnischparallel durchflossenen Gruppen von Diodenlaserbauelementen entsprichtder Gesamtzahl von Diodenlaserbauelementen (10) dividiertdurch die Anzahl strömungstechnisch seriell durchflossenerScharen (2), nämlich: fünf. Die Gruppenstärkevon erfindungsgemäß strömungstechnischparallel durchflossenen entspricht einer Anzahl von Diodenlaserbauelementin Höhe der Scharenanzahl – sprich: zwei.The number of flow-parallel-through groups of diode laser components according to the invention corresponds to the total number of diode laser components ( 10 ) divided by the number of serially flowed through crowds ( 2 ), namely: five. The group strength of flow-through in accordance with the invention in parallel corresponds to a number of diode laser components in the amount of the number of flocks - in other words: two.
Einesolche Anordnung hat den Vorteil, dass Zu- und Ablauföffnungender Kühlmittelzu- und abführeinrichtung größerund mit größerem Abstand zueinander ausgebildetsein können als bei paralleler Kühlmittelzu- undabfuhr zu jedem der Diodenlaserbauelemente im Stapel.Such an arrangement has the advantage that inlet and outlet openings of the coolant supply and discharge device larger and with a greater distance to may be formed each other than in parallel coolant supply and discharge to each of the diode laser devices in the stack.
Nichtsdestowenigerkann selbstverständlich erfindungsgemäß sowohldie Kühlmittelzufuhr strömungstechnisch parallelzu jedem der Diodenlaserbauelemente als auch die Kühlmittelabfuhrströmungstechnisch parallel von jedem der Diodenlaserbauelementeerfolgen. Dabei kann zum Beispiel ein Zwischenraum zwischen einanderbenachbarten Diodenlaserbauelementen für den Kühlmittelflussvorgesehen sein. Wird beispielsweise das Kühlmittel rückwärtigin jedes der Diodenlaserelemente eingespeist, so kann es überdie Zwischenräume den Stapel wieder verlassen, und umgekehrt.Die erfindungsgemäße Dichtung verhindert dabeiein Austreten des Kühlmittels.NonethelessOf course, according to the invention boththe coolant supply fluidly parallelto each of the diode laser components as well as the coolant dischargefluidically parallel of each of the diode laser componentsrespectively. In this case, for example, a gap between each otheradjacent diode laser devices for the coolant flowbe provided. For example, the coolant is backwardfed into each of the diode laser elements, it may overthe gaps leave the stack again, and vice versa.The seal of the invention prevents itleakage of the coolant.
Weiterhinkann sich das Kühlmittel in jedem Diodenlaserbauelementin zwei Portionen aufteilen, die in einander gegenüberliegendeZwischenräume abfließen und sich dort mit denKühlmittelportionen der benachbarten Diodenlaserbauelementevereinigen.FartherFor example, the coolant in each diode laser devicedivide into two portions, which are in opposition to each otherDrain gaps and there with theCoolant portions of the adjacent diode laser componentsunite.
Darüberhinaus ist es möglich, die Zwischenräume sowohlan der Kühlmittelzufuhr zu den Diodenlaserelementen alsauch zur Kühlmittelabfuhr von den Diodenlaserelementenzu beteiligen. Dies kann einerseits unter Beibehaltung des Kühlmittelstroms oderandererseits unter Aufteilung des Kühlmittels in zwei Portionenerfolgen. Dabei kann das Kühlmittel durch Durchbrüchein den Wärmeabgabeabschnitten der Diodenlaserbauelementehindurch fließen, um in den benachbarten Zwischen auf dergegenüberliegenden Seite zu gelangen.About thatIn addition, it is possible to clear the gaps bothat the coolant supply to the diode laser elements asalso for coolant removal from the diode laser elementsto contribute. This can on the one hand while maintaining the coolant flow oron the other hand, with the distribution of the refrigerant in two portionsrespectively. The coolant can through breakthroughsin the heat-dissipating portions of the diode laser devicesflow through to the adjacent intermediate on theto reach the opposite side.
Schließlichkönnen die Zwischenräume genutzt werden, um eineStrömungsumkehr im Diodenlaserstapel herbeizuführen.Dazu liegen beispielsweise in jedem Diodenlaserbauelement eine erste Gruppevon Ausnehmungen und eine zweite Gruppe von Ausnehmungen vor. DasKühlmittel fließt in der ersten Gruppe von Ausnehmungin Abstrahlungsrichtung durch den Wärmeabgabeabschnitt,in einen oder beide benachbarten Zwischenräume und von dortin die zweite Gruppe von Ausnehmungen, die es entgegen der Abstrahlungsrichtungdurchströmt.After allthe gaps can be used to oneInduce flow reversal in the diode laser stack.For this purpose, for example, in each diode laser component there is a first grouprecesses and a second set of recesses. TheCoolant flows in the first group of recessin the direction of radiation through the heat-emitting section,in one or both adjacent spaces and from therein the second group of recesses, which are opposite to the direction of radiationflows through.
Dieerfindungsgemäße Dichtung verhindert dabei einAustreten des Kühlmittels.Theinventive seal prevents itLeakage of the coolant.
Erfindungsgemäß trägtdie Kühlmittelzu- und abführeinrichtung zur strömungstechnischparallelen Kühlmittelverteilung auf die Kühlkanäleder strömungstechnisch parallel geschalteten Gruppen von Diodenla serbauelementenals auch zur Kühlmittelsammlung von den Kühlkanälender strömungstechnisch parallel geschalteten Gruppen vonDiodenlaserbauelementen bei. Dazu kann die Kühlmittelzu- undabführeinrichtung abschnittsweise als Kühlmittelverteilungseinheitund Kühlmittelsammeleinheit ausgebildet sein. Beide Einheitenkönnen als eine Kühlmittelführungseinheitzusammengefasst sein.According to the inventionthe coolant supply and discharge device for fluidicparallel coolant distribution on the cooling channelsthe fluidically connected in parallel groups of Diodenla serbauelementenas well as to the coolant collection from the cooling channelsthe fluidically parallel groups ofDiode laser devices at. For this purpose, the coolant supply andSuction device sections as a coolant distribution unitand coolant collection unit. Both unitscan as a coolant guide unitbe summarized.
Erfindungsbedingtist es vorteilhafterweise möglich, die Kühlmittelführungseinheitgänzlich auf der der Strahlungsemission entgegengesetztenSeite des Diodenlaserstapels anzuordnen. Damit sind prinzipiellnicht nur nahezu unbegrenzte Stapelhöhen möglich,sondern auch die Feldanordnung mehrerer, prinzipiell nahezu beliebigvieler Diodenlaserstapel nebeneinander möglich.Due inventionit is advantageously possible, the coolant guide unitwholly on the opposite of the radiation emissionSide of the diode laser stack. This is basicallynot only almost unlimited stack heights possible,but also the field arrangement of several, in principle, almost arbitrarymany diode laser stack next to each other possible.
Dabeikann die Kühlmittelführungseinheit eine Kammermit einer Aufnahmeöffnung aufweisen, über diedie Wärmeabgabeabschnitte der Diodenlaserbauelemente indie Kammer eingebracht sind. Ein zur Dichtfläche am Wärmeleitkörperkorrespondierende Gegendichtfläche, über die erfindungsgemäße Dichtungzum einem Verschluss der Kammer, gebildet wird, kann abschnittsweiseauf der Kühlmittelführungseinheit angeordnet sein.Beispielsweise kann sie im Randbereich der Aufnahmeöffnungder Kammer angeordnet sein und Aufnahmeöffnung außenseitigumgeben oder kammerinnenwändig begrenzen. Dabei kann derDiodenlaserstapel an sich abschnittsweise in die Kammer eingebrachtsein oder jedes einzelne Diodenlaserbauelement abschnittsweise ineine eigene Kammer. Trennwände zwischen benachbarten Kammernkönnen dabei einen Teil der erfindungsgemäßenDichtung zwischen benachbarten Diodenlaserbauelementen bilden.thereFor example, the coolant guide unit may be a chamberhave a receiving opening over thethe heat emitting portions of the diode laser devices inthe chamber are inserted. A to the sealing surface on the heat conducting bodycorresponding counter-sealing surface, via the seal according to the inventionto a closure of the chamber is formed, can in sectionsbe arranged on the coolant guide unit.For example, it may be in the edge region of the receiving openingbe arranged the chamber and receiving opening on the outsidesurrounded or inside the chamber. It can theDiodenlaserstapel introduced in sections in the chamberor each individual diode laser component in sectionsa separate chamber. Partitions between adjacent chamberscan be a part of the inventionForm seal between adjacent diode laser devices.
Wärmequellenseitigweist die Kammer wenigstens einen erfindungsgemäßen(inneren) Kühlmittelauslass zur Kühlmittelversorgungder Diodenlaserbauelemente beziehungsweise des Diodenlaserstapelsauf sowie wenigstens einen erfindungsgemäßen (inneren)Kühlmitteleinass zur Kühlmittelaufnahme von denDiodenlaserbauelementen beziehungsweise dem Diodenlaserstapel.Heat source side,the chamber has at least one invention(inner) coolant outlet for coolant supplythe diode laser components or the diode laser stackon and at least one inventive (inner)Kühlmitteleinass for coolant absorption of theDiode laser devices or the diode laser stack.
DieKammer weist wärmesenkenseitig Öffnungen oderDurchbrüche zu einem äußeren Kühlmitteleinlassund Kühlmittelauslass der Kühlmittelführungseinheitauf, über die die Kammer mit einem strömendenKühlmittel versorgt werden und über die das strömendeKühlmittel aus der Kammer entweichen kann. Liegen mehrereKammern für die Wärmeabgabeabschnitte mehrererWärmeleitkörper von Laserdiodenelementen in einerStapel-, Reihen- oder Feldanordnung vor, so kann jede Kammer jeweilseinen ersten Durchbruch zu einem den mehreren Kammern gemeinsamenKühlmittelzuführkanal aufweisen, der einen äußerenEinlass besitzt, sowie jeweils einen zweiten Durchbruch zu einemden mehreren Kammern gemeinsamen Kühlmittelabführkanalaufweisen, der einen Auslass besitzt.TheChamber has heat sink side openings orBreakthroughs to an external coolant inletand coolant outlet of the coolant guide uniton, over which the chamber flows with aCoolant to be supplied and via the flowingCoolant can escape from the chamber. Lies severalChambers for the heat-emitting sections of severalWärmeleitkörper of laser diode elements in oneStack, row or array arrangement, so each chamber can eacha first breakthrough to a common to the several chambersHave Kühlmittelzuführkanal having an outerInlet has, as well as in each case a second breakthrough to athe multiple chambers common Kühlmittelabführkanalhave, which has an outlet.
Inanaloger Weise kann eine Kammer, die die Wärmeabgabeabschnittemehrerer Wärmeleitkörper aufnimmt, mehrere ersteDurchbrüche zu einem gemeinsamen Kühlmittelzuführkanalaufweisen, der einen äußeren Einlass besitzt,sowie mehrere zweite Durchbrüche zu einem gemeinsamen Kühlmittelabführkanal,der einen äußeren Auslass besitzt.Inanalogously, a chamber containing the heat release sectionsseveral Wärmeleitkörper receives, several firstBreakthroughs to a common Kühlmittelzuführkanalhaving an outer inlet,and a plurality of second openings to a common Kühlmittelabführkanal,which has an outer outlet.
DasKühlmittel kann sowohl gasförmig oder flüssigsein. Insbesondere ist wahlweise der Einsatz eines flüssigenoder gasförmigen Kühlmittels möglich.Es kann außerdem auch beide Phasen gemischt aufweisen,beispielsweise als Dampf oder Gasblasen in einer Flüssigkeit.Ein Phasenübergang eines Kühlmittels von einerflüssigen zu einer gasförmigen Phase bei der Aufnahmeder Wärme in den erfindungsgemäßen Ausnehmungenist ebenfalls möglich.TheCoolant can be either gaseous or liquidbe. In particular, optionally, the use of a liquidor gaseous coolant possible.It may also have both phases mixed,for example as steam or gas bubbles in a liquid.A phase transition of a coolant from oneliquid to a gaseous phase when shootingthe heat in the recesses according to the inventionis also possible.
Indiesem Sinne kann die Kühlmittelströmung in derStrahlungsemissionsanordnung und der Kühlmittelzu- und-abführeinrichtung abgeschlossen und frei erfolgen, sodass die Strahlungsquelle als Wärmerohr ausgebildet ist,in dem eine Kühlflüssigkeit in den Ausnehmungenverdampft und die Strahlungsemissionsanordnung über dieKühlmittelflusspassagen in Dampfform verlässt.Der Kühlmitteldampf kondensiert in der Kühlmittelzu-und -abführeinrichtung und wird in flüssiger Formdurch Kapillarkräfte aus der Kühlmittelzu- und-abführeinrichtung zurück in die erfindungsgemäßenAusnehmungen der Strahlungsemissionsanordnung gezogen.InIn this sense, the coolant flow in theRadiation emission arrangement and the coolant supply and-Discharge completed and done freely, sothat the radiation source is designed as a heat pipe,in which a cooling liquid in the recessesevaporated and the radiation emission arrangement on theLeaves coolant flow passages in vapor form.The coolant vapor condenses in the coolant supply.and -abführeinrichtung and is in liquid formby capillary forces from the coolant supply andDischarge device back into the inventionDrawn recesses of the radiation emission assembly.
Andererseitskann die Kühlmittelströmung durch äußereMittel erzwungen werden. Für gasförmige Kühlmittelkönnen sowohl Lüfter als den Gasdruck erhöhendenPumpen verwendet werden. Für flüssige Kühlmittelkönnen je nach Durchfluss (Kühlmitteldurchsatzvolumenpro Zeiteinheit), Druckverlust über die Strahlungsquelle,Temperatur sowie Viskosität, Dichte und sonstigen Eigenschaftendes Kühlmittels verschiedene Pumpen verwendet werden. DerVollständigkeit wird auf die Möglichkeit des Einsatzesflüssiger Metalle als Kühlmittel verwiesen, diedie Verwendung einer magneto-hydrodynamischer Pumpe nahelegen.on the other handcan the flow of coolant through externalMeans be enforced. For gaseous coolantscan both fan and gas pressure increasingPumps are used. For liquid coolantscan vary depending on the flow (coolant throughput volumeper unit of time), pressure loss via the radiation source,Temperature as well as viscosity, density and other propertiesthe coolant different pumps are used. Of theCompleteness is based on the possibility of usereferred to liquid metals as coolant, thesuggest the use of a magneto-hydrodynamic pump.
Beispielefür gasförmige Kühlmittel sind Luft, Stickstoff,Argon und ihre Gemische, Beispiele für flüssigenichtmetallische Kühlmittel sind Wasser, Glykol, Ethanol,Methanol, Ammoniak und ihre Gemische, Beispiele für flüssigemetallische Kühlmittel sind Quecksilber, Gallium und eutektischeGemische von Gallium, Indium und Zinn sowie Natrium und Kalium.Examplesfor gaseous coolants are air, nitrogen,Argon and its mixtures, examples of liquidnon-metallic coolants are water, glycol, ethanol,Methanol, ammonia and their mixtures, examples of liquidMetallic coolants are mercury, gallium and eutecticMixtures of gallium, indium and tin as well as sodium and potassium.
Dieerfindungsgemäße Strahlungsquelle erlaubt überdiesein vorteilhaftes Verfahren zur ihrer Inbetriebnahme und zum Testeneinzelner erfindungsgemäßer Halbleiterbaugruppenvor der Herstellung der erfindungsgemäßen Strahlungsemissionsanordnungaus mehreren dieser Halbleiterbaugruppen gemäß Anspruch30.TheMoreover, the radiation source according to the invention allowsan advantageous method for their commissioning and testingindividual inventive semiconductor componentsbefore the production of the radiation emission arrangement according to the inventionfrom several of these semiconductor modules according to claim30th
Dazuwird die betreffende Halbleiterbaugruppe jeweils separat an eineKühlmittelzu- und abführeinrichtung angeschlossen,die zusammen mit der Halbleiterbaugruppe Teil eines Kühlmittelkreislaufes ist. Über dieerfindungsgemäße Dichtfläche am Wärmeleitkörperder Halbleiterbaugruppe erfolgt zumindest abschnittsweise eine Dichtung,die zu einem Einschluss des Kühlmittels im Kühlmittelkreislaufbeiträgt. Danach werden Funktionstests des strahlungsemittierendenHalbleiterbauelementes durchgeführt, indem die Halbleiterbaugruppean eine Stromquelle angeschlossen wird und mindestens ein physikalischerParameter des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementes inForm eines Messwertes erfasst wird. Zu diesen Parametern zählenbeispielsweise der elektrische Betriebsstrom, die elektrische Betriebsspannung,die emittierte Strahlungsleistung sowie das Spektrum und das räumlicheProfil der emittierten Strahlung.Tois the respective semiconductor module separately to aCoolant supply and discharge device connected,which together with the semiconductor module is part of a coolant circuit. About theInventive sealing surface on the heat conducting bodythe semiconductor assembly is at least partially a seal,the inclusion of the coolant in the coolant circuitcontributes. Thereafter, functional tests of the radiation-emittingSemiconductor device performed by the semiconductor deviceis connected to a power source and at least one physicalParameters of the radiation-emitting semiconductor component inForm of a measured value is detected. These parameters includeFor example, the electrical operating current, the electrical operating voltage,the emitted radiation power as well as the spectrum and the spatialProfile of the emitted radiation.
DieseFunktionstests können wiederholt durchgeführtwerden, beispielsweise in zeitlichen Abständen, die dazugenutzt werden, die Halbleiterbaugruppe testweise zu betreiben.Mit den aus dem Funktionstest gewonnen Parametern kann die Eignungder Halbleiterbaugruppe hinsichtlich ihrer Verwendung in der Strahlungsquelleeingeschätzt und die Halbleiterbaugruppe selbst bewertetwerden. Diese Qualifizierungsprozedur gestattet es, aus einer Vielzahlvon getesteten Halbleiterbaugruppen nur diejenigen fürdie Strahlungsemissionsanordnung auszuwählen, die den imAnwendungsbetrieb an die Strahlungsquelle gestellten Anforderungenim Ganzen genügen.TheseFunction tests can be performed repeatedlybe, for example at intervals, the tobe used to test the semiconductor device test.With the parameters obtained from the functional test, the suitabilitythe semiconductor device with regard to its use in the radiation sourceassessed and rated the semiconductor device itselfbecome. This qualification procedure allows you to choose from a varietyof tested semiconductor devices only those forto select the radiation emission arrangement that corresponds to theApplication operation to the radiation source requirementsall in all.
Nachfolgendwird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen nochnäher erläutert. Dazu zeigenfollowingThe invention is still based on embodimentsexplained in more detail. Show this
1a eineschematische Schrägansicht auf den Wärmeleitkörperder ersten Variante eines Diodenlaserbauelementes eines ersten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 1a 2 is a schematic oblique view of the heat conducting body of the first variant of a diode laser component of a first embodiment of the radiation source according to the invention,
1b eineschematische Schrägansicht auf die erste Variante des Diodenlaserbauelementes desersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle in teilweiser Explosionsdarstellung, 1b 2 is a schematic oblique view of the first variant of the diode laser component of the first exemplary embodiment of the radiation source according to the invention in a partially exploded view;
1c eineschematische Schrägansicht auf eine zweite Variante einesDiodenlaserbauelementes des ersten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 1c FIG. 2 a schematic oblique view of a second variant of a diode laser component of the first embodiment of the radiation source according to the invention, FIG.
1d eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungeiner Kühlmittelzu- und abführeinrichtung desersten und eines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 1d 2 is a schematic oblique view of an exploded view of a coolant supply and discharge device of the first and a seventh embodiment of the radiation source according to the invention,
1e eineschematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelledes ersten Ausführungsbeispiels mit Diodenlaserbauelementender ersten Variante, 1e 2 shows a schematic cross-sectional view of a detail of the radiation source according to the invention of the first exemplary embodiment with diode laser components of the first variant,
2a eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungvon einem Ausschnitt einer Strahlungsemissionsanordnung eines zweiten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 2a 2 is a schematic oblique view of an exploded view of a section of a radiation emission arrangement of a second embodiment of the radiation source according to the invention,
2b eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungeiner Kühlmittelzu- und abführeinrichtung deszweiten und eines fünften Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 2 B 2 is a schematic oblique view of an exploded view of a coolant supply and discharge device of the second and a fifth embodiment of the radiation source according to the invention,
2c eineschematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelledes zweiten Ausführungsbeispiels, 2c a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the second embodiment,
3a eineschematische Schrägansicht auf den Grundkörpereines Wärmeleitkörpers eines dritten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 3a a schematic oblique view of the main body of a heat conducting body of a third embodiment of the radiation source according to the invention,
3b eineschematische Schrägansicht auf den Wärmeleitkörperdes dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 3b a schematic oblique view of the heat conducting body of the third embodiment of the radiation source according to the invention,
3c eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungeiner Kühlmittelzu- und abführeinrichtung desdritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 3c FIG. 2 a schematic oblique view of an exploded view of a coolant supply and removal device of the third embodiment of the radiation source according to the invention, FIG.
4a eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungvon einem Ausschnitt einer Strahlungsemissionsanordnung eines vierten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 4a 2 is a schematic oblique view of an exploded view of a detail of a radiation emission arrangement of a fourth exemplary embodiment of the radiation source according to the invention;
4b eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungeiner Kühlmittelzu- und abführeinrichtung desvierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 4b 2 is a schematic oblique view of an exploded view of a coolant supply and removal device of the fourth exemplary embodiment of the radiation source according to the invention,
4c eineschematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelledes vierten Ausführungsbeispiels, 4c a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the fourth embodiment,
5a eineschematische Draufsicht auf ein Diodenlaserbauelement eines fünftenAusführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 5a a schematic plan view of a diode laser component of a fifth embodiment of the radiation source according to the invention,
5b eineschematische Rückansicht auf das Diodenlaserbauelementdes fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 5b a schematic rear view of the diode laser component of the fifth embodiment of the radiation source according to the invention,
5c eineschematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelledes fünften Ausführungsbeispiels, 5c a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the fifth embodiment,
6a eineschematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelementeines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 6a 2 is a schematic oblique view of a diode laser component of a sixth exemplary embodiment of the radiation source according to the invention;
6b eineschematische Rückansicht auf eine Strahlungsemissionsanordnungdes sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 6b a schematic rear view of a radiation emission arrangement of the sixth embodiment of the radiation source according to the invention,
6c eineerste schematische Draufsicht auf eine Kühlmittelführungsplatteeiner Kühlmittelzu- und abführeinrichtung dessechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 6c a first schematic plan view of a coolant guide plate of a coolant supply and discharge device of the sixth embodiment of the radiation source according to the invention,
6d einezweite schematische Draufsicht auf die Kühlmittelführungsplatteder Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des sechstenAusführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 6d a second schematic plan view of the coolant guide plate of the coolant supply and discharge device of the sixth embodiment of the radiation source according to the invention,
6e eineschematische Draufsicht auf Kühlmittelanschlüsseder Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des sechstenAusführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 6e a schematic plan view of coolant connections of the coolant supply and discharge device of the sixth embodiment of the radiation source according to the invention,
6f eineschematische Draufsicht auf die erfindungsgemäßeStrahlungsquelle des sechsten Ausführungsbeispiels, 6f a schematic plan view of the radiation source according to the invention of the sixth embodiment,
6g eineschematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßenBestrahlungsvorrichtung, 6g a schematic cross-sectional view of an irradiation device according to the invention,
7a eineschematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelementeines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 7a FIG. 2 a schematic oblique view of a diode laser component of a seventh exemplary embodiment of the radiation source according to the invention, FIG.
7b eineschematische Schrägansicht auf einen Teilabschnitt einerStrahlungsemissionsanordnung des siebten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 7b FIG. 2 a schematic oblique view of a section of a radiation emission arrangement of the seventh exemplary embodiment of the radiation source according to the invention, FIG.
7c eineschematische Schrägansicht auf die Strahlungsemissionsanordnungdes siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 7c a schematic oblique view of the radiation emission arrangement of the seventh embodiment of the radiation source according to the invention,
7d eineschematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellungeiner Kühlmittelzu- und abführeinrichtung dessiebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle mit einer ersten schematischen Schrägansichteiner Kühlmittelführungsplatte der Kühlmittelzu-und abführeinrichtung, 7d a schematic oblique view of an exploded view of a coolant supply and discharge device of the seventh embodiment the radiation source according to the invention with a first schematic oblique view of a coolant guide plate of the coolant supply and removal device,
7e einezweite schematische Schrägansicht der Kühlmittelführungsplatteder Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des siebtenAusführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 7e a second schematic oblique view of the coolant guide plate of the coolant supply and discharge device of the seventh embodiment of the radiation source according to the invention,
7f eineschematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelledes siebten Ausführungsbeispiels, 7f a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the seventh embodiment,
8a eineschematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelementeines achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 8a 2 is a schematic oblique view of a diode laser component of an eighth exemplary embodiment of the radiation source according to the invention,
8b eineschematische Schrägansicht auf ein Zwischenstückzur Anordnung zwischen zwei Diodenlaserbauelemente in einer Strahlungsemissionsanordnungdes achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 8b FIG. 2 a schematic oblique view of an intermediate piece for arrangement between two diode laser components in a radiation emission arrangement of the eighth exemplary embodiment of the radiation source according to the invention, FIG.
8c eineschematische Frontansicht einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtungdes achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 8c a schematic front view of a coolant supply and discharge device of the eighth embodiment of the radiation source according to the invention,
8d eineschematische Rückansicht der Kühlmittelzu- undabführeinrichtung des achten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 8d a schematic rear view of the coolant supply and discharge device of the eighth embodiment of the radiation source according to the invention,
8e eineschematische Schrägansicht der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle des achten Ausführungsbeispiels, 8e a schematic oblique view of the radiation source according to the invention of the eighth embodiment,
8f eineschematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle des achten Ausführungsbeispiels, 8f a schematic cross-sectional view of the radiation source according to the invention of the eighth embodiment,
9a eineschematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelementeines neunten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle, 9a FIG. 2 a schematic oblique view of a diode laser component of a ninth exemplary embodiment of the radiation source according to the invention, FIG.
9b eineschematische Schrägansicht auf eine Strahlungsemissionsanordnungdes neunten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 9b a schematic oblique view of a radiation emission arrangement of the ninth embodiment of the radiation source according to the invention,
9c eineschematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle des neunten Ausführungsbeispiels, 9c a schematic cross-sectional view of the radiation source according to the invention of the ninth embodiment,
10a eine schematische Schrägansicht aufein Diodenlaserbauelement eines zehnten Ausführungsbeispielsder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, 10a 2 is a schematic oblique view of a diode laser component of a tenth embodiment of the radiation source according to the invention,
10b eine schematische Querschnittsansicht einesAusschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelledes zehnten Ausführungsbeispiels, 10b a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the tenth embodiment,
11a eine schematische Schrägansicht aufein Solarmodul eines elften Ausführungsbeispiels einerals photovoltaischem Strahlungsempfänger ausgebildetenerfindungsgemäßen Konversionseinheit, 11a FIG. 2 a schematic oblique view of a solar module of an eleventh exemplary embodiment of a conversion unit according to the invention designed as a photovoltaic radiation receiver, FIG.
11b eine schematische Draufsicht auf den erfindungsgemäßenphotovoltaischen Strahlungsempfänger des elften Ausführungsbeispielsund 11b a schematic plan view of the photovoltaic radiation receiver according to the invention of the eleventh embodiment and
11c eine schematische Querschnittsansicht eineserfindungsgemäßen Solarkonzentrators. 11c a schematic cross-sectional view of a solar concentrator according to the invention.
Gleicheoder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den selbenBezugszeichen versehen.Sameor similar elements are in the figures with the sameProvided with reference numerals.
Inden folgenden Ausführungsbeispielen wird der erfindungsgemäßeder Strahlungsemissionsanordnung zugewandten Kühlmittelauslassder Kühlmittelzu- und abführeinrichtung durcheine zulaufseitige Kühlmittelspreiznut45a odermehrere zulaufseitige Kühlmittelspreiznuten45a odereinen zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch46a oder mehrerezulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46a gebildet.Der Begriff ”zulaufseitig” ist in dem Sinne zuverstehen, dass der Kühlmittelauslass der Kühlmittelzu-und abführeinrichtung für Strahlungsemissionsanordnungeinen Kühlmittelzulauf bildet.In the following embodiments, the coolant outlet of the present invention facing the radiation emission device becomes the coolant supply and discharge device through an intake side coolant expansion groove 45a or a plurality of inflow-side Kühlmittelspreiznuten 45a or an inlet-side coolant guide opening 46a or a plurality of inlet-side coolant supply openings 46a educated. The term "inlet side" is to be understood in the sense that the coolant outlet of the coolant supply and removal device for radiation emission arrangement forms a coolant inlet.
Analogwird der erfindungsgemäße der Strahlungsemissionsanordnungabgewandte Kühlmitteleinlass der Kühlmittelzu-und abführeinrichtung durch eine ablaufseitige Kühlmittelspreiznut45b oder mehrereablaufseitige Kühlmittelspreiznuten45b oder einenablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch46b odermehrere ablaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46b gebildet.Der Begriff ”ablaufseitig” ist in dem Sinne zuverstehen, dass der Kühlmitteleinlass der Kühlmittelzu-und abführeinrichtung für Strahlungsemissionsanordnungeinen Kühlmittelablauf bildet.Analogously, the invention the radiation inlet assembly facing away from the coolant inlet of the coolant supply and discharge device by a drain-side Kühlmittelspreiznut 45b or a plurality of drain-side Kühlmittelspreiznuten 45b or a drain-side coolant guide opening 46b or more drain-side coolant supply openings 46b educated. The term "downstream side" is to be understood in the sense that the coolant inlet of the coolant supply and removal device for radiation emission arrangement forms a coolant outlet.
ZulaufseitigeKühlmittelverteilungs- oder spreizelemente42a,45a,46a,47a,47'a und48a, werdengemeinsam mit den ablaufseitigen Kühlmittelsammel- odereinschnürungselementen42b,45b,46b,47b,47'b und48b strömungsrichtungsunabhängigals Kühlmittelführungselemente bezeichnet, wobeidie Elemente als Nuten, Durchbrüche, Kanäle, Kammernusw. ausgebildet und bezeichnet sein können.Inlet side coolant distribution or spreading elements 42a . 45a . 46a . 47a . 47'a and 48a , Be together with the drain-side coolant collection or constriction elements 42b . 45b . 46b . 47b . 47'b and 48b Flow direction independently referred to as coolant guide elements, wherein the elements as grooves, apertures, channels, chambers, etc. may be formed and designated.
Vonden Anordnungs- beziehungsweise Anordnungsrichtungszeichen35,35a,36 und36a zeigendie Pfeile35 und36 eine Anordnung an, die sich inder Zeichenebene erstreckt. und die Symbole35a und36a eineAnordnung, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Die Anordnungszeichen35 und35a beziehensich auf eine stapelhafte Anordnung der Halbleiterbaugruppen unddie Anordnungszeichen36 und36a auf eine reihenhafteAnordnung der Halbleiterbaugruppen. Die Zeichen, das sind die Pfeileund Symbole, werden gleichbedeutend mit den Richtungen verwendet,die sie anzeigen, und umgekehrt.Of the arrangement or An proper direction signs 35 . 35a . 36 and 36a show the arrows 35 and 36 an arrangement that extends in the plane of the drawing. and the symbols 35a and 36a an arrangement that extends perpendicular to the plane of the drawing. The arrangement marks 35 and 35a refer to a stacked arrangement of the semiconductor devices and the arrangement symbols 36 and 36a on a row arrangement of the semiconductor modules. The characters, that is, the arrows and symbols, are used synonymous with the directions they indicate, and vice versa.
Imfolgenden wird das erste Ausführungsbeispiel im Hinblickauf eine Vermittlung von Verständnis der Erfindung besondersdetailliert beschrieben. Die Erläuterungen nachfolgenderAusführungsbeispiele wird nur in der Weise detailliert,die der Unterscheidung vom ersten Ausführungsbeispiel Rechnung trägt.Im übrigen wird bereits an dieser Stelle vorgreifend undstellvertretend für die Ausführungsbeispiele zweibis acht auf den allgemein gültigen Charakter des erstenAusführungsbeispieles verwiesen, der zu ihrer weiterenInterpretation hinzugezogen werden kann, wo nötig und sinnvoll,beispielsweise im Falle nicht erläuterter Bezugszeichenund Merkmale. Überdies wird auf die Bezugszeichenlisteim Anschluss an die Ausführungsbeispiele verwiesen.in theThe following will be the first embodiment in termson a mediation of understanding of the invention especiallydescribed in detail. The explanations belowEmbodiments will be detailed only in the mannerwhich takes into account the distinction from the first embodiment.Incidentally, already at this point anticipatory andrepresentative of the embodiments twoto eight on the general character of the firstReference example, the other to herInterpretation can be consulted, where necessary and useful,for example, in the case of non-illustrated reference numeralsand features. Moreover, the list of reference numeralsreferenced following the embodiments.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELFIRST EMBODIMENT
Komponentendes ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßenStrahlungsquelle50 sowie ein Querschnitt durch einen Abschnittder dieser Strahlungsquelle50 sind in den1a,1b,1d und1e füreine erste Variante eine Diodenlaserbauelementes20 gezeigt.Eine zweite Variante des Diodenlaserbauelementes20. welchealternativ an Stelle der ersten Variante verwendet werden kann,zeigt1c. Der Wärmeleitkörper21 fürdie erste Variante des Diodenlaserbauelementes20 ist eineT-förmig ausgebildete CVD-Diamantplatte als Wärmeleitgrundkörper21',auf den im vom unteren Schenkel abgewandten Bereich des oberen Schenkelseine Metallisierung28 aufgebracht ist, die sich von einerals Plattenoberseite ausgebildeten ersten Außenfläche22 derPlatte21' über eine frontseitige Endflächeder Frontseite der Platte auf eine als Plattenunterseite ausgebildete,der ersten Außenfläche gegenüberliegenden,zweite Außenfläche erstreckt (1a).In den unteren Schenkel der Platte21' sind eine Vielzahlvon zueinander parallelen Ausnehmung26 eingebracht, diesich einerseits von der Plattenoberseite22 zur Plattenunterseiteerstrecken und andererseits entgegen der Abstrahlungsrichtung15 biszur einer der Frontfläche gegenüberliegenden rückseitigenEndfläche an der Rückseite der Platte. Die Ausnehmungen26 weisendamit sowohl Öffnungen27 in der ersten Außenfläche22 ander Plattenoberseite auf, Öffnungen in der zweiten Außenflächean der Plattenunterseite als auch Öffnungen in der rückseitigenEndfläche23 an der Plattenrückseite, überdie ein Kühlmittel in die Ausnehmungen eingebracht und/oderaus den Ausnehmungen abgeführt werden kann.Components of the first embodiment of a radiation source according to the invention 50 and a cross section through a portion of this radiation source 50 are in the 1a . 1b . 1d and 1e for a first variant, a diode laser component 20 shown. A second variant of the diode laser component 20 , which may alternatively be used instead of the first variant, shows 1c , The heat-conducting body 21 for the first variant of the diode laser component 20 is a T-shaped CVD diamond plate as Wärmeleitgrundkörper 21 ' , on the remote in the lower leg region of the upper leg metallization 28 is applied, extending from a formed as a plate top first outer surface 22 the plate 21 ' extends over a front end face of the front side of the plate onto a second outer face, which is formed as a plate underside and which is opposite the first outer face ( 1a ). In the lower leg of the plate 21 ' are a plurality of mutually parallel recess 26 introduced, on the one hand from the top of the plate 22 extend to the underside of the plate and on the other hand against the direction of radiation 15 to the one of the front surface opposite rear end surface on the back of the plate. The recesses 26 thus have both openings 27 in the first outer surface 22 on the top of the plate, openings in the second outer surface on the underside of the plate as well as openings in the rear end surface 23 on the back of the plate, via which a coolant can be introduced into the recesses and / or removed from the recesses.
EinLaserdiodenbarren10 besitzt auf einer ersten Seite eineerste Kontaktfläche11 und auf einer der erstenSeite gegenüberliegenden zweiten Seite eine zur erstenKontaktfläche gegenpolige zweite Kontaktfläche12.A laser diode bar 10 has a first contact surface on a first side 11 and on one of the first side opposite the second side opposite to the first contact surface second contact surface 12 ,
Aufdie Metallisierung28 ist ein solcher Laserdiodenbarren10 seitensseiner ersten Kontaktfläche11 befestigt, indemer unter Anwendung des in der PatentschriftDE 196 44 941 C1 beschriebenen Verfahrens übereine Lotfuge mit dem Wärmeleitkörper an derenWärmeaufnahmefläche21* stoffschlüssigverbunden ist (1b). Der Verbund von Laserdiodenbarrenund Wärmeleitkörper wird als Diodenlaserbauelement20 bezeichnet.Im Betrieb strahlt der Laserdiodenbarren10 beziehungsweisedas Diodenlaserbauelement20 Licht des nahen Infrarotsin eine Abstrahlungsrichtung15 ab, die senkrecht zu denNormalen der beiden Kontaktflächen des Laserdiodenbarrens10 ausgerichtetist. Die Metallisierung28 bildet einen ersten elektrischenKontakt für den Laserdiodenbarren10, währendein elektrisches Verbindungselement29, das an der zweitenKontaktfläche12 des Laserdiodenbarrens10 stoffschlüssigbefestigt ist, einen zweiten, zum ersten elektrischen Kontakt gegenpoligenKontakt bildet. Die Dicke der Metalli sierung liegt im Bereich von5 μm bis 200 μm, besteht im wesentlichen aus Kupfer,und ist zumindest teilweise durch galvanisches Abscheiden auf einerGrundmetallisierung hergestellt.On the metallization 28 is such a laser diode bar 10 from his first contact area 11 fastened by applying the method described in the patent DE 196 44 941 C1 described method via a Lotfuge with the heat-conducting body at the heat receiving surface 21 * is integrally connected ( 1b ). The composite of laser diode bars and heat conducting body is called a diode laser device 20 designated. During operation, the laser diode bar emits light 10 or the diode laser component 20 Near infrared light in a direction of radiation 15 which are perpendicular to the normal of the two contact surfaces of the laser diode bar 10 is aligned. The metallization 28 forms a first electrical contact for the laser diode bar 10 while an electrical connection element 29 at the second contact surface 12 of the laser diode bar 10 is firmly bonded, forms a second, opposite to the first electrical contact contact. The thickness of Metalli tion is in the range of 5 microns to 200 microns, consists essentially of copper, and is at least partially prepared by electrodeposition on a base metallization.
ImBetrieb des Laserdiodenbarrens bilden alle seine Licht emittierendenEmitter Wärmequellen, deren Wärme zumindest zumgrößten Teil über die Wärmeaufnahmefläche21* derMetallisierung28 von dem Wärmeleitkörper21 aufgenommenwird.During operation of the laser diode bar, all of its light-emitting emitters form heat sources, the heat of which for the most part covers the heat-receiving surface 21 * the metallization 28 from the heat-conducting body 21 is recorded.
ImWärmeleitkörper21 liegen zwischen den Ausnehmungen26 Kühlrippen26' vor, überderen Außen-/Innenflächen Wärme an eindurch die Ausnehmungen strömendes Kühlmittel abgegebenwerden kann. Im technisch-konstruktiven Sinne werden die Ausnehmungenvon den Kühlrippen begrenzt und umgekehrt. Die einanderzugewandten Innenflächen zweier benachbarter Kühlrippensind somit einer gemeinsamen Ausnehmung zuzuordnen und als erfindungsgemäßeWärmeabgabeflächen26* anzusehen. Wiedurch die Klammern in1b angedeutet, lässtsich der Wärmeleitkörper21 in drei Abschnitte gliedern:Einen Wärmeaufnahmeabschnitt21a, der die Wärmeaufnahmefläche21* trägt,einen Wärmeabgabeabschnitt21c, der die Ausnehmungen26 und Kühlrippen26' umfasstund einen Wärmeleitabschnitt21b, der zwischendem Wärmeaufnahmeabschnitt21a und dem Wärmeabgabeabschnitt21c angeordnetist.In the heat conducting body 21 lie between the recesses 26 cooling fins 26 ' via whose outer / inner surfaces heat can be delivered to a flowing through the recesses coolant. In the technical-constructive sense, the recesses are limited by the cooling fins and vice versa. The mutually facing inner surfaces of two adjacent cooling fins are thus assigned to a common recess and as heat dissipation surfaces according to the invention 26 * to watch. As shown by the brackets in 1b indicated, the heat-conducting body can be 21 divided into three sections: a heat absorption section 21a that the heat receiving surface 21 * carries a heat dissipation section 21c , the recesses 26 and cooling fins 26 ' includes and a Wärmeleitabschnitt 21b between the heat absorption cut 21a and the heat releasing section 21c is arranged.
AlleAbschnitte erstrecken sich jeweils von der Oberseite des Wärmeleitkörperszu seiner Unterseite. Eine alle diese Wärmequellen umfassende Wärmequellenprojektiondes Laserdiodenbarrens10 in zur Wärmaufnahmefläche21* senkrechterRichtung liegt – bis auf einen durch einen gegebenenfalls inAbstrahlungsrichtung15 vorliegenden Barrenüberstandhervorgerufenen Leerbereich – vollständig im Wärmeaufnahmeabschnitt21a.Sowohl der Wärmeleitabschnitt21b als auch derWärmeabgabeabschnitt21c liegen bezüglichdes Wärmeaufnahmeabschnitts21a in einer der Abstrahlungsrichtungentgegengesetzten Wärmeleitrichtung und somit vollständigaußerhalb der Wärmequellenprojektion.All sections each extend from the top of the heat conducting body to its underside. All of these heat sources comprehensive heat source projection of the laser diode bar 10 in to the heat receiving surface 21 * vertical direction is - except for one through an optionally in the radiation direction 15 present bar overhang caused empty area - completely in the heat receiving section 21a , Both the Wärmeleitabschnitt 21b as well as the heat dissipation section 21c lie with respect to the heat receiving portion 21a in a direction of heat radiation opposite to the direction of radiation and thus completely outside the heat source projection.
AmWärmeleitabschnitt21b ist oberseitig ein Zwischenstücke34 undunterseitig in Zwischenstück34a jeweils stoffschlüssigbefestigt. Die Zwischenstücke34 und34a lassensich somit als Teil des Wärmeleitkörpers21 ansehen.Die rückwärtigen, entgegen der Abstrahlungsrichtungliegenden, Endflächen des oberen Schenkels des T-förmigausgebildeten CVD-Diamantplatte21' des Wärmeleitkörpersund der Zwischenstücke34 und34a bildengemeinsam eine Dichtfläche24, die den Wärmeleitkörper21, speziellseinen Wärmeleitbereich21b, vollständig umringt.At the Wärmeleitabschnitt 21b is an intermediate piece on the top side 34 and underside in intermediate piece 34a each attached cohesively. The intermediate pieces 34 and 34a can thus be considered part of the Wärmeleitkörpers 21 look at. The rear, opposite to the radiating direction, end surfaces of the upper leg of the T-shaped CVD diamond plate 21 ' the heat conducting body and the intermediate pieces 34 and 34a together form a sealing surface 24 that the heat conduction body 21 , especially its heat conduction area 21b completely surrounded.
Werdenalternativ dazu die Zwischenstücke34 und34a alsnicht zum Wärmeleitkörper21 zugehörigbetrachtet, so können die ober- und unterseitigen Montageflächenfür die Zwischenstücke im Bereich des Wärmeleitabschnitts21b alserfindungsgemäße Dichtfläche aufgefasstwerden.Alternatively, the spacers 34 and 34a as not to the heat-conducting body 21 Belonging considered, so can the top and bottom mounting surfaces for the spacers in the region of the Wärmeleitabschnitts 21b be taken as a sealing surface according to the invention.
Währendin der beschriebenen ersten Variante des Diodenlaserbauelementes20 alledrei wärmetechnischen Abschnitte des Wärmeleitkörpers21 zuein und demselben Grundkörper21' gehören,ist der Wär meleitkörper21 der in1c dargestellten zweitenVariante des Diodenlaserbauelementes aus drei verschiedenen stoffschlüssigmiteinander verbundenen Bauteilen zusammengesetzt, die jeder einemwärmetechnischen Abschnitt des Wärmeleitkörpersentsprechen und daher auch als solche bezeichnet werden: Der Wärmeleitabschnitt21a wirddurch einen elektrisch leitfähigen Kupfer-Wolfram-Verbundwerkstoffbereitgestellt. Da das Material des Wärmeaufnahmeabschnitts21a elektrischleitfähig ist, kann auf eine den Wärmeaufnahmeabschnitt21a umgebendeMetallisierung, die die Stromführung von der Wärmeleitkörperunterseiteauf die Wärmeleitkörperoberseite gewährleistet,prinzipiell verzichtet werden.While in the described first variant of the diode laser component 20 All three thermal sections of the Wärmeleitkörpers 21 to one and the same basic body 21 ' belong, is the heat meleitkörper 21 the in 1c illustrated second variant of the diode laser component composed of three different cohesively interconnected components, each corresponding to a heat-technical portion of the heat conducting body and therefore also be referred to as such: The Wärmeleitabschnitt 21a is provided by an electrically conductive copper-tungsten composite. As the material of the heat receiving section 21a is electrically conductive, can on a heat receiving portion 21a surrounding metallization, which ensures the flow of heat from the bottom of the heat-conducting body on the upper side of the heat-conducting, are waived principle.
Derthermische Ausdehnungskoeffizient dieses Verbundwerkstoffs weichtum nicht mehr als 50% von dem des Laserdiodenbarrens10 ab,so dass eine stoffschlüssige Montage mittels eines hochschmelzendenLotes, beispielsweise mittels eines goldreichen eutektischen Gold-Zinn-Lotes,des Laserdiodenbarrens auf dem Wärmeleitabschnitt möglichist, ohne den Laserdiodenbarren zu beschädigen.The thermal expansion coefficient of this composite does not deviate by more than 50% from that of the laser diode bar 10 from, so that a cohesive mounting means of a refractory solder, for example by means of a gold-rich eutectic gold-tin solder, the laser diode bar on the Wärmeleitabschnitt is possible without damaging the laser diode bar.
DerWärmeleitabschnitt21b wird durch eine Platte21b ausBerylliumoxidkeramik bereitgestellt, deren Plattenebene, Oberseiteund Unterseite senkrecht zur Wärmeleitrichtung und zurAbstrahlungsrichtung15 liegt. Optionale Metallisierungenauf Ober- und Unterseite der Platte21b könneneine Lötverbindung mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt21a und demWärmeabgabeabschnitt21c erleichtern. An Stelleeiner Berylliumoxidkeramik kann die Platte21b auch einDreischichtsystem bestehend aus einer Aluminiumnitridkeramikschichtzwischen zwei Kupferschichten von jeweils gleicher Schichtdickewie die Aluminiumnitridkeramikschicht sein. Beide Plattenvarianten,BeO und Cu-AlN-Cu, besitzen einen thermischen Ausdehnungskoeffizientder um nicht mehr als 50% von dem des Wärmeaufnahmeabschnitts21a abweichen,so dass eine mechanisch spannungsarme Lötverbindung zwischendem Wärmeaufnahmeabschnitt21a und dem Wärmeleitabschnitt21b möglichist.The heat conduction section 21b is through a plate 21b made of Berylliumoxidkeramik whose plate plane, top and bottom perpendicular to the heat conduction and to the radiation direction 15 lies. Optional metallizations on the top and bottom of the plate 21b may be a solder joint with the heat receiving portion 21a and the heat releasing section 21c facilitate. Instead of a Berylliumoxidkeramik the plate 21b also be a three-layer system consisting of an aluminum nitride ceramic layer between two copper layers each having the same layer thickness as the aluminum nitride ceramic layer. Both plate variants, BeO and Cu-AlN-Cu, have a thermal expansion coefficient of not more than 50% of that of the heat receiving section 21a deviate, so that a low-stress solder joint between the heat receiving portion 21a and the Wärmeleitabschnitt 21b is possible.
Aufder dem Wärmeaufnahmeabschnitt21a abgewandtenSeite des Wärmeleitabschnitts21b ist ein Wärmeabgabeabschnitt21c,der durch einen aus der OffenlegungsschriftDE 197 01 680 A1 bekannten Diamantkörper21c bereitgestelltwird, an dem Wärmeleitabschnitt21b befestigt.Dieser Diamantkörper21c weist zwei Gruppen vonzueinander parallelen Ausnehmungen26 und26a auf,die sich jeweils von einander gegenüberliegenden Endflächenabschnittsweise aneinander vorbei in Richtung der jeweils gegenüberliegendenEndfläche erstrecken (die in1c sichtbarerückseitige Endfläche ist mit23 bezeichnet).Der Abstand zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten einandergruppenfremden Ausnehmungen26 und26a entsprichtder Hälfte des kleinsten Abstandes zweier gruppengleicherAusnehmungen26 beziehungsweise26a. Die Ausnehmungenbeider Gruppen von Ausnehmungen26 und26a erstreckensich zudem von der Oberseite zur Unterseite, welche senkrecht zuden Endflächen orientiert sind, der Diamantplatte21c,so dass sie Öffnungen27 in der Ober- und Unterseitebesitzen. Die Ausnehmungen26 und26a sorgen sofür eine Ziehharmonikaförmige Ausbildung des Diamantkörpers21c, derauf eine parallel zu den Endflächen, Ober- und Unterseitewirkende mechanische Deformation hin nur eine verhältnismäßiggeringe mechanische Spannung aufnimmt. Damit lässt sichder Diamantkörper21c, obwohl er einen thermischenAusdehnungskoeffizienten besitzt, der stark von denjenigen des Wärmeaufnahmeabschnitts21a,des Wärmeleitabschnitts21b und des Laserdiodenbarrens10 abweicht,mechanisch spannungsarm an dem Wärmeleitabschnitt21b übereine Lötverbindung – beispielsweise eine Aktivlötverbindung,die keine Metallisierung der Fügepartner benötigt – befestigen.On the heat receiving section 21a opposite side of the Wärmeleitabschnitts 21b is a heat release section 21c , by one from the published patent application DE 197 01 680 A1 known diamond body 21c is provided at the Wärmeleitabschnitt 21b attached. This diamond body 21c has two groups of mutually parallel recesses 26 and 26a each extending from opposite end surfaces in sections past each other in the direction of the respective opposite end face (which in 1c visible back end face is with 23 designated). The distance between two mutually immediately adjacent mutually external recesses 26 and 26a corresponds to half the smallest distance between two group-like recesses 26 respectively 26a , The recesses of both groups of recesses 26 and 26a also extend from the top to the bottom, which are oriented perpendicular to the end surfaces of the diamond plate 21c so they have openings 27 in the top and bottom possess. The recesses 26 and 26a thus provide a concertina-shaped formation of the diamond body 21c , which absorbs only a relatively small mechanical stress on a parallel to the end surfaces, top and bottom mechanical deformation. This allows the diamond body 21c although it has a coefficient of thermal expansion which is greatly different from those of the heat receiving portion 21a , the heat conduction portion 21b and the laser diode bar 10 deviates, mechanically low stress on the Wärmeleitabschnitt 21b via a solder joint - for example, a Aktivlötverbindung that requires no metallization of the joining partners - attach.
Alternativkann der Wärmeabgabeabschnitt statt aus Diamant auch ausKupfer bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient ebenfallssehr von dem des Laserdiodenbarrens10 abweicht.Alternatively, instead of diamond, the heat-dissipating section can also be made of copper, whose thermal expansion coefficient is also very much that of the laser diode bar 10 differs.
Zwischengruppengleichen Ausnehmungen liegen Kühlrippen26' und26'a vor,die sich in Wärmeleitrichtung erstrecken. Eine Kühlmittelführung kannso ausgeführt sein, dass das Kühlmittel gezwungenist, durch beide Gruppen von Ausnehmungen26 und26a zufließen, bevor es den Diamantkörper verlässt.Die den Wärmeleitabschnitt21b bildende Platte21b besitztan der dem Diamantkörper21c zugewandten Seiteeine Dichtfläche24, die die Anbindungsflächedes Diamantkörpers21c vollständig umringt.Between group-like recesses are cooling fins 26 ' and 26'a before, which extend in the heat conduction direction. A coolant guide may be configured such that the coolant is forced through both groups of recesses 26 and 26a to flow before leaving the diamond body. The heat conduction section 21b forming plate 21b possesses at the the diamond body 21c facing side a sealing surface 24 representing the bonding surface of the diamond body 21c completely surrounded.
Sowohldie erste als auch die zweite Variante von in1b und1c dargestelltenDiodenlaserbauelementen20 können alternativ undgleichartig für die erfindungsgemäße,Strahlungsquelle50 verwendet werden.Both the first and the second variant of in 1b and 1c Diode laser devices shown 20 may alternatively and similarly for the inventive, radiation source 50 be used.
Diodenlaserbauelemente20 derersten Variante werden dazu in Ausbildung eines Diodenlaserstapels30 alsStrahlungsemissionsanordnung in einer Stapelrichtung35 übereinanderangeordnet in einer Anordnungsebene, in der die Stapelrichtung35 liegtund die senkrecht zur Abstrahlungsrichtung15 ist (1e).diode laser components 20 The first variant are to training a diode laser stack 30 as a radiation emission arrangement in a stacking direction 35 arranged one above the other in an arrangement plane in which the stacking direction 35 lies and perpendicular to the direction of radiation 15 is ( 1e ).
ZurStrahlungsquelle50 gehört auch eine Kühlmittelzu-und abführeinrichtung40, die eine Kühlmittelverteilungseinheit41,eine Deckplatte43 und eine Kühlmittelanschlussplatte42 aufweist (1d).Die Deckplatte43 und die Kühlmittelanschlussplattesind dichtend auf einander gegenüberliegenden Seiten (Ober-und Unterseite) der Kühlmittelverteilungseinheit41a befestigt.Die Kühlmittelverteilungseinheit41a besitzt imQuerschnitt längliche Aufnahmeausnehmungen44,die sich ausgehend von der Oberseite der Kühlmittelverteilungseinheit41a inRichtung der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseiteder Kühlmittelverteilungseinheit41a erstreckenund mit einem im Querschnitt verjüngten abgestuften Ende,das – je nach Durchflussrichtung des Kühlmittels – alszulaufseitige Kühlmittelspreiznut45a beziehungsweiseablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnut45b (gemeinsamals Kühlmittelführungsnuten45a und45b bezeichnet)wirkt, in einem geringen Abstand vor der Unterseite abschließen.To the radiation source 50 also includes a coolant supply and discharge device 40 containing a coolant distribution unit 41 , a cover plate 43 and a coolant port plate 42 having ( 1d ). The cover plate 43 and the coolant port plate are sealing on opposite sides (top and bottom) of the coolant distribution unit 41a attached. The coolant distribution unit 41a has elongated receiving recesses in cross-section 44 extending from the top of the coolant distribution unit 41a in the direction of the underside of the coolant distribution unit opposite the top side 41a extend and with a tapered in cross-section stepped end, which - depending on the flow direction of the coolant - as the inlet-side Kühlmittelspreiznut 45a or drain-side Kühlmitteleinschnürungsnut 45b (collectively as Kühlmittelführungsnuten 45a and 45b designated) acts, complete in a small distance from the bottom.
DieAufnahmeausnehmungen44 sind senkrecht zu ihrer längerenQuerschnittsausdehnung einander benachbart in Stapelrichtung35 angeordnet undvoneinander durch Wände44' beabstandet. Die Wände endenin zur Oberseite der Kühlmittelverteilungseinheit zugewandtenRichtung in einem bestimmten Abstand von der Oberseite.The receiving recesses 44 are perpendicular to their longer cross-sectional dimension adjacent to each other in the stacking direction 35 arranged and separated from each other by walls 44 ' spaced. The walls end in a direction to the top of the coolant distribution unit facing direction at a certain distance from the top.
Dieoberseitig bezüglich der Kühlmittelverteilungseinheitangeordnete Deckplatte43 besitzt Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüche49,deren Querschnitt dem der Aufnahmeausnehmungen44 ähnlich ist.Die Deckplatte43 ist derart auf der Oberseite der Kühlmittelverteilungseinheit41a positioniert,dass ihre Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüche49 den Aufnahmeausnehmungen44 gegenüberliegen.The upper side with respect to the coolant distribution unit arranged cover plate 43 has heat-conducting body openings 49 whose cross-section that of the receiving recesses 44 is similar. The cover plate 43 is so on top of the coolant distribution unit 41a positioned that their Wärmeleitkörperaufnahedurchbrüche 49 the receiving recesses 44 lie opposite.
Diezwischen den Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchen49 angeordnetenStege liegen dabei den Endflächen der Wände44' gegenüber,wobei, bedingt durch den Versatz der Endflächen gegenüberder Oberseite, ein Leerraum zwischen jedem Steg und jeder Endflächevorliegt, der als Kühlmittelflusspassage37 zwischeneinander benachbarten Aufnahmeausnehmungen44 dient.The between the Wärmeleitkörperaufnahmitturchbruch 49 arranged webs lie the end faces of the walls 44 ' due to the offset of the end faces from the top, there is a void between each land and each end face serving as the coolant flow passage 37 between adjacent receiving recesses 44 serves.
Überin1d nicht sichtbare Kühlmittelführungsdurchbrüche46a und46b sindabwechselnd jeweils jede zweite Aufnahmeausnehmungen44 in Richtungder Unterseite geöffnet. Die Kühlmittelführungsnuten45a und45b förderndabei die Spreizung des Kühlmittels über die größereder Querschnittsausdehnungen der Aufnahmeausnehmungen44. Ausfertigungstechnischen Gründen kann die Kühlmittelverteilungseinheit41a ausmehreren Teilen zusammengesetzt sein, wobei eine Schnittstelle zwischenden Kühlmittelführungsnuten45a/45b undden Aufnahmeausnehmungen44 liegt. Zur Vermittlung einerAnschauung der Lage der Kühlmittelführungsdurchbrüche46a und46b bezüglichder Kühlmittelführungsnuten45a bzw.45b wirdauf die7e des siebten Ausführungsbeispielsverwiesen. Die Kühlmittelführungsdurchbrüche46a liegeneinem zulaufseitigen Kühlmittelverteilungskanal47a inder Kühlmittelanschlussplatte42 gegenüber,weshalb sie als zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46a bezeichnetwerden. Die Kühlmittelführungsdurchbrüche46b liegeneinem ablaufseitigen Kühlmittelsammelkanal47b inder Kühlmittelanschlussplatte42 gegenüber,weshalb sie als zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46b bezeichnetwerden.About in 1d invisible coolant supply openings 46a and 46b are alternately each second receiving recesses 44 open towards the bottom. The coolant guide grooves 45a and 45b thereby promote the spread of the coolant over the larger of the cross-sectional dimensions of the receiving recesses 44 , For manufacturing reasons, the coolant distribution unit 41a be composed of several parts, wherein an interface between the Kühlmittelführungsnuten 45a / 45b and the receiving recesses 44 lies. To convey an idea of the position of the coolant supply openings 46a and 46b with respect to the Kühlmittelführungsnuten 45a respectively. 45b will be on the 7e of the seventh embodiment referred. The coolant guide breakthroughs 46a lie on an inlet-side coolant distribution channel 47a in the coolant connection plate 42 why they as inflow-side coolant supply breakthroughs 46a be designated. The coolant guide breakthroughs 46b lie a drain-side coolant collection channel 47b in the coolant connection plate 42 why they as inflow-side coolant supply breakthroughs 46b be designated.
Überden zulaufseitigen Kühlmittelverteilungskanal47a wirdden zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46a imBetrieb der Strahlungsquelle50 Kühlmittel zugeführt.Es ergießt sich von dort in die zulaufseitige Kühlmittelspreiznut45a und weiterin Aufnahmeausnehmungen44 einer ersten zulaufseitigenGruppe von Aufnahmeausnehmungen44. Ausgehend von verschlossenenWärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchen49 wirdin jeder dieser Aufnahmeausnehmungen44 das Kühlmittelin zwei Portionen geteilt, wobei eine erste Kühlmittelportion übereine links benachbarte Kühlmittelflusspassage37 ineine links benachbarte Aufnahmeausnehmung44 und eine zweiteKühlmittelportion über eine rechts benachbarteKühlmittelflusspassage37 in eine rechts benachbarteAufnahmeausnehmung44 abfließt. Links und rechtsbenachbarte Aufnahmeausnehmungen44 gehören zueiner ablaufseitigen Gruppe von Aufnahmeausnehmung44,aus denen das Kühlmittel über ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnuten45b,ablaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüchen46b undschließlich den ablaufseitigen Kühlmittelsammelkanal47b dieStrahlungsquelle verlässt. Der Kühlmittelflussverlaufist durch die Kühlmittelströmungsrichtungspfeile25 in1e veranschaulicht.Via the inlet-side coolant distribution channel 47a becomes the upstream coolant supply openings 46a during operation of the radiation source 50 Supplied coolant. It pours from there into the inlet-side Kühlmittelspreiznut 45a and continue in recording recesses 44 a first inflow-side group of receiving recesses 44 , Starting from closed Wärmeleitkörperaufnahedurchbrüchen 49 is in each of these receiving recesses 44 the coolant in two Portions divided, wherein a first portion of coolant via a left adjacent coolant flow passage 37 in a left adjacent receiving recess 44 and a second portion of coolant via a right adjacent coolant flow passage 37 in a right adjacent receiving recess 44 flows. Left and right adjacent receiving recesses 44 belong to a drain-side group of receiving recess 44 , from which the coolant via drain-side Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b , drain-side coolant supply openings 46b and finally, the drain side coolant collecting passage 47b the radiation source leaves. The coolant flow path is through the coolant flow direction arrows 25 in 1e illustrated.
Wieweiterhin in1e ersichtlich, ist jedes Diodenlaserbauelement20 indie Kühlmittelführung eingebunden, indem die durchdie Ausnehmungen26 gebildeten Kühlkanälevon dem Kühlmittel beströmt werden. Dazu ist jeweilsder Wärmeabgabeabschnitt21c des Diodenlaserbauelementes20 über einenWärmeleitkörperaufnahmedurchbruch49 in eineAufnahmeausnehmung44 der Kühlmittelführungseinheit41a eingebrachtund stößt mit seiner rückwärtigenEndfläche23 an den Vorsprung, der durch die gegenüberder Aufnahmeausnehmung44 im Querschnitt verjüngtenKühlmittelführungsnut45a/45b bereitgestelltwird. Optional kann zwischen Endfläche23 undVorsprung ein Fügemittel eingebracht sein. Ein zwischendie Dichtfläche24 des Diodenlaserbauelementes20 unddie Oberseite der Deckplatte43 eingebrachtes Fügemittel33 sorgtfür eine Abdichtung und einen Verschluss der vom Kühlmitteldurchströmten Räumen47a,46a,45a,44,37,45b,46b und47b.As continues in 1e As can be seen, is any diode laser device 20 integrated into the coolant guide by the through the recesses 26 formed cooling channels are flowed through by the coolant. For this purpose, each of the heat dissipation section 21c of the diode laser component 20 via a Wärmeleitkörperaufnaheddurchbruch 49 in a receiving recess 44 the coolant guide unit 41a introduced and abuts with its rear end face 23 to the projection, passing through the opposite of the receiving recess 44 in cross-section tapered Kühlmittelführungsnut 45a / 45b provided. Optionally, between end face 23 and projection to be introduced a joining agent. One between the sealing surface 24 of the diode laser component 20 and the top of the cover plate 43 introduced joining agent 33 provides a seal and a closure of the coolant flows through spaces 47a . 46a . 45a . 44 . 37 . 45b . 46b and 47b ,
Dasan der dem Wärmeleitkörper21 abgewandtenSeite des Laserdiodenbarrens10 befestigte elektrischeVerbindungselement29 ist unter Verweis auf dasUS-Patent Nr. 5,909,458 miteiner strukturellen Flexibilität ausgestattet, die es ihmermöglicht, Deformationen in Stapelrichtung mechanischspannungsarm nachzugeben. Es ist somit in der Lage, Toleranzen derAbstände zwischen benachbarten Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchen49 auszugleichenund gleichzeitig die Metallisierung28 des benachbartenWärmeleitkörpers21 über eine Schichtelektrisch leitfähigen Klebstoffs31 zu kontaktieren.The at the the heat conducting body 21 opposite side of the laser diode bar 10 fixed electrical connection element 29 is referring to that U.S. Patent No. 5,909,458 equipped with a structural flexibility that allows it to mechanically yield stress-free deformation in the stacking direction. It is thus able to tolerate the distances between adjacent Wärmeleitkörperaufnahedurchbrüchen 49 balance and at the same time the metallization 28 the adjacent Wärmeleitkörpers 21 over a layer of electrically conductive adhesive 31 to contact.
Inder Strahlungsquelle des ersten Ausführungsbeispieles liegendie Diodenlaserbauelemente20 in zwei, strömungstechnischseriell verschalteten Scharen vor, wobei die einzelnen Diodenlaserbauelemente20 zueinanderjeweils um die Hälfte des Abstandes in Stapelrichtung35 versetztsind, der zwischen den Diodenlaserbauelemente20 einergemeinsamen Schar vorliegt. Insofern werden nicht mehr als jeweilszwei Diodenlaserbauelemente20 des Diodenlaserstapels30 strömungstechnischseriell durchflossen. In der ersten Schar erfolgt die Strömungdurch die Kühlkanäle26 im wesentlichenin Abstrahlungsrichtung15 und entgegen der Wärmeleitrichtung,in der zweiten Schar erfolgt die Strömung entgegen derAbstrahlungsrichtung15 in Wärmeleitrichtung.Dies wird ermöglicht (a) durch die den seriellen Strömungsflussvermittelnden Kühlmittelflusspassagen37, diezwischen den dem Wärmeaufnahmeabschnitt21a zugewandtenEnden der Kühlkanäle vorliegen und (b) durch dieWände44' der Kühlmittelverteilungseinheit41a,die die Kühlkanäle benachbarter Diodenlaserbauelementeim übrigen gegenüber Kühlmittelverlustvoneinander abschirmen. Die Anzahl der Gruppen von Diodenlaserbauelementen20,die im Diodenlaserstapel30 strömungstechnisch paralleldurchflossen werden, bestimmt sich aus der Gesamtanzahl der Diodenlaserbauelementen20 im Diodenlaserstapeldividiert durch die Scharenanzahl von zwei. Die Gruppenstärkeentspricht der Scharenanzahl, das heißt jeweils zwei Diodenlaserbauelementen20.In the radiation source of the first embodiment are the diode laser components 20 in two flow-connected series serially, wherein the individual diode laser components 20 each to the half of the distance in the stacking direction 35 are offset between the diode laser components 20 a common crowd. In this respect no more than two diode laser components each 20 of the diode laser stack 30 flow-through serially. In the first group, the flow is through the cooling channels 26 essentially in the direction of radiation 15 and against the heat conduction direction, in the second family, the flow is in the opposite direction of the radiation 15 in thermal direction. This is made possible by (a) the coolant flow passages providing the serial flow flow 37 that between the heat receiving section 21a facing ends of the cooling channels and (b) through the walls 44 ' the coolant distribution unit 41a Moreover, they shield the cooling channels of adjacent diode laser components from each other from loss of coolant. The number of groups of diode laser devices 20 in the diode laser stack 30 flowing in parallel flow, determined by the total number of diode laser devices 20 in the diode laser stack divided by the number of flocks of two. The group strength corresponds to the number of flocks, ie in each case two diode laser components 20 ,
Dievorliegende Ausführung beruht dabei auf der zulaufseitigenTeilung des Kühlmittelflusses in zwei Kühlmittelportionenin Diodenlaserbauelementen der ersten Schar, die zu zwei, auf gegenüberliegendenSeiten benachbarten Diodenlaserbauelementen der zweiten Schar abfließenund sich dort mit den Kühlmittelportionen der übernächstenNachbarn von Diodenlaserbauelementen der ersten Schar vereinigen.Eine alternative, nicht dargestellte, Ausführung siehtvor, das Kühlmittel in jeder strömungstechnischparallel durchströmten Gruppe von Diodenlaserbauelementenunportioniert und vollständig jeweils von einem Diodenbauelement20 derersten Schar zu einem benachbarten Diodenlaserbauelement der zweitenSchar strömen zu lassen. Dazu ist die Kühlmittelflusspassage37 zwischenzwei benachbarten Gruppen verschlossen beziehungsweise nicht existent,während sie innerhalb jeder Gruppe zwischen den Diodenlaserbauelementender beiden Scharen erhalten bleibt beziehungsweise vorgesehen ist.The present embodiment is based on the inflow-side division of the coolant flow into two coolant portions in diode laser components of the first family, which flow to two neighboring diode laser components of the second family and unite there with the coolant portions of the next but one neighbors of diode laser components of the first family. An alternative, not shown, embodiment provides that the coolant in each flow-parallel through-flow group of diode laser devices unportioned and completely each of a diode component 20 to flow the first family to an adjacent diode laser component of the second family. This is the coolant flow passage 37 between two adjacent groups closed or non-existent, while it is retained or provided within each group between the diode laser components of the two coulters.
Dabeikann die Strömungsrichtung in den Kühlmittelflusspassagen37 zweierbenachbarter Gruppen in gleicher Richtung orientiert oder in entgegengesetzterRichtung orientiert sein. Letztere Variante hat den Vorteil, dassdie Kühlmittelführungsdurchbrüche46a beziehungsweise46b zurKühlmittelzu- beziehungsweise -abführung zweierbenachbarter Diodenlaserbauelemente zusammengelegt und als ein fürbeide Diodenlaserbauelemente gemeinsamer Kühlmittelführungsdurchbruch46a beziehungsweise46b ausgebildetsein kann. Diese Feststellung ist ganz allgemein auf die erfindungsgemäßenKühlmittelein- und auslässe anwendbar.In this case, the flow direction in the coolant flow passages 37 two adjacent groups oriented in the same direction or oriented in the opposite direction. The latter variant has the advantage that the Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a respectively 46b for Kühlmittelzu- or discharge of two adjacent diode laser components and put together as a common for both diode laser components Kühlmittelführungsdurchbruch 46a respectively 46b can be trained. This finding is generally applicable to the coolant inlets and outlets according to the invention.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIELSECOND EMBODIMENT
Voneinem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle50 zeigt2a einenAusschnitt eines Diodenlaserstapels30 in Explosionsdarstellung.Das Diodenlaserbauelement20 besitzt einen Wärmeleitkörper21,der am Wärmeaufnahmeabschnitt eine Metallisierung28 ausKupfer trägt und im wesentlichen aus kubischem Bornitridbesteht. Auf die Metallisierung28 ist oberseitig an derKante zur Frontseite ein Laserdiodenbarren10 aufgelötet.Außerhalb der Projektion des Laserdiodenbarrens10 senkrechtzur oberseitigen Oberfläche22 des Wärmeleitkörpers21 sindin der Abstrahlungsrichtung15 entgegengesetzter Wärmeleitrichtungeine Vielzahl von zueinander parallelen in Abstrahlungsrichtung15 ausgedehntenAusnehmungen26 eingebracht, die sich von der Oberseite22 zur Unterseitedes Wärmeleitkörpers21 erstrecken und rückseitiggeöffnet sind, so dass sie rückseitig Kühlflüssigkeitaufnehmen oder abgeben können. Beiderseits dieses Feldesvon Ausnehmungen26, in zur Oberseite paralleler und zurAbstrahlungsrichtung15 senkrechter Richtung, erstrecktsich jeweils ein Wärmeleitkörperbereich1 mm überdie rückwärtigen Endflächen der Kühlrippenhinaus. Diese Wärmeleitkörperverlängerungengeben dem Wärmeleitkörper21 eine U-Form.Der zwischen der Endflächenebene der Kühlrippen26' undder Endflächenebene der herausragenden Wärmeleitkörperbereicheliegende Freiraum ist in der Strah lungsquelle50 (2c)als Kammer zur zulaufseitigen Kühlmittelspreizung48a beziehungsweiseablaufseitigen Kühlmitteleinschnürung48b vorgesehen.From a second embodiment of the radiation source according to the invention 50 shows 2a a section of a diode laser stack 30 in exploded view. The diode laser device 20 has a heat-conducting body 21 , the metallization on the heat receiving section 28 made of copper and consists essentially of cubic boron nitride. On the metallization 28 is on the upper side at the edge to the front a laser diode bar 10 soldered. Outside the projection of the laser diode bar 10 perpendicular to the top surface 22 the Wärmeleitkörpers 21 are in the direction of radiation 15 opposite heat conduction a plurality of mutually parallel in the radiation direction 15 extensive recesses 26 inserted, extending from the top 22 to the underside of the heat conducting body 21 extend and back are open so that they can absorb or give back coolant. On both sides of this field of recesses 26 , in parallel to the top and to the radiation direction 15 vertical direction, each extending a Wärmeleitkörperbereich 1 mm beyond the rear end faces of the cooling fins. These Wärmeleitkörperverlängerungen give the heat-conducting body 21 a U shape. The between the end surface plane of the cooling fins 26 ' and the end surface plane of the outstanding Wärmeleitkörperbereiche lying space is in the radiation source 50 ( 2c ) as a chamber for the inlet-side coolant spread 48a or drain-side coolant constriction 48b intended.
DerOberflächenbereich des Wärmeleitkörpers21 zwischenden Ausnehmungen und der Montagefläche des Laserdiodenbarrens21 dientsowohl ober- als auch unterseitig als Dichtfläche24,die sich außerdem abschnittsweise über die Ausnehmungen26 unddie Wärmeleitkörperverlängerungen erstrecken.Die Dichtung im Diodenlaserstapel30 erfolgt überZwischenstücke34, die zwischen benachbarten Diodenlaserbauelementeneingebracht sind und jeweils über eine erste elektrischisolierende, das heißt: elektrisch nicht leitfähige,Klebstoffschicht33 an der Oberseite des Wärmeleitkörperseines ersten Diodenlaserbauelementes und über eine zweiteelektrisch isolierende, das heißt: elektrisch nicht leitfähige,Klebstoffschicht33a an der Unterseite des Wärmeleitkörpers21 eines,dem ersten Diodenlaserbauelement benachbarten, zweiten Diodenlaserbauelementesflächig befestigt sind. Die Zwischenstücke sindals Aluminiumoxidkeramikfolien von 100 μm Dicke ausgebildet,wiewohl auch Glas- oder Kunststofffolien alternativ verwendet werdenkönnen. Sie besitzen jeweils eine längliche Öffnung37,die als Kühlmittelflusspassage37 in der Strahlungsquelle50 dientund zwischen von der Rückseite abgewandten Endabschnittender Ausnehmungen26 benachbarter Wärmeleitkörperangeordnet ist (2c). Das der Öffnung37 abgewandte,rückwärtige Ende des Zwischenstücks34 erstrecktsich in Wärmeleitrichtung 500 μm überdie Enden der Wärmeleitkörperverlängerungenund 1,5 mm über die Enden der Kühlrippen26' hinaus.The surface area of the heat conducting body 21 between the recesses and the mounting surface of the laser diode bar 21 serves as sealing surface both on the upper side and on the underside 24 , in addition, sections of the recesses 26 and extending the Wärmeleitkörperverlängerungen. The seal in the diode laser stack 30 via intermediate pieces 34 , which are introduced between adjacent diode laser components and in each case via a first electrically insulating, that is: electrically non-conductive, adhesive layer 33 at the top of the heat conducting body of a first diode laser component and via a second electrically insulating, that is: electrically non-conductive, adhesive layer 33a at the bottom of the heat conducting body 21 one, the first diode laser component adjacent, second diode laser component are mounted flat. The spacers are formed as alumina ceramic foils of 100 microns thickness, although glass or plastic films can alternatively be used. They each have an elongated opening 37 acting as a coolant flow passage 37 in the radiation source 50 serves and between the rear side facing away from the end portions of the recesses 26 adjacent heat conducting body is arranged ( 2c ). That of the opening 37 facing away, rear end of the intermediate piece 34 extends in Wärmeleitrichtung 500 microns over the ends of the Wärmeleitkörperverlängerungen and 1.5 mm over the ends of the cooling fins 26 ' out.
Einein2b gezeigte Kühlmittelzu- und abführeinrichtungbesteht aus einer Kühlmittelverteilungsplatte41 undeiner Kühlmittelanschlussplatte42, die miteinanderstoffschlüssig verbunden sind.An in 2 B shown coolant supply and discharge device consists of a coolant distribution plate 41 and a coolant connection plate 42 , which are materially connected to each other.
DieKühlmittelverteilungsplatte weist in einer ersten Plattenhälfteeine erste Reihe zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46a aufund in einer zweiten Plattenhälfte eine zweite Reihe ablaufseitigerKühlmittelführungsdurchbrüche46b,die parallel zur ersten Reihe angeordnet sind und in Reihenrichtungzu den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46a jeweilsum die halbe Länge ihres gegenseitigen Abstands versetztsind. Als schmale Nuten mit einer Breite von etwa einem Zehnteldieses Abstandes erstrecken sich Aufnahmeausnehmungen44 inder Plattenoberseite senkrecht zur Reihenrichtung paarweise zwischenden Kühlmittelführungsdurchbrüchen46a/46b vonder ersten Plattenhälfte in die zweite Plattenhälfte,wobei sie jeweils auf einer ersten Nutseite in der ersten Plattenhälftemit einem zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch46a der erstenReihe und in der zweiten Plattenhälfte auf einer, der erstenNutseite gegenüberliegenden, zweiten Nutseite mit einemablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch46b verschmelzen.The coolant distribution plate has in a first plate half a first row inlet side coolant supply openings 46a on and in a second plate half a second row of drain-side coolant supply openings 46b which are arranged parallel to the first row and in the row direction to the upstream side coolant supply openings 46a each offset by half the length of their mutual distance. As narrow grooves with a width of about one-tenth of this distance extending receiving recesses 44 in the top of the plate perpendicular to the row direction in pairs between the coolant guide openings 46a / 46b from the first plate half into the second plate half, each on a first groove side in the first plate half with an inlet-side coolant guide opening 46a the first row and in the second plate half on a, the first groove side opposite, second groove side with a drain-side coolant guide opening 46b merge.
Inder Plattenoberseite der der Plattenunterseite der Kühlmittelverteilungsplatte41 gegenüberliegendenKühlmittelverteilungsplatte42 liegen ein zulaufseitigerKühlmittelverteilungskanal47a den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46a undein ablaufseitiger Kühlmittelsammelkanal47b ablaufseitigenKühlmittelführungsdurchbrüchen46b gegenüber.Durch eine Verbindung der beiden Platten41 und42 könnendiese Ausnehmungen47a/47b und46a/46b entsprechendmiteinander kommunizieren.In the top of the plate of the plate underside of the coolant distribution plate 41 opposite coolant distribution plate 42 lie on a supply side coolant distribution channel 47a the inlet-side coolant supply openings 46a and a downstream coolant collection channel 47b drain-side coolant supply openings 46b across from. By connecting the two plates 41 and 42 can these recesses 47a / 47b and 46a / 46b communicate with each other accordingly.
DieAufnahmeausnehmungen44 dienen der Aufnahme der Endabschnitteder Zwischenstücke34, die über das rückwärtige,das heißt dem Laserdiodenbarren abgewandten Ende, des Wärmeleitkörpers21 herausragen.Dieselben Klebstoffe der Schichten33 und33a sorgenhier für eine Abdichtung des Kühlmittelübergangsvon den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46a indie Kühlmittelspreizkammern48a, in denen dasKühlmittel auf die Kühlkanäle26 imWärmeleitkörper verteilt wird, und von den Kühlmitteleinschnürungskammern48b, indenen das Kühlmittel von den Kühlkanälengesammelt wird, in die ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46b.The receiving recesses 44 serve to receive the end portions of the spacers 34 , via the rear, that is, the laser diode bar opposite end of the Wärmeleitkörpers 21 protrude. The same adhesives of the layers 33 and 33a here ensure a seal of the coolant transfer from the inlet-side coolant supply openings 46a in the coolant expansion chambers 48a in which the coolant is on the cooling channels 26 is distributed in the heat conducting body, and of the Kühlmittelseinschnürungskammern 48b in which the coolant is collected from the cooling channels, in the drain-side coolant guide openings 46b ,
DerKühlmittelflussverlauf durch die Diodenlaserbauelemente20 derStrahlungsquelle50 verläuft strömungstechnischidentisch zu dem im ersten Ausführungsbeispiel: Es existierenzwei seriell durchflossene Scharen von Diodenlaserbauelementen20, diein, in Stapelrichtung nebeneinander angeordnete, strömungstechnischparallel durchflossene Gruppen von je zwei Diodenlaserbauelementen20 aufgeteilt sind.The coolant flow path through the diode laser components 20 the radiation source 50 runs fluidically identical to that in the first embodiment: There are two serially traversed flocks of diode laser devices 20 , in which, in the stacking direction side by side, flow-parallel through-flow groups of two diode laser components 20 are divided.
DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELTHIRD EMBODIMENT
DerGrundkörper21' des Wärmeleitkörpers21 fürdie Strahlungsquelle50 des dritten Ausführungsbeispielesentspricht dem Bauteil des Wärmeabgabeabschnitts21c derzweiten Variante des Wärmeleitkörpers21 vomersten Ausführungsbeispiel (dargestellt in1c):Der Grundkörper ist eine ziehharmonikaförmig ausgebildeteDiamantplatte, in der sich zwei Gruppen von Ausnehmungen26 und26a voneinander gegenüberliegenden Seitenflächen der Plattein entgegengesetzte Richtungen erstrecken und verschränktsind, so dass die Ausnehmungen gruppenfremder Ausnehmungen jeweilsabwechselnd einander abschnittsweise benachbart angeordnet sind(3a). Diese Ausbildung verleiht der Diamantplatteeine strukturbedingte Nachgiebigkeit in einer Breitenrichtung senkrechtzur genannten Erstreckung der Ausnehmungen. Diese Eigenschaft kann mitHilfe einer stoffschlüssigen Kombination des Diamantkörpersmit Platten aus Material eines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizientals dem des für die Montage vorgesehenen Laserdiodenelementes10 dazuausgenutzt werden, einen Wärmeleitkörper21 zuschaffen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in Breitenrichtungdem des Laserdiodenelementes zumindest insoweit entspricht als ervon ihm nicht mehr als 50% abweicht. Diese Maßnahme ist beispielsweiseaus der PatentschriftUS 5,848,083 undder OffenlegungsschriftDE100 11 892 A1 bekannt.The main body 21 ' the Wärmeleitkörpers 21 for the radiation source 50 of the third embodiment corresponds to the component of the heat-dissipating portion 21c the second variant of the Wärmeleitkörpers 21 of the first embodiment (shown in FIG 1c ): The main body is a concertina-shaped diamond plate, in which two groups of recesses 26 and 26a extend from opposite side surfaces of the plate in opposite directions and are entangled, so that the recesses of group foreign recesses are each arranged alternately adjacent to each other in sections adjacent ( 3a ). This design gives the diamond plate a structural resiliency in a width direction perpendicular to said extension of the recesses. This property can be achieved by means of a cohesive combination of the diamond body with plates of material having a higher coefficient of thermal expansion than that of the intended for mounting laser diode element 10 to be exploited, a heat-conducting body 21 to create whose thermal expansion coefficient in the width direction of the laser diode element corresponds at least to the extent that it deviates from it not more than 50%. This measure is for example from the patent US 5,848,083 and the publication DE 100 11 892 A1 known.
Imvorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch erfindungsgemäß nurdiejenige, erste, Gruppe von Ausnehmungen26 als Kühlkanäleverwendet, deren Ausnehmungen entgegen der Abstrahlungsrichtung15 inder der rückwärtigen Endfläche23 der Diamantplatte21' enden.Die Ausnehmungen der anderen, zweiten, Gruppe, die in Abstrahlungsrichtung15 inder frontseitigen Endfläche23a enden, besitzen keinekühlungstechnische sondern nur die mechanische Funktionder Flexibilisierung. Ober- und unterseitig sind stoffschlüssigMetallschichten28/28a/28b aus Kupferauf den Diamantkörper aufgebracht, die sich zumindest abschnittsweise überdie Ausnehmungen26 und26a erstrecken. Zur elektrischen Trennungder elektrisch leitenden Metallisierung28, die die Wärmeaufnahmefläche21* trägt,von den kühlmittelführenden Bereichen des Wärmeleitkörpers21 istdiese Metallisierung ober- und unterseitig in je zwei elektrischvoneinander getrennte Schichtenbereiche28 und28a beziehungsweise28 und28b gegliedert.Die zur Frontseite orientierte Metallisierung28 bedecktober- und unterseitig nur die Ausnehmungen26a der zweitenGruppe von Ausnehmungen in deren frontseitigen Abschnitten, dienicht zwischen den Ausnehmungen26 der ersten Gruppe angeordnetsind, wobei über eine Metallisierung an den Innenwändender frontseitigen Abschnitte die ober- und unterseitigen Abschnitteder Metallisierung28 elektrisch miteinander verbundensind. Die zur Rückseite orientierten Metallisierungen28a (oberseitig)und28b (unterseitig) bedecken die Ausnehmungen26 derersten Gruppe nahezu vollständig sowie die Abschnitte derAusnehmungen26a der zweiten Gruppe von Ausnehmungen, dievollständig zwischen den Ausnehmungen26 der erstenGruppe von Ausnehmungen angeordnet sind. Zwischen den Metallisierungsbereichen28 und28a beziehungsweise28 und28b bleibtein kleiner Abschnitt der Ausnehmungen26a der zweitenGruppe von Ausnehmungen unbedeckt.In the present embodiment, however, according to the invention only that, first, group of recesses 26 used as cooling channels whose recesses counter to the direction of radiation 15 in the rear end surface 23 the diamond plate 21 ' end up. The recesses of the other, second, group, in the direction of radiation 15 in the front end surface 23a end, have no cooling technical but only the mechanical function of flexibilization. On the top and bottom are cohesively metal layers 28 / 28a / 28b made of copper applied to the diamond body, at least in sections on the recesses 26 and 26a extend. For the electrical separation of the electrically conductive metallization 28 that the heat receiving surface 21 * carries, from the coolant-carrying areas of the Wärmeleitkörpers 21 this metallization is on top and bottom in two electrically separated layers 28 and 28a respectively 28 and 28b divided. The front-oriented metallization 28 covered on top and bottom only the recesses 26a the second group of recesses in their front sections, not between the recesses 26 the first group are arranged, via a metallization on the inner walls of the front-side sections, the top and bottom portions of the metallization 28 electrically connected to each other. The back-oriented metallizations 28a (upper side) and 28b (underside) cover the recesses 26 the first group almost completely and the sections of the recesses 26a the second group of recesses that are completely between the recesses 26 the first group of recesses are arranged. Between the metallization areas 28 and 28a respectively 28 and 28b remains a small portion of the recesses 26a the second group of recesses uncovered.
DieMetallisierungsschichten28a und28b weisen Öffnungen27 und27a auf,die den frontseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle26 gegenüberliegenund den Eintritt des Kühlmittels in oder den Austritt desKühlmittels aus den Kühlkanälen26 ermöglichen.The metallization layers 28a and 28b have openings 27 and 27a on the front end portions of the cooling channels 26 opposite and the entry of the coolant in or the exit of the coolant from the cooling channels 26 enable.
Endender Metallisierungen28a und28b ragen entgegender Abstrahlungsrichtung über die rückwärtigenEndflächen23 des Wärmeleitkörperhinaus. Sie erleichtern das passgenaue Einsetzen der Diodenlaserbauelemente20,das sind die Wärmeleitkörper21 jeweilsversehen mit Laserdiodenbarren10, in korrespondierendeAufnahmeausnehmungen44, die nebeneinander in Stapelrichtung35 senkrechtzu ihrer Längsachse in einer Kühlmittelverteilungsplatte41 angeordnetsind, die zusammen mit der in3c dargestelltenKühlmittelanschlussplatte42 die erfindungsgemäßeKühlmittel- zu und abführeinrichtung40 bildet.Ends of the metallizations 28a and 28b protrude opposite the direction of radiation over the rear end surfaces 23 the Wärmeleitkörper addition. They facilitate the precise fitting of the diode laser components 20 , these are the heat conducting bodies 21 each provided with laser diode bars 10 , in corresponding receiving recesses 44 , side by side in stacking direction 35 perpendicular to its longitudinal axis in a coolant distribution plate 41 arranged together with the in 3c shown coolant connection plate 42 the coolant supply and discharge device according to the invention 40 forms.
Dabeiwerden stets die Enden einander gegenüberliegender Metallisierungen28a und28b zweierverschiedener Diodenlaserbauelemente20, die einander direktim Diodenlaserstapel30 benachbart sind, voneinander beabstandetin eine gemeinsame Aufnahmeausnehmung44 eingebracht, diein einen, in einer ersten Plattenhälfte angeordneten, ablaufseitigenKühlmittelführungsdurchbruch46b mündet,und die Enden der Metallisierungen28a und28b desselbenDiodenlaserbauelementes20 in verschiedene Aufnahmeausnehmungen44 eingebracht,die in die, in einer ersten Plattenhälfte angeordneten,ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46b mündenund jeweils voneinander durch eine Aufnahmeausnehmung44 beabstandetsind, die in einen, in einer zweiten Plattenhälfte angeordneten,zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch46a mündet.Dabei bilden zulaufseitig die Aufnahmeausnehmungen44 eineKühlmittelspreiznut45a, in der das Kühlmittel überdie Kühlkanäle26 des Wärmeleitkörpersverteilt und in diese eingespeist wird.At the same time, the ends of opposing metallizations always become 28a and 28b two different diode laser components 20 facing each other directly in the diode laser stack 30 are adjacent, spaced from each other in a common receiving recess 44 introduced, which arranged in a, arranged in a first plate half, drain-side coolant guide opening 46b opens, and the ends of the metallizations 28a and 28b the same diode laser component 20 in different receiving recesses 44 introduced into the arranged in a first plate half, drain-side coolant supply openings 46b open and in each case by a receiving recess 44 spaced, which in a, arranged in a second plate half, zulaufsei term coolant guide breakthrough 46a empties. In this case, the receiving recesses form on the inlet side 44 a coolant spreading groove 45a in which the coolant flows through the cooling channels 26 is distributed and fed into the Wärmeleitkörpers.
Demweiteren Kühlmittelverlauf in der Strahlungsquelle50 entsprechendder in3d bezeichneten Kühlmittelströmungsrichtung25 folgendtritt das Kühlmittel bei allen Diodenlaserbauelemente20 inzwei Portionen links und rechts über die Öffnungen27 und27a inden Metallisierungen28a und28b aus den Kühlkanälen26 ausund vereinigt sich mit den jeweiligen Kühlmittelportionender direkt benachbarten Diodenlaserbauelemente20 in einenZwischenraum, der als Kühlmittelflusspassage37 zwischenden Wärmeleitkörpern der ablaufseitigen Sammlungdes Kühlmittels in einer durch die Kühlmittelflusspassage37 bereitgestellteKühlmitteleinschnürungskammer48b zurAbgabe an den jeweiligen ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch46b dient.The further coolant flow in the radiation source 50 according to the in 3d designated coolant flow direction 25 Subsequently, the coolant occurs in all diode laser devices 20 in two portions left and right over the openings 27 and 27a in the metallizations 28a and 28b from the cooling channels 26 from and combines with the respective coolant portions of the directly adjacent diode laser components 20 in a gap that serves as a coolant flow passage 37 between the Wärmeleitkörpern the drain-side collection of the coolant in a through the coolant flow passage 37 provided Kühlmittelinschnürungskammer 48b for delivery to the respective drain-side Kühlmittelführungsdurchbruch 46b serves.
DieKühlmittelflusspassagen37 zwischen zwei unmittelbarbenachbarten Wärmeleitkörpern sind gegenüberKühlmittelaustritt abgedichtet durch einen erstes Fügemittel33,welches alle Öffnungen27 und27a einesWärmeleitkörpers gemeinsam U-förmig umgibtund die Metallisierungen28a und28b unmittelbarbenachbarter Wärmeleitkörper stoffschlüssigmiteinander verbindet. Dabei liegt der Mittelschenkel des aus Fügemittelgebildeten ”U” bezüglich der Öffnungen27 uns27a inAbstrahlungsrichtung15. Ein zweites Fügemittel33a dichtetzulaufseitig den Übergang zwischen dem rückwärtigenEnde des Wärmeleitkörpers und der Kühlmittelspreiznut45a ab.The coolant flow passages 37 between two immediately adjacent Wärmeleitkörpern are sealed against coolant outlet by a first joining agent 33 which all openings 27 and 27a a Wärmeleitkörpers together U-shaped surrounds and the metallizations 28a and 28b immediately adjacent Wärmeleitkörper cohesively connects to each other. In this case, the middle leg of the "U" formed from the joining means with respect to the openings 27 us 27a in the direction of radiation 15 , A second joining agent 33a on the inlet side seals the transition between the rear end of the heat conducting body and the Kühlmittelspreiznut 45a from.
EineSerienschaltung der Laserdiodenbarren10 benachbarter Diodenlaserbauelemente20 wirdin Stapelrichtung35 durch einen elektrisch leitenden Klebstoff31 ermöglicht,der eine Fügezone zwischen der zweiten Kontaktflächedes Laserdiodenbarrens eines ersten Diodenlaserbauelementes20 undder unterseitigen Metallisierung28 des Wärmeleitkörperseines, dem ersten Diodenlaserbauelement20 in Stapelrichtung35 unmittelbarbenachbarten, zweiten Diodenlaserbauelements20 bildet.A series connection of the laser diode bars 10 adjacent diode laser components 20 will be in stacking direction 35 by an electrically conductive adhesive 31 allows a joining zone between the second contact surface of the laser diode bar of a first diode laser component 20 and the bottom metallization 28 the Wärmeleitkörpers one, the first diode laser component 20 in the stacking direction 35 immediately adjacent second diode laser device 20 forms.
Andersals in den zwei vorangegangen Ausführungsbeispielen existierthier nur eine Schar von Diodenlaserbauelementen20, dieallesamt strömungstechnisch parallel durchflossen werden.Vorteilhaft ist damit die Kühlmitteleintrittstemperaturbei allen Diodenlaserbauelementen prinzipiell gleich. Die Anzahlströmungstechnisch parallel durchflossener Gruppen istidentisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente; ihre Gruppenstärkeist eins.Unlike in the two previous embodiments, only a family of diode laser devices exist here 20 , which are all flowed through in parallel fluidically. Advantageously, the coolant inlet temperature is basically the same for all diode laser components. The number of flow-parallel through groups is identical to the number of diode laser components; her group strength is one.
VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELFOURTH EMBODIMENT
DieWärmeleitkörper von Diodenlaserbauelementen20 einesvierten Ausführungsbeispieles besitzen als Grundkörper21' eineBerylliumoxidplatte (BeO-Platte), in die eine Vielzahl von Durchbrüchen eingebrachtist, die sich mit zylindrischem Querschnitt von der Plattenoberseite22 zurPlattenunterseite22a erstrecken und die erfindungsgemäßen Kühlkanäle26 bereitstellen(4a). Als Durchbrüche ausgebildet weisendiese oberseitig und unterseitig die erfindungsgemäßen Öffnungen27 auf.Die Anordnung dieser Durchbrüche beschränkt sichauf einen zylindrischen Wärmeabgabeabschnitt im Grundkörper,dessen in Plattenebene kreisförmiger Querschnitt an dieForm eines Dichtringes in O-Form angepasst ist. Abseits des Wärmeabgabeabschnittes istan einer Kante der BeO-Platte eine Metallisierung28 aufgebracht,die sich von der Plattenoberseite22 über diefrontseitige Endfläche23a auf die Plattenunterseite22a erstrecktund einen Laserdiodenbarren10 trägt, dessen Abstrahlungsrichtung15 derLagerichtung des Wärmeabgabeabschnitts ihm bezüglich entgegenentgegengesetzt ist. Anstatt eine elektrische Verbindung der Metallisierung28 vonder Oberseite22 auf die Unterseite22a überdie frontseitige Endfläche23a zu etablieren,können auch Durchkontaktierungen im Grundkörper21' dazuvorgesehen sein. Eine elektrische Verbindung über eineoder beide der Seitenflächen ist selbstverständlichebenfalls möglich.The heat-conducting body of diode laser components 20 a fourth embodiment have as a body 21 ' a Berylliumoxidplatte (BeO plate), in which a plurality of openings is introduced, which has a cylindrical cross section of the top plate 22 to the underside of the plate 22a extend and the cooling channels according to the invention 26 provide ( 4a ). Formed as breakthroughs have these top side and bottom side openings of the invention 27 on. The arrangement of these apertures is limited to a cylindrical heat dissipation section in the base body whose circular cross-section in the plane of the plate is adapted to the shape of a sealing ring in an O-shape. Away from the heat release section, there is metallization at one edge of the BeO plate 28 Applied, extending from the top of the plate 22 over the front end surface 23a on the underside of the plate 22a extends and a laser diode bar 10 carries, whose direction of radiation 15 the bearing direction of the heat-emitting portion opposite to him opposite. Instead of an electrical connection of the metallization 28 from the top 22 on the bottom 22a over the front end surface 23a can also establish vias in the main body 21 ' be provided for this purpose. An electrical connection via one or both of the side surfaces is of course also possible.
Vorihrer Integration zu der Strahlungsemissionsanordnung30 werdendie Diodenlaserbauelemente20 testweise betrieben. Dazuwird jedes Diodenlaserbauelement20 in einen Kühlmittelkreislauf integriert,wobei ein Anschluss an die Kühlmittelquelle und die Kühlmittelsenke überDichtringe erfolgt, die den Einlassbereich des Wärmeabgabeabschnittsober- und unterseitig umgeben und mit ihrer dichtenden Auflage aufder Oberseite22 und der Unterseite22a des Wärmeleitkörperszu einer Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes beitragen.Des weiteren erfolgt mit dem Anschluss des Diodenlaserbauelementes20 an eineStromquelle der Betrieb des Diodenlaserbauelementes und seine Emissionvon Strahlung. Der Funktionstest umfasst das Aufnehmen von Messwerten einerStrom-Spannungs-Kennlinie und einer Strom-Leistungs-Kennlinie, wobeiin diesem Falle mit Leistung diejenige der emittierten Strahlunggemeint ist. Optional wird das Spektrum der emittierten Strahlungbei einem oder mehreren Stromstärken erfasst und registriert,womit eine Bestimmung des thermischen Widerstands des Diodenlaserbauelementes möglichwird.Before its integration with the radiation emission device 30 become the diode laser devices 20 operated as a test. For this purpose, each diode laser component 20 integrated into a coolant circuit, wherein a connection to the coolant source and the coolant sink via sealing rings which surround the inlet portion of the heat discharge section on top and bottom and with their sealing support on the top 22 and the bottom 22a the Wärmeleitkörpers contribute to a seal of the coolant circuit. Furthermore, with the connection of the diode laser component 20 to a power source, the operation of the diode laser device and its emission of radiation. The functional test comprises taking measured values of a current-voltage characteristic and a current-power characteristic, in which case power refers to that of the emitted radiation. Optionally, the spectrum of the emitted radiation is detected and registered at one or more currents, whereby a determination of the thermal resistance of the diode laser component is possible.
DemFunktionstest schließt sich eine Phase des testweisen Betriebesunter maximalen Belastungsbedingungen und/oder Anwendungsbedingungenan, bevor der Funktionstest wiederholt und seine Ergebnisse mitdenen des ersten Funktionstests verglichen werden. Im Ergebnis dieserQualifizierungsprozedur werden bestimmte Diodenlaserbauelemente20 fürdie Verwendung in der Strahlungsquelle50 ausgewählt.The functional test is followed by a test-mode phase under maximum load conditions and / or conditions of use before the functional test is repeated and its Results are compared with those of the first functional test. As a result of this qualification procedure certain diode laser devices become 20 for use in the radiation source 50 selected.
Zuihrem Aufbau wird ein Stapel von Diodenlaserbauelementen20 zueinem Diodenlaserstapel30 zusammengefasst, indem zwischenbenachbarte Diodenlaserbauelemente20 U-förmigeZwischenstücke34 eingefügt und mittelsFügemittel33/33a beidseitig stoffschlüssigan die Ober- beziehungsweise Unterseite der benachbarten Diodenlaserbauelemente20 angebundenwerden (4a,4c). Die Schenkeldes Zwischenstücks umgeben dabei jeweils in Abstrahlungsrichtungund seitlich die zur Plattenebene senkrechten Projektion des Wärmeabgabeabschnitts,während das Zwischenstück entgegen der Abstrahlungsrichtungzur Kühlmittelaufnahme beziehungsweise -abgabe geöffnetbleibt. Der Freiraum zwischen den Seitenschenkeln des Zwischenstücks34 bildetim Kühlmittelflussverlauf die erfindungsgemäßeKühlmittelflusspassage37 zwischen einander unmittelbarbenachbarten Diodenlaserbauelementen. Das Zwischenstückkann sowohl aus Metall (beispielsweise Edelstahl), aus Keramik (beispielsweiseAluminiumoxid) oder Kunststoff (beispielsweise Polymethylmethacrylatoder Polycarbonat) usw. bestehen. Die Seitenschenkel des Zwischenstücks34 erstreckensich etwa 1 mm über die rückseitige Endfläche23 desWärmeleitgrundkörpers21' hinaus. Diehinausragenden Enden der Seitenschenkel erleichtern die Anordnungder Diodenlaserbauelemente zum Stapel, indem ihre Lage durch die sieaufnehmenden nutförmigen Aufnahmeausnehmungen44 inder Kühlmittelverteilungsplatte41 vorgegebenwird, die zusammen mit der Kühlmittelanschlussplatte42 dieKühlmittelzu- und abführeinrichtung bildet (4b).Die in der Kühlmittelverteilungsplatte in Reihe senkrechtzu ihrer Längsachse angeordneten Aufnahmeausnehmungen weisenabwechselnd in der einen Plattenhälfte zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46a undin der andern Plattenhälfte ablaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche46b auf.Die durch das Zwischenstück34 vorgesehene Kühlmittelflusspassage37 ermöglichtzulaufseitig die Verteilung von Kühlmittel, das überdie zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46a in dieStrahlungsemissionsanordnung30 einströmt, überdie als Durchbrüche27 ausgebildeten Kühlkanäle26 zweierbenachbarter Diodenlaserbauelemente20 und ablaufseitigdie Sammlung von Kühlmittel aus den Kühlkanälenzweier benachbarter Diodenlaserbauelemente20, welches überdie ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46b ausder Strahlungsemissionsanordnung30 entweicht. Eine zu- undablaufseitige Abdichtung der Kühlmittelflusspassagen37 gegenüberder Kühlmittelzu- und abführeinrichtung erfolgtdabei über dasselbe Fügemittel33/33a indenselben Fügezonen, mit dem auch die Diodenlaserbauelementeuntereinander verbunden sind.Its construction is a stack of diode laser devices 20 to a diode laser stack 30 summarized by between adjacent diode laser devices 20 U-shaped spacers 34 inserted and by means of joining agent 33 / 33a cohesively on both sides of the upper or lower side of the adjacent diode laser components 20 to be connected ( 4a . 4c ). The legs of the intermediate piece in each case in the emission direction and laterally surround the projection of the heat release section, which is perpendicular to the plane of the plate, while the intermediate section remains open in the direction opposite to the direction of emission for the coolant absorption or discharge. The space between the side legs of the intermediate piece 34 forms the coolant flow passage according to the invention in the coolant flow path 37 between each other directly adjacent diode laser devices. The intermediate piece can consist of metal (for example stainless steel), ceramic (for example aluminum oxide) or plastic (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate), etc. The side legs of the intermediate piece 34 extend about 1 mm beyond the back end surface 23 the Wärmeleitgrundkörpers 21 ' out. The protruding ends of the side legs facilitate the arrangement of the diode laser components to the stack, by their position by the receiving them groove-shaped receiving recesses 44 in the coolant distribution plate 41 is given, which together with the coolant connection plate 42 the coolant supply and discharge device forms ( 4b ). The receiving recesses arranged in series in the coolant distribution plate in a row perpendicular to its longitudinal axis have alternately coolant supply passages in one side of the plate half 46a and in the other plate half drain-side coolant supply openings 46b on. The through the intermediate piece 34 provided coolant flow passage 37 on the inlet side allows the distribution of coolant via the inlet-side coolant supply openings 46a in the radiation emission arrangement 30 flows in, over as breakthroughs 27 trained cooling channels 26 two adjacent diode laser components 20 and the drainage side, the collection of coolant from the cooling channels of two adjacent diode laser components 20 , which via the drain-side coolant supply openings 46b from the radiation emission arrangement 30 escapes. An inlet and outlet side sealing of the coolant flow passages 37 opposite to the coolant supply and discharge device takes place via the same joining agent 33 / 33a in the same joining zones, with which the diode laser components are connected to each other.
Wiebeim vorangegangen dritten Ausführungsbeispiel existiertin der Strahlungsquelle50 nur eine Schar von Diodenlaserbauelementen20,die allesamt strömungstechnisch parallel durchflossen werden.Die Anzahl strömungstechnisch parallel durchflossener Gruppenist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente20;ihre Gruppenstärke ist eins.As in the previous third embodiment, the radiation source exists 50 just a bunch of diode laser devices 20 , which are all flowed through in parallel fluidically. The number of flow-parallel-running groups is identical to the number of diode laser components 20 ; her group strength is one.
Ineiner alternativen Variante der Strahlungsquelle des vierten Ausführungsbeispielsbesteht der Wärmeleitgrundkörper21' auseinem Silber-Diamant-Verbundwerkstoff, der elektrisch leitfähigist. Zur elektrischen Isolierung des Diodenlaserbauelementes und/oderzum Schutz vor elektrochemischer Korrosion gegenüber demKühlmittel sind die Öffnungen27 unddie sie umgebenden Dichtflächen – wie in der PatentschriftDE 10 2007 051 798B3 vorgeschlagen – mit einer anorganischen elektrischnicht leitfähigen Schutzschicht und/oder einer abschließenden Refraktärmetallschichtversehen.In an alternative variant of the radiation source of the fourth exemplary embodiment, there is the heat-conducting base body 21 ' made of a silver-diamond composite that is electrically conductive. For electrical isolation of the diode laser component and / or protection against electrochemical corrosion to the coolant are the openings 27 and the surrounding sealing surfaces - as in the patent DE 10 2007 051 798 B3 proposed - provided with an inorganic electrically non-conductive protective layer and / or a final refractory metal layer.
FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELFIFTH EMBODIMENT
Ineinem fünften Ausführungsbeispiel wird ein Wärmeleitkörper21 verwendet,der aus 5 Platten Kupfer von jeweils 0,25 μm Dicke zusammengesetzt ist,welche nach oberflächlicher Oxidierung mittels eutektischemBonden in einem DCB-Verfahren (”direct copper bonding”)verbunden wurden. In diesem Körper liegen drei Gruppenvon Kühlkanäle bildenden Ausnehmungen vor, diemit ihren Längsachsen parallel zur Abstrahlungsrichtungorientiert sind (5a,5b): Eineerste Gruppe von Kühlkanälen26 ist oberseitigin den Wärmeleitkörper21 eingebracht – besitztfolglich oberseitig erfindungsgemäße Öffnungen27 – undmündet rückwärtig, das heißtin der Abstrahlungsrichtung15 abgewandter Richtung, ineine oberseitige Ausnehmung, die in der Strahlungsquelle50 alszulaufseitige Kühlmittelspreizkammer48a oderablaufseitige Kühlmitteleinschnürungskammer48b Verwendungfindet (5c). Eine zweite Gruppe vonKühlkanälen26a ist symmetrisch zur erstenin die Unterseite des Wärmeleitkörpers21 eingebrachtund mündet ebenso wie die Kühlkanäleder ersten Gruppe rückwärtig in eine fürdie Kühlkanäle26a gemeinsame Ausnehmung.Zwischen benachbarten Kühlkanälen26,26a sindwärmeleitende Kühlrippen26',26'a ausgebildet,die erfindungsgemäße Wärmeaufnahmeflächen26* tragen.Eine dritte Gruppe von Kühlkanälen26b verbindetdie dem Wärmeaufnahmeabschnitt zugewandten Enden einandergegenüberliegender Kühlkanäle26 und26a derersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Kühlkanälen.Damit existiert eine Reihe von Durchbrüchen im Wärmeleitkörperdie von den frontseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle26 und26a derersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Kühlkanälen gemeinsammit den Kühlkanälen26b der dritten Gruppevon Kühlkanälen gebildet wird.In a fifth embodiment, a heat-conducting body 21 used, which is composed of 5 plates of copper, each 0.25 microns thick, which were connected after superficial oxidation by eutectic bonding in a direct copper bonding (DCB) method. In this body are three groups of cooling channel-forming recesses, which are oriented with their longitudinal axes parallel to the radiation direction ( 5a . 5b ): A first group of cooling channels 26 is on the upper side in the heat conducting body 21 introduced - thus has upper side openings according to the invention 27 - And flows backwards, that is in the direction of radiation 15 direction away, in a top-side recess, in the radiation source 50 as inflow-side coolant expansion chamber 48a or drain-side Kühlmittelseinschnürungskammer 48b Use finds ( 5c ). A second group of cooling channels 26a is symmetrical to the first in the bottom of the Wärmeleitkörpers 21 introduced and flows as well as the cooling channels of the first group backwards in one of the cooling channels 26a common recess. Between adjacent cooling channels 26 . 26a are heat-conducting cooling fins 26 ' . 26'a formed, the heat receiving surfaces according to the invention 26 * wear. A third group of cooling channels 26b connects the heat receiving portion facing ends of opposing cooling channels 26 and 26a the first group and the second group of cooling channels. Thus, there are a number of breakthroughs in the heat conducting body that of the front end portions of the cooling channels 26 and 26a the ers th group and the second group of cooling channels together with the cooling channels 26b the third group of cooling channels is formed.
ZurUnterbindung von elektrokorrosiven Effekten ist der Wärmeleitkörperan allen Flächen, die mit dem Kühlmittel in Berührungkommen, mit einer Schicht von diamantähnlichem Kohlenstoff(DLC, diamond-like carbon) beschichtet.toSuppression of electro-corrosive effects is the heat-conducting bodyon all surfaces that come into contact with the coolantcome with a layer of diamond-like carbonCoated (DLC, diamond-like carbon).
Einsich gegenüber der Kühlkanäle26b der drittenGruppe von Kühlkanälen in rückwärtigerRichtung zwischen den Kühlkanälen26 und26a derersten und der zweiten Gruppe von Kühlkanälenerstreckender Materialbereich ragt rückwärtig überden Bereich der den Kühlkanälen der ersten undzweiten Gruppe jeweils gemeinsamen Ausnehmungen hinaus, um als Federeiner Nut-Feder-Verbindung in die nutförmigen Aufnahmeausnehmung44 derKühlmittelverteilungsplatte41 einer zur Kühlmittelzu-und abführeinrichtung40 des zweiten Ausführungsbeispieles(2b) identischen Kühlmittelzu- und abführeinrichtung40 einzugreifen.A facing the cooling channels 26b the third group of cooling channels in the rearward direction between the cooling channels 26 and 26a The material region extending the first and the second group of cooling channels protrudes rearwardly beyond the region of the respective recesses common to the cooling channels of the first and second groups, as spring of a tongue and groove connection in the groove-shaped receiving recess 44 the coolant distribution plate 41 one to the coolant supply and removal device 40 of the second embodiment ( 2 B ) identical coolant supply and discharge device 40 intervene.
DieLaserdiodenbarren10 sind jeweils mit Indiumlot auf dieWärmeleitkörper21 aufgelötet.The laser diode bars 10 are each with indium solder on the heat-conducting body 21 soldered.
Diezwischen den Diodenlaserbauelementen20 in der Strahlungsquelle50 ausgebildetenKühlmittelfluss-passagen37 entsprechen in ihrerDicke etwa dem des Laserdiodenbarrens zuzüglich der elektrischleitfähigen Fügezone31 zur elektrischenVerbindung mit dem benachbarten Wärmeleitkörper21; dassind etwa 100 bis 200 μm. Es sind prinzipiell auch nochkleinere Abstände von etwa 10 μm möglich,die nur durch die Dicke der Fügezone des elektrisch isolierendenFügemittels32, welches U-förmig um denBereich der Kühlkanäle angeordnet ist, vorgegebenist, sofern der Laserdiodenbarren10 gegenüberder Oberseite des Wärmeleitkörpers21 in Stapel-/Dickenrichtung35 abgesetztangeordnet ist. Tatsächlich sollte die Dicke der Kühlmittelpassage zwischenden Diodenlaserbauelementen20 in diesem Ausführungsbeispielso klein wie möglich gehalten werden, damit Durchflussund Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels inden Kühlkanälen26 und26a maximalwerden.The between the diode laser devices 20 in the radiation source 50 trained coolant flow passages 37 their thickness correspond approximately to that of the laser diode bar plus the electrically conductive joining zone 31 for electrical connection with the adjacent Wärmeleitkörper 21 ; that is about 100 to 200 microns. In principle, even smaller distances of about 10 μm are possible, which are only possible by the thickness of the joining zone of the electrically insulating joining means 32 , which is arranged U-shaped around the region of the cooling channels, is predetermined, provided the laser diode bar 10 opposite the top of the heat conducting body 21 in stack / thickness direction 35 is arranged discontinuously. In fact, the thickness of the coolant passage should be between the diode laser devices 20 be kept as small as possible in this embodiment, thus flow and flow velocity of the coolant in the cooling channels 26 and 26a become maximum.
DieKühlmittelströmungsrichtungspfeile25 veranschaulichenden Verlauf des Kühlmittels, das sich von den zulaufseitigenKühlmittelführungsdurchbrüchen46a indie zulaufseitigen Kühlmittelspreizkammern48a ergießt,die als rückwärtige oberseitige beziehungsweiseunterseitige Ausnehmungen in den Wärmeleitkörpern21 zweierunmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelemente20 ausgebildetsind. In zwei parallelen Kühlmittelportionen durchströmtdas Kühlmittel sowohl die Kühlmittelflusspassage37 als auchdie Kühlkanäle26 und26a ineinander zugewandten Seiten unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen20,bevor sich der Kühlmittelstrom vollends teilt, indem jedeKühlmittelportion durch die durch die Kanäle26b derdritten Gruppen von Kanälen gebildeten Durchbrücheauf die gegenüberliegende Seite jedes der beströmtenDiodenlaserbauelemente20 tritt, um sich dort mit den Kühlmittelportionender jeweils nächst benachbarten Diodenlaserbauelemente20 zuvereinigen. In der Abstrahlungsrichtung15 entgegengesetztenRichtung fließt das Kühlmittel in Folge durchdie Kühlkanäle26/26a, die aufden Seiten der Diodenlaserbauelemente20 angeordnet sind,die denjenigen jener Kühlkanäle26a/26 gegenüberliegen,die zuvor in Abstrahlungsrichtung durchflossen wurden. Durch dieablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46b verlässtdas Kühlmittel den Diodenlaserstapel30, nachdemes zuvor in den ablaufseitigen Kühlmitteleinschnürungskammern48b,die als rückwärtige oberseitige beziehungsweiseunterseitige Ausnehmungen in den Wärmeleitkörpern21 zweierunmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelemente20 ausgebildetsind, austretend aus den Kühlkanälen26/26a gesammeltwurde.The coolant flow direction arrows 25 illustrate the flow of the coolant extending from the upstream coolant supply openings 46a in the inlet-side coolant expansion chambers 48a pours as the rear top or bottom recesses in the Wärmeleitkörpern 21 two immediately adjacent diode laser components 20 are formed. In two parallel coolant portions, the coolant flows through both the coolant flow passage 37 as well as the cooling channels 26 and 26a in sides facing each other immediately adjacent diode laser components 20 before the coolant flow completely divides by passing each portion of refrigerant through the channels 26b the third groups of channels formed on the opposite side of each of the flowed diode laser devices 20 occurs to there with the coolant portions of the next adjacent diode laser components 20 to unite. In the direction of radiation 15 opposite direction, the coolant flows in a row through the cooling channels 26 / 26a placed on the sides of the diode laser devices 20 are arranged, those of those cooling channels 26a / 26 opposite, which were previously traversed in the radiation direction. Through the drain-side coolant supply openings 46b the coolant leaves the diode laser stack 30 after being previously in the drain-side coolant constriction chambers 48b , as the rear upper side or lower side recesses in the Wärmeleitkörpern 21 two immediately adjacent diode laser components 20 are formed, emerging from the cooling channels 26 / 26a was collected.
Wiebei den vorangegangen dritten und vierten Ausführungsbeispielenexistiert in der Strahlungsquelle50 nur eine Schar vonDiodenlaserbauelementen20, die allesamt strömungstechnischparallel durchflossen werden. Die Anzahl strömungstechnischparallel durchflossener Gruppen ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente20;ihre Gruppenstärke ist eins. Der Unterschied gegenüber demdritten und vierten Ausführungsbeispielen besteht jedochdarin, dass in jedem Diodenlaserbauelement zwei Gruppen von Kühlkanälenvorliegen, die nicht parallel, sondern seriell durchflossen werden. Damitlässt sich gegenüber parallel durchflossenen Kühlkanäleneine höhere Strömungsgeschwindigkeit und folglichein verbesserter Wärmeübergang an den Wärmeabgabeflächen26* erzielen.Allerdings erhöht sich damit auf der Druckverlust gegenüberparallel durchflossenen Gruppen von Kühlkanälen.As in the foregoing third and fourth embodiments, there exists in the radiation source 50 just a bunch of diode laser devices 20 , which are all flowed through in parallel fluidically. The number of flow-parallel-running groups is identical to the number of diode laser components 20 ; her group strength is one. The difference with respect to the third and fourth embodiments, however, is that in each diode laser component there are two groups of cooling channels, which are not flowed through in parallel but serially. This allows a higher flow velocity and consequently an improved heat transfer at the heat delivery surfaces in comparison to cooling channels through which the cooling channels flow in parallel 26 * achieve. However, this increases the pressure loss compared to parallel groups of cooling channels.
SECHSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELSIXTH EMBODIMENT
Anstattkantenemittierende Laserdiodenbarrens ist die erfindungsgemäßeStrahlungsquelle im sechsten Ausführungsbeispiel weisendie Diodenlaserbauelemente20 Felder10 von oberflächenemittierendenLaserdioden auf, die jeweils monolithisch im Laserdiodenelementintegriert sind. Diese werden nachfolgend als VCSEL-Felder10 bezeichnet.Ein solches VCSEL-Feld10 ist in6a dargestellt,und zwar zusammen mit dem Wärmeleitkörper21,auf dem es montiert ist. Die schwarzen Punkte auf dem VCSEL-Feld10 deutendie einzelnen VCSEL-Emitter an, deren Gesamtheit das Feld bildet.Eine Metallisierung erstreckt sich strahlungsemissionsseitig über dieOberfläche des Feldes, wobei die VCSEL-Emitter von derMetallisierung ausgespart bleiben. Die Metallisierung ermöglichteine Stromverteilung über alle VCSEL-Emitter, deren Anordnunggegenüber dem Schwerpunkt des Laserdiodenelementes in einer erstenAchsrichtung versetzt liegt um auf einer Seite (rechts in6a)Platz für den Anschluss eines elektrischen Verbindungs-und/oder Kontaktelementes auf der Metallisierung bereitzustellen.Das Abstrahlungsrichtungssymbol15a deutet an, dass dieAbstrahlungsrichtung aus der Bildebene heraus auf den Betrachterzu orientiert ist.Instead of edge-emitting laser diode bars, the radiation source according to the invention in the sixth exemplary embodiment has the diode laser components 20 fields 10 of surface emitting laser diodes, which are each monolithically integrated in the laser diode element. These are hereafter referred to as VCSEL fields 10 designated. Such a VCSEL field 10 is in 6a shown, together with the Wärmeleitkörper 21 on which it is mounted. The black dots on the VCSEL field 10 indicate the individual VCSEL emitters whose entirety forms the field. A metallization extends on the emission side over the surface of the field, with the VCSEL emitter left out from the metallization. The Metal Lisierung allows a current distribution over all VCSEL emitter whose arrangement is offset from the center of gravity of the laser diode element in a first axial direction to one side (right in 6a ) Provide space for the connection of an electrical connection and / or contact element on the metallization. The radiation direction symbol 15a indicates that the direction of radiation from the image plane is oriented towards the viewer.
DerWärmeleitkörper21 besteht aus zwei Bauteilen:Einen Kühlrippenkörper und einem Kupfer-Aluminiumnitrid-Kupfer-Schichtkörper,dessen dem VCSEL-Feld10 zugewandte, erste Kupferschicht28 einenstrahlungsreflexionsseitigen elektrischen Kontakt für dasVCSEL-Feld10 bildet. Das VCSEL-Feld10 ist gegenüberdem Schwerpunkt der Kupferschicht28 in der ersten Achsrichtungentgegensetzt zu der Richtung des Versatzes der VCSEL-Emitter imFeld versetzt, um auf der Kupferschicht Platz für den Anschlusseines elektrischen Verbindungs- und/oder Kontaktelementes auf der Metallisierungbereitzustellen.The heat-conducting body 21 consists of two components: a cooling fin body and a copper-aluminum nitride-copper composite, of which the VCSEL field 10 facing, first copper layer 28 a radiation reflection side electrical contact for the VCSEL field 10 forms. The VCSEL field 10 is opposite to the center of gravity of the copper layer 28 offset in the first axial direction opposite to the direction of displacement of the VCSEL emitter in the field to provide space on the copper layer for connection of an electrical connection and / or contact element to the metallization.
DerKühlrippenkörper ist an der in6a nichtsichtbaren, zweiten Kupferschicht angelötet, die auf derdem VCSEL-Feld10 abgewandten Seite der Aluminiumnitridschichtbefestigt ist, und weist eine Vielzahl von länglichen Kühlrippen26' quadratischen Querschnittsauf, die sich senkrecht zum Querschnitt bezüglich des Schichtkörpersin vom VCSEL-Feld10 abgewandter Richtung erstrecken undzwischen denen Kühlkanäle26 ausgebildetsind.The cooling fin body is at the in 6a invisible, second copper layer soldered on the the VCSEL field 10 fixed to the opposite side of the aluminum nitride layer, and has a plurality of elongated cooling fins 26 ' square cross section, which is perpendicular to the cross section with respect to the laminated body in from the VCSEL field 10 extend in the opposite direction and between which cooling channels 26 are formed.
DieStrahlungsemissionsanordnung ist als Diodenlaserfeld30 ausgebildet,dessen Diodenlaserbauelemente20 in zwei Benachbarungsrichtungen35 und36 feldartigangeordnet sind (6b). Zur lagegenauen Fixierungder Diodenlaserbauelemente20 dient eine Deckplatte43,in deren Durchbrüche die Diodenlaserbauelemente seitensihrer Kühlrippenkörper eingeführt sind.In der Ansicht von6b sieht der Betrachter in Abstrahlungsrichtung15a auf dieUnterseite der Deckplatte43 und die Kühlrippenkörperentgegen der Richtung aus der die Diodenlaserbauelemente in dieDurchbrüche der Deckplatte43 eingeführtwurden. Auf der gegenüberliegenden, nicht sichtbaren Seiteder Deckplatte besteht um jeden Durchbruch ein dichtende Verbindungder Oberseite der Deckplatte43 mit einem den Kühlrippenkörperumlaufenden Randbereich der zweiten Kupferschicht.The radiation emission device is a diode laser field 30 formed, the diode laser components 20 in two directions 35 and 36 are arranged like a field ( 6b ). For positionally accurate fixation of the diode laser components 20 serves a cover plate 43 in whose openings the diode laser components are introduced by their cooling fin body. In the view of 6b the viewer sees in the direction of radiation 15a on the underside of the cover plate 43 and the cooling fin body against the direction from which the diode laser devices in the openings of the cover plate 43 were introduced. On the opposite, invisible side of the cover plate is around each breakthrough a sealing connection of the top of the cover plate 43 with an edge region of the second copper layer surrounding the cooling fin body.
Zwischenden Kühlrippenkörpern benachbarter Diodenlaserbauelementebestehen erfindungsgemäße Kühlmittelflusspassagen37,die von Kühlmittel aus den an den äußerenKühlrippen bestehenden erfindungsgemäßen Öffnungengespeist werden beziehungsweise Kühlmittel an die Zwischenräumeder Kühlrippen einspeisen.Coolant flow passages according to the invention exist between the cooling rib bodies of adjacent diode laser components 37 , which are fed by coolant from the existing on the outer fins ribs according to the invention openings or feed coolant to the interstices of the cooling fins.
Desweiteren ist zu erkennen, dass die vier Eckbereiche der quadratischenKühlrippenanordnung im Kühlrippenkörpervon Kühlrippen ausgespart sind, ebenso wie der Zentralbereichdes Kühlrippenkörpers. Diese kühlrippenfreienBereiche dienen der Sammlung beziehungsweise Verteilung des Kühlmittelsaus beziehungsweise in vier Hauptrichtungen im Kühlrippenkörperselbst oder an den Eckstosspunkten zwischen vier Kühlrippenkörpernvon über Eck benachbarten Diodenlaserbauelementen20.Furthermore, it can be seen that the four corner regions of the square cooling fin arrangement are recessed in the cooling fin body of cooling fins, as well as the central region of the cooling fin body. These cooling rib-free areas serve to collect or distribute the coolant from or in four main directions in the cooling fin body itself or at the corner points between four cooling rib bodies of diode laser components which are adjacent over the corner 20 ,
Eingebrachtbeziehungsweise abgeführt aus diesen kühlmittelfreienBereichen wird das Kühlmittel über die zulaufseitigenKühlmittelführungsdurchbrüche46a beziehungsweisedie ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46b einerKühlmittelverteilungsplatte, von der in6c dieOberseite und in6d die Unterseite zu sehen ist. Überin die Unterseite der Kühlmittelverteilungsplatte als Nuteneingebrachte zulaufseitige Kühlmittelverteilungskanäle47a wirddas Kühlmittel auf die zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46a verteilt; überin die Unterseite der Kühlmittelverteilungsplatte als Nuten eingebrachteablaufseitige Kühlmittelverteilungskanäle47a wirddas Kühlmittel aus die ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46b gesammelt. BeideGruppen von Kühlmittelführungskanälen47a und47b sindan einander gegenüberliegenden Enden jeweils an einen länglichenDurchbruch47'a beziehungsweise47'b angeschlossen,der sich über die Enden jeweils einer Gruppe erstrecktund das Kühlmittel auf sie zulaufseitig verteilt beziehungsweiseablaufseitig sammelt.Introduced or discharged from these coolant-free areas, the coolant through the inlet-side coolant supply breakthroughs 46a or the drain-side coolant supply openings 46b a coolant distribution plate of which in 6c the top and in 6d the bottom can be seen. About introduced in the bottom of the coolant distribution plate as grooves inlet side coolant distribution channels 47a the coolant is applied to the upstream side coolant supply openings 46a distributed; via drainage-side coolant distribution channels introduced into the underside of the coolant distribution plate as grooves 47a the coolant is out of the drain-side coolant supply openings 46b collected. Both groups of coolant ducts 47a and 47b are at opposite ends of each at an elongated breakthrough 47'a respectively 47'b connected, which extends over the ends of each group and collects the coolant on their inlet side or collects the drain side.
Einenicht sichtbare Abschlussplatte verschließt die Kühlmittelverteilungsplatte41 unterseitig zurBildung einer erfindungsgemäßen Kühlmittelzu- undabführeinrichtung, die durch den6e dargestelltenzulaufseitigen Kühlmittelanschluss42a und ablaufseitigenKühlmittelanschluss42b vervollständigtwird, indem diese dichtend an der Oberseite der Kühlmittelverteilungsplatte41,die Kühlmittelführungskanäle47'a und47'b verschließend,befestigt werden. Oberseitig tragen die Kühlmittelanschlüsse42a und42b alsMetallplatten ausgebildete elektrische Anschlusselemente39a und39b,deren Funktion mit Blick auf den Diodenlaser als Strahlungsquelle50 in6f deutlichwird: In ihr sind die Unterseite der Deckplatte43 desDiodenlaserfeld30 und Oberseite der Kühlmittelverteilungsplatte41 stoffschlüssig undkühlmitteldicht miteinander verbunden. Die VCSEL-Felder10 sindim Diodenlaserfeld30 elektrisch seriell miteinander überelektrische Verbindungselemente verschaltet, die sich in jeder Reihevon VCSEL-Feldern jeweils von der strahlungsemissionsseitigen Metallisierungdes VCSEL-Feldes10 eines ersten Diodenlaserbauelementes20 zuder Kupferschicht28 eines dem ersten Diodenlaserbauelement20 benachbartenDiodenlaserbauelementes erstreckt und diese elektrisch leitend stoffschlüssig kontaktiert.Benachbarte Reihen von VCSEL-Feldern sind über elektrischeVerbindungszwischenelemente29a und29a, die alsMetallschichten auf die Oberseiten der Kühlmittelanschlüsse42a und42b aufgebrachtsind, miteinander elektrisch in Reihe verbunden. Die elektrischeKette von VCSEL-Feldern wird anoden- und kathodenseitig durch diebereits erwähnten elektrischen Anschlusselemente39a und39b terminiert.An invisible end plate closes the coolant distribution plate 41 underside to form a Kühlmittelzu- and discharge device according to the invention, which by the 6e shown on the inlet side coolant connection 42a and drain side coolant connection 42b is completed by sealing this at the top of the coolant distribution plate 41 , the coolant supply channels 47'a and 47'b closing, be attached. The coolant connections are on the top side 42a and 42b designed as metal plates electrical connection elements 39a and 39b , whose function with regard to the diode laser as a radiation source 50 in 6f becomes clear: In it are the underside of the cover plate 43 of the diode laser field 30 and top of the coolant distribution plate 41 cohesively and coolant tightly connected. The VCSEL fields 10 are in the diode laser field 30 electrically connected in series with each other via electrical connection elements, which in each row of VCSEL fields in each case from the radiation emission side metallization of the VCSEL field 10 a first diode laser component 20 to the copper layer 28 one of the first diode laser device 20 adjacent diode laser component extends and contacted electrically conductive cohesively. Adjacent rows of VCSEL arrays are via intermediate electrical interconnect elements 29a and 29a , which act as metal layers on the tops of the coolant connections 42a and 42b are applied to each other electrically connected in series. The electrical chain of VCSEL fields is anode and cathode side by the already mentioned electrical connection elements 39a and 39b terminated.
Strömungstechnischbesteht bei dieser zweidimensionalen Feldanordnung von Diodenlaserbauelementendie Situation, dass das Kühlmittel, welches jeweils mittigin die jeweiligen Kühlrippenkörper eingebrachtwird, in vier Kühlmittelportionen zerfällt, vonder sich jede jeweils an einer der vier Ecken des Kühlrippenkörpersmit den drei Kühlmittelportionen vereinigt, die aus denKühlrippenkörpern stammen, die in dem betreffendenVereinigungsbereich eine Ecke besitzen.fluidicallyconsists of this two-dimensional array of diode laser devicesthe situation that the coolant, each centeredintroduced into the respective fin bodyis divided into four coolant portions ofeach at each of the four corners of the fin bodyunited with the three portions of coolant, which from theFinned bodies come in the relevantUnion area have a corner.
Wiebei den vorangegangen dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispielenexistiert in der Strahlungsquelle50 nur eine Schar vonDiodenlaserbauelementen20, die allesamt strömungstechnisch paralleldurchflossen werden. Die Anzahl strömungstechnisch paralleldurchflossener Gruppen ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente20; ihreGruppenstärke ist eins.As in the foregoing third, fourth and fifth embodiments, there exists in the radiation source 50 just a bunch of diode laser devices 20 , which are all flowed through in parallel fluidically. The number of flow-parallel-running groups is identical to the number of diode laser components 20 ; her group strength is one.
Miteiner solchen Strahlungsquelle50 wird eine hohe optischeLeistung in hervorragender optische Qualität auf einergroßen, nahezu kontinuierlich leuchtenden Flächebereitgestellt. Die beschriebenen Komponenten dieser Strahlungsquellelassen sich in ihrer Anzahl skalieren, so dass Lichtemissionstafelnvon mehreren Quadratmetern Größe herstellbar sind.With such a radiation source 50 For example, high optical performance of excellent optical quality is provided on a large, nearly continuous, luminous surface. The described components of this radiation source can be scaled in number, so that light emission panels of several square meters in size can be produced.
EinAnwendungsbeispiel zeigt6g miteiner erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung60 zurMaterialbehandlung. Dabei wird die aus dem Diodenlaser50 austretendeStrahlung, deren Strahlungs richtung anhand der Pfeile15 gekennzeichnet ist, übereine Teleskopanordnung zunächst mittels einer Zerstreuungsoptik61a divergiertund mittels einer Sammeloptik kollimiert. Sie trifft im aufgeweiteten Zustandals paralleles Strahlenbündel auf ein auf einem Träger64 gelagertesWerkstück65, das durch zumindest teilweise Absorptionder Strahlung einen zumindest oberflächlichen stofflichenVeränderungsprozess durchläuft. Ein Beispiel fürein solches Werkstück ist eine eine amorphe Siliziumschichttragende Glasplatte, wobei die amorphe Siliziumschicht durch Tempernin eine polykristalline Schicht umgewandelt wird, beispielsweiseim Herstellungsprozess von Dünnschichttransistoren (TFTs).An application example shows 6g with an irradiation device according to the invention 60 for material treatment. It will be the diode laser 50 emerging radiation whose direction of radiation using the arrows 15 is characterized, via a telescope arrangement, first by means of a diverging optical system 61a diverged and collimated by means of a collection optic. It meets in the expanded state as a parallel beam on a on a support 64 stored workpiece 65 which undergoes an at least superficial material change process by at least partial absorption of the radiation. An example of such a workpiece is a glass plate carrying an amorphous silicon layer, wherein the amorphous silicon layer is transformed into a polycrystalline layer by annealing, for example, in the manufacturing process of thin film transistors (TFTs).
Optikmittelzur Homogenisierung der Intensitätsverteilung des Strahlenbündelskönnen bei Bedarf in den Strahlengang eingebracht werden.optical meansfor homogenizing the intensity distribution of the beamcan be introduced into the beam path if required.
SIEBTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELSEVENTH EMBODIMENT
Dassiebte Ausführungsbeispiel weist für kantenemittierendeLaserdiodenbarren als Laserdiodenbauelemente10 gegenüberden Ausführungsbeispielen eins bis fünf den Unterschiedauf, dass die erfindungsgemäße Benachbarungsrichtung – dasheißt die Richtung, in die die erfindungsgemäßen Öffnungen27 weisenund in der die erfindungsgemäßen Kühlmittelflusspassagenzwischen den Diodenlaserbauelementen bestehen – nicht dieStapelrichtung35/35a ist, sondern die Reihenrichtung36/36a.Zum Unterschied zwischen Reihen und Stapelrichtung bei kantenemittierendeHalbleiterbauelementen wird auf die Erfindungsbeschreibung verwiesen.The seventh embodiment has edge emitting laser diode bars as laser diode devices 10 compared to the embodiments one to five on the difference that the invention Nachachbarrichtung - that is, the direction in which the openings according to the invention 27 and in which the coolant flow passages according to the invention exist between the diode laser components - not the stacking direction 35 / 35a is, but the row direction 36 / 36a , For the difference between rows and stacking direction in edge-emitting semiconductor devices, reference is made to the description of the invention.
Gleichwohlhandelt es sich bei dem siebten Ausführungsbeispiel umeine Strahlungsquelle50 mit einem Diodenlaserfeld30 vonmehreren Diodenlaserstapeln, die nebeneinander in Reihe angeordnet sind.Nevertheless, the seventh embodiment is a radiation source 50 with a diode laser field 30 of several diode laser stacks arranged side by side in series.
EinDiodenlaserbauelement20 dieser Diodenlaserstapel ist in7a dargestellt.Der Wärmeleitkörper21 ist aus vier SchichtenKupfer im DCB-Verfahren (siehe fünftes Ausführungsbeispiel) hergestellt.Die Schichtdicken betragen in Reihenfolge von unten nach oben inDickenrichtung 0,3 mm, 0,2 mm, 0,2 mm und 0,3 mm. Der Wärmeleitkörper besitztein U-Form, wobei der Mittelschenkel die Wärmeaufnahmeflächeumfasst, auf der der Laserdiodenbarren10 mit Indiumlotaufgelötet ist. Die Seitenschenkel erstrecken sich entgegender Abstrahlungsrichtung in Wärmeleitrichtung parallelzueinander und belassen zwischen ihnen einen keilförmigenZwischenraum48a, der von der Rückseite des Wärmeleitkörpersin Abstrahlungsrichtung spitz zuläuft und eine Kühlmittelspreizkammerbildet. Die vom Zwischenraum abgewandten linken und rechten Seitenflächen22/22a desWärmeleitkörpers verlaufen im Bereich der Seitenschenkelunter einem Winkel von 15° geneigt zur Abstrahlungsrichtungin der Weise, dass jeder Seitenschenkel in der Draufsicht die Form einessich in Wärmeleitrichtung verjüngenden Trapezesannimmt.A diode laser device 20 this diode laser stack is in 7a shown. The heat-conducting body 21 is made of four layers of copper by the DCB method (see fifth embodiment). The layer thicknesses are in order from bottom to top in the thickness direction 0.3 mm, 0.2 mm, 0.2 mm and 0.3 mm. The Wärmeleitkörper has a U-shape, wherein the center leg includes the heat receiving surface on which the laser diode bar 10 soldered with indium solder. The side limbs extend parallel to one another in the direction of heat conduction in the direction of radiation and leave a wedge-shaped intermediate space between them 48a which tapers from the rear side of the heat conduction body in the emission direction and forms a Kühlmittelspreizkammer. The left and right side surfaces facing away from the gap 22 / 22a of the Wärmeleitkörpers extend in the region of the side legs at an angle of 15 ° inclined to the emission direction in such a way that each side leg in plan view assumes the shape of a tapered in heat conduction trapezoid.
JederSeitenschenkel besitzt eine Vielzahl von Kühlkanälen26/26a,die sich vom Zwischenraum zu den geneigten Seitenflächenerstrecken, wodurch zwischen den Kühlkanälen26/26a Kühlrippen26'/26'a.vorliegenden, über deren Wandflächen26* dieWärme an ein durch die Kühlkanäle fließendes Kühlmittelabgegeben wird. Die erfindungsgemäßen Öffnungen27/27a derKühlkanäle26/26a liegen auf derlinken Seitenfläche22 beziehungsweise rechten Seitenfläche22a derSeitenschenkel, wobei die Öffnungen27a in7a aufder rechten Seitenfläche22a nicht bezeichnetsind, weil sie nicht sichtbar sind.Each side leg has a variety of cooling channels 26 / 26a which extend from the intermediate space to the inclined side surfaces, whereby between the cooling channels 26 / 26a cooling fins 26 ' / 26'a , present, over the wall surfaces 26 * the heat is given off to a coolant flowing through the cooling channels. The openings according to the invention 27 / 27a the cooling channels 26 / 26a lie on the left side surface 22 or right side surface 22a the side legs, the Öff calculations 27a in 7a on the right side surface 22a are not designated because they are not visible.
DieDiodendiodenlaserbauelemente20 werden zu einem Diodenlaserstapelin einer Stapelrichtung35 miteinander verbunden, wobeijeweils den Diodenlaserbauelementen20 abgewandte Kontaktflächender Laserdiodenbarren10 über einen elektrischleitfähigen Klebstoff mit dem Wärmeleitkörper21 einesunmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementes20 verbundensind, so dass die Diodenlaserbauelemente20 eines Stapeluntereinander elektrisch seriell verschaltet sind (7b).Die Wärmeleitkörper21 sind abseits derWärmeaufnahmefläche, sprich abseits vom Laserdiodenbarren,jeweils über einen elektrisch nicht leitfähigenKlebstoff32 mit dem Wärmeleitkörper21 einesunmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementes20 flächigstoffschlüssig verbunden und bilden gegenüberdem Kühlmittel die erfindungsgemäße Dichtungaus. Der oberste Wärmeleitkörper21 imStapel trägt keinen Laserdiodenbarren10, sonderndient nur zum kühlungstechnischen Abschluss und elektrischenAbschluss des Diodenlaserstapels.The diode diode laser components 20 become a diode laser stack in a stacking direction 35 connected to each other, wherein in each case the diode laser components 20 remote contact surfaces of the laser diode bars 10 via an electrically conductive adhesive with the heat-conducting body 21 an immediately adjacent diode laser device 20 are connected, so that the diode laser components 20 of a stack are interconnected electrically in series ( 7b ). The heat conducting body 21 are away from the heat receiving surface, ie away from the laser diode bar, each with an electrically non-conductive adhesive 32 with the heat-conducting body 21 an immediately adjacent diode laser device 20 surface cohesively connected and form the seal of the invention over the coolant. The uppermost heat-conducting body 21 in the stack does not carry a laser diode bar 10 but serves only for the cooling-technical termination and electrical termination of the diode laser stack.
MehrereDiodenlaserstapel werden weiterhin einer Reihe in Reihenrichtung36/36a nebeneinander angeordnet(7c,7f). Ein elektrisch nicht leitfähigerKlebstoff32a verbindet zwei benachbarte Diodenlaserstapelstoffschlüssig, in dem er den Bereich zwischen den Wärmeaufnahmeabschnittenbenachbarter Wärmeleitkörper21 dichtendgegenüber dem Kühlmittel überbrückt.Die Bereiche zwischen den Wärmeabgabeabschnitten benachbarterWärmeleitkörper bleiben frei und bilden die erfindungsgemäße Kühlmittelflusspassage37 aus.Durch die Neigung der Seitenflächen, sind sie ebenso keilförmigund in Abstrahlungsrichtung spitz zulaufend ausgebildet wie dieSeitenschenkelzwischenräume der Wärmeleitkörper.Diese Form ermöglicht eine druckverlustarme Kühlmittelverteilungin beziehungsweise Kühlmittelsammlung aus den Kühlkanälen26 und26a desDiodenlaserfeldes30. Deckplatten43 und43a sindober- beziehungsweise unterseitig des Diodenlaserfeldes30 angebracht,tragen zu einem Einschluss des Kühlmittels in der Strahlungsquelle50 beiund stellen eine elektrischen Serien- oder Parallelverschaltungder Diodenlaserstapel bereit sowie elektrische Anschlüssefür das Diodenlaserfeld30, welche nicht explizit dargestelltsind.Several diode laser stacks continue to be in a row in the row direction 36 / 36a arranged side by side ( 7c . 7f ). An electrically non-conductive adhesive 32a connects two adjacent diode laser stacks materially, in which he the area between the heat receiving portions of adjacent Wärmeleitkörper 21 bridged sealingly against the coolant. The regions between the heat-dissipating sections of adjacent heat-conducting bodies remain free and form the coolant-flow passage according to the invention 37 out. Due to the inclination of the side surfaces, they are also wedge-shaped and tapered in the direction of radiation formed as the side leg intermediate spaces of the heat conducting body. This form allows a low-loss coolant distribution in or coolant collection from the cooling channels 26 and 26a of the diode laser field 30 , cover plates 43 and 43a are upper or lower side of the diode laser field 30 attached, contribute to the inclusion of the coolant in the radiation source 50 at and provide an electrical series or parallel connection of the diode laser stack ready and electrical connections for the diode laser field 30 , which are not explicitly shown.
DerKühlmittelfluss in der Strahlungsquelle50 erfolgtin der Weise, dass das Kühlmittel über die Kühlmittelzu-und abführeinrichtung40, dargestellt in7d,in die Kühlmittelverteilungskammern48 eingebrachtwird, die durch die Zwischenräume48 der Seitenschenkelder Wärmeleitkörper21 gebildet werden(7f). Von dort aus verzweigen sich zwei Kühlmittelportionenin entgegengesetzten Richtungen parallel zur Reihenrichtung36/36a indie Kühlkanäle26 und26a jedesWärmeleitkörpers21. Auf der den Zwischenräumen48 gegenüberliegendenSeiten treten die Kühlmittelportionen aus den Kühlkanälen26 und26a ausund vereinigen sich in den Kühlmittelflusspassagen37 mitden Kühlmittelportionen aus den Diodenlaserbauelementen20 desjeweils benachbarten Diodenlaserstapels. Über die Kühlmittelzu-und abführeinrichtung40 verlässt dasKühlmittel das Diodenlaserfeld30. Da überdie elektrisch leitfähigen Wärmeleitkörper21 einelektrisches Potential an vom Kühlmittel benetzten Oberflächenvorhanden ist, welches stufenweise von Diodenlaserbauelement20 zuDiodenlaserbauelement20 in Schritten des Spannungsabfalls überdem pn-Übergang des Laserdiodenbarren variiert, wird alsKühlmittel Wasser verwendet, welches nur eine geringe elektrischeLeitfähigkeit von 5 μS/cm besitzt.The coolant flow in the radiation source 50 takes place in such a way that the coolant via the coolant supply and discharge device 40 represented in 7d into the coolant distribution chambers 48 is introduced by the spaces between them 48 the side legs of the heat-conducting body 21 be formed ( 7f ). From there, two portions of coolant branch off in opposite directions parallel to the row direction 36 / 36a in the cooling channels 26 and 26a every heat-conducting body 21 , On the interstices 48 opposite sides, the coolant portions emerge from the cooling channels 26 and 26a out and unite in the coolant flow passages 37 with the coolant portions from the diode laser components 20 of the respectively adjacent diode laser stack. About the coolant supply and discharge device 40 the coolant leaves the diode laser field 30 , Because of the electrically conductive heat conducting body 21 there is an electrical potential on surfaces wetted by the coolant, which is stepped by diode laser device 20 to diode laser device 20 In steps of the voltage drop across the pn junction of the laser diode bar varies, is used as the coolant water, which has only a low electrical conductivity of 5 μS / cm.
DieKühlmittelzu- und abführeinrichtung40 bestehtaus einer Kühlmittelverteilungsplatte41 und einerKühlmittelanschlussplatte42. In der Oberseite derKühlmittelverteilungsplatte sind in Reihenrichtung abwechselndzulaufseitige Kühlmittelspreiznuten45a und ablaufseitigeKühlmitteleinschnürungsnuten45b eingebracht,deren Längsachsen in Plattenebene parallel zueinander undsenkrecht zur Reihenrichtung liegen. Von den unterseitig in dieKühlmittelverteilungsplatte eingebrachten Kühlmittelführungsdurchbrüche46a und46b sindzulaufseitige (46a) in einer ersten Hälfte derKühlmittelverteilungsplatte41 angeordnet undstehen mit den zulaufseitigen Kühlmittelspreiznuten45a Verbindungund ablaufseitige (46b) in der zweiten Hälfte,wobei sie mit den ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnuten45b inVerbindung stehen (7e).The coolant supply and discharge device 40 consists of a coolant distribution plate 41 and a coolant connection plate 42 , In the upper side of the coolant distribution plate, there are alternately inlet-side coolant expansion grooves in the row direction 45a and drain side Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b introduced, the longitudinal axes in the plane of the plate parallel to each other and perpendicular to the row direction. From the lower side introduced into the coolant distribution plate coolant guide breakthroughs 46a and 46b are upstream ( 46a ) in a first half of the coolant distribution plate 41 arranged and are with the inlet-side Kühlmittelspreiznuten 45a Connection and expiration ( 46b ) in the second half, communicating with the drain-side coolant constriction grooves 45b keep in touch ( 7e ).
DenKühlmittelführungsdurchbrüchen46a und46b aufder den Kühlmittelführungsnuten45a und46a abgewandtenSeite gegenüberliegende Kühlmittelführungskanäle47a und47b inder Kühlmittelanschlussplatte42 dienen dem zulaufseitig demVerteilen von Kühlmittel auf die zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche46a undablaufseitig dem Sammeln von Kühlmittel aus den ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen46b.The coolant supply breakthroughs 46a and 46b on the coolant guide grooves 45a and 46a opposite side opposite coolant guide channels 47a and 47b in the coolant connection plate 42 serve the inlet side of the distribution of coolant to the inlet-side coolant supply openings 46a and the drain side of the collection of coolant from the drain-side coolant guide openings 46b ,
Wiebei den vorangegangen dritten bis sechsten Ausführungsbeispielenexistiert in der Strahlungsquelle50 nur eine Schar vonDiodenlaserbauelementen20, die allesamt strömungstechnisch paralleldurchflossen werden. Die Anzahl strömungstechnisch paralleldurchflossener Gruppen ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente20; ihreGruppenstärke ist eins.As in the foregoing third to sixth embodiments, there exists in the radiation source 50 just a bunch of diode laser devices 20 , which are all flowed through in parallel fluidically. The number of flow-parallel-running groups is identical to the number of diode laser components 20 ; her group strength is one.
ACHTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELEighth Embodiment
Dasachte Ausführungsbeispiel betrifft eine Ausbildungsformder erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, in derdie Anordnungsrichtung der Halbleiterbaugruppen20 nichtsenkrecht zur Abstrahlungsrichtung angeordnet ist, wie das in densieben vorangegangen Ausführungsbeispielen der Fall ist, sondern – baugruppenweise – paralleldazu. Eine solche Anordnung wird beispielsweise dann möglich, wenndie Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente – indiesem Fall kantenemittierende Laserdiodenbarren10 – nichtnur in Abstrahlungsrichtung, sondern auch senkrecht dazu versetztangeordnet sind, so dass ein Laserdiodenbauelement nicht im Strahlengangeines anderen steht (8e,8f).The eighth embodiment relates to an embodiment of the radiation source according to the invention, in which the arrangement direction of the half conductor assemblies 20 is not arranged perpendicular to the radiation direction, as is the case in the seven preceding embodiments, but - in groups - parallel to it. Such an arrangement is possible, for example, when the radiation-emitting semiconductor components - in this case edge-emitting laser diode bars 10 Are arranged offset not only in the direction of radiation, but also perpendicular thereto, so that a laser diode component is not in the beam path of another ( 8e . 8f ).
Alternativkönnen natürlich strahlumlenkende Optiken verwendetwerden, um bei einem fehlenden Versatz senkrecht zur Abstrahlungsrichtung15 dieemittierten Strahlenbündel in eine Richtung umzulenken,in der ihnen kein Laserdiodenbarren10 oder Diodenlaserbauelement20 imWeg ist. Derartige strahlumlenkende Optiken können sowohlim Laserdiodenelement als auch im Wärmeleitkörperintegriert oder angebracht sein, wobei im Resultat eine Abstrahlungsrichtungvorliegt die, senkrecht zur Anordnungsrichtung vorliegt, so wiees im sechsten Ausführungsbeispiel der Fall ist.Alternatively, of course, beam deflecting optics can be used to provide a missing offset perpendicular to the direction of radiation 15 to redirect the emitted beams in one direction, in which no laser diode bar 10 or diode laser device 20 is in the way. Such beam-deflecting optics can be integrated or mounted both in the laser diode element and in the heat-conducting body, with the result being a radiation direction which is perpendicular to the arrangement direction, as is the case in the sixth exemplary embodiment.
Imvorliegenden Ausführungsbeispiel liegt keine Strahlumlenkungvor, und die Diodenlaserbauelemente20 – und mitihnen die Laserdiodenbarren10 – sind in einerNormalenrichtung der Kontaktflächen des Laserdiodenbarrensbauelementweise so zueinander versetzt, dass in Abstrahlungsrichtung15 dieStrahlungsausbreitung auf der optischen Achse nicht behindert ist.Die Anordnung der Diodenlaserbauelemente20 und mit ihnenderjenige der Laserdiodenbarren10 in beziehungsweise entgegender Abstrahlungsrichtung15 erfolgt in einer Tiefenrichtung36b vonhintereinander angeordneten Diodenlaserbauelementen20.Dabei ist der Versatz der Laserdiodenbarren senkrecht zur Tiefenrichtungkleiner als der in Tiefenrichtung36b, so dass ein hochbrillantes Strahlungsfeldvon der Strahlungsquelle emittiert wird. Beispielsweise ist derVersatz von Diodenlaserbauelementen20 in dieser Diodenlaseranordnungin Tiefenrichtung 2 mm und senkrecht dazu 0,5 mm.In the present embodiment, there is no beam deflection, and the diode laser components 20 - and with them the laser diode bars 10 - Are in a normal direction of the contact surfaces of the laser diode bar component so offset from one another that in the radiation direction 15 the radiation propagation on the optical axis is not hindered. The arrangement of the diode laser components 20 and with them the one of the laser diode bars 10 in or against the radiation direction 15 takes place in a depth direction 36b of successively arranged diode laser components 20 , The offset of the laser diode bars perpendicular to the depth direction is smaller than that in the depth direction 36b such that a high brilliance radiation field is emitted from the radiation source. For example, the offset is from diode laser devices 20 in this diode laser array in the depth direction 2 mm and perpendicular thereto 0.5 mm.
Damitergibt sich im übrigen eine Mehrzahl von parallel zueinanderversetzten Anordnungsrichtungen, von der jede einem Diodenlaserbauelement zugeordnetist. In einer dazu alternativen Betrachtungsweise existiert nureine, die Diodenlaseranordnung übergreifende, Anordnungsrichtung,die um 14° (dem Arcustangens des Verhältnissesaus Versatz in Normalenrichtung und Tiefenrichtung) gegenüberder Abstrahlungsrichtung15 geneigt ist.This results in the rest, a plurality of mutually parallel arrangement directions, each of which is associated with a diode laser component. In an alternative consideration, there is only one direction of arrangement, spanning the diode laser array, that is 14 ° (the arc tangent of the ratio of normal and depth direction offset) to the direction of emission 15 is inclined.
OptischeKollimationsmittel, die vor jedem Laserdiodenbarren angeordnet seinkönnen, eignen sich für eine Kollimation der Strahlung,die verhindert, dass andernfalls divergente Strahlenbündelabschnitteauf in Abstrahlungsrichtung15 angeordnete Diodenlaserbauelemente20 treffen.Bezüglich einer derartigen optischen Anordnung und ihrenWeiterbildungen wird auf die OffenlegungsschriftWO 2007 061509 A2 verwiesen.Optical collimation means, which can be arranged in front of each laser diode bar, are suitable for collimation of the radiation, which prevents otherwise divergent beam sections in the emission direction 15 arranged diode laser components 20 to meet. With respect to such an optical arrangement and its developments is on the publication WO 2007 061509 A2 directed.
DasDiodenlaserbauelement dieses Ausführungsbeispiels weisteinen plattenförmigen Wärmeleitkörper21 auf,der aus einem Verbundwerkstoff von Kohlenstoffnanofasern und Kupferbesteht (8a). Die Wärmeaufnahmefläche,die als Montagefläche für den Laserdiodenbarren10 dient,ist auf einer frontseitigen Endfläche23a, diegegenüber der Plattenoberseite22 um 90° geneigtist, angeordnet. Der Laserdiodenbarren ist an der Kante zur Plattenunterseiteseitens seiner ersten elektrischen Kontaktfläche mittelseines Gold-Zinn-Lotes auf die Wärmeaufnahmefläche21 aufgelötet.Die Abstrahlungsrichtung15 weist in Richtung der Unterseitennormalen desWärmeleitkörpers21. Ausnehmungen26 erstreckensich oberseitig, Ausnehmungen26a unterseitig, ausgehendvon der der frontseitigen Endfläche23a gegenüberliegendenrückseitigen Endfläche zu etwa zwei Dritteln derLänge der Wärmesenke in Abstrahlungsrichtung15 (8a,8f).Sie wurden mittels eine Metallkreissäge in den Wärmeleitkörper21 eingebracht.Die unterseitigen Kühlkanäle26a enden instrahlungsemissionsseitiger Richtung15 in einem um denVersatz in Stapelrichtung von 0,5 mm größerenAbstand von der frontseitigen Endfläche23a des Wärmeleitkörper21 alsdie oberseitigen Kühlkanäle26a. Oberseitigund unterseitig weisen die als Kühlkanäle26 und26a fungierendenAusnehmungen die erfindungsgemäßen Öffnungen27 und27a (letztere, daauf der Unterseite gelegen, in8a nichtsichtbar und nicht bezeichnet) auf, über die das Kühlmittel ineinen Freiraum zwischen unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen20 tretenkann. Ein auf der dem Wärmeleitkörper21 abgewandten,zweiten elektrischen Kontaktfläche ebenfalls mit einem Gold-Zinn-Lotbefestigtes elektrisches Anschlusselement29 ist als Kupfer-Molybdän-Verbundmetallblech L-förmigausgebildet, wobei die Außenseite des längerenSchenkels die Kontaktfläche gegenüber dem Laserdiodenbarren10 beinhaltet.The diode laser component of this embodiment has a plate-shaped heat conducting body 21 consisting of a composite of carbon nanofibers and copper ( 8a ). The heat receiving surface, which serves as a mounting surface for the laser diode bar 10 serves, is on a front end surface 23a facing the top of the panel 22 is inclined by 90 °, arranged. The laser diode bar is at the edge to the underside of the plate side of its first electrical contact surface by means of a gold-tin solder on the heat receiving surface 21 soldered. The direction of radiation 15 points in the direction of the underside normal of the Wärmeleitkörpers 21 , recesses 26 extend on top, recesses 26a on the underside, starting from the front end surface 23a about two thirds of the length of the heat sink in the radiation direction opposite rear end surface 15 ( 8a . 8f ). They were made by means of a metal circular saw in the heat-conducting body 21 brought in. The lower side cooling channels 26a end in radiation emission side direction 15 in a by the offset in the stacking direction of 0.5 mm greater distance from the front end surface 23a of the heat conducting body 21 as the topside cooling channels 26a , The upper and lower sides have as cooling channels 26 and 26a acting recesses openings of the invention 27 and 27a (the latter being located at the bottom, in 8a not visible and not labeled) on which the coolant into a space between immediately adjacent diode laser devices 20 can occur. One on the heat conduction body 21 remote, second electrical contact surface also secured with a gold-tin solder electrical connection element 29 is formed as a copper-molybdenum-composite metal sheet L-shaped, wherein the outer side of the longer leg, the contact surface with respect to the laser diode bar 10 includes.
Zwischenzwei in der Diodenlaseranordnung benachbarten Diodenlaserbauelementenist jeweils ein Zwischenstück34 vorgesehen, dasseine längliche Öffnung37 aufweist, diegegenüber den frontseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle26 ander Oberseite22 des Wärmeleitkörperspositioniert werden. Eine längliche Ausnehmung in der rückwärtigenEndfläche des Zwischenstücks34 ist gegenüberden rückseitigen Endabschnitten der Kühlkanäleangeordnet und dient als Kühlmittelführungskammer48. DieOberseite22 des Wärmeleitkörpers21 dientzwischen den strahlungsemissionsseitigen Endabschnitten der Öffnungen27 alserfindungsgemäße Dichtfläche, wobei dasZwischenstück34 seinen Teil zur Dichtung beiträgt. Überbeidseitig auf das Zwischenstück aufgetragene, nicht bezeichnete Klebstoffschichtensind jeweils zwei benachbarte Diodenlaserbauelemente miteinanderstoffschlüssig verbunden.Between two diode laser components adjacent in the diode laser arrangement, there is one intermediate piece in each case 34 provided that an elongated opening 37 facing the front end portions of the cooling channels 26 at the top 22 be positioned of the heat conducting body. An elongate recess in the rear end surface of the intermediate piece 34 is disposed opposite to the rear end portions of the cooling channels and serves as a coolant guiding chamber 48 , The top 22 the Wärmeleitkörpers 21 serves between the radiation emission side end portions of the openings 27 as a sealing surface according to the invention, wherein the intermediate piece 34 contributes his part to the seal. On both sides on the Intermediate piece applied, not designated adhesive layers are each two adjacent diode laser components connected to each other cohesively.
EinFreiraum an der Rückseite zwischen zwei über dieEnden der Kanäle26,26a hervorstehendenSeitenabschnitten des Wärmeleitkörpers21 gestattetzulaufseitig einen Durchtritt des Kühlmittels von der Oberseiteauf die Unterseite des Wärmeleitkörpers und ablaufseitigeinen Durchtritt des Kühlmittels von der Unterseite aufdie Oberseite des Wärmeleitkörpers21.A space at the back between two over the ends of the channels 26 . 26a protruding side portions of the Wärmeleitkörpers 21 allowed on the inlet side a passage of the coolant from the top to the bottom of the heat conducting body and the outlet side a passage of the coolant from the bottom to the top of the heat conducting body 21 ,
EineKühlmittelverteilungseinheit41a komplettiertzusammen mit der Diodenlaseranordnung die Strahlungsquelle50.Sie ist in8c in Frontansicht, in8d inRückansicht, in8e inSchrägansicht und in8f inQuerschnittsansicht dargestellt und ist auf der der Diodenlaseranordnungzugewandten Seite stufenförmig ausgebildet und auf der derDiodenlaseranordnung abgewandten Seite rampenförmig. GestrichelteLinien in8d,8e und8f deutenan, dass die Kühlmittelverteilungseinheit41a ausuntereinander flächig verbundenen Platten aus elektrischnicht leitfähigem Material – beispielsweise LTC-(low-temperatureco-fired)-Keramik – besteht, deren Anzahl der der Stufenzuzüglich eins entspricht, auf der die Diodenlaserbauelemente20 seitensihre rückwärtigen Endfläche angeordnetsind. Auf der Ebene jeder Stufe bestehen in der Platte der nachfolgenddarüber gelegenen Stufe abwechselnd zulaufseitige Kühlmittelspreiznuten45a undablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnuten45b,die auf der der Diodenlaseranordnung zugewandten Seite über dievolle Erstreckungsbreite der Kühlkanäle26 der Wärmeleitkörperausgedehnt sind und auf der Diodenlaseranordnung abgewandten Seiteauf Nuten von knapp der Hälfte dieser Breite beschränktsind, wobei dort zulaufseitige Einlässe und ablaufseitige Auslässein verschiedenen Hälften der Kühlmittelverteilungseinheit41a angeordnetsind und sich jeweils zur Vergrößerung des Kanalquerschnittsin den Kühlmittelflusspfaden abschnittsweise überzwei Platten erstrecken, in denen das Kühlmittel in einemDiodenlaserbauelement20 zulaufseitig in zwei Portionen aufgeteiltwird oder ablaufseitig aus zwei Portionen vereinigt wird.A coolant distribution unit 41a completes the radiation source together with the diode laser array 50 , she is in 8c in front view, in 8d in rear view, in 8e in oblique view and in 8f shown in cross-sectional view and is stepped on the diode laser array side facing and ramped on the side facing away from the diode laser array side. Dashed lines in 8d . 8e and 8f indicate that the coolant distribution unit 41a consists of plates connected to each other surface of electrically non-conductive material - for example, LTC (low-temperature co-fired) ceramic - whose number corresponds to the stages plus one on which the diode laser components 20 are arranged by their rear end surface. At the level of each stage, there are alternately inlet-side coolant expansion grooves in the plate of the next step above 45a and drain side Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b , on the diode laser array side facing the full extension width of the cooling channels 26 the Wärmeleitkörper are extended and on the side facing away from the diode laser array on grooves of almost half of this width are limited, where there inflow-side inlets and outflow-side outlets in different halves of the coolant distribution unit 41a are arranged and in each case extend to increase the channel cross section in the coolant flow paths in sections via two plates, in which the coolant in a diode laser component 20 is divided into two portions on the inlet side or is combined on the outlet side from two portions.
Inder Diodenlaseranordnung kontaktiert das elektrische Verbindungselement29 seitensseiner Außenfläche am kürzen Schenkelder L-Form den elektrisch leitfähigen Wärmeleitkörperdes in Reihenrichtung35 benachbarten Diodenlaserbauelementes unterseitig,wodurch die fünf vorhandenen Diodenlaserbauelemente elektrischin Reihe geschaltet sind. Die Diodenlaseranordnung begrenzende Wärmeleitkörper21 mitdem höchsten und dem niedrigsten elektrischen Potentialdienen sowohl als kühlungs-/strömungstechnischerAbschluss als auch als elektrischer Anschluss, der füreine Stromquelle durch an den äußeren Wärmeleitkörpern21 befestigtenelektrischen Anschlusselementen39a und39b bereitgestelltwird.In the diode laser arrangement, the electrical connection element contacts 29 on the part of its outer surface on the shorter leg of the L-shape, the electrically conductive heat-conducting body of the row direction 35 adjacent diode laser component lower side, whereby the five existing diode laser components are electrically connected in series. The diode laser arrangement limiting heat conducting body 21 with the highest and the lowest electric potential serve both as a cooling / fluidic termination as well as an electrical connection, which is for a power source through at the outer Wärmeleitkörpern 21 fixed electrical connection elements 39a and 39b provided.
Derströmungstechnische Verlauf des Kühlmittels siehtzulaufseitig eine Kühlmitteltrennung in zwei parallel fließendeKühlmittelportionen vor, die ober- und unterseitig dieKühlkanäle26 und26a von Wärmeleitkörpern21 einerersten Schar von Diodenlaserbauelementen20 beströmen,anschließend in zwei einander entgegengesetzten Richtungendurch die Kühlmittelpassagen37 der anliegendenZwischenstücke34 in die ober- beziehungsweiseunterseitigen Kühlkanäle26 und26a zweierunmittelbar benachbarter Wärmeleitkörpern21 einerzweiten Schar von Diodenlaserbauelementen20 eintritt. Nachdem Durchströmen dieser Kühlkanäle vereinigensich die Kühlmittelportionen im rückwärtigen Freiraumder Wärmeleitkörper mit den Kühlmittelportionen,die aus den beiden, dem Diodenlaserbauelement der ersten Schar vonDiodenlaserbauelementen übernächst benachbarten,Diodenlaserbauelementen der ersten Schar von Diodenlaserbauelementenstammen.The flow-related course of the coolant provides on the inlet side a coolant separation into two parallel-flowing coolant portions, the upper and lower sides of the cooling channels 26 and 26a of Wärmeleitkörpern 21 a first family of diode laser devices 20 then flow in two opposite directions through the coolant passages 37 the adjacent intermediate pieces 34 in the top or bottom cooling channels 26 and 26a two immediately adjacent Wärmeleitkörpern 21 a second family of diode laser devices 20 entry. After flowing through these cooling channels, the coolant portions unite in the rearward free space of the heat conducting body with the coolant portions, which originate from the two, the diode laser component of the first family of diode laser components next adjacent, diode laser components of the first family of diode laser components.
DerKühlmittelflussverlauf durch die Diodenlaserbauelemente20 derStrahlungsquelle50 ist damit strömungstechnischprinzipiell identisch zu denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiel:Es existieren zwei seriell durchflossene Scharen von Diodenlaserbauelementen20,die in, in Benachbarungsrichtung nebeneinander angeordnete, strömungstechnischparallel durchflossene Gruppen von je zwei Diodenlaserbauelementen20 aufgeteiltsind, wobei im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielendie Benachbarungsrichtung nicht die Stapelrichtung, sondern dieReihenrichtung ist.The coolant flow path through the diode laser components 20 the radiation source 50 is thus fundamentally identical in terms of flow to those of the first and second embodiments: There are two serially traversed flocks of diode laser components 20 , which in, in the direction of adjacency juxtaposed, flow-parallel through-flow groups of two diode laser components 20 are divided, wherein, in contrast to the first two embodiments, the neighboring direction is not the stacking direction, but the row direction.
NEUNTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELNINTH EMBODIMENT
DieStrahlungsquelle50 des neunten Ausführungsbeispielsweist als Laserdiodenelement einen Laserdiodenchip10 auf,dessen Breite kleiner ist als seine Resonatorlänge. BeiLaserdiodenbarren ist es aufgrund der Nebeneinanderanordnung einer Vielzahlvon optisch unabhängig voneinander betreibbaren Emitternin Breitenrichtung umgekehrt. Die besagten Laserdiodenchips könneneinige Emitter in Breitenrichtung verteilt nebeneinander aufweisen.Beispielweise vier oder zwei. In diesem Fall weist der Laserdiodenchip10 nureinen Emitter von 100 μm Breite auf. Seine Breite ist 400 μm,seine (Resonator-)Länge 4 mm. Er ist zur Bildung einesDiodenlaserbauelementes20 auf die Metallisierung28 einesWärmeleitkörpers21 gelötet,die sich von der Mitte der Oberseite des Wärmeleitkörpersbandartig über die zur Abstrahlungsrichtung15 orientierte Frontseiteauf die Unterseite des plattenförmigen Wärmeleitkörpers21 erstrecktund dort spiegelsymmetrisch zur Oberseite angeordnet ist (9a).Der Wärmeaufnahmeabschnitt erstreckt sich in Projektiondes Laserdiodenchips senkrecht zur Plattenoberseite durch den Wärmeleitkörper21.Beiderseits links und rechts des Wärmeaufnahmeabschnittssind in Breitenrichtung senkrecht zur Abstrahlungsrichtung Ausnehmungen26,26a eingebracht,von der sich eine erste Gruppe als Kühlkanäle26 inder in Abstrahlungsrichtung15 gesehen rechten Wärmeleitkörperhälftevon der rechten Seitenfläche des Wärmeleitkörpers21 bisauf etwa 0,5 mm an den Wärmeaufnahmeabschnitt heran undvon der Oberseite zur Unterseite erstreckt eine zweite Gruppe alsKühlkanäle26a in der in Abstrahlungsrichtung15 gesehen linkenWärmeleitkörperhälfte von der linkenSeitenfläche des Wärmeleitkörpers21 bisauf etwa 0,5 mm an den Wärmeaufnahmeabschnitt heran undvon der Oberseite zur Unterseite erstreckt. Es existieren somitzwei einander entgegengesetzte Wärmeleitrichtungen in Breitenrichtung.The radiation source 50 of the ninth embodiment has a laser diode chip as a laser diode chip 10 whose width is smaller than its resonator length. In laser diode bars, it is reversed in the width direction due to the juxtaposition of a plurality of optically independently operable emitters. Said laser diode chips may have some emitters distributed side by side in the width direction. For example, four or two. In this case, the laser diode chip 10 only an emitter of 100 microns wide. Its width is 400 μm, its (resonator) length 4 mm. It is for forming a diode laser device 20 on the metallization 28 a Wärmeleitkörpers 21 soldered, extending from the middle of the top of the Wärmeleitkörpers tape-like over the direction of radiation 15 oriented front on the underside of the plate-shaped heat conducting body 21 extends and there mirror metric to the top ( 9a ). The heat receiving portion extends in projection of the laser diode chip perpendicular to the top of the plate through the heat conducting body 21 , On both sides left and right of the heat receiving portion are recesses in the width direction perpendicular to the radiation direction 26 . 26a introduced, from which a first group as cooling channels 26 in the direction of radiation 15 Seen right heat-conducting half of the right side surface of the Wärmeleitkörpers 21 up to about 0.5 mm to the heat receiving portion and from the top to the bottom extends a second group as cooling channels 26a in the direction of radiation 15 Seen left heat conduction half of the left side surface of the Wärmeleitkörpers 21 up to about 0.5 mm on the heat receiving portion and extends from the top to the bottom. There are thus two opposing heat conduction directions in the width direction.
Zwischenden Kühlkanälen26 und26a sind durchden Materialbestand des Wärmeleitkörpers Kühlrippen26' und26'a ausgebildet,deren einander zugewandte Oberflächen Wärmeabgabeflächenim erfindungsgemäßen Sinne aufweisen. Es existieren somitzwei einander entgegengesetzte Wärmeleitrichtungen in BreitenrichtungBetween the cooling channels 26 and 26a are due to the material inventory of Wärmeleitkörpers cooling fins 26 ' and 26'a formed, whose mutually facing surfaces heat transfer surfaces in the inventive sense. There are thus two opposing heat conduction directions in the width direction
EinDiodenlaserstapel30 wird durch Übereinanderstapelnin Stapelrichtung35 von Diodenlaserbauelementen20 erzielt,wobei zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen20 jeweilszwei U-förmige Zwischenstücke angeordnet sind,welche über beidseitig angeordnete Fügezonen miteinander gegenüberliegenden Diodenlaserbauelementen20 stoffschlüssigverbunden ist (9b). Damit ist der Diodenlaserstapel30 eine stoffschlüssigeEinheit, wobei die von der oberseitigen Metallisierungsschicht28 abgewandte,zweite Kontaktfläche Die U-förmige Zwischenstückesind in der jeweiligen Wärmeleitrichtung zu den Seitenflächender Wärmeleitkörper21 hin geöffnet,wobei zwischen den Seitenschenkeln der Zwischenstücke die erfindungsgemäßenKühlmittelflusspassagen37 vorliegen. Der im Diodenlaserstapel30 obersteWärmeleitkörper21 trägt keinenLaserdiodenchip10, sondern dient zum kühlmitteltechnischenund elektrischen Abschluss des Diodenlaserstapels30, wobei andem oberseitigen Abschnitt der Metallisierung28 ein ersteselektrisches Anschlusselement39a befestigt ist. An demunterseitigen Abschnitt der Metallisierung des im Diodenlaserstapeluntersten Diodenlaserbauelementes20 ist ein zweites, zumersten elektrischen Anschlusselement39a gegenpoliges,zweites elektrisches Anschlusselement39b befestigt.A diode laser stack 30 is by stacking in the stacking direction 35 of diode laser devices 20 achieved, wherein between two directly adjacent diode laser components 20 in each case two U-shaped intermediate pieces are arranged, which on both sides arranged joining zones with opposite diode laser components 20 is integrally connected ( 9b ). This is the diode laser stack 30 a cohesive unit, wherein the top of the metallization layer 28 remote, second contact surface The U-shaped intermediate pieces are in the respective heat conduction direction to the side surfaces of the heat conducting body 21 open, wherein between the side legs of the intermediate pieces, the coolant flow passages according to the invention 37 available. The one in the diode laser stack 30 top heat-conducting body 21 does not carry a laser diode chip 10 but serves for the coolant technical and electrical termination of the diode laser stack 30 , wherein at the top-side portion of the metallization 28 a first electrical connection element 39a is attached. At the lower side portion of the metallization of the diode laser stack lowest in the diode laser stack 20 is a second, to the first electrical connection element 39a opposite pole, second electrical connection element 39b attached.
ZurVervollständigung der erfindungsgemäßenStrahlungsquelle50 sind an der linken und rechten Seitedes Diodenlaserstapels30 jeweils eine Kühlmittelzu-und – abführeinrichtung befestigt (9c),deren Komponenten – namentlich die Kühlmittelverteilungsplatte41 unddie Kühlmittelanschlussplatte42 – in3c dargestelltsind, so dass zu deren Erklärung auf die Beschreibung desdritten Ausführungsbeispiels verwiesen wird.To complete the radiation source according to the invention 50 are on the left and right sides of the diode laser stack 30 each a coolant supply and - removal device attached ( 9c ), their components - namely the coolant distribution plate 41 and the coolant connection plate 42 - in 3c are shown, so that reference is made to their explanation to the description of the third embodiment.
In9c nichtsichtbare obere und untere Abdeckplatten verschließen denDiodenlaserstapel30 gegenüber Kühlmittelaustritt.In 9c invisible upper and lower cover plates seal the diode laser stack 30 opposite coolant outlet.
DerStrömungsfluss erfolgt dabei links und rechts zulaufseitigin eine erste Schar von den als Kühlmittelpassagen37 ausgebildetenZwischenräumen hinein und sich in zwei Kühlmittelportionenverzweigend in die Kühlkanäle26 beziehungsweise26a zweierunmittelbar benachbarter Diodenlaserbauelemente20. Ablaufseitigsammeln sich die Kühlmittelportionen aus den Kühlkanälen26 beziehungsweise26a zweierunmittelbar benachbarter Diodenlaserbauelemente20 in einerzweiten Schar von den als Kühlmittelpassagen37 ausgebildetenZwischenräumen, die gegenüber der ersten Scharvon Zwischenräumen um den Mittenabstand zwischen zwei unmittelbarbenachbarten Diodenlaserbauelementen20 versetzt ist. Es existiertsomit – wie im vierten Ausführungsbeispiel – nureine Schar von Diodenlaserbauelementen20, die allesamtströmungstechnisch parallel durchflossen werden.The flow flow takes place here left and right inlet side into a first group of the as coolant passages 37 trained interstices into and branching into two coolant portions in the cooling channels 26 respectively 26a two immediately adjacent diode laser components 20 , On the drain side, the coolant portions collect from the cooling channels 26 respectively 26a two immediately adjacent diode laser components 20 in a second group of the as coolant passages 37 formed gaps, which are opposite to the first set of gaps by the pitch between two immediately adjacent diode laser devices 20 is offset. It thus exists - as in the fourth embodiment - only a bevy of diode laser devices 20 , which are all flowed through in parallel fluidically.
Ineiner nicht dargestellten Abwandlung des neunten Ausführungsbeispielesist das Zwischenstück34 nicht U-förmig,sondern rechteckig ausgebildet und besitzt einen schlitzförmigenDurchbruch auf der dem Wärmeaufnahmeabschnitt zugewandten Seite,welcher als Kühlmittelflusspassage fungiert. In diesemFall erfolgt der Strömungsfluss links und rechts zulaufseitigin die Kühlkanäle26 und26a einer erstenSchar von Diodenlaserbauelementen20 und sich in zwei Kühlmittelportionenverzweigend in die schlitzförmigen Durchbrüchein den bezüglich der jeweiligen Diodenlaserbauelemente20 einandergegenüberliegenden Zwischenstücken. Ablaufseitig sammelnsich die Kühlmittelportionen in den Kühlkanälen26 beziehungsweise26a vonDiodenlaserbauelementen20 einer zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen20,die gegenüber der ersten Schar von Diodenlaserbauelementen20 umden Mittenabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen20 versetztist.In a modification, not shown, of the ninth embodiment, the intermediate piece 34 not U-shaped, but rectangular and has a slot-shaped opening on the heat receiving portion side facing, which acts as a coolant flow passage. In this case, the flow on the left and right takes place on the inlet side in the cooling channels 26 and 26a a first family of diode laser devices 20 and branched into two coolant portions in the slot-shaped openings in the respect to the respective diode laser components 20 opposite intermediate pieces. On the drain side, the coolant portions collect in the cooling channels 26 respectively 26a of diode laser devices 20 a second family of diode laser devices 20 facing the first set of diode laser devices 20 around the center distance between two directly adjacent diode laser devices 20 is offset.
Indiesem Fall existieren – wie im zweiten Ausführungsbeispiel – zweiseriell durchflossene Scharen von Diodenlaserbauelementen20,die in in Stapelrichtung nebeneinander angeordnete, strömungstechnischparallel durchflossene Gruppen von je zwei Diodenlaserbauelementen20 aufgeteiltsind.In this case, as in the second embodiment, there are two sets of diode laser components flowing through in series 20 , which in the stacking direction side by side, flow-parallel through-flow groups of two diode laser components 20 are divided.
ZEHNTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELTENTH EMBODIMENT
ImGegensatz zum neunten Ausführungsbeispiel sieht das Diodenlaserbauelement20 derStrahlungsquelle50 des zehnten Ausführungsbeispiels nureine Gruppe von Kühlkanälen26 im Wärmeleitkörper21 vor,welche in nur einer Wärmeleitrichtung senkrecht zur Abstrahlungsrichtung15 undparallel zur Oberseite22 angeordnet sind (10a). Der den Laserdiodenchip10 tragendeWärmeaufnahmeabschnitt besitzt in den zwei Hauptrichtungensenkrecht zur Wärmeleitrichtung – der Dickenrichtungund der Längsrichtung – einen größerenQuerschnitt als der die Kühlkanäle26 beziehungsweiseKühlrippen aufweisende Wärmeabgabeabschnitt amstufenartigen Übergang vom Wärmeaufnahme- zumWärmeabgabeabschnitt ist eine den Wärmeleitkörperumlaufende Dichtfläche ausgebildet, deren Normale in Wärmeleitrichtungorientiert ist. Eine Metallisierung28 erstreckt sich aufdem Wärmeaufnahmeabschnitt von der Oberseite22,auf der der Laserdiodenchip montiert ist, über eine Seitenflächeauf die Unterseite des Wärmeleitkörpers21,wobei die Seitenfläche auf der dem Wärmeabgabeabschnittabgewandten Seite des Wärmeaufnahmeabschnitts angeordnetist.In contrast to the ninth embodiment sees the diode laser device 20 the radiation source 50 of the tenth embodiment only a group of cooling channels 26 in the heat conducting body 21 which, in only one heat conduction direction perpendicular to the radiation direction 15 and parallel to the top 22 are arranged ( 10a ). The the laser diode chip 10 supporting heat receiving portion has in the two main directions perpendicular to the heat conduction - the thickness direction and the longitudinal direction - a larger cross-section than that of the cooling channels 26 or cooling fins having heat dissipation section at the step-like transition from the heat absorption to the heat-emitting portion is formed a heat conducting body circumferential sealing surface whose normal is oriented in heat conduction. A metallization 28 extends on the heat receiving portion from the top 22 , on which the laser diode chip is mounted, via a side surface on the underside of the Wärmeleitkörpers 21 wherein the side surface is arranged on the side facing away from the heat-emitting portion of the heat receiving portion.
Inder Strahlungsquelle50 sind die Diodenlaserelemente20 übereinanderin Stapelrichtung35 parallel zur Oberseitennormalen desWärmeleitkörper angeordnet, wobei elektrischeVerbindungselemente29 den elektrischen Kontakt zwischender oberseitigen Kontaktfläche12 des Laserdiodenchips10 unddem unterseitigen Abschnitt der Metallisierung28 einesbenachbarten Diodenlaserelementes über elektrisch leitfähigeFügemittel (nicht dargestellt) vermitteln (10b). Die Kühlmittelzu- und abführeinrichtungbesteht aus den Komponenten der Deckplatte43, der Kühlmittelverteilungseinheit41a undder Kühlmittelanschlussplatte, zu deren Darstellung auf1d undzu deren die Beschreibung auf diejenige des ersten Ausführungsbeispielsverwiesen wird.In the radiation source 50 are the diode laser elements 20 one above the other in the stacking direction 35 arranged parallel to the top normal of the heat conducting body, wherein electrical connecting elements 29 the electrical contact between the top contact surface 12 of the laser diode chip 10 and the underside portion of the metallization 28 an adjacent diode laser element via electrically conductive joining means (not shown) mediate ( 10b ). The coolant supply and discharge device consists of the components of the cover plate 43 , the coolant distribution unit 41a and the coolant connection plate, for their representation 1d and to which the description is directed to that of the first embodiment.
Analogder Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels sind dieWärmeabgabeschnitte durch die Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchein der Deckplatte43 geführt und in den Aufnahmeausnehmungender Kühlmittelverteilungseinheit41a angeordnet.Eine Dichtung erfolgt zwischen den Dichtflächen der Wärmeleitkörperund der Oberseite der Deckplatte an den die Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrücheumgebenden Bereichen. Der Kühlmittelfluss erfolgt analogdem des ersten Ausführungsbeispiels durch zwei serielldurchflossene Scharen von Diodenlaserelementen, die jeweils strömungstechnischparallel durchflossen werden.Analogous to the arrangement of the first embodiment, the heat release cuts through the Wärmeleitkörperaufnahedurchbrüche in the cover plate 43 guided and in the receiving recesses of the coolant distribution unit 41a arranged. A seal is made between the sealing surfaces of the heat conducting body and the top of the cover plate at the areas surrounding the Wärmeleitkörperaufnahetrurchbrüche. The coolant flow is analogous to that of the first embodiment by two serially flowed flocks of diode laser elements, which are each flowed through in parallel flow.
ELFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELELEVENTH EMBODIMENT
Daselfte Ausführungsbeispiel betrifft einen erfindungsgemäßenphotovoltaischen Strahlungsempfänger50' als Konversionseinheit(11b) photovoltaischen Generator. Er weist einfeldartige Solarmodulanordnung30' von Solarmodulen20' auf, vondenen eines in11a dargestellt ist und welchein zwei Anordnungsrichtungen – in Stapelrichtung36 undReihenrichtung36 – angeordnet sind. Das Solarmodul20' weisteinen Wärmeleitkörper21 auf, der auseinen Kupfer-Aluminiumnitrid-Kupfer-Schichtkörper und einemKühlrippenkörper mit Kühlrippen26',zwischen denen Kühlkanäle26 vorliegenund die senkrecht zur Schichtenebene von dem Schichtkörperweggerichtet sind. Die von dem Kühlrippenkörperabgewandte Kupferschicht28 des Schichtkörpersdient als Montage und Wärmeaufnahmefläche derSolarzelle10', die das Sonnenlicht zumindest teilweiseabsorbiert. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Tandem-Solarzelle10' auf Galliumarsenid-Basisvon der auf ihrer der Strahlungseinfallsrichtung15'a zugewandtenSeite die p-Bus-Bar-Struktur der oberseitigen elektrischen Kontaktmetallisierungzu erkennen ist. In einer alternativen Ausführung ist dieSolarzelle10' eine Tripel-Stapel-Solarzelle auf Germanium-Basis.Vor der Integration der Solarmodule20' zum photovoltaischenStrahlungsempfänger50' wird jedes einzelne Solarmodul20' ineinem Solarsimulator getestet. Dazu wird es seitens seiner Kühlrippenin einen Kühlmittelkreislauf integriert und an der derKupferschicht28 gegenüberliegenden Kupferschichtgegenüber dem Kühlmittelkreislauf abgedichtet,beispielsweise kraftschlüssig über eine Silikonfolie.Die Bestrahlung der Solarzelle10' des Solarmoduls20' erfolgtmit einer Xenon-Hochdrucklampe. Die Aufnahme der Strom-Spannungs-Charakteristikführt zur Generator-Kennlinie als Beurteilungsmaßstabfür die Güte des Solarmoduls20'. Einetestweise Erhöhung der Bestrahlungsstärke gegenüberder Bestrahlungsstärke im photovoltaischen Strahlungsempfängervermittelt eine Zuverlässigkeitsaussage zum betreffenden Solarmodul20'.The eleventh embodiment relates to a photovoltaic radiation receiver according to the invention 50 ' as conversion unit ( 11b ) photovoltaic generator. It has a field-like solar module arrangement 30 ' of solar modules 20 ' one of which is in 11a is shown and which in two arrangement directions - in the stacking direction 36 and row direction 36 - are arranged. The solar module 20 ' has a heat-conducting body 21 consisting of a copper-aluminum nitride-copper composite body and a fin body with cooling fins 26 ' , between which cooling channels 26 are present and directed away from the laminate perpendicular to the layer plane of the laminate. The remote from the fin body copper layer 28 of the laminated body serves as a mounting and heat receiving surface of the solar cell 10 ' that at least partially absorbs sunlight. In the present case, it is a tandem solar cell 10 ' gallium arsenide based on the radiation incident direction 15'a facing side, the p-bus bar structure of the top electrical contact metallization can be seen. In an alternative embodiment, the solar cell 10 ' a triple pile solar cell based on germanium. Before the integration of the solar modules 20 ' to the photovoltaic radiation receiver 50 ' becomes every single solar module 20 ' tested in a solar simulator. For this purpose, it is integrated by its cooling fins in a coolant circuit and at the copper layer 28 sealed opposite copper layer relative to the coolant circuit, for example, frictionally via a silicone film. The irradiation of the solar cell 10 ' of the solar module 20 ' done with a xenon high pressure lamp. The recording of the current-voltage characteristic leads to the generator characteristic as a yardstick for the quality of the solar module 20 ' , A test increase in the irradiance relative to the irradiance in the photovoltaic radiation receiver provides a reliability statement for the relevant solar module 20 ' ,
DieAnordnung der Solarmodule20' im photovoltaischen Strahlungsempfänger50' entspricht denender Diodenlaserelemente20 in der Strahlungsquelle50 dessechsten Ausführungsbeispiels, einschließlichder angeschlossenen Kühlmittelzu- und abführeinrichtung,zu der auf die6b bis6f mitder dazugehörigen Beschreibung verwiesen wird.The arrangement of the solar modules 20 ' in the photovoltaic radiation receiver 50 ' corresponds to those of the diode laser elements 20 in the radiation source 50 of the sixth embodiment, including the connected coolant supply and discharge device to which the 6b to 6f with the corresponding description is referenced.
DieSolarzellen sind dabei erfindungsgemäß derarteng benachbart angeordnet, dass ein Füllfaktor von größerals 90% von Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandelnderFläche erreicht wird.TheSolar cells are according to the invention in such a wayarranged closely adjacent to that, a fill factor of greateras 90% of radiant energy converting to electrical energyArea is reached.
Derphotovoltaische Strahlungsempfänger50' wird einenSolarkonzentrator60' integriert, dessen dem Stand derSonne nachgeführte Einheit aus Strahlungsempfänger50',Ausleger62 und Konkavspiegel61 auf einem imBoden verankerten Stativ63 gelagert ist (11c). Der Konkavspiegel61 konzentriertdie parallel einfallenden Sonnenstrahlen auf den photovoltaischeStrahlungsempfänger50', der an einem dem Konkavspiegel61 abgewandtenEnde des Auslegers62 befestigt ist. Für den vorliegenden Strahlungsempfänger50' treffenaufgrund der ebenen Anordnung der Solarzellen10' die Sonnenstrahlen15' ausverschiedenen, gegenüber der Normale der Empfangsflächengeneigten Richtungen auf die Solarzellen10'. In einerbevorzugten Weiterbildung ist die Anordnung der Solarmodule20' imStrahlungsempfänger50' nicht eben sondern konvex.Dadurch wird für alle Solarzellen10' ein im wesentlichen senkrechterLichteinfall erreicht.The photovoltaic radiation receiver 50 ' becomes a solar concentrator 60 ' integrated, the sun tracking unit from radiation receiver 50 ' , Boom 62 and concave mirror 61 on a tripod anchored in the ground 63 is stored ( 11c ). The concave mirror 61 concentrates the parallel incident sunrays on the photovoltaic radiation receiver 50 ' standing at a concave mirror 61 opposite end of the boom 62 is attached. For the present radiation receiver 50 ' meet due to the planar arrangement of the solar cells 10 ' the sunrays 15 ' from different, with respect to the normal of the receiving surfaces inclined directions to the solar cells 10 ' , In a preferred embodiment, the arrangement of the solar modules 20 ' in the radiation receiver 50 ' not flat but convex. This will work for all solar cells 10 ' achieved a substantially vertical light.
Vorteilhaftan dieser einfach konzentrierenden Solaranlage gegenüberden mit vielfach konzentrierenden Fresnel-Linsen-Feldern ausgestatteten Anordnungenist die Verwendung eines sehr viel kleineren und kompakteren Strahlungsempfängers.Der erfindungsgemäße Strahlungsempfänger50' gestatteteine strahlungsverlustarme für alle Solarmodule20' desStrahlungsempfängers50' gemeinsame Konzentrationdes Sonnenlichts in besonders effizienter Weise.The advantage of this simply concentrating solar system over the arrangements equipped with multiple concentrating Fresnel lens fields arrangements is the use of a much smaller and more compact radiation receiver. The radiation receiver according to the invention 50 ' allows a low-radiation loss for all solar modules 20 ' of the radiation receiver 50 ' common concentration of sunlight in a particularly efficient way.
Ineiner bevorzugten Weiterbildung des elften Ausführungsbeispielsist der Konkavspiegel61 mit höher reflektierendenBereichen und mit niedriger reflektierenden Bereichen zwischen denhöher reflektierenden Bereichen ausgestattet, wobei diehöher reflektierenden Bereiche hinsichtlich ihrer Anzahl,Anordnung und Flächengröße auf die Anzahl, Anordnungund Flächengröße der Solarzellen angepasstsind. In diesem Fall ist der Konkavspiegel in Teilspiegel segmentiert,die strahlungsdurchlässige Zwischenräume aufweisen.Damit wird vorteilhaft vermieden, dass Strahlung auf die Bereichezwischen den Solarzellen trifft.In a preferred embodiment of the eleventh embodiment of the concave mirror 61 equipped with higher reflective areas and with lower reflective areas between the higher reflective areas, the higher reflective areas are adapted in number, arrangement and area size to the number, arrangement and area size of the solar cell. In this case, the concave mirror is segmented into partial mirrors which have radiation-permeable interspaces. This advantageously prevents radiation from striking the areas between the solar cells.
Ineiner alternativen Variante des elften Ausführungsbeispielsist die Konversionseinheit ein thermoelektrischer Generator (50'),der anstatt Solarzellen thermoelektrische Chips (10') aufweist,die mit einer der Einstrahlungsrichtung zugewandten Strahlungsabsorptionsschichtversehen sind.In an alternative variant of the eleventh exemplary embodiment, the conversion unit is a thermoelectric generator ( 50 ' ), which instead of solar cells thermoelectric chips ( 10 ' ) which are provided with a radiation absorption layer facing the irradiation direction.
Abschließendsei hervorgehoben, dass selbstverständlich alle Strahlungsquellen50 aller Ausführungsbeispieleeins bis zehn sowie der Strahlungsempfänger50' deselften Ausführungsbeispiels strömungstechnischin einer gegenüber der Beschreibung der Ausführungsbeispieleumgekehrten Strömungsrichtung betrieben werden können,wobei die Kühlmittelführungselemente42a,42b45a,45b46a,46b,47a,47b,47'a,47b,48a und48b dannjeweils in ihrer zu- und ablaufseitigen Eigenschaft zu vertauschensind.Finally, it should be emphasized that, of course, all radiation sources 50 all embodiments one to ten and the radiation receiver 50 ' of the eleventh embodiment can be fluidically operated in a direction opposite to the description of the embodiments, reverse flow direction, wherein the coolant guide elements 42a . 42b 45a . 45b 46a . 46b . 47a . 47b . 47'a . 47b . 48a and 48b then in their respective upstream and downstream property to swap.
Kombinationenvon erfindungswesentlichen Merkmalen der Ausführungsbeispielemit anderen Merkmalen, insbesondere denen anderer Ausführungsbeispiele,liegen selbstverständlich im Umfang der Erfindung.combinationsof inventive features of the embodimentswith other features, in particular those of other embodiments,are of course within the scope of the invention.
- 1010
- Laserdiodenelementlaser diode element
- 1010
- Solarzellesolar cell
- 1111
- erste/unterseitigeKontaktflächefirst / lower-sidecontact area
- 1212
- zweite/oberseitigeKontaktflächesecond / upper-sidecontact area
- 1515
- Abstrahlungsrichtung,AbstrahlungsrichtungspfeilRadiation direction,Radiation direction arrow
- 15a15a
- Abstrahlungsrichtung,AbstrahlungsrichtungssymbolRadiation direction,Radiation direction symbol
- 2020
- Halbleiterbaugruppe,DiodenlaserbauelementSemiconductor assembly,diode laser component
- 20'20 '
- Solarmodulsolar module
- 2121
- Wärmeleitkörperthermal conductors
- 21'21 '
- WärmeleitgrundkörperWärmeleitgrundkörper
- 21*21 *
- WärmeaufnahmeflächeHeat absorbing surface
- 21a21a
- WärmeaufnahmeabschnittHeat receiving portion
- 21b21b
- Wärmeleitabschnittheat conduction
- 21c21c
- WärmeabgabeabschnittHeat release section
- 2222
- ersteAußenfläche, Oberseite/linke SeitenflächefirstOuter surface, top / left side surface
- 22a22a
- zweiteAußenfläche, Unterseite/rechte SeitenflächesecondOuter surface, underside / right side surface
- 2323
- rückseitigeEndfläche, RückseiterearEnd face, back
- 23a23a
- frontseitigeEndfläche, FrontseitefrontEnd face, front
- 2424
- Dichtflächesealing surface
- 2525
- Kühlmittelströmungsrichtung,KühlmittelströmungsrichtungspfeilCoolant flow directionCoolant flow direction arrow
- 2626
- Ausnehmung/Kühlkanaleiner ersten GruppeRecess / cooling channela first group
- 26a26a
- Ausnehmung/Kühlkanaleiner zweiten GruppeRecess / cooling channela second group
- 26b26b
- Ausnehmung/Kühlkanaleiner dritten GruppeRecess / cooling channela third group
- 26i26i
- Ausnehmungohne kühlungstechnische Funktionrecesswithout cooling function
- 2626
- Steg/Kühlrippeeines ersten TypsSteg / cooling finof a first type
- 26'a26'a
- Steg/Kühlrippeeines zweiten TypsSteg / cooling finof a second type
- 26*26 *
- WärmeabgabeflächeHeat transfer surface
- 2727
- Öffnungopening
- 27a27a
- Öffnungopening
- 2828
- Metallisierungmetallization
- 28a28a
- Metallisierungmetallization
- 28b28b
- Metallisierungmetallization
- 2929
- elektrischesVerbindungselementelectricalconnecting element
- 29a29a
- elektrischesVerbindungszwischenelementelectricalConnecting intermediate element
- 29b29b
- elektrischesVerbindungszwischenelementelectricalConnecting intermediate element
- 3030
- Strahlungsemissionsanordnung,Diodenlaserstapel, Diodenlaserreihe, DiodenlaserfeldRadiation emission arrangementDiode laser stack, diode laser array, diode laser array
- 30'30 '
- StrahlungsempfangsanordnungRadiation receiving arrangement
- 3131
- elektrischleitendes Fügemittel/elektrisch leitende Fügezoneelectricalconductive joining agent / electrically conductive joining zone
- 3232
- elektrischisolierendes Fügemittel/elektrisch isolierende Fügezoneelectricalinsulating joining agent / electrically insulating joining zone
- 32a32a
- elektrischisolierendes Fügemittel/elektrisch isolierende Fügezoneelectricalinsulating joining agent / electrically insulating joining zone
- 3333
- erstesFügemittel/erste FügezonefirstJoining agent / first joining zone
- 33a33a
- zweitesFügemittel/zweite FügezonesecondJoining agent / second joining zone
- 3434
- Zwischenstückconnecting piece
- 34a34a
- Zwischenstückconnecting piece
- 3535
- Stapelrichtung,StapelrichtungspfeilStacking direction,Stacking direction arrow
- 35a35a
- Stapelrichtung,StapelrichtungssymbolStacking direction,Stacking direction symbol
- 3636
- Reihenrichtung,ReihenrichtungspfeilRow direction,Row direction arrow
- 36a36a
- Reihenrichtung,ReihenrichtungssymbolRow direction,Row direction symbol
- 36b36b
- Tiefenrichtung,TiefenrichtungspfeilDepth direction,Depth direction arrow
- 3737
- KühlmittelflusspassageCoolant flow passage
- 39a39a
- ersteselektrisches Anschlusselementfirstelectrical connection element
- 39b39b
- zweiteselektrisches Anschlusselementsecondelectrical connection element
- 4040
- Kühlmittelzu-und abführeinrichtungcoolant supplyand drainage device
- 4141
- KühlmittelverteilungsplatteCoolant distribution plate
- 41a41a
- KühlmittelverteilungseinheitCoolant distribution unit
- 4242
- KühlmittelanschlussplatteCoolant connection plate
- 42a42a
- zulaufseitigerKühlmittelanschlusstapered sideCoolant connection
- 42b42b
- ablaufseitigerKühlmittelanschlussdrain-sideCoolant connection
- 4343
- Deckplattecover plate
- 43a43a
- Deckplattecover plate
- 4444
- Aufnahmeausnehmungreceiving recess
- 44'44 '
- Wandwall
- 45a45a
- zulaufseitigeKühlmittelspreiznutsupply-sideKühlmittelspreiznut
- 45b45b
- ablaufseitigeKühlmitteleinschnürungsnutdrain-sideKühlmitteleinschnürungsnut
- 46a46a
- zulaufseitigerKühlmittelführungsdurchbruchtapered sideCoolant circulation system breakdown
- 46b46b
- ablaufseitigerKühlmittelführungsdurchbruchdrain-sideCoolant circulation system breakdown
- 47a47a
- zulaufseitigerKühlmittelverteilungskanaltapered sideCoolant distribution channel
- 47b47b
- ablaufseitigerKühlmittelsammelkanaldrain-sideCoolant collecting channel
- 47'a47'a
- zulaufseitigerKühlmittelverteilungskanaltapered sideCoolant distribution channel
- 47'b47'b
- ablaufseitigerKühlmittelsammelkanaldrain-sideCoolant collecting channel
- 4848
- KühlmittelführungskammerCoolant circulation chamber
- 48a48a
- zulaufseitigeKühlmittelspreizkammersupply-sideKühlmittelspreizkammer
- 48b48b
- ablaufseitigeKühlmitteleinschnürungskammerdrain-sideKühlmitteleinschnürungskammer
- 4949
- WärmeleitkörperaufnahmedurchbruchWärmeleitkörperaufnahmedurchbruch
- 5050
- Strahlungsquelle,DiodenlaserRadiation sourcediode laser
- 50'50 '
- Strahlungsempfänger,photovoltaischer GeneratorRadiation receiver,photovoltaic generator
- 6060
- Bestrahlungsvorrichtungirradiator
- 60'60 '
- Solarkonzentratorsolar concentrator
- 6161
- Konkavspiegelconcave mirror
- 61a61a
- Zerstreuungsoptikdiverging optical system
- 61b61b
- Sammeloptikcollection optics
- 6262
- Auslegerboom
- 6363
- Stativtripod
- 6464
- Trägercarrier
- 6565
- Werkstückworkpiece
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 19750879A1[0008]DE 19750879 A1[0008]
- - US 5987043 A[0036]- US 5987043 A[0036]
- - EP 1113543 A1[0038]EP 1113543 A1[0038]
- - EP 0766354 A1[0068]EP 0766354 A1[0068]
- - DE 19701680 A1[0079, 0188]- DE 19701680 A1[0079, 0188]
- - DE 19644941 C1[0179]- DE 19644941 C1[0179]
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- - US 5848083[0211]US 5848083[0211]
- - DE 10011892 A1[0211]DE 10011892 A1[0211]
- - DE 102007051798 B3[0225]- DE 102007051798 B3[0225]
- - WO 2007061509 A2[0260]- WO 2007061509 A2[0260]