用于冷却激光装置的冷却设备和包括冷却设备的激光系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于冷却激光装置的冷却设备和包括这样的冷却设备的激光系统。本发明还涉及制造冷却设备和包括这样的冷却设备的激光系统的方法。
【背景技术】
[0002]US 6014312公开了由平卧地连接到彼此的几个冷却器层组成的、用作电气部件或电路的散热器的冷却器，冷却器层堆叠在彼此的顶部上，在冷却剂所流经的通道之间形成，且每个通道排放到用于供应冷却剂的至少一个第一收集空间内并排放到用于排出冷却剂的第二收集空间内，收集空间通过构造具有开口的冷却剂层的至少一个区域由冷却器层中的开口和冷却通道形成，该区域在开口之间。
[0003]US 2005/0168950 Al的半导体冷却设备包括至少上板、中板和下板，并具有冷却剂入口部分、出口部分和液流通道部分。上板和下板是通过将维持不小于0.05 mm的厚度的铜镀在辅助板的一个表面上或两个表面上而构成的复合板，辅助板由具有不小于1000 N/mm2的抗张强度、不小于100 ff/m.K的导热率和不大于6.0 ppm/° C的热膨胀系数的材料制成。半导体冷却设备试图防止在半导体冷却设备中的变形的出现并在半导体芯片和半导体冷却设备热膨胀的情况下防止半导体芯片从半导体冷却设备分离。
[0004]如果多个冷却器必须组合到系统，则所述冷却器是昂贵的。如果在两个或多个冷却器上的电气部件需要彼此以高精度对齐，则高度努力是需要的。
【发明内容】
[0005]因此本发明的目的是提供用于冷却激光装置的改进的冷却设备，其实现包括至少两个冷却设备的激光系统的简化的可扩展性。另一目的是提供制造这样的冷却设备和激光系统的对应方法。
[0006]根据第一方面，提出了用于冷却激光装置的冷却设备。冷却设备适合于实现到另外冷却设备的可拆卸的互连。冷却设备包括用于激光装置的安装区域、包括布置成冷却安装区域的冷却通道的冷却体积、连接到冷却体积的冷却通道的冷却剂入口和冷却剂出口、连接到冷却剂入口的第一冷却剂供应通孔、连接到冷却剂出口的第二冷却剂供应通孔。冷却设备还包括实现到另外冷却设备的可拆卸的互连的至少一个耦合元件，使得当将冷却设备互连到另外冷却设备时，冷却设备的第一冷却剂供应通孔连接到另外冷却设备的第一冷却剂供应通孔以及冷却设备的第二冷却剂供应通孔连接到另外冷却设备的第二冷却剂供应通孔。冷却设备包括包含用于电气地驱动激光装置的驱动电子器件的至少部分的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)，印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)包括当在冷却设备和另外冷却设备之间的可拆卸的互连时用于实现冷却设备的印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)到另外冷却设备的另外印刷电路板(PCB)或直接敷铜多层(DCB)的电连接的电连接器。冷却设备布置成使得冷却剂可经由第一冷却剂供应通孔和第二冷却剂供应通孔被供应到冷却体积。
[0007]与冷却设备的耦合元件组合的第一和第二冷却剂供应通孔的布置实现包括具有安装在安装区域上的激光装置的两个、三个、四个或更多个冷却设备的激光系统的容易可扩展性。此外，不必提供由具有用于安装冷却器的高精密钻孔的抗腐蚀材料组成的复杂水分配板，其必须被单独地制造，因而引起高成本。冷却设备可实现在减小的成本下的不同尺寸的激光系统。
[0008]激光装置的电气供应可通过例如PCB来执行，PCB包括电连接到激光装置的驱动电子器件的至少部分。PCB可包括电连接器，使得一旦第一和第二冷却设备可拆卸地连接到彼此，第一冷却设备的第一 PCB就电连接到第二冷却设备的第二 PCB。替代地，可以有用于电气供应的通孔，实现激光装置的电连接。
[0009]可通过提供实现不透冷却剂的耦合的高精度冷却设备来实现冷却设备的第一和第二冷却剂供应通孔的不透冷却剂的耦合。替代地或此外，可使用垫圈如O形环等。
[0010]冷却设备可特别适合于包括高功率激光模块(如高功率垂直腔表面发射激光(VCSEL)模块)的激光装置。这样的VCSEL模块包括VCSEL的一个、两个、三个或更多个阵列。可在晶圆规模上制造并测试VCSEL，实现成本高效的激光模块。
[0011]耦合元件可实现冷却设备的直接耦合或冷却设备的间接耦合。如果不需要额外的耦合结构来耦合冷却设备，则实现直接耦合，其中在间接耦合的情况下，需要至少一个额外的元件。间接耦合的例子可以是平行于第一和第二冷却剂供应通孔的在每个冷却设备中的通孔，其中额外的耦合结构可以是棒或长螺钉，其可插在通孔中使得冷却设备可夹在棒的端部处。替代地，可提供垂直于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部(或凹进部)，且可提供具有配合到延伸部(或凹进部)的孔(或延伸部)的杆以耦合冷却设备。耦合元件可实现耦合设备的耦合，而没有包括高精密钻孔的底板。通过粘合剂、焊接等提供在耦合设备之间的额外永久耦合可能也是可能的。
[0012]冷却设备的耦合元件在直接耦合的情况下包括至少一个狭槽和至少一个键。狭槽和键布置成使得只要两个冷却设备耦合到彼此，两个冷却设备就自动对齐。键可以是简单的延伸部，且狭槽是适应于键的形状的凹进部，使得通过键和狭槽耦合的冷却设备不能相对于彼此移动，以便实现完美的对齐。键和狭槽可以替代地被实现为插入式连接器。替代地，公冷却设备可以只包括键，而母冷却设备合并可以只包括对应的狭槽。
[0013]至少一个狭槽可布置在冷却设备的第一侧上，平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部延伸，而至少一个键可布置在冷却设备的第二侧上，平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部定向。在冷却设备的第一和第二侧和因而相对侧上的狭槽和键的布置可实现多于两个冷却设备的可靠布置。此外只需要一种类型的冷却设备，以便实现可扩展性，因而减小成本。
[0014]可偏移于第一和第二冷却剂供应通孔布置狭槽和键。替代地或此外，键可以是第一和/或第二冷却剂供应通孔的在冷却设备的第一侧上的延长部分，且狭槽可以是第一和/或第二冷却剂供应通孔的在冷却设备的第二侧上的加宽部分。键在这种情况下可以是在由加宽部分提供的一种插口中延伸的一种管子。这个连接可实现相邻冷却设备的第一和第二冷却剂供应通孔的不透冷却剂的耦合。替代地或此外，O形环或任何其它类型的密封环可被引入到加宽部分内以提供不透冷却剂的耦合。
[0015]耦合元件包括至少第一狭槽和第二狭槽，其中第一狭槽布置在冷却设备的第一侧上，平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部延伸，而第二狭槽布置在冷却设备的第二侧上，平行于第一和第二冷却剂供应通孔的延伸部延伸，通过耦合结构实现到第二冷却设备的可拆卸的互连。狭槽可以是在冷却设备的第一和第二侧上的第一和/或第二冷却剂供应通孔的加宽部分。在这种情况下，可提供额外的耦合结构如管子，以便耦合冷却设备。管子可插入相邻冷却设备的加宽部分内，以便提供可靠的耦合和对齐。替代地，可设置偏移于第一和第二冷却剂供应通孔的狭槽。在这种情况下可提供如三角形销、矩形销等耦合结构，以便实现可靠的耦合和对齐。在另一实施例中，可在每个冷却设备中提供偏移于第一和第二冷却剂供应通孔的通孔，在冷却结构的两侧上提供狭槽。额外的耦合结构在这种情况下可以是可插在通孔中棒或长螺钉，使得冷却设备可夹在棒的端部处。
[0016]冷却设备可包括用于固定冷却设备的至少一个突出部。突出部可以是垂直于第一和第二冷却剂供应通孔延伸的冷却设备的延伸部。突出部因此还可用作耦合元件。突出部可包括实现到包括细长孔的耦合结构的螺钉连接的螺钉孔。可通过借助于螺钉固定耦合设备来耦合和对齐冷却设备，该螺钉经由螺钉孔将冷却设备固定到耦合结构。耦合结构可以是例如具有与突出部相同的宽度的矩形杆，使得当将矩形杆放置并固定在突出部的顶部上时，相邻冷却设备的垂直于第一和第二冷却剂供应通孔的运动是不可能的。替代地或此外，突出部可用于夹住冷却设备。
[0017]激光系统可包括具有激光装置(如安装在安装区域上的VCSEL阵列)的至少第一和第二冷却设备。两个、三个、四个或更多个冷却设备可以通过耦合元件可拆卸地耦合。激光系统还包括通过第一冷却设备的耦合元件可拆卸地耦合到第一冷却设备的背板、通过第二冷却设备的耦合元件可拆卸地耦合到第二冷却设备的前板以及第一和第二冷却设备的电连接器。前板包括用于冷却剂供应的第一连接器和第二连接器。根据冷却设备的实施例，如棒、管子、杆、销或突出部的额外耦合结构可能被需要或用于以可靠的方式耦合并对齐冷却设备。前板可以是具有用于冷却剂供应的第一连接器和第二连接器的冷却设备。背板可以是具有塞子等以封闭在与相邻冷却设备相对的冷却设备的侧面上的第一和第二冷却剂供应通孔的侧面的冷却设备。
[0018]激光系统还可包括底板，前板和背板可拆卸地耦合到底板。前板和端板可直接或间接耦合到底板。在直接耦合的情况下，螺钉或夹具可设置在前板和背板处以将前板、背板和其间的耦合设备固定到底板。在间接耦合的情况下，冷却设备可例如通过突出部和夹具和/或通过螺钉耦合到底板。
[0019]激光系统的冷却设备可每个包括从底板延伸到安装区域的至少一个电气供应通孔。底板在这种情况下可包括被布置为用于电气供应的馈通并与电气供应通孔对齐的至少一个狭缝。