专利名称：半导体元件的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种诸如半导体激光器元件的电子装置元件的冷却装置，特别涉及一种包括薄板单元的冷却装置，在其中使冷却液流通来实现冷却，且具有一改进的结构，其机械强度足够大以防止板材构件剥落或变形。
背景技术：
激光器可用来作为焊接、切割等装置。在这些需要高输出的激光器应用中，半导体激光器最近被用作诸如Nd:YAG激光器的固体激光器的泵浦或直接加工的光源。这时因为半导体激光器具有如下特点比其它激光器高出大约50％的电-光转换效率，因为相对容易地在从可见光到近红外的范围内选择波长而容易构造一光学系统，从而可以使用光纤光缆传输，且尺寸紧凑、服务寿命长。
因为用于加工目的的半导体激光器需要具有kW级的高输出，所以通常使用包括单片集成LDs(激光二极管)的线性阵列。通过使用大量的阵列半导体激光装置获得所需的输出，每个阵列半导体激光装置皆具有安装于其上的线性LD阵列。
半导体激光器产生等同于其光输出能量的焦耳热量。产生数十瓦热量的集成线性LD阵列需要一冷却冷却设备，来防止因为半导体激光器温度上升而导致的光输出降低和性能的恶化。对于这样的高输出线性LD阵列，通常使用有源冷却装置，使得诸如水等冷却液流过。
要求冷却装置具有高的冷却冷却性能和足够的可靠性，以保证半导体激光器具有一个长的服务寿命。此外，同线性LD阵列的情况一样，冷却装置必须体积小且制造成本低，因为它们使用数目巨大。。具有高冷却性能的特性被认为是包括一特征冷却剂在冷却设备的流通通路中的压力损耗足够低以使得在低冷却液压力下实现所需的冷却性能。
作为使用冷却液来冷却线性LD阵列的冷却装置，有一种包括片状板材构件的冷却装置。为了将片状板材构件结合起来，具有一种结合方法，其中在其表面形成焊料层的板材构件在温度上升且受到一定压力而叠合在一起。
从成本角度看，焊接结合比扩散焊接好，扩散焊接需要较高的压力和较高的处理温度。此外，因为焊料层在限定冷却液通路的内壁表面形成，从而具有一优点可以不使用高成本的厚Au板等而防止因冷却液而引起的壁面腐蚀。图12显示了包括这样的板材构件的冷却装置1的透视图。图13显示了在该冷却装置中使用的传统板材构件的平面图。在这些板材构件的平面图中，点划线表示在每个板材构件的后面形成的图案。参照这些图，冷却装置包括第一和第二板材构件2，3和置于这两个板材构件之间的第三板材构件4。半导体激光器(线性LD阵列11)安装在冷却装置1的第一侧的附近，冷却装置1与其它冷却装置叠合在一起，用诸如O形环的密封部件置于两者之间。通过将这些冷却装置堆积在一起，在第一、第二和第三板材构件2-4中形成的入口开口5和出口开口6相互连通以形成一冷却剂供应和释放的共同通路。从入口开口5流入在第一板材构件的内表面上形成的冷却液供给通路8的冷却液流过第三板材构件4上靠近第一边10的通路，且吸收半导体激光器11产生的热能。然后，冷却液流过第三板材构件上的冷却液释放通路9，且释放至出口开口6。除了入口开口5，出口开口6，在靠近第三板材构件4的第一边10的通路外，每块板材构件2-4不具有延伸通过该板材构件的图案。每个冷却液供给和释放通路8和9以浅于相应板材构件厚度浅的沟槽形式形成。
可以理解为上述传统的板材构件具有用于相互结合到一起的结合面，且结合区广泛分布于结合面上。结合区为结合面相互紧密结合在一起的区域，且不具有入口开口，出口开口和作为冷却液通路和冷却装置定位的冷却液通路和贯通部7。由于板材构件在被施加一压力时温度将会上升，因而基本上没有焊料在结合区留下。
图14以透视的方式显示了另一传统冷却装置1。图15以俯视的方式显示了用于冷却装置1的板材构件。参照这些图，冷却装置1包括第一和第二板材构件2，3，以及置于第一和第二板材构件之间的第三，第四和第五板材构件4，35，36。半导体激光器(线性LD阵列)11安装在靠近冷却装置1的第一边10的位置。该现有冷却装置1构造为在线性LD阵列延伸的方向上与其它冷却装置并置，不同于图12，13中显示的适合于与其它冷却装置在垂直于线性LD阵列的方向堆积的冷却装置。安装线性LD阵列的第二板材构件3没有入口开口5和出口开口6。从第一板材构件2的入口开口5流入第三板材构件4的冷却液供给通路8中的冷却液流过形成于第四板材构件35第一边10附近的通路，从而使得由半导体激光器11产生的热量被吸收。然后，冷却液流过形成于第五板材构件36上的冷却液释放通路9，通过第一板材构件2上的出口开口6释放到冷却装置的外部。
图14和15所示的冷却装置1中，在每块板材构件上形成的图案由延伸通过该板材构件的贯通部构成，冷却液供给通路8仅在第三板材构件4上形成，冷却液释放通路9仅在第五板材构件36上形成。从而，尽管包括由五层叠合构成金属板单元的冷却装置相对较厚，但通路窄，导致通路中冷却液的大量压力损耗。当压力大时，必须增加冷却液供给压力以使得冷却液以实现所需冷却性能必要的流速流动。结果，不仅冷却液循环设备的负荷增加，而且增加了冷却液从冷却装置或从冷却液供给或释放管泄漏的风险，降低了激光振荡设备的整体可靠性。通过使每个板材构件变薄来增加板材构件层的数目，可从一定程度上实现轻薄且压力损耗低的冷却装置。然而，在这样的装置中，相应于形成于相邻板材构件上的开口的第二板材构件3的区域没有被相邻的板材构件及类似物支撑，从而当接收到冷却液压力时第二板材构件会膨胀，且当施加一压力至冷却装置来防止冷却液泄漏时可能凹陷下去。从而，很有可能一块或多块板材构件会变形。
在上述现有技术中，冷却装置包括多块堆积在一起的板材构件，且具有在每对待结合起来的板材构件的至少一结合面上形成的一焊料层，存在冷却装置的板材构件之间结合强度低的问题。特别的，结合强度低是因为板材构件具有基本上被结合区占据的结合面，结合区没有入口开口、出口开口、冷却液通路和用于定位冷却装置的贯通部，从而板材构件在被施加一压力而温度升高使得它们结合起来后，基本上不会在结合面上残余焊料。当板材构件接收到一冷却液压力或施加到冷却装置的张力时，低结合强度使得结合的板材构件裂开，有时使得冷却液泄漏或发生类似的情况，降低了冷却装置的可靠性。
通过使板材构件变厚，可以减少板材构件在结合区翘曲的风险。然而通过低加工成本的化学蚀刻方法来形成厚的板材构件是困难的。在通过化学蚀刻方法来形成厚的板材构件的情况下，需要很长的蚀刻时间等等，导致加工成本增加。此外，冷却装置体积的增加导致板材构件很难紧密排布。
在冷却装置包括层叠片，该层叠片具有一最外表面，该外表面用于安装线性LD阵列且没有用于冷却液供给和释放的入口开口和出口开口，该层叠片还具有另一用于冷却液供给和释放的相对外表面的情况下，有时可以降低冷却装置的可靠性，例如因为没有开口的板材构件的变形而导致的冷却液泄漏，导致当接收到一冷却液压力时可能膨胀或当施加一压力来防止冷却液泄漏时可能凹陷，因为相应于相邻板材构件上的开口以及在冷却装置中占据一相对大的区域与相邻板材构件及类似物之间既没有结合也没有支撑。
关于这些问题，通过使板材构件变厚，可以防止板材构件变形。然而，如上所述，这使得很难通过可以降低制造成本的化学蚀刻方法形成。即使可以通过化学蚀刻方法形成，蚀刻需要很长的时间，导致制造成本增加。由于冷却装置的体积增加，产生了很难实现紧密排布的另一问题。
在冷却通路做得窄或浅来减少其横截面的情况下，板材构件的机械强度增加，从而可以降低因为板材构件变形而引起的冷却液泄漏的风险，但是冷却液冷却液通路中的压力损耗增加了。该增加的压力损耗需要所提供的冷却液压力增加，来使得冷却液以所需的速率流通以获得预定的冷却性能。结果，不仅冷却循环设备的负荷增加，而且冷却液从冷却装置或从用于冷却液供给或释放的管中泄漏的风险也增加，从而降低激光振荡设备的整体可靠性，如上面所述的那样。在增加冷却装置的板材构件的数目来增加冷却装置的横截面的情况下，冷却装置的体积增大，成本自然也增加。
发明内容
本发明旨在提供一种能实现高可靠性，低成本和高性能冷却装置的技术，其中改进板材构件的结构来增加板材构件的结合强度，这些板材构件是通过较低成本制成的薄板，所用板材构件的数目减小最少，从而间小了压力损耗提高了机械强度，减少了因为板材构件裂开，变形等引起的冷却液泄漏风险。此外，提供了实现高输出，高可靠性和低成本的半导体激光器装置，其包括上面提到的冷却装置和安装于其上的线性LD阵列。
本发明提供一种冷却装置，包括一个由至少三个板材构件堆积起来的层叠板，其中在这些板材构件的至少一个板材构件的内部形成用于流通冷却液的通路，在结合且层叠在一起的至少一个板材构件的至少一个结合面上形成焊料层。在该冷却装置中，在至少一个形成焊料层的结合面上，以及在相对于该结合面的另一个板材构件的形成焊料层的结合面上形成一个或多个空腔。所述的一个或多个空腔除了形成导入冷却液的入口开口、释放冷却液的出口开口、流通冷却液的通路以及构成流通冷却液的通路或定位冷却装置的通孔之外，还形成凹陷、沟槽和通孔。熔化焊料汇集至空腔中，从而在结合面之间形成焊料片。结果，其上的结合面相互紧密结合且基本上没有焊料的结合区限限于较窄的区域，从而增加板材构件之间的结合强度，因而解决了在防止因为板材构件的开裂而引起的冷却液泄漏中所遇到的问题。
优选地，每个仅仅通过焊料层相互紧密结合相对结合面的结合区很窄，例如内接于每个结合区的圆的直径等于或小于3mm，优选地为1mm，从而实现了防止板材构件裂开的优点。优选地，空腔很小，其具有一长度等于或小于1mm的短边或等于或小于1mm的短直径，优选地为0.3mm，其在防止板材构件裂开这方面具有优势。相邻空腔之间的间隔优选为等于或小于1mm，更佳为0.2mm，以防止板材构件裂开。
空腔可以在板材构件相互堆积之后不能从外部看到的位置形成，从而即使焊料汇聚在空腔中，包括板材构件叠偏的冷却装置的外形也保持不变，从而可以防止因提供空腔而带来的问题。在层叠片中，每两个相对的结合面，如果它们不是由非空腔形成的，具有大量的结合面相互紧密结合的结合区。通过在板材构件的外部不能看到的位置的较窄空间形成多个空腔可以使结合区做得很窄。可选择地，空腔可以以这样的方式在可以从外部看到的位置形成，即空腔的外周部分与板材构件的外周部分相互一致。这可以防止空腔即使在相对较窄时靠近板材构件的外周，从而防止板材构件从外周裂开。该空腔可以通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成，这可以减少成本。
本发明同样提供一种半导体元件的冷却装置，其包括一个由至少三块板材构件堆积起来的层叠片，其中位于层叠片一最外侧的第一板材构件具有一入口开口和一出口开口，该入口开口延伸通过该第一板材构件用于将冷却液导入，该出口开口延伸通过该第一板材构件用于将冷却液释放，第二板材构件位于该层叠片另一最外侧，既没有延伸通过该板材构件的入口开口也没有延伸通过该板材构件的出口开口，以及置于第一和第二板材构件之间的第三或第四板材构件和其它板材构件，具有一延伸通过该板材构件的开口和一靠近板材构件的第一边的通孔，该开口为在位置上相对应于第一板材构件上的入口开口和出口开口的入口开口和出口开口的其中之一。在该冷却装置中，在第二板材构件的与层叠片外表面相对的表面上，在分别与入口开口和出口开口相对应的至少某一区域的部分区域上，形成一条被一个或多个脊分开且比第二板材构件的厚度要浅的槽。
置于该层叠片另一外侧的第二板材构件的相对于入口开口和出口开口区域的机械强度容易降低，该区域既没有延伸通过该板材构件的入口开口，也没有延伸通过该板材构件的出口开口，因为这些区域通常不与相邻板材构件相结合。从而，第二板材构件当接收到冷却液压力或来自外部的应力时容易变形。在相对于层叠片外表面的第二板材构件表面的相对于入口开口和出口开口的区域中，形成被第一脊分开且比板材构件的厚度浅的槽，可以防止第二板材构件的变形且同时增加冷却液流通通路的横截面。
在第二板材构件上与入口开口和出口开口的相对应的区域以外的位置，形成包括被一个或多个第二脊分开且比板材构件的厚度浅的多个槽的通路，且形成于第二板材构件上的第一脊可以与形成于第二板材构件上的第二脊相连，这可能使因提供通路而导致板材构件机械强度的降低可抑制至最小。因为通路的合流和分流而引起的压力损失也可以降低至最小。
本发明同样提供一种半导体元件的冷却装置，其包括一个至少由三块板材构件叠合起来的层叠片，其中位于层叠片一外侧的第一板材构件具有一延伸通过该第一板材构件用于将冷却液导入的入口开口和延伸通过该第一板材构件用于将冷却液释放的一出口开口，第二板材构件位于该层叠片另一外侧，既没有延伸通过该板材构件的入口开口，也没有延伸通过该板材构件的出口开口，位于第一和第二板材构件之间的第三或第四板材构件和另一板材构件第三或第四板材构件和另一板材构件具有一延伸通过该板材构件的开口和一靠近该板材构件第一边的通孔，该开口因位置上与形成于第一板材构件上的入口开口和开口相对应而为入口开口和出口开口其中之一，其中第一板材构件的入口开口和出口开口分别被第一隔离体分开。
在包括层叠片的冷却装置中，该层叠片包括位于该层叠片一外侧的既没有延伸通过该板材构件的入口开口也没有延伸通过该板材构件的出口开口的第二板材构件，从而第一板材构件的入口开口和出口开口仅仅分别用于将冷却液导入或导出冷却装置，因而即使在这些开口在面积上稍窄的情况下，冷却液在入口开口和出口开口处压力损耗的增加可以忽略。这样，在第一板材构件上设置入口开口和出口开口可以增加冷却装置的机械强度而少量增加冷却液的压力损耗。
在第一板材构件上形成的第一隔离体可以与在第一板材构件上形成的第二脊相连，这可以防止因为提供通路而使得板材构件的机械强度降低至最小，且可以使因为通路的合流和分流而引起的压力损耗抑制至最小。
在包括层叠片的冷却装置中，该层叠片包括位于该层叠片一外侧的第二板材构件，该第二板材构件既没有延伸通过该板材构件的入口开口，也没有延伸通过该板材构件的出口开口，第三或第四和更多板材构件上的入口开口和出口开口仅仅分别用于将冷却液导入或导出冷却装置，因而即使在这些开口在面积上稍窄的情况下，冷却液在入口开口和出口开口增加的压力损耗可以忽略。从而，在第三或第四和更多板材构件上相应于入口开口和出口开口的区域的至少部分区域上形成第三脊或第一突出部或第二隔离体，所述第三脊将比板材构件的厚度浅的槽分开，该第一突出部不开口且板材构件从此处突起。此外形成于第二板材构件相应于开口区域的第一脊的至少一部分可以在相应于第三或第四和更多板材构件上的第三脊或第一突出部或第二隔离体的位置形成，所述第三或第四和更多板材构件与第二板材相邻并与之连结。这可以进一步增加第二板材构件相应于开口区域的机械强度，且防止该区域由冷却液压力导致的金属板膨胀。
此外，在第一板材构件相应于开口的区域中形成的第一隔离体可以在相应于邻近第一板材构件的第三或第四和更多板材构件上的第三脊或第一突出部或第二隔离体的位置形成，且与第三脊或第一突出部或第二隔离体相结合，从而进一步增加在相应开口区域的机械强度。
第三或第四和更多板材构件上的第一突出部或第二隔离体或第三脊可以与相同板材构件上的第二脊相连。这使得可以抑制提供通路而引起板材构件的机械强度的降低至最小，且抑制通路的合流和分流而引起的压力损耗至最小。
在冷却装置中，包括第三或第四和更多板材构件的多个板材构件置于第一和第二板材构件之间，在第三或第四和更多板材构件中其中一个上形成的第一突出部或第二隔离体或第三脊，可以与邻接第三或第四和更多板材构件其中之一的另一板材构件上形成的第一突出部或第二隔离体或第三脊在位置上相对应，且可以与形成于所述另一板材构件上的第一突出部或第二隔离体或第三脊相结合，因而相应开口区域处的机械强度可进一步增加。
除了设置于靠近板材构件第一边的通孔外，可以在第三或第四和更多板材构件上与入口开口和出口开口相对应的区域以外的区域形成一个包括具有第二突出部的贯通部或被第三突出部分割的贯通部的流通通路。结果，冷却液流通通路的横截面增加，使得可以减少冷却液的压力损耗，且防止冷却装置机械强度的减少。通过将第一突出部或第二隔离体或第三脊与邻接设置的板材构件相结合，可以进一步增加冷却装置的机械强度。
靠近第三或第四和更多板材构件第一边的通孔可以为一通孔阵列，其中多个通孔排成一列且被第四隔离体分开。这样可以防止板材构件靠近第一边的地方变形，且提高冷却装置的机械强度。通过将形成于第三或第四和更多板材构件上的第四隔离体与相邻板材构件的第二脊相结合，或者与形成于第三或第四和更多板材构件上的第四隔离体相结合，可以进一步增加冷却装置的第一边附近的机械强度。通过将形成于第三或第四和更多板材构件上的第四隔离体与在相同板材构件上形成的第二脊相连，可以使因为通路的提供而引起机械强度的降低抑制至最小，且可使通路的合流和分流引起的冷却液压力损耗抑制至最小。
在包括层叠片的冷却装置中，层叠片包括位于其一最外侧的第二板材构件，且该第二板材构件既没有延伸通过该板材构件的入口开口和出口开口。冷却装置可以包括一流通通路结构，其中所述的出口开口比入口开口在位置上更靠近板材构件的第一边，从入口开口流入的冷却液流过冷却液供给通路，流过冷却液释放通路，然后从出口开口释放，所述的冷却液供给通路在第一板材构件以及靠近第一板材构件的第三或第四和更多板材构件中的至少任一块上形成，从而从所述的出口开口迂回，所述的冷却液释放通路在第二板材构件以及靠近第二板材构件的第三或第四和更多板材构件中的至少任一块上形成，且经过在第三或第四和更多板材构件上形成的通孔，从而靠近板材构件的第一边。在该冷却装置中，冷却液供给通路中的部分在第二板材构件的表面形成，该表面相对于作为层叠片最外表面的另一面，该冷却液供给通路包括比板材构件的厚度浅的槽，从而可以减少冷却液的压力损耗。
在本发明中，使用术语入口开口、出口开口、冷却液供给通路和冷却液释放通路，假设使得冷却液以去往待冷却的半导体元件安装的第二板材构件的方向流动，或者换句话说，使得冷却液通过靠近第三或第四和更多板材构件第一边的通孔从第一板材构件侧流至第二板材构件侧。当然，可以使冷却液以相反的方向流动，即从出口开口流进，然后通过冷却液释放通路和冷却液供给通路，释放至入口开口。
在包括层叠片的冷却装置中，层叠片包括位于其一最外侧的第二板材构件，且该第二板材构件没有延伸通过该板材构件的入口开口和出口开口。冷却装置可以包括一流通通路结构，其中所述的入口开口在位置上比出口开口更靠近板材构件的第一边，且其中从入口开口流入的冷却液流过所述的冷却液供给通路，流过冷却液释放通路，然后从出口开口释放，所述的冷却液供给通路至少在第一板材构件以及邻接第一板材构件的第三或第四和更多板材构件中的至少一块上形成，所述的冷却液释放通路至少在第二板材构件以及靠近第二板材构件的第三或第四和更多板材构件中的至少一块上形成，且经过在第三或第四和更多板材构件上形成的通孔，从而靠近板材构件的第一边。在该冷却装置中，包括第二脊和被这些第二脊分开的槽的冷却液通路的整个宽度、或包括第二突出部和具有第二突出部的贯通部的整个宽度、或包括第三隔离体和被第三隔离体分开的贯通部的冷却液通路的整个宽度在任何位置等于或大于入口开口或出口开口的直径或等效宽度，从而减少了冷却液的压力损耗，实现了高机械强度。
通过相应于构成冷却液释放通路的第二脊或第三隔离体的位置形成构成冷却液供给通路的第二脊或第三隔离体，使得冷却装置对抗外来压力的机械强度增加。
在所述其层叠片包括位于第一和第二板材构件之间的三块或更多板材构件的冷却装置中，其包括第三、第四、第五板材构件和其它板材构件。比靠近层叠片的中心更靠近第一板材构件的板材构件具有基本相同的流通通路结构，以及或者比靠近层叠片的中心更靠近第二板材构件的板材构件具有基本相同的流通通路结构，从而可以提高冷却装置对抗外来压力的机械强度。在具有位于第一和第二板材构件之间的第四或更多板材构件的情况下，一组板材构件可以使用完全相同的结构，以防止因为部件数目增加而带来的成本增加。
在所述其层叠片包括位于第一和第二板材构件之间的三块或更多的板材构件冷却装置中，其包括第三、第四和第五板材构件以及一其它的板材构件，比靠近层叠片的中心更靠近第一板材构件的第三或第四和更多板材构件中的至少一个具有一冷却液缓冲区，处于比靠近通孔更靠近层叠片的中心的位置，该通孔靠近板材构件的第一边，该冷却液缓冲区为在冷却液供给通路的整个宽度上延伸的贯通区。这样，流过不同流通通路的冷却液在冷却液缓冲区汇聚，在该缓冲区中，冷却液压力变得相等，且合成的冷却液均匀地流进靠近板材构件第一边的通孔，从而使半导体元件，特别是例如线性LD阵列的半导体元件可以均匀地被冷却，其中流通通路具有相应的第一至第三脊，第一和第二突出部，第一至第三隔离体。
被第一、第二或第三脊分开且比板材构件的厚度要浅的槽、被第一或第二隔离体分开的开口，被第三隔离体分开且形成流通通路的贯通部，靠近板材构件的第一边的通孔，具有第一突出部的开口，具有第二突出部且形成流通通路的贯通部可以通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻形成，从而抑制成本的增加。
在一个其层叠片具有三个或多个板材构件的冷却装置中，该冷却装置又包括位于层叠片的一最外侧的第二板材构件，且该第二板材构件没有延伸通过该板材构件的入口开口和出口开口，板材构件可以通过扩散焊接而结合层叠在一起，来实现具有高机械强度的冷却装置。可选择地，可以在板材构件的结合面上形成焊料层，以将它们结合和层叠在一起。该方法在成本上具有优势，这是因为与扩散焊接相比其需要较低的压力和低的处理温度。此外，因为在具有冷却液流通通路的内表面上形成焊接层，其具有一个优点可以防止冷却液的腐蚀，从而不需要由高成本的厚Au板等制成。
当板材构件通过焊接结合时，在板材构件的至少一个上，第一至第三脊或第一至第四隔离体或第一或第二突出部中的至少一部分，在位置上与在相邻板材构件上形成的第一至第三脊或第一至第四隔离体或第一或第二突出部中的至少一部分相互靠近地形成，且需相互结合的至少一套可以在它们相应位置上具有不同的测量宽度，或可以在宽度方向上在比在它们在相应位置上测量的宽度小的范围内相互偏离，且可以在它们的结合部分形成焊料片。这使得可以增加结合强度，从而防止板材构件变形，例如裂开。
冷却装置的板材构件可以由具有高导热系数的铜或者铜合金制成，来实现具有高冷却性能的冷却装置。由铜或者铜合金制成的板材构件可以扩散焊接，且当结合面具有焊料层时可以焊料结合。用于结合板材构件的焊料层的焊料可以从包括具有相对低熔点的Sn、共晶的二元或多元的更复杂的Sn-基合金、In、二元或多元的更复杂的In-基合金、Ni和二元或多元的更复杂的Ni-基合金的一组中选择。该焊料层可以通过汽相沉积或电镀的方式形成。可以形成一金属膜来提供焊料层的初始涂层。形成金属膜的材料可以是Ni、Ti、Pt、Cr等等。
在冷却装置中，在板材构件上形成的所述的入口开口、出口开口、冷却液流通通路、用于定位冷却装置的贯通部和空腔以及所述板材构件的外部形状可以仅仅通过包括半蚀刻的化学蚀刻而形成，从而可以在不增加制造成本的情况下实现具有低冷却液压力损耗和高机械强度的冷却装置。特别地，当通过比从每个板材构件的一面起的厚度的一半要深的半蚀刻和通过比从每个板材构件的另一面起的厚度的一半要深的半蚀刻，来形成板材构件时，可以降低制造成本。
除了上述的部分之外，下面所述的也可以仅仅通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术而形成置于第二板材构件上并被第一脊分开的沟槽；置于第一板材构件并被第一隔离体分开的开口；在第三或第四和更多的板材构件上形成且具有第一突出部或被第二隔离体分开的开口；在第三或第四和更多的板材构件上形成且被第三脊隔离的槽；具有被第二脊分开或具有第二突出部或被第三隔离体分开的槽的贯通部；以及靠近第一边且被第四隔离体分开的通孔阵列。当仅通过比从每个板材构件的一面起的厚度的一半要深的半蚀刻和通过比从每个板材构件的另一面起的厚度的一半要深的半蚀刻，可以实现包括上述各种部分的板材构件的形成。这使得即使将板材构件的结构做得象上述那样复杂，来增加冷却装置的机械强度且同时降低冷却液的压力损耗时，也能够保证低成本制造。
当通过比从每个板材构件的一面起的厚度的一半要深的半蚀刻和通过比从每个板材构件的另一面起的厚度的一半要深的半蚀刻，来形成板材构件的所有部分时，可以同时从一张片材材料制造大量板材构件。此外，大量的冷却装置可以通过下面的方法超低成本的制造通过将一原始片状板材加工成半成品，该半成品具有大量的板材构件通过窄的桥体相互连接，且在相应板材构件层叠且结合起来之后，通过冲压等来将这些板材构件从桥体上分离出来。
作为半导体元件的半导体激光器可以安装至上述具有高机械强度和低成本的冷却装置上。所得的半导体激光器装置可以实现半导体激光器的温度升高小，高输出，高可靠性和低成本。当半导体激光器为表面发射半导体激光器，激光可以从冷却装置的第一边的附近发射，而不会被冷却装置遮挡。在表面发射半导体激光器为具有多个激光发射器的单块线性LD阵列时，线性LD阵列的宽度可以基本等于靠近板材构件第一边的通孔阵列的整个宽度，或者基本等于包括第四隔离体的通孔阵列的整体宽度，从而线性LD阵列可以均匀地散热，且激光发射器可以表现出均一特性。
半导体激光器可以通过基板安装至冷却装置上，该基板用于安装半导体激光器，在半导体激光器的安装面和基板与冷却装置结合的结合面中的至少一个上形成焊料层。在这种情况下，因为半导体激光器和冷却装置的热扩散系数的不同而引起的残余应力可以减少，从而提高了半导体激光器装置的可靠性。此外，一个凹陷或槽可以在用于安装半导体激光器的基板的结合面和冷却装置的安装面中的至少任一个上形成，在该结合面，基板与冷却装置结合，用于安装半导体激光器的基板安装到该安装面上，且一焊料片可以在所述用于安装半导体激光器的基板的结合面和所述冷却装置的安装面之间形成，从而用于安装半导体激光器的基板和冷却装置之间的结合强度可以增加。
使用其相对面上具有粘着能力的绝缘薄膜，厚度约为50μm或等于或小于100μm的金属薄片可以粘合至冷却装置的外表面，半导体激光器安装至该冷却装置的外表面，金属薄片可以焊接至所述半导体激光器的一个电极，该半导体激光器具有另外一个电极，其位于所述半导体激光器的一表面，该表面用于将半导体激光器安装至冷却装置或用于将半导体激光器安装至半导体激光器的基板上，从而实现为半导体激光器电流供给的配线。这使得可以容易地构造半导体激光器装置。特别地，其相对面具有粘着能力的绝缘膜可以为双面粘性热固性绝缘薄膜，当其加热时变软且具有粘性，且当其回复到室温时变硬，分别位于薄膜两侧的物理实体通过该薄膜相互粘合在一起。因为双面粘性热固性绝缘薄膜只有在温度升高才具有粘性，这使得可以容易地对准绝缘薄膜和金属薄片。通过使用具有在其相对面上形成的热固性粘性层以及位于其中央的绝缘层的双面粘性热固性绝缘薄膜，可以防止加热时粘合剂溢流等问题，从而可以减少冷却装置和金属薄片之间短路的风险，其中该绝缘层包括在加热时也很难变软的树脂层等等。通过在金属薄片的一部分上形成聚酰亚胺树脂层或类似的树脂层，可以减少冷却装置和金属薄片之间电气短路的风险。
通过至少在金属薄片的那些与半导体激光器电极相焊接的部位上或者靠近这些部位形成至少一狭缝，可以减少因为半导体激光器和冷却装置的热扩散系数的不同而引起的残余应力，从而提高了半导体激光器装置的可靠度。在半导体激光器为线性LD阵列的情况下是特别有效的，从而具有金属薄片焊接的大范围区域。
通过在在绝缘薄膜和金属薄片上形成一用于固定定位销的槽，绝缘薄膜和金属薄片可以精确地安装至冷却装置上，且可以高产量地制造半导体激光器装置。
如上所述，依照本发明，可以防止所构成包括板材构件层叠片的冷却装置的板材构件的开裂，凹陷，变形等等，从而增加了机械强度和可靠性。此外，可以增加通路横截面，使得可以减少冷却液压力损耗而获得高冷却性能。压力损耗的减少可以降低所需的冷却液供给压力，从而很难发生冷却液泄漏，导致更高的可靠性。本发明的板材构件具有可以通过低加工成本的现有化学蚀刻方法来实现大量板材构件的同时构造。从而，可以低成本地实现冷却装置的高可靠性和高性能。本发明的半导体激光器装置包括本发明的冷却装置和安装于其上的半导体激光器。该半导体激光器装置具有容易制造和适合通过高可靠安装方法组装的构造，是高可靠，高性能，低制造成本的装置。
形成了空腔，该空腔除了包括导入冷却液的入口开口、释放冷却液的出口开口、冷却液流通通路以及用于定位冷却装置的通孔之外，还包括凹陷、槽和通孔，从而熔化焊料汇集至空腔中，且在结合面之间形成焊料片。结果，结合面相互紧密结合且其上基本没有焊料的结合区限定为窄的区域，从而增加板材构件之间的结合强度，因而解决了在防止因为板材构件的裂开而引起的冷却液泄漏中遇到的问题，而不增加加工成本。
特别的，通过在板材构件相互层叠之后不能从外部看到的位置上形成空腔，即使焊料汇聚到空腔中，板材构件层叠片构成的冷却装置的外形也保持不变。这样可以防止由空腔的提供所带来的问题。在层叠片中，如果没有形成空腔，则提供结合面相互紧密结合的大结合区，这时可以通过在板材构件的外部不能看到的位置上形成小的空腔来使得结合区很窄。
特别的，通过以这样的方式在从外部不能看到的位置形成空腔，该方式为空腔的外部周缘的部分与板材构件的外部周缘的部分相重合，这可以防止空腔即使在相对窄时靠近板材构件的外周，从而防止板材构件从外周裂开。
特别是空腔通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成时，可以减少成本。
在冷却装置中，位于层叠片一外侧的第一板材构件2具有一导入冷却液的入口开口和一释放冷却液的出口开口，第二板材构件3位于该层叠片另一外侧且没有入口开口和出口开口，在每个板材构件上相应于入口开口和出口开口的区域中形成的隔离体，突出部，脊等等从而与相邻板材构件上的隔离体，突出部，脊相结合，使得可以增加位于和围绕上述具有相应于入口开口和出口开口的开口的区域的机械强度，而不引起冷却液压力损耗的增加，所述具有相应于入口开口和出口开口的开口的区域易受到机械强度的减少。结果，可以防止相应于开口的区域变形，更特别的，防止当受到外来压力时的凹陷及当受到冷却液压力时的膨胀。
通过将这些隔离体，突出部和脊与在相同板材构件上在相对于开口的区域以外的区域形成的流通通路的脊相连接，可以将因为通路的提供而引起机械强度的降低抑制至最小，且将因为通路的合流和分流而导致的冷却液压力损耗抑制至最小。
特别的，在没有入口开口和出口开口的板材构件的相对于作为层叠片外表面的表面，在相对于入口开口和出口开口的位置上，形成被第一脊30分开的槽，可以增加冷却液流通通路的横截面，从而减少冷却液压力损耗而只较少的减少机械强度。
在冷却装置中，其中位于层叠片一最外侧的第一板材构件2具有一导入冷却液的入口开口和一释放冷却液的出口开口，第二板材构件3位于该层叠片另一最外侧且没有入口开口和出口开口，在置于第一和第二板材构件2和3之间的第三或第四和更多板材构件上相应于入口开口和出口开口区域的以外的区域形成包括具有隔离体或突出部的贯通部的流通通路，从而流通通路与相邻板材构件相结合，使得可以增加冷却液流通通路的横截面，从而减少冷却液压力损耗和防止冷却装置机械强度的减少。通过将这些隔离体和突出部与流通通路的脊相连接，可以将因为通路的提供而引起的板材构件机械强度的降低抑制至最小，且将因通路的合流和分流而引起的冷却液压力损耗抑制至最小。需要注意的是，包括被隔离体分开的贯通部的通路不仅作为具有一高度的通路，还具有与不同板材构件上的通路连接的功能，从而增加通路结构设计的自由度。结果，可以很大程度地减少冷却液压力损耗，而不引起冷却装置机械强度的减少。对于在各个板材构件上相应于开口区域以外的位置形成的通路，它们可以具有相同通路结构，且板材构件的脊，突出部和隔离体可以位于相同位置，从而可以进一步提供机械强度。依靠板材构件，板材构件可以具有完全相同的构造，使得可以抑制因为元件数目的增加而引起的成本增加。
特别是对于待冷却的半导体元件为侧边发射半导体装置的情况，需要将半导体元件安装尽量靠近冷却装置的一边。为了使半导体元件冷却，位于靠近板材构件第一边10的通孔需要尽可能靠近第一边，结果机械强度容易减少。通过使通孔形成为通孔阵列，可以防止靠近板材构件第一边的地方变形，从而可以增加冷却装置的机械强度，其中通孔阵列由被与相邻板材构件上的脊或隔离体相连结的隔离体分开。
特别是在冷却装置中，其出口开口6比入口开口5更靠近板材构件的第一边10，冷却液供给通路在出口开口旁边形成，通过在第二板材构件的表面上形成部分冷却液供给通路可以减少冷却液压力损耗，所述冷却液供给通路具有比板材构件的厚度浅的槽，所述表面相对于作为层叠片最外表面的另一表面，所述第二板材构件位于具有入口开口5和出口开口6的第一板材构件的相对侧。通过在置于第一和第二板材构件之间的第三或第四及其它板材构件上形成包括被隔离体分开的贯通部的通路，增加了通路构造设计的自由度，而不会使机械强度降低，使得可以形成具有大横截面的通路，从而可以大幅度的减少冷却液的压力损耗。
特别是在冷却装置中，其入口开口5比出口开口6更靠近板材构件的第一边10，冷却液流通通路的整个宽度在任何位置等于或大于入口开口或出口开口的直径或等效宽度，使得可以实现具有低冷却液压力损耗和高机械强度的冷却装置。同样在该情况下，通过使用在置于第一和第二板材构件之间的第三或第四及更多板材构件上形成的包括被隔离体分开的贯通部的通路，可以在各个板材构件上形成通路，而不会使机械强度降低，使得可以不仅在宽度方向上还可以在高度方向上拓宽通路，从而可以形成具有大横截面的通路，来大幅度地减少冷却液的压力损耗。
冷却液的压力因其流通通路而微小地变化，特别对于通过被桥体或隔离体分开的通路的冷却液。当提供一冷却液缓冲区，即在冷却液供给通路的整个宽度上延伸的贯通区时，通过不同流通通路的冷却液在缓冲区汇聚，在缓冲区冷却液压力变得均匀，合流的冷却液均匀地进入靠近板材构件第一边的通孔，从而使半导体元件特别是例如线性LD阵列的长半导体元件可以均匀地得到冷却。
特别地，即使将流通通路做得很复杂来增加机械强度和通路的横截面，可以通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成被脊分开的槽，被隔离体分开的贯通部，和具有突出部的开口减少加工成本的增加。
构成冷却装置的板材构件可以高可靠性地结合，且板材构件的形成和结合可以低成本实现。
特别的，通过将板材构件以扩散焊接而结合且层叠在一起，可以实现具有高机械强度的冷却装置。可选择地，可以在板材构件的结合面上形成焊料层，以将它们结合和层叠在一起。该方法在成本上具有优势，这是因为与扩散焊接相比，其仅需要低的压力和低的处理温度。此外，因为焊料层在具有冷却液流通通路的内壁上形成，其具有一个优点可以防止冷却液的腐蚀，从而不需要由高成本的薄Au板等等制成。
特别的，当板材构件通过焊料结合时，在一个板材构件上的脊或隔离体或突出部可与在相邻板材构件上的脊或隔离体或突出部在位置上相互靠形成，从而每一套可以在它们相应位置上具有不同的宽度，或可以在宽度方向上在比它们相应位置测量的宽度小的范围内在互相偏离，且焊料片可以在它们的结合部分形成，从而增加了结合强度且防止板材构件变形，例如裂开。
特别地，通过使用由具有高导热系数的铜或者铜合金制成的板材构件，可以实现具有高冷却性能的冷却装置。由铜或者铜合金制成的板材构件可以扩散焊接，且当结合面具有焊料层时可以焊料结合。可以形成由Ni、Ti、Pt、Cr等等制成的金属膜，来提供焊料层的初始涂层，从而可以减少由铜和焊料之间过多反应而引起的金属间化合物的产生，且可以实现高可靠的焊料结合。
需要注意的是，在冷却装置中在板材构件上形成的诸如被突出部或隔离体分开的开口的冷却液流通通路、被脊分开的槽、被突出部或隔离体分开的贯通部、通孔阵列、用于定位冷却装置的贯通部、形成于板材的空腔以及所述板材构件的外部形状决可以仅仅通过半蚀刻而形成，从而可以实现具有低冷却液压力损耗和高机械强度的冷却装置，而不会增加制造成本。特别的，当通过比从每个板材构件的一面起的厚度的一半要深的半蚀刻和通过比从每个板材构件的另一面起的厚度的一半要深的半蚀刻，来实现板材构件的组件的形成时可以降低制造成本。使用上述包括半蚀刻技术的蚀刻技术可以抑制成本的增加，即使通路结构作得如上述一样复杂。特别的，当通过比从每个板材构件的一面起的厚度的一半要深的半蚀刻和通过比从每个板材构件的另一面起的厚度的一半要深的半蚀刻，来形成板材构件的所有组件时，可以同时从一原片材上制造大量板材构件，从而可以使大量的冷却装置低成本地制造出来。
通过将作为半导体元件的半导体激光器安装至上述具有高机械强度和低成本的冷却装置和使用绝缘薄膜42粘合金属薄片43来实现导线，高输出，高可靠性及高精确度的半导体激光器可以低成本地制造。
需要注意的是，因为提高了靠近冷却装置第一边10的机械强度，作为靠近第一边10的冷却液流通通路的通孔阵列19，可以更靠近第一边10而形成。从而，即使表面发射半导体激光器，安装靠近第一边从而激光可以不被冷却装置干扰而发射，可以被充分地冷却，从而可以实现高输出和高可靠性。
特别的，通过使靠近板材构件第一边的通孔阵列的整个宽度基本上等于线性LD阵列的宽度，可以使得激光器发射器均匀地冷却且表现单一特性。
特别的，通过将半导体激光器通过基板40安装至冷却装置上，该基板用于安装半导体激光器且其表面具有焊料层，可以减少由半导体激光器和冷却装置的热扩散系数的不同而引起的残余应力，从而可以提高半导体激光器装置的可靠度。通过在用于安装半导体激光器的基板的结合面和冷却装置的安装面中的至少任一个上形成少一个凹陷或槽41，且在所述用于安装半导体激光器的基板的结合面和冷却装置的安装面之间形成一焊料片，可以进一步增加用于安装半导体激光器的基板和冷却装置之间的结合强度，从而实现高可靠性的半导体激光器装置，其中，在所述安装半导体激光器的基板的结合面上基板与冷却装置结合，在所述冷却装置的安装面安装所述用于安装半导体激光器的基板。
特别的，通过使用其相对面具有粘着能力的绝缘薄膜42将厚度约为50μm的金属薄片43粘合至冷却装置，以及通过将金属薄片焊接至所述半导体激光器的一个电极，半导体激光器装置可以低成本地制造出来，其中该半导体激光器具有另外一个电极，位于所述半导体激光器的表面，该表面用于将半导体激光器安装至冷却装置或用于安装半导体激光器的基板上，从而实现用于为半导体激光器电流供给的配线。通过使用相对面具有粘着能力的双面粘性热固性绝缘薄膜作为绝缘薄膜，可以容易地将绝缘薄膜和金属薄片与冷却装置实现定位，这是因为双侧粘合热固性绝缘薄膜只有在温度升高才具有粘性，从而高精确度的半导体激光器装置可以低成本实现。通过使用具有形成于其相对面上的热固性绝缘层以及置于其中央的绝缘层结构的双侧粘合热固性绝缘薄膜，可以防止加热时粘合剂泄漏等问题，从而可以减少冷却装置和金属薄片之间短路的风险，其中所述绝缘层包括在加热时也很难变软的树脂层等等。通过在金属薄片的一部分上形成聚酰亚胺树脂层或类似的树脂层，可以进一步减少冷却装置和金属薄片之间短路的风险。
特别的，通过位于或者靠近金属薄片43上那些焊接至半导体激光器的电极的部位上形成一狭缝44，可以减少由半导体激光器和冷却装置的热扩散系数的不同而引起的残余应力，从而可以提高了半导体激光器装置的可靠度。这在半导体激光器为线性LD阵列的情况下特别有效，从而具有金属薄片焊接的大范围区域。
特别的，通过形成绝缘薄膜和具有固定定位销的槽口的金属薄片，绝缘薄膜和金属薄片可以精确地安装至冷却装置上，且可以批量地制造半导体激光器装置。
图1为显示依照本发明第一实施例的冷却装置的透视图；图2包括显示依照本发明的第一实施例的用于冷却装置的板材构件在它们层叠之前的平面图，其中左手侧示图显示了板材构件的上表面，右手侧示图显示了在板材构件的下表面(后表面)上的图案，这些板材构件以堆积的顺序排布；图3a和3b分别示意地显示了图1中冷却装置的横截面，其中图3a为板材构件相互结合之前的截面图，图3b为它们结合之后的截面图；图4为说明依照本发明第二实施例的示意图，其中显示了空腔的一个例子；图5a为说明第三实施例的示意图；图5b为说明图5a所示的实施例的一个更改例的示意图；图6为显示依照本发明第四实施例的冷却装置的透视图；图7包括显示依照本发明的第四实施例的用于冷却装置的板材构件在它们堆积之前的平面图，其中左手侧示图显示了板材构件的上表面，右手侧示图显示了在板材构件的下表面(后表面)上的图案，这些板材构件以堆积的顺序排布；图8包括说明本发明第五实施例的示意图，其中在用于冷却装置的板材构件中，在层叠顺序中三块最上面的板材构件以平面图显示了它们堆积之前的状态，在这些平面图中，左手侧示图和右手侧示图分别显示了板材构件的上表面和下表面(后表面)上的图案；图9包括进一步说明本发明第五实施例的示意图，其中在用于冷却装置的板材构件中，在堆积顺序中第四和第五最上面的板材构件以平面图显示了它们堆积之前的状态，在这些平面图中，左手侧示图和右手侧示图分别显示了板材构件的上表面和下表面(后表面)上的图案；图10a为说明本发明第六实施例的示意图，其中冷却装置的部分在平面图中显示，相互结合的第一至第三脊，第一至第四隔离体，或第一或第二突出部中至少一套在它们相应位置具有不同的宽度测量；图10b显示了一种情况，其中相互结合的第一至第三脊，第一至第四隔离体，或第一或第二突出部中至少一套在一范围内与另一个偏离，该范围小于在它们相应位置测量的宽度；图11a-11c为说明本发明第七实施例的示意图，其中图11a为显示了俯视的半导体激光器装置的平面图，其包括一冷却装置和安装于其上的半导体激光器，图11b和11c分别为左示图和仰视图。
图12为显示依照一现有技术的冷却装置；图13包括显示在图12所示的用于冷却装置的板材构件在它们层叠之前的平面图，其中这些板材构件以层叠的顺序排布；图14为显示依照另一现有技术的冷却装置；图15包括显示在图14所示的冷却装置中使用的板材构件在它们层叠之前的平面图，其中这些板材构件以层叠的顺序排布。
具体实施例方式
图1和2为说明本发明第一实施例的示意图。依照第一实施例的冷却装置1以图1中的透视图显示，在冷却装置1中使用的板材构件以图2中的平面图显示。在这些平面图中，左手侧视图和右手侧视图分别显示这些板材构件的上表面和下表面(后表面)。这些板材构件以层叠的顺序排列，且在它们表面形成焊料层。如这些图所示，在本实施例中，冷却装置由第一、第二和第三板材构件2-4的层叠片构成。每个板材构件具有一入口开口5、一出口开口6和和一贯穿部7，入口开口5延伸通过板材构件以将冷却液导入，出口开口6延伸通过板材构件以将冷却液释放，贯穿部7用于定位冷却装置。第一至第三板材构件皆具有一冷却液供给通路8，第二板材构件具有一冷却液释放通路9。此外，一贯通部在靠近第三板材构件的第一边10形成。在本实施例中，被冷却的半导体元件为线性LD阵列，其安装在靠近冷却装置1第一边10的外表面。相邻板材构件的相对结合面中的一个(特别的，位于第一板材构件的上表面和第三板材构件的下表面之外的第一板材构件的上表面；和位于第二板材构件的下表面和第三板材构件的上表面之外的第三板材构件的上表面)具有空腔12。除了作为冷却液通路或冷却装置定位用的入口开口5、开口6、一个冷却液通路和贯通部7之外，每个空腔12还包括的一凹陷、一槽或一贯通部。当层叠在一起的这些板材构件的温度升高，且同时施加一压力时，焊料层上的焊料熔化，熔化的焊料汇集在空腔12中。结果，焊料片在相邻板材构件的相对结合面之间形成，从而增加了板材构件之间的结合强度。
参照图2，第一和第二板材构件2，3中的每一个皆具有一个流通通路，该流通通路包括多个比板材构件的厚度浅且被第二脊13分隔开的槽14。第三板材构件具有一个包括多个槽14的流通通路和包括贯通部的流通通路，这些槽14比板材构件的厚度浅且被第二脊13分隔开，这些贯通部具有第二突出部15和被第三隔离体16分开的贯通部17。在第三板材构件的第一边10的附近，多个通孔以一通孔阵列19的形式形成，该通孔阵列19包括多个排成一条直线且被第四隔离体18分隔开的多个通孔。
当层叠在一起的板材构件的温度升高且同时施加一压力时，焊料层上的焊料熔化，产生的熔化焊料汇集至这些流通通路中，从而在相邻板材构件的相对结合面之间形成焊料切片。这样的焊料切片以相对窄的间隔在相对接合面中形成，接合面中的一个或两个具有流通通路，该流通通路具有流通通路分隔结构，例如第二脊13，第二突出部15，第三隔离体16或第四隔离体18。
图3a和3b为显示图1中冷却装置的横截面的示意图。其表面具有焊料层20的这些板材构件在图3a中显示了它们结合之前的状态，在图3b中显示了接合后的状态。如这些图所示，上面提到的空腔在相邻的板材构件的相对接合面中的其中一个的一区域内形成，在该区域内，没有具有通路分隔结构的流通通路，从而，在整个接合面上以相对窄的间隔形成焊料切片21。结果，接合区22被做的很窄，在该接合区相对接合面仅通过焊料层相互紧密接触，整个板材构件的接合强度被均衡，从而板材构件很难裂开或发生类似的情况。
图4为说明权利要求4-6所限定的本发明第二实施例的示意图，其中显示了上面提到的空腔的一个示例图案。在图4中，附图标记22表示结合区，在此，相对结合面仅通过焊料层相互紧密接触，附图标记23表示在结合区22中内接的最大圆。空腔12以这样的方式形成最大圆的直径等于或小于3mm，最佳为小于或等于1mm。此外，形成每个空腔12，使得空腔12的短边长度24或者其短的直径25等于或小于1mm，最佳为大约0.3mm。此外，相邻空腔之间的间距26等于或小于1mm，最佳为大约0.2mm。这样，通过紧密排列最小空腔，结合区22被做得很窄，且在结合区22结合面仅通过焊料层而相互紧密接触，生成的焊料片能很大程度地增加板材构件的结合强度。
图5a为说明权利要求7所限定的第三实施例的示意图。图5b为说明权利要求8所限定的一个改型例的示意图。在图5a中，空腔在板材构件层叠之后不能从外部看到的位置形成。在图5b中，空腔外周的一部分与板材构件外周27的一部分相重合。通过将空腔外周的一部分与板材构件外周27的一部分相重合，即使在结合区相对窄的情况下，也可以提供靠近板材构件外周的空腔。
同时，空腔12可以通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成，其制造成本低。
图6和7为显示本发明第四实施例的示意图。在图6中的透视图显示了本发明的冷却装置，图7中的平面图显示了用于冷却装置1的板材构件在它们层叠之前的各自的状态。在这些平面图中，左手侧的视图显示了在这些板材构件的上表面形成的图案，而右手侧的视图显示了在这些板材构件的下表面(后表面)形成的图案。这些板材构件以层叠的顺序排列。如图6和7所示，在本实施例中，冷却装置包括由第一、第二和第三板材构件2，3，4构成的层叠片。位于该层叠片一外侧上的第一板材构件2具有一入口开口5和一出口开口6，入口开口5延伸通过第一板材构件以将冷却液导入，出口开口6延伸通过第一板材构件以将冷却液释放。位于该层叠片另一外侧上的第二板材构件3既没有通过该板材构件的入口开口5也没有通过通过该板材构件的出口开口6。第三板材构件4位于第一板材构件2和第二板材构件3之间，其具有一入口开口5和一出口开口6，入口开口5延伸通过第三板材构件的区域28的一部分，且与第一板材构件上的入口开口5相对应，出口开口6延伸通过第三板材构件的区域29，且与第一板材构件上的入口开口6相对应。第一至第三板材构件中的每一个皆具有一冷却液供给通道8。第二板材构件具有一冷却液释放通路9。此外，包括多个排成一列且被第四隔离体18隔开的多个通孔的通孔阵列19形成于第三板材构件的第一边10附近。也可以形成没有隔离体18的狭缝，而不是该通孔阵列19。
由入口开口5导入冷却液供给通路8中的冷却液通过通孔阵列19流入冷却液释放通路9中，且通过出口开口6释放。从而将安装在层叠片的外表面部分上，且与该层叠片热耦合至的半导体元件冷却，该半导体元件的安装部位相应于通孔阵列19的位置。在本实施例中，所冷却的半导体元件为线性LD阵列11。
在图6和7所示的本发明的实施例中，在第三板材构件3的一表面(下表面)上的区域部分28，29的形成多个槽14，该表面(下表面)与作为该层叠片的外表面的另一表面(上表面)相对。区域28，29分别相应于入口开口和出口开口。槽14被第一脊30分开且比第二板材构件3的厚度浅。在第二板材构件3上形成且被第一脊30分开的槽14使得可以增加冷却流通通路的横截面，从而可以减少冷却液压力损耗，而且仅较小地减少第二板材构件3的分别与入口开口和出口开口相对应的区域28，29的机械强度。
在第二板材构件上不同于与入口开口和出口开口相对应区域28，29的区域内，形成包括多个槽14的流通通路，这些槽14比板材构件的厚度浅，且被第二脊13分开。第二板材构件上形成的第一脊30与第二板材构件上形成的第二脊13连接。因为第一和第二脊相互连接，所以与这些脊不连接的情况相比，可以增加机械强度，且可以防止因为冷却液流通的汇合和分流而引起的冷却液压力损耗的增加。
在图6和7所示的本发明的实施例中，第一板材构件2上的入口开口和出口开口5，6皆被第一隔离体31分开。在第一板材构件2上形成的第一隔离体31的一部分与在第一板材构件2上形成的第二脊13的一个相应部分或多个相应部分连接。此外，在第三板材构件4的相应于入口开口的区域28的一部分上，形成槽14，这些槽14被第三脊32分开，且比第三板材构件的厚度浅。在相应于出口开口的第三板材构件4的区域28内，混合存在开口区和第三突出部33，开口区延伸通过第三板材构件，第三突出部33为第三板材构件的突出部且均不开口。
此外，将延伸通过板材构件的开口区分开的第二隔离体34在分别相应于入口开口和出口开口的第三板材构件4的那些区域28和29上形成。
在图6和7所示的本发明的实施例中，位于第二板材构件3的分别相应于入口开口和出口开口区域28，29内的第一脊30在相应于位于第三板材构件4上的第一突出部33和第二隔离体34的部分的位置上形成，第三板材构件4靠近第二板材构件。通过将这些板材构件堆积起来，第一脊30与第一突出部33和第二隔离体34相结合。
形成于第二板材构件3的开口中的第一隔离体31在相应于位于第三板材构件4上第一突出部33和第二隔离体34的位置上形成，第三板材构件4靠近第二板材构件。通过将这些板材构件层叠起来，第一隔离体31与第一突出部33和第二隔离体34相结合。此外，形成于第三板材构件4的第一突出部33和第二隔离体34与在同样的第三板材构件中形成的第二脊13相连接。这样，在区域28，29内形成的开口和流通通路分开的结构与相邻板材构件的类似结构实现了结合，其中区域28，29分别与入口开口和出口开口相对应。从而，板材构件很难裂开且很难变形，因为这些结构相互支撑。
在图6和7所示的本发明的实施例中，靠近第三板材构件4的第一边10的通孔被形成为被第四隔离体18分开的通孔阵列19，第四隔离体18与在相邻第一和第二板材构件2，3上形成的第二脊13相结合。此外，在第三板材构件4上形成的隔离体18与在相同板材构件上形成的第二脊13相连，从而靠近第一边10的机械强度增加，在第一边10附近板材构件之间的热传导加强，因而提高了冷却装置的冷却性能。
在图6和7所示的本发明的实施例中，出口开口6比入口开口5更靠近第一边10。汇合流通通路使得通过入口开口5流入的冷却液通过在第一和第三板材构件2，4的出口开口6附近形成的冷却液供给通路8，通过第二板材构件3的冷却液释放通路9，然后释放到出口开口6，该冷却液释放通路9通过在第三板材构件4上形成的通孔阵列9，从而靠近第一边。此外，包括比板材构件的厚度浅的槽的冷却液供给通路8的一部分在第三板材构件3的一表面上形成，该表面相对于作为层叠片最外表面的另一面。在最远离冷却液入口开口的第三板材构件3上的冷却液供给通路8可以使得冷却液供给通路8的横截面变宽，从而减少冷却液压力损耗，即使冷却液供给通路在出口开口6的附近形成。因为在第二板材构件3的冷却液供给通路8中形成第一或第二脊来与第三板材构件4相结合，可以防止机械强度的减少。
在相对靠近第一边10的位置，组成第一板材构件2的冷却液供给通路8的第二脊13在相应于组成第二板材构件3的冷却液释放通路9的第二脊13的位置形成，从而相对靠近第一边10的位置处的机械强度增加了。位于这些位置的流通通路被第二脊13精细地分开，以增加冷却液和板材构件之间的热交换效率。
在冷却装置1制造成通过在板材构件的表面形成焊料层20，然后它们焊接结合在一起形成层叠片的情况下，可以在板材构件的结合面上形成空腔12，如图7所示。
图8和9为说明本发明第五实施例的示意图，其中以平面图显示了用于本发明冷却装置1的板材构件在它们层叠之前的状态。在这些板材构件中，在层叠顺序中的最上面的三块板材构件在图8中显示了他们层叠之前的状态。在层叠顺序中的最上面的第四和第五板材构件在图9中显示。在这些图中，左手侧的示图显示了这些板材构件上表面的图案，右手侧的示图显示了这些板材构件下表面(后表面)的图案。
如图8和9所示，在这些实施例中，冷却装置1包括由块板材构件的层叠片。位于该层叠片一最外侧的第一板材构件2具有一入口开口5和一出口开口6，入口开口5延伸通过该板材构件以将冷却液导入，出口开口6延伸通过该板材构件以将冷却液释放。另一方面，位于另一外侧的第二板材构件3既没有延伸通过该板材构件的入口开口5和出口开口6。
在第一和第二板材构件2，3之间，放置第三，第四和第五板材构件4，35，36。在第三至第五板材构件中的任一个上形成第二隔离体34，其位置与相邻板材构件上的第二隔离体34相对应。从而，通过将这些板材构件层叠在一起，每块板材构件上的第二隔离体34与邻近该板材构件的板材构件上的隔离体34相结合。因为相邻的在第三至第五板材构件的入口开口5或出口开口6内形成的第二隔离体34相互结合，所以不仅增加了第二隔离体34的机械强度，而且增加了第一隔离体31和第一脊30的机械起强度，第一隔离体31和第一脊30分别在第一和第二板材构件2，3上形成，且与第二隔离体34相连，第二隔离体相互结合且增加强度，从而很难发生变形。
第三至第五板材构件中的每一个具有那些有别于各自与入口开口和出口开口相对应的区域28，29的区域，这些区域不仅具有靠近第一边10的通孔阵列19，而且具有包括被第三隔离体16分开的贯通部19的流通通路。大多数第二脊13和第三隔离体16在与相邻板材构件结合的位置形成，这些第二脊13和第三隔离体16将在各自与入口开口和出口开口相对应的区域28，29以外的区域上形成的流通通路分开，该区域不是与入口开口和出口开口相对应的区域。
在第三至第五板材构件中，靠近第一边10的通孔为被第四隔离体18分开的通孔阵列19。第三至第五板材构件中每一个的第四隔离体18形成以与相邻其它板材构件的第四隔离体18相结合，第三至第五板材构件的第四隔离体18分别与在相同板材构件上形成的第二脊13相连。结果，冷却液的流通变平缓，从而抑制了压力损耗的增加，且靠近第一边10的机械强度明显增加。此外，在第一边10的附近增加了板材构件之间的热传导，从而改善了冷却装置的冷却性能。
在图8和9所示的本发明的实施例中，入口开口5比出口开口6更靠近第一边10。流通通路结构使得从入口开口5流入的冷却液流过在第一板材构件和第二和第四板材构件上形成的冷却液供给通路8，流过在在第二和第四板材构件3，36中至少任一个上形成的冷却液释放通路9，然后释放至出口开口6，该冷却液释放通路9通过在第三至第五板材构件4上形成的通孔阵列19，从而靠近第一边10。此外，包括第二桥体13和被这些第二桥体分开的槽14的冷却液供给通路的整个宽度37，冷却液释放通路的整个宽度38，和包括第三隔离体16和被这些第三隔离体16分开的贯通部17的冷却液释放通路的整个宽度38中的每一个，在任何位置皆比入口开口5或出口开口6直径宽。除了入口开口5或出口开口6的附近，这些宽度等于或大于板材构件的相应宽度的70％。这是因为流通通路不是以绕过开口的方式形成。被第二脊13分开且在第二板材构件相应于入口开口和出口开口的区域28，29形成的流通通路使得可以保证宽的流通通路横截面，从而减少冷却液的压力损耗，而不用减少机械强度。
在靠近第一边10的位置，构造第一板材构件2的冷却供给通路8的第二脊13在构造第二板材构件3的冷却释放通路9的第二脊13的相应位置上形成，从而靠近第一边10的机械强度增加。位于这些位置的流通通路被第二脊13很好的分开，以增加冷却液和板材构件之间的热交换效率，正如上面所述的那样。
在图8和9所示的本发明的实施例中，第一板材构件2的流通通路结构与第三板材构件4的流通通路结构相同，第三板材构件4比靠近层叠片中心更靠近第一板材构件，第二板材构件3基本上与第五板材构件36相同，第五板材构件36比靠近层叠片中心更靠近第二板材构件。层叠片具有相同的流通通路结构这个事实表明了这些脊和隔离体在相同位置布置。从而，当板材构件结合在一起时，具有增加的机械强度，且很难变形。
在图8和9中，具有与第三板材构件4结构完全相同的一个或多个板材构件可以在第一和第四板材构件2，35之间增加，具有与第五板材构件36结构完全相同的一个或多个板材构件可以在第二和第四板材构件3，35之间增加。当增加了一个或多个板材构件时，冷却装置1的厚度增加，但是流通通路的横截面也被增加来减少冷却液的压力损耗。换句话说，通过调整增加的板材构件的数目，冷却液的压力损耗可以减少到一预定值。在这种情况下，使用的板材构件的数目增加。然而，增加的一个或多个板材构件具有与现存的板材构件完全相同的结构，因而不增加元件类型的数量，可以将制造成本抑制到最小。
在图8和9所示的本发明的实施例中，第三板材构件4具有一冷却液缓冲区39，第三板材构件4比靠近层叠片中心更靠近第一板材构件，该冷却液缓冲区39比靠近通孔阵列19更靠近第三板材构件的中心，通孔阵列19靠近第一边10。该冷却液缓冲区39为在冷却液供给通路的整个宽度37上延伸的贯通区。经过不同流通通路的冷却液在缓冲区39汇聚，冷却液压力因而变得均衡，且合成的冷却液均一地进入通孔阵列19，从而线性LD阵列被均匀地冷却。在本实施例中，缓冲区39位于冷却液供给通路8中。可选择地，为了均匀流入通孔阵列19的冷却液的后向压力，缓冲区39也可以位于冷却液释放通路9中。
其中，被第一至第三脊分开的槽，被第一或第二隔离体分开的开口，给第三隔离体16分开的贯通部17，靠近第一边10的通孔阵列19，具有第一突出部33的开口，具有第二突出部15的贯通部可以通过低制造成本的包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成。
在图6，7或图8，9中显示的板材构件可以通过扩散焊接的方式将它们结合而层叠在一起。可选择地，它们可以在板材构件的结合面上形成焊料层之后通过焊接的方式堆积在一起。
图10a和10b为说明本发明第六实施例的示意图，其中冷却装置1以横截面图部分显示，该冷却装置1包括一由焊接的板材构件堆积成的层叠片，这些板材构件的结合面形成有焊料层20。每个板材构件具有第一至第三脊，第一至第四隔离体，或第一或第二突出部。至少这些脊，隔离体，或突出部的部分形成以在位置上基本与相邻板材构件的第一至第三脊，第一至第四隔离体，或第一或第二突出部相对应。相应的这些脊，隔离体，或突出部结合起来。
图10a显示了一种情况第一至第三脊，第一至第四隔离体，或第一或第二突出部中的至少一套相互结合，且在它们相应位置测量的宽度不同。图10b显示了一种情况第一至第三脊，第一至第四隔离体，或第一或第二突出部中的至少一套相互结合，且在宽度方向上其位置相互偏离，偏离的范围小于在这些脊，隔离体，或突出部的相应位置测量的宽度。
在图10中，显示了在板材构件上形成的第二脊13和在相邻板材构件上形成的第二脊13结合的例子。由于这样的结构，如图10所示，焊料片21在这些板材构件的焊接接合部分形成，使得可能增加接合强度。
板材构件由具有高导热系数的铜或者铜合金制成。在具有由焊料层20形成的接合面的焊接接合板材构件的情况下，用于焊料层的焊料可以由一种材料制成，该材料从包括具有相对低熔点的Sn、共晶的二元或多元的更复杂的Sn-基合金、In、二元或多元的更复杂的In-基合金、Ni和二元或多元更复杂的Ni-基合金合金的一组中选择。该焊料层可以通过汽相沉积或电镀的方式形成。
依赖用于焊料层和板材构件的材料，在焊接结合之后，首先形成金属间化合物，从而随着时间的流逝结合强度降低。为了消除这种情况，可以形成Ni、Ti、Pt、Cr或其类似物的薄膜，来提供焊料层20的初始涂层。
此时，入口开口5、出口开口6、被第一脊30分开的槽、被第一隔离体分开的贯通部，具有第一突出部33的贯通部或被第二突出物34分开的贯通部，被第三脊32分开的槽，被第二脊13分开的槽14或具有第二突出物15的贯通部17或被第三隔离体16分开的贯通部17，被靠近第一边10的第四隔离体18分开的通孔阵列19，用于定位冷却装置的贯通部7，空腔12，包括它们外部形状的板材构件可以仅通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成，其具有低制造成本。
入口开口5、出口开口6、被第一脊30分开的槽、被第一隔离体31分开的贯通部，具有第一突出部33的贯通部或被第二突出物34分开的贯通部，被第三脊32分开的槽，被第二脊13分开的槽14或具有第二突出物15的贯通部17或被第三隔离体16分开的贯通部17，被靠近第一边10的第四隔离体18分开的通孔阵列19，用于定位冷却装置的贯通部7，空腔12，包括它们外部形状的板材构件可以仅通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成，其具有低制造成本。通过利用上述方法形成板材构件的所有部分，可以同时从一张片材上形成大量的板材构件。
特别的，大量的冷却装置可以通过下面的方法超低成本的制造通过将一原板材料加工成半成品，该半成品具有大量的板材构件通过窄的桥体相互连接，且在相应板材构件层叠且结合起来之后，通过切割半成品来将这些板材构件从桥上分离出来。即使采用上述复杂的流通通路结构来增加冷却装置的机械强度和减少冷却液的压力损耗，该方法也可以制造出冷却装置，且减少成本。
为了通过上述的通常的各向同性化学蚀刻来实现该形成，优选为被第一至第三脊分开的槽、具有第一和第二突出部的贯通部、或被第一至第四隔离体分开的贯通部的宽度比板材构件的厚度稍大。为了防止机械强度的减少，它们的宽度应当等于或小于板材构件的厚度的五倍。从防止流通通路的横截面减少的角度来看，期望使得第一至第三脊、第一和第二突出部以及第一至第四隔离体变窄。另一方面，为了保证机械强度，优选为该宽度大约为板材构件厚度的0.5-3倍。板材构件越薄，所形成的流通通路越细，但是需要更多的大量板材构件来获得所需的流通通路横截面，从而增加了成本。考虑到这个原因，板材构件的厚度最佳在约0.2mm至约0.4mm的范围之内。
图11a-11c为说明本发明第七实施例的示意图。图11a为俯视的半导体激光器系统的平面图，其中，一半导体激光器安装在本发明的冷却装置上。图11b和11c分别为左侧示图和仰视图。
此处用到的半导体激光器为侧边发射半导体激光器，特别为单块线性LD阵列11，其具有多个激光发射器。线性LD阵列11安装在靠近冷却装置的第一边10，且平行于该第一边，从而发射的激光可以发射到外部，而不会被冷却装置1遮挡。
虽然没有在图11中显示，靠近板材构件的第一边且包括第四隔离体19的通孔阵列19的整个宽度基本上和线性LD阵列11的宽度(长度)相同，从而线性LD阵列11可以均匀地冷却。线性LD阵列11的宽度(长度)通常为10mm。
线性LD阵列11可以直接安装至冷却装置1。然而，在本实施例中，线性LD阵列通过用于安装半导体激光器的基板40安装至冷却装置上，以减少在线性LD阵列安装之后因为线性LD阵列和冷却装置的热扩散系数的不同而引起的残余应力。例如，可以在用于安装半导体激光器的基板40的线性LD阵列(半导体激光器)安装面上以及基板40与冷却装置结合的结合面上形成焊料层。线性LD阵列在真空或还原空气中升高温度，从而线性LD阵列11可以安装至冷却装置1上。为了减少残余应力，焊料层优选由熔化点相对低的材料制成。用于安装半导体激光器的基板40具有一位于激光发射侧的表面。优选地，该表面为置于位于激光发射侧的冷却装置1的表面稍后位置。优选地，例如，排列线性LD阵列11使得激光发射面和用于安装半导体激光器的基板40的位于激光发射侧的表面之间的距离等于或小于50μm。
为了增加冷却装置1和用于安装半导体激光器的基板40之间的结合强度，可以在用于安装基板40的冷却装置1的安装面上形成凹陷或槽41，该基板40用于安装半导体激光器，且可以在安装半导体激光器的基板40的结合面和用于安装基板40的冷却装置1的安装面之间形成焊料片21，在所述结合面基板40结合至冷却装置，在所述安装面半导体激光器安装至基板40。可以在安装半导体激光器的基板40的结合面上形成这样的凹陷或槽，而不是在用于安装基板40的冷却装置的安装面上形成凹陷或槽，在所述结合面基板40结合至冷却装置，在所述安装面半导体激光器安装至基板40。焊料片可以在安装半导体激光器的基板40的结合面和用于安装基板40的冷却装置的安装面之间形成，在所述结合面基板40结合至冷却装置，在所述安装面半导体激光器安装至基板40。
使用一相对表面具有粘合能力的绝缘薄膜42，一厚度约为50μm，形成有焊料层的金属薄片43粘合至冷却装置的用于安装半导体激光器的外表面。然后，该金属薄片焊接至半导体激光器11的一个电极，该半导体激光器还具有另外一个电极，该电极位于用于将半导体激光器安装至冷却装置1的半导体激光器的表面上或者位于用于安装半导体激光器的基板40上，从而实现为半导体激光器电流供给的配线。可使用双面粘性热固性绝缘薄膜来作为绝缘薄膜42，当加热时，其变软且具有粘性。当双面粘性热固性绝缘薄膜不加热时，其不具有粘性使得容易将绝缘薄膜与金属薄片对准。
可以使用具有下面结构的双面粘性热固性绝缘薄膜在薄膜的相对面上形成热固行粘合层，在薄膜的中央形成绝缘层，该绝缘层包括在加热时也很难软化的树脂层或其类似物，以防止加热时粘合剂溢出金属薄片的等等问题，从而减少冷却装置1与金属薄片43之间的短路风险。为了减少冷却装置1与金属薄片43之间的短路风险，可在金属薄片43的表面靠近冷却装置侧且焊接至半导体激光器11的薄片和邻近部分以外的位置形成聚酰亚胺树脂层或类似物。
可以在金属薄片43焊接至半导体激光器11的电极的部分上或靠近该部分的地方形成狭缝44，从而减少因金属薄片43和半导体激光器11之间的热扩散系数的不同而引起的残余应力。如图11所示，狭缝44可以形成一形状，在该形状中延伸至金属薄片43外周的狭缝和延伸短于金属薄片43外周的狭缝混合存在。或者该狭缝形成一形状，在该形状中，所有狭缝延伸至金属薄片43的外周。优选的，每个狭缝的宽度约为金属薄片43厚度的1.5至5倍，狭缝的节距等于或小于1mm，从而狭缝可以通过化学蚀刻形成。
绝缘膜42和金属薄片43可以形成具有槽口45，当金属薄片43通过绝缘薄膜42粘合至冷却装置1时，该槽口45定位绝缘薄膜42和金属薄片43相对于冷却装置1的位置关系。虽然没有示出，定位销可以固定至槽口45中来实现装配的定位。槽口的形状可以不仅仅是矩形，还可以适合于安装具有旋转对称定位销的半圆形。
权利要求
1.一种半导体元件的冷却装置，包括一个由至少三个板材构件层叠起来的层叠片，其中在这些板材构件中的至少其中一个上形成用于流通冷却液的通路，在这些结合且层叠在一起的板材构件中的至少其中一个的至少一个结合面上形成焊料层，其中，在至少一个形成焊料层的结合面上，以及在相对于形成该焊料层的结合面的另一个板材构件的一个的结合面上形成一个或多个未用空间，所述的一个或多个未用空间除了被形成为导入冷却液的入口开口、释放冷却液的出口开口、用作冷却液流通通路的一个槽或一个贯通部或一个凹陷，以及构成流通冷却液的通路或定位冷却装置的通孔之外，还形成凹陷、槽和通孔。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其中熔化焊料汇集至所述未用空间中，且在结合面之间形成焊料片。
3.如权利要求1或2所述的冷却装置，其中在构成层叠片的板材构件的所有结合面上形成焊料层，且所述未用空间在每一对相对结合面的至少任一个面上形成。
4.如权利要求1-3任一项所述的冷却装置，其中每个相对结合面具有它们仅通过焊料层相互紧密接触的结合区，每个结合区都不形成未用空间、入口开口、出口开口、用作冷却液流通通路的槽或贯通部或凹陷和用于定位冷却装置的贯通部，以及所述结合区窄，且内接于该结合区的圆的直径等于或小于3mm。
5.如权利要求1-4任一项所述的冷却装置，其中所述的至少一个未用空间具有一长度等于或小于1mm的窄边或等于或小于1mm的短直径。
6.如权利要求1-5任一项所述的冷却装置，其中未用空间具有多个，每个未用空间和至少一相邻的未用空间之间的间隔等于或小于1mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的冷却装置，其中在板材构件层叠之后，所述的至少一个未用空间于不能从外部看到的位置形成。
8.如权利要求1-7任一项所述的冷却装置，其中所述至少一个未用空间的外周的至少部分与板材构件的外周的部分相重合。
9.如权利要求1-8任一项所述的冷却装置，其中所述至少一个未用空间通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成。
10.一种半导体元件的冷却装置，包括一个由至少三块板材构件层叠起来的层叠片，其中该至少三块板材构件中的至少一块形成用于流通冷却液的通路，位于层叠片一最外侧的第一板材构件形成延伸通过该第一板材构件用于将冷却液导入的一入口开口和延伸通过该第一板材构件用于将冷却液释放的一出口开口，其中，位于该层叠片另一最外侧的第二板材构件没有延伸通过该板材构件的入口开口和出口开口所述第一和第二板材构件之间设置有一第三或第四板材构件和更多的板材构件，所述第三或第四板材构件和更多的板材构件形成一延伸贯通该板材构件的开口和一靠近板材构件第一边的通孔，该开口为在位置上分别与形成于所述第一板材构件上的入口开口和出口开口相对应的入口开口和出口开口中的任一个，从而冷却液从入口开口导入形成于任一板材构件上的冷却液供给通路，通过该通孔流入形成于任一板材构件上的冷却液释放通路，且被释放到出口开口，从而使得安装至该层叠片的一个外表面上的半导体元件冷却，该半导体元件位于靠近相应于通孔的位置，使得与该层叠片热耦合，以及在第二板材构件的与层叠片外表面的相对的表面上的分别与入口开口和出口开口相对应的区域中的至少任一个的至少部分上，形成一条被一个或多个脊分开且比第二板材构件的厚度浅的槽。
11.如权利要求10所述的冷却装置，其中在板材构件上与入口开口和出口开口相对应的区域以外的区域的至少部分上，形成包括多个槽的通路，这些槽被一个或多个第二脊分开且比板材构件的厚度浅，以及形成于所述第二板材构件上的一个或多个第一脊中的至少一个与形成于所述第二板材构件上的一个或多个第二脊相连。
12.一种半导体元件的冷却装置，包括一个由至少三块板材构件层叠起来的层叠片，其中在该至少三块板材构件中的至少一块上形成用于流通冷却液的通路，其中，置于所述层叠片一最外侧的一个第一板材构件形成一延伸通过该第一板材构件用于将冷却液导入的入口开口和一延伸通过该第一板材构件用于将冷却液释放的出口开口，其中，置于所述层叠片另一外侧的第二板材构件没有延伸通过该板材构件的入口开口和出口开口，一个第三或第四板材构件和更多板材构件位于所述第一和第二板材构件之间，所述第三或第四和更多板材构件形成一延伸通过该板材构件的开口和一靠近该板材构件第一侧的通孔，该开口为在位置上分别与形成于所述第一板材构件上的入口开口和出口开口相对应的入口开口和出口开口中的任一个，冷却液从入口开口导入形成于任一板材构件的冷却液供给通路，通过通孔流入形成于任一板材构件上的冷却液释放通路，且释放到出口开口，从而使得安装至层叠片的一个外表面上靠近相应于通孔的位置的半导体元件冷却，使得与该层叠片热耦合，以及所述第一板材构件的入口开口和出口开口中的任何一个的至少部分被第一隔离体分开。
13.如权利要求12所述的冷却装置，其中形成于第一板材构件的至少一个第一隔离体与形成于所述第一板材构件的一个相应的一个或多个第二脊相连。
14.如权利要求10-13任一项所述的冷却装置，其中在所述第三或第四和更多板材构件上至少与一个开口相应的区域的至少部分上，形成一条被第三脊分开且比板材构件的厚度浅的槽。
15.如权利要求10-14任一项所述的冷却装置，其中在所述第三或第四和更多板材构件上分别相应于入口开口和出口开口的区域中的至少与一个开口相应的区域上，一个延伸通过所述第三或第四和更多板材构件的开口区域和一个或多个第一突出部混合存在，所述的一个和多个第一突出部不开口且为这些板材构件的突起。
16.如权利要求15所述的冷却装置，其中形成于所述第三或第四和更多板材构件上与开口相应的区域上的所述一个或多个第一突出部中的至少一个的形状为具有与相应的一块和多块板材构件连接的相对端部，且作为第二隔离体，通过该第二隔离体延伸通过所述第三和第四和更多板材构件的开口区域被分开。
17.如权利要求16所述的冷却装置，其中形成于第二板材构件上与开口相应的区域的所述一个或多个第一脊的至少部分在一位置上形成，该位置相应于所述一个或多个第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊的至少部分，所述第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊在靠近所述第二板材构件的所述第三或第四和更多板材构件上形成，以及所述一个或多个的第一脊的至少部分与所述一个或多个第一突出部或所述第二分离部或所述第三脊的至少部分相连结。
18.如权利要求16所述的冷却装置，其中形成于所述第一板材构件上与开口相应的区域的所述一个和多个第一隔离体的至少部分在一位置上形成，该位置相应于所述一个或多个第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊中的至少部分，所述第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊在靠近所述第一板材构件的所述第三或第四和更多板材构件上形成，以及所述一个和多个第一隔离体的至少部分与所述一个或多个第一突出部或所述第二隔离体或所述第三脊的至少部分相连结。
19.如权利要求16-18中任一项所述的冷却装置，其中至少形成于所述第三或第四和更多板材构件上的所述的一个或多个第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊与在相同板材构件上形成的所述的一个或多个第二脊相连。
20.如权利要求16-19中任一项所述的冷却装置，其中包括所述第三或第四和更多板材构件的多块板材构件置于所述第一和第二板材构件之间，形成于所述第三或第四和更多板材构件其中之一上的所述第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊中的至少部分在位置上与形成于与所述第三或第四和更多板材构件之一邻接的另一块板材构件上的所述第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊相对应，且与形成于另一块板材构件上的所述第一突出部、所述第二隔离体或所述第三脊相结合。
21.如权利要求10-20中任一项所述的冷却装置，其中除了设置于靠近该板材构件的第一侧的通孔外，一包括具有第二突出部的贯通部或被第三隔离体分开的贯通部的流通通路在所述第三或第四和更多板材构件上分别与入口开口和出口开口相对应的区域以外区域形成。
22.如权利要求21所述的冷却装置，其中所述第二脊、所述第二突出部或所述第三隔离体中的至少部分与相邻的板材构件相连结。
23.如权利要求10-22中任一项所述的冷却装置，其中设置于所述第三或第四和更多板材构件第一边附近的所述通孔为一通孔阵列，其中多个通孔排成一列且被第四隔离体分开。
24.如权利要求23所述的冷却装置，其中形成于所述第三或第四和更多板材构件上的第四隔离体与相邻该板材构件的第二脊或第四隔离体相连结。
25.如权利要求23或24中任一项所述的冷却装置，其中在所述第三或第四和更多板材构件上形成的第四隔离体与在相同板材构件上形成的第二脊相连。
26.如权利要求10-25中任一项所述的冷却装置，其中所述冷却装置包括一流通通路结构，其中所述出口开口比入口开口更靠近板材构件的第一侧，从入口开口流入的冷却液流过所述冷却液供给通路，流过冷却液释放通路，然后从所述出口开口释放，所述冷却液供给通路在所述第一板材构件以及靠近所述第一板材构件的所述第三或第四和更多板材构件中的至少任一块上形成从而从所述的出口开口旁边绕过，所述冷却液释放通路在所述第二板材构件以及靠近所述第二板材构件的所述第三或第四和更多板材构件中的至少任一块上形成，且经由在所述第三或第四和更多板材构件上形成的通孔从而靠近板材构件的第一侧，以及包括比板材构件的厚度浅的槽的冷却液供给通路的部分在所述第二板材构件的表面形成，该表面与作为层叠片外表面的另一面相对。
27.如权利要求21-25中任一项所述的冷却装置，其中所述的冷却装置包括一流通通路结构，其中所述入口开口比出口开口更靠近板材构件的第一侧，从所述入口开口流入的冷却液流过所述的冷却液供给通路，流过冷却液释放通路，然后从所述出口开口释放，所述冷却液供给通路在所述第一板材构件以及靠近所述第一板材构件的所述第三或第四和更多板材构件中的至少任一块上形成，所述冷却液释放通路在所述第二板材构件以及靠近所述第二板材构件的所述第三或第四和更多板材构件中的至少任一块上形成，且经由在所述第三或第四和更多板材构件上形成的通孔，从而靠近板材构件的第一侧，以及冷却液供给通路或包括第二脊和被第二脊分开的槽的冷却液释放通路的整个宽度，或冷却液供给通路或包括第二突出部和具有第二突出部的贯通部的整个宽度，或者冷却液供给通路或包括第三隔离体和被第三隔离体分开的贯通部的的整个宽度在任何位置等于或大于入口开口或出口开口的直径或等效宽度。
28.如权利要求21-27中任一项所述的冷却装置，其中构成冷却液供给通路的所述第二脊或所述第三隔离体的至少部分在一位置形成，该位置相应于构成冷却液释放通路的所述第二脊或所述第三隔离体。
29.如权利要求10-28中任一项所述的冷却装置，其中所述层叠片包括位于所述第一和第二板材构件之间的三块或更多的板材构件，其包括第三、第四和第五板材构件，以及所述第一板材构件和至少一组板材构件具有基本相同的流通通路结构，该至少一组板材构件比靠近层叠片的中心更靠近所述第一板材构件，或者所述第二板材构件和至少一组板材构件具有基本相同的流通通路结构，该至少一组板材构件比靠近层叠片的中心更靠近所述第二板材构件。
30.如权利要求10-29中任一项所述的冷却装置，其中所述层叠片包括位于所述第一和第二板材构件之间的三块或更多的板材构件，其包括第三、第四和第五板材构件以及一其它的板材构件，以及所述第三或第四和更多板材构件中的至少一个具有位于一位置上的冷却液缓冲区，该位置比靠近所述通孔更靠近这些板材构件的中心，该通孔靠近板材构件的第一侧，该冷却液缓冲区为在所述冷却液供给通路的整个宽度上延伸的贯通区，所述的第三或第四和更多板材构件比靠近所述层叠片的中心更靠近所述第一板材构件。
31.如权利要求21-30中任一项所述的冷却装置，其中被所述第一、第二或第三脊分开且比板材构件的厚度要浅的槽，被所述第一或第二隔离体分开的开口，被所述第三隔离体分开且形成流通通路的贯通部，靠近板材构件的第一侧的所述通孔，具有所述第一突出部的开口，和具有所述第二突出部且形成流通通路的贯通部中的至少任一个通过化学蚀刻形成。
32.如权利要求10-31中任一项所述的冷却装置，其中所述的三块或更多块的板材构件通过扩散焊接而连结层叠在一起。
33.如权利要求10-31中任一项所述的冷却装置，其中一焊料层在每对板材构件的至少其中之一的至少一个结合面上形成，该至少一对板材构件相互连结和层叠在一起，且属于所述三个或更多板材构件。
34.如权利要求23-31和33中任一项所述的冷却装置，其中所述层叠片包括三个或更多板材构件，在其中一个板材构件上的所述第一至第三脊或所述第一至第四隔离体或所述第一或第二突出部中的至少部分，与相邻板材构件上的所述第一至第三脊或所述第一至第四隔离体或所述第一或第二突出部中的至少部分，在位置上近似对应，这些部分相互结合，相互结合的所述第一至第三脊或所述第一至第四隔离体或第一或第二突出部中的至少一组，在它们相应的位置上具有不同的测量宽度，或者在位置上以宽度方向相互偏离，该偏离的范围小于在它们相应位置的测量宽度，以及焊料片在它们的结合部分形成。
35.如权利要求1-34中任一项所述的冷却装置，其中所述第一板材构件，所述第二板材构件，以及所述第三或第四和更多板材构件中的至少一个由铜或铜合金制成。
36.如权利要求1-9和33-35中任一项所述的冷却装置，其中用于将相邻的板材构件相互连结的焊料层的焊料是从Sn、共晶的二元或更复杂的Sn基合金、In、二元或更复杂的In基合金、Ni和二元或更复杂的Ni基合金的一组中选择的材料。
37.如权利要求36所述的冷却装置，其中所述焊料层通过汽相沉积或电镀的方式形成。
38.如权利要求36或37所述的冷却装置，其中Ni、Ti、Pt、Cr或类似的薄膜被形成，来提供所述焊料层的初始涂层。
39.如权利要求1-22所述的冷却装置，其中在板材构件上形成的所述入口开口、所述出口开口、所述冷却液流通通路、所述用于定位冷却装置的贯通部和所述未用空间，以及所述板材构件的外形都通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术形成。
40.如权利要求39所述的冷却装置，其中在板材构件上形成的所述入口开口、所述出口开口、所述冷却液流通通路、所述用于定位冷却装置的贯通部、所述未用空间以及所述板材构件的外部形状均仅仅通过从每块板材构件的一面起比板材构件的厚度的一半要深的化学半蚀刻和从每块板材构件的另一相对面起比板材构件的厚度的一半要深的化学半蚀刻而形成。
41.如权利要求23-40任一项所述的冷却装置，其中下面所述的均仅仅通过包括半蚀刻技术的化学蚀刻技术而形成的所述形成于板材构件上的所述入口开口和出口开口；置于所述第二板材构件的相应于开口的部位且被所述第一脊分开的所述槽；置于所述第一板材构件上且被所述第一隔离体分开的所述开口；在所述第三或第四和更多的板材构件上形成且具有所述第一突出部或被所述第二隔离体分开的所述开口；置于所述第三或第四和更多的板材构件的开口且被所述第三脊分开的所述槽；具有设置在相应于开口区域以外的区域的所述槽的所述贯通部，其用来作为冷却液流通通路，且被所述第二脊分开，或者具有第二突出物，或者被第三隔离体分开；位于靠近板材构件的第一侧且被第四隔离体分开的所述通孔阵列；用于定位冷却装置的所述贯通部；所述的未用空间；以及板材构件的外部形状。
42.如权利要求41所述的冷却装置，其中下面所述的均仅仅通过从每块板材构件的一面起比板材构件的厚度的一半要深的半蚀刻和从板材构件的另一相对面起比板材构件的厚度的一半要深的半蚀刻而形成在板材构件上形成的所述入口开口和出口开口开口；置于所述第二板材构件的相应于开口部位且被所述第一脊分开的所述槽；置于所述第一板材构件上且被所述第一隔离体分开的所述开口；在所述第三或第四和更多的板材构件上形成且具有所述第一突出部或被所述第二隔离体分开的所述开口；置于所述第三或第四和更多板材构件上且被所述第三脊分开的所述槽；被置于相应于开口的区域以外的区域的所述第二脊分开的所述槽，该贯通部用来作为冷却液流通通路，且被所述第二脊分开，或者具有第二突出物，或者被所述第三隔离体分开；置于靠近板材构件的第一侧且被第四隔离体分开的所述通孔阵列；用于定位冷却装置的所述贯通部；所述的未用空间；以及板材构件的外部形状。
43.如权利要求1-38任一项所述的冷却装置，其中安装一半导体激光器作为半导体元件。
44.如权利要求43所述的冷却装置，其中所述的半导体激光器为一个侧边-发射半导体激光器。
45.如权利要求44所述的冷却装置，其中所述表面发射半导体激光器为具有多个激光发射器的单片线性阵列，以及该线性阵列的宽度基本上等于通孔的宽度或包括第四隔离体的通孔阵列的整体宽度，通孔或通孔阵列靠近板材构件的第一侧。
46.如权利要求43-45任一项所述的冷却装置，其中所述半导体激光器通过用于安装半导体激光器的基板安装至所述冷却装置上，以及在一半导体激光器安装面和所述基板的结合面中的至少一个上形成一焊料层，基板在该结合面被结合至所述冷却装置上。
47.如权利要求46所述的冷却装置，其中至少一个凹陷或槽形成于用于安装半导体激光器的所述基板的结合面以及所述冷却装置的安装面中的至少其中任何一个，用于安装半导体激光器的所述基板的结合面将基板与所述冷却装置相连结，在所述冷却装置的安装面上安装用于安装半导体激光器的所述基板，以及一焊料片形成于用于安装半导体激光器的所述基板的所述结合面和所述冷却装置的所述安装面之间。
48.如权利要求43-47中任一项所述的冷却装置，其中使用其相对面上具有粘着能力的绝缘薄膜，厚度约为50μm或等于或小于100μm的薄金属片粘合至所述冷却装置的外表面上，半导体激光器安装至该冷却装置上，以及所述薄金属片被焊接至所述半导体激光器的一个电极上，该半导体激光器具有另外一个电极，其位于所述半导体激光器的表面，该表面用于将半导体激光器安装至所述冷却装置或用于安装半导体激光器的所述基板上，从而实现用于为所述半导体激光器电流供给的配线。
49.如权利要求48所述的冷却装置，其中所述绝缘层为双面粘性热固性绝缘薄膜，当被加热时软化且具有粘性，且当其回复到室温时将变硬，独立置于所述薄膜两侧的物理实体通过该薄膜相互粘合在一起。
50.如权利要求49所述的冷却装置，其中所述的双面粘性热固性绝缘薄膜具有在其相对面上形成的热固性粘性层以及置于其中中央的绝缘层，该绝缘层包括在加热时也几乎不变软的树脂层或类似物。
51.如权利要求48-50中任一项所述的冷却装置，其中在所述薄金属片的至少部分上形成聚酰亚胺或类似物的树脂层。
52.如权利要求48-51中任一项所述的冷却装置，其中至少在所述薄金属片的那些与所述半导体激光器电极焊接的部分上或者靠近该部分形成至少一狭缝。
53.如权利要求48-52中任一项所述的冷却装置，其中至少所述绝缘薄膜和所述薄金属片中的至少任一个具有一槽口，当薄金属片通过绝缘薄膜粘合至冷却装置上时，该槽口用于定位绝缘薄膜或薄金属片。
全文摘要
本发明揭示了一种半导体元件的冷却装置，其增加了机械强度且减少了冷却液的压力损耗。构成冷却装置的板材构件具有流通通路，例如冷却液供给和释放开口，被脊分开的槽，和被突出部或隔离体分开的贯通部。这些脊，突出部，和隔离体与相邻板材构件相结合来增加结合强度，且通过在不同板材构件的相同位置形成这些脊，突出部，和隔离体来更进一步增加结合强度。在将其表面具有焊料层的板材构件层叠的情况下，在板材构件的结合面上形成大量的微小空腔，而不形成通路等等，且焊料切片在整个结合面上形成来增加结合强度。槽、贯通部和板材构件的外形可以由化学蚀刻技术形成。多个板材构件可以从一单块金属板同时制备得到。
文档编号H01L23/473GK1592010SQ20041007425
公开日2005年3月9日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月4日
发明者坂野哲朗, 泷川宏, 西川佑司, 早野浩次, 大山昭宪, 宫田龙介 申请人:发那科株式会社