Die
Erfindung betrifft eine Konversionseinheit zur Umwandlung von elektrischer
Energie in Strahlungsenergie oder zur Umwandlung von Strahlungsenergie
in elektrische Energie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The
The invention relates to a conversion unit for converting electrical
Energy in radiant energy or for the conversion of radiant energy
in electrical energy according to the preamble of claim 1.
Eine
solche als Strahlungsquelle ausgebildete Konversionseinheit weist
demgemäß wenigstens eine als Strahlungsemissionsanordnung
ausgebildete Konversionsanordnung und wenigstens eine Kühlmittelzu-
und -abführeinrichtung auf.A
such converted as a radiation source conversion unit has
Accordingly, at least one as a radiation emission arrangement
trained conversion arrangement and at least one coolant supply
and -abführeinrichtung on.
Die
Kühlmittelzu- und -abführeinrichtung besitzt wenigstens
einen der Strahlungsemissionsanordnung zugewandten Kühlmittelauslass, über
den wenigstens ein Kühlmittel der Strahlungsemissionsanordnung
zugeführt wird, und wenigstens einen der Strahlungsemissionsanordnung
zugewandten Kühlmitteleinlass, über den das Kühlmittel
aus der Strahlungsemissionsanordnung abgeführt wird.The
Coolant supply and removal device has at least
a radiative outlet facing the radiator outlet, via
the at least one coolant of the radiation emission arrangement
is supplied, and at least one of the radiation emission arrangement
facing coolant inlet through which the coolant
is removed from the radiation emission arrangement.
Die
Strahlungsemissionsanordnung besitzt mehrere, im Betrieb Strahlung
emittierende Halbleiterbaugruppen als Konversionsmodule, die in
wenigstens einer Anordnungsrichtung zumindest abschnittsweise einander
benachbart angeordnet sind.The
Radiation emission arrangement has several, in operation radiation
emitting semiconductor modules as conversion modules, which are described in
at least one arrangement direction at least partially each other
are arranged adjacent.
In
der Strahlungsemissionsanordnung besteht wenigstens eine Kühlmittelführung,
in dessen Verlauf die Beströmung der Halbleiterbaugruppen
mit dem Kühlmittel vorgesehen ist.In
the radiation emission arrangement consists of at least one coolant guide,
in the course of which the flow of the semiconductor components
is provided with the coolant.
Die
Halbleiterbaugruppen weisen wenigstens ein elektrisch kontaktierbares
im Betrieb Strahlung in wenigstens eine Abstrahlungsrichtung emittierendes
Halbleiterbauelement als Konversionselement auf sowie wenigstens
einen Wärmeleitkörper mit wenigstens einem Wärmeaufnahmeabschnitt, der
wenigstens eine Wärmeaufnahmefläche besitzt, an
der das Halbleiterbauelement befestigt ist, und wenigstens einem
Wärmeabgabeabschnitt, der wenigstens eine Wärmeabgabefläche
zur Wärmeabgabe an das strömende Kühlmittel
besitzt.The
Semiconductor modules have at least one electrically contactable
In operation, emitting radiation in at least one emission direction
Semiconductor device as a conversion element and at least
a Wärmeleitkörper with at least one heat receiving portion, the
has at least one heat receiving surface on
the semiconductor device is attached, and at least one
Heat emitting portion, the at least one heat transfer surface
for dissipating heat to the flowing coolant
has.
Ein
Beispiel für eine derartige Strahlungsquelle sieht als
Strahlungsemissionsanordnung einen Diodenlaserstapel vor, in dem
die Halbleiterbaugruppen Diodenlaserbauelemente sind, die kantenemittierende
Laserdiodenbarren als Halbleiterbauelemente und Mikrokanalwärmesenken
als Wärmeleitkörper aufweisen.One
Example of such a radiation source sees as
Radiation emission arrangement a diode laser stack before, in the
the semiconductor devices are diode laser devices that are edge-emitting
Laser diode bars as semiconductor devices and microchannel heat sinks
have as Wärmeleitkörper.
Eine
solche Strahlungsquelle ist aus der Offenlegungsschrift DE 197 50 879 A1 bekannt.Such a radiation source is known from the published patent application DE 197 50 879 A1 known.
Nachteilig
an der betreffenden Strahlungsquelle ist zum einen die große
Ausdehnung (hier: Dicke) der Wärmeleitkörper in
Stapelrichtung, die eine reduzierten Abstand zwischen einander benachbarten
Halbleiterbaugruppen (hier: Diodenlaserbauelementen) begrenzt. Zum
anderen ist nachteilig, dass die Stapelhöhe durch den Druckverlust
begrenzt ist, der sich infolge des seriellen Kühlmittelstroms
durch die Wärmeleitkörper ergibt.adversely
at the relevant radiation source is on the one hand, the large
Extension (here: thickness) of the heat conducting body in
Stacking direction, which is a reduced distance between adjacent ones
Semiconductor modules (here: diode laser devices) limited. To the
Another disadvantage is that the stack height due to the pressure loss
is limited due to the serial coolant flow
through the heat conducting results.
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Strahlungsquelle zu beschreiben,
die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.It
It is therefore an object of the invention to describe a radiation source,
which does not have the aforementioned disadvantages.
Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung eine Konversionseinheit zu beschreiben,
deren Konversionselemente – im Falle einer Strahlungsquelle sind
es Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente – flächenmäßig
einen möglichst großen Füllfaktor einnehmen
und möglichst gut kühlbar sind.Especially
It is an object of the invention to describe a conversion unit,
their conversion elements - in the case of a radiation source
it radiation-emitting semiconductor devices - in terms of area
take the largest possible fill factor
and are as cool as possible.
Die
Aufgabe wird gelöst durch eine Konversionseinheit mit den
Merkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte Ausführungen sind
Gegenstand der Unteransprüche.The
Task is solved by a conversion unit with the
Features of claim 1. Preferred embodiments are
Subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist
der Wärmeabgabeabschnitt bezüglich des Wärmeaufnahmeabschnittes vollständig
in wenigstens einer zur Anordnungsrichtung geneigten Wärmeleitrichtung
angeordnet, und weist wenigstens eine, die Wärmeabgabefläche
umfassende Ausnehmung auf sowie wenigstens eine Öffnung,
die auf einer, dem Wärmeabgabeabschnitt des Wärmeleitkörpers
eines benachbarten – beispielsweise als Strahlung emittierende
Halbleiterbaugruppe ausgebildeten – Konversionsmoduls gegenüberliegenden,
ersten Außenseite angeordnet ist, und mit der Ausnehmung
in Verbindung steht.According to the invention
the heat discharge portion with respect to the heat receiving portion completely
in at least one heat conduction direction inclined to the arrangement direction
arranged, and has at least one, the heat transfer surface
extensive recess on and at least one opening,
on one, the heat-emitting portion of the Wärmeleitkörpers
an adjacent - for example, emitting radiation
Semiconductor module trained - conversion module opposite,
first outside, and with the recess
communicates.
Dabei
kann die Wärmeabgabefläche aufweisende Ausnehmung
als Kühlkanal angesehen werden. Im Gegensatz dazu weist
der Wärmeaufnahmeabschnitt erfindungsgemäß keine
vom Kühlmittel benetzte Fläche auf.there
can the heat-emitting surface having recess
be regarded as a cooling channel. In contrast, points
the heat receiving portion according to the invention no
from the coolant wetted surface.
Des
weiteren besitzt die Kühlmittelführung erfindungsgemäß Kühlmittelflusspassagen
zwischen den Wärmeabgabeabschnitten von Wärmeleitkörpern
benachbarter Konversionsmodule und ist für einen ersten
Kühlmittelfluss zur Beströmung einer ersten Gruppe
einer oder mehrerer Konversionsmodule und einen, zum ersten Kühlmittelfluss
strömungstechnisch parallelen, zweiten Kühlmittelfluss
zur Beströmung einer zweiten Gruppe einer oder mehrerer Konversionsmodule
ausgebildet.Of
Further, the coolant guide according to the invention has coolant flow passages
between the heat-dissipating sections of heat-conducting bodies
neighboring conversion modules and is for a first
Coolant flow to the flow of a first group
one or more conversion modules and one, the first coolant flow
fluidically parallel, second coolant flow
for the flow of a second group of one or more conversion modules
educated.
Ferner
weist der Wärmeleitkörper erfindungsgemäß jeweils
wenigstens einen Wärmeleitabschnitt auf, der zwischen dem
Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt
angeordnet ist und wenigstens eine Dichtfläche besitzt, über
die zumindest abschnittsweise eine Dichtung erfolgt; die zu einem
Einschluss von Kühlmittel in den Kühlmittelflusspassagen
beiträgt.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.
Schließlich
ist von der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung
erfindungsgemäß wenigstens der Abschnitt in Wärmeleitrichtung
abseits der Konversionsanordnung angeordnet, der den Kühlmittelauslass und/oder
den Kühlmitteleinlass aufweist.After all
is from the coolant supply and discharge device
According to the invention, at least the section in the direction of heat conduction
arranged away from the conversion arrangement, the coolant outlet and / or
having the coolant inlet.
Die
erfindungsgemäße Konversionseinheit ist sowohl
als Strahlungsquelle als auch als Strahlungsempfänger ausbildbar.The
Conversion unit according to the invention is both
as a radiation source and as a radiation receiver can be formed.
In
einer erfindungsgemäßen Strahlungsquelle bilden
die Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente die Hauptwärmequellen
einer Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit der
erfindungsgemäßen Strahlungsquelle ausgebildet
wird.In
form a radiation source according to the invention
the radiation-emitting semiconductor components, the main heat sources
a heat transfer device, with the
formed radiation source according to the invention
becomes.
In
einem erfindungsgemäßen Strahlungsempfänger
bilden die Strahlung absorbierenden Halbleiterbauelemente die Hauptwärmequellen
einer Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit dem
erfindungsgemäßen Strahlungsempfänger
ausgebildet wird.In
a radiation receiver according to the invention
The radiation-absorbing semiconductor components form the main heat sources
a heat transfer device, with the
Radiation receiver according to the invention
is trained.
Die
Wärmeüberträger sind in beiden Fällen die
erfindungsgemäßen Konversionsmodule, die modulare
Bausteine der Konversionsanordnung sind.The
Heat exchangers are in both cases the
Conversion modules according to the invention, the modular
Building blocks of the conversion arrangement are.
Im
Falle der Strahlungsquelle ist die Konversionsanordnung eine Strahlungsemissionsanordnung,
die modular aus Strahlung emittierenden Halbleiterbaugruppen zusammengestellt
ist, die wenigstens ein Strahlung in wenigstens eine Abstrahlungsrichtung
emittierendes Halbleiterbauelement aufweisen.in the
Case of the radiation source, the conversion arrangement is a radiation emission arrangement,
the modular composed of radiation-emitting semiconductor modules assembled
is the at least one radiation in at least one direction of emission
having emitting semiconductor device.
Im
Falle des Strahlungsempfängers ist die Konversionsanordnung
eine Strahlungsempfangsanordnung, die modular aus Strahlung absorbierenden Halbleiterbaugruppen
zusammengestellt ist, die wenigstens ein Strahlung aus wenigstens
einer Einstrahlungsrichtung absorbierendes Halbleiterbauelement
aufweisen.in the
Trap of the radiation receiver is the conversion arrangement
a radiation receiving arrangement, the modular radiation-absorbing semiconductor components
is composed of at least one radiation of at least
an irradiation direction absorbing semiconductor device
exhibit.
Das
Kühlmittel bildet in beiden Fällen die Hauptwärmesenke.The
Coolant forms the main heat sink in both cases.
Die
Erfindung ist sowohl auf Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente
des kantenemittierenden Typs als auch des oberflächenemittierenden Typs
anwendbar und für beide Typen geeignet. Im Strahlengang
angeordnete Optikmittel können dabei bei Bedarf eine Homogenisierung
der Intensitätsverteilung der Strahlung und/oder eine Kollimation
oder Fokussierung der Strahlung bewirken.The
Invention is directed to both radiation emitting semiconductor devices
of the edge emitting type as well as the surface emitting type
applicable and suitable for both types. In the beam path
arranged optics can thereby homogenization if necessary
the intensity distribution of the radiation and / or a collimation
or focusing the radiation effect.
Desgleichen
ist die Erfindung auf Strahlung absorbierende Halbleiterbauelemente,
die sowohl Flächenempfänger als Kantenempfänger
sein können. Im Strahlengang angeordnete Optikmittel können
bei Bedarf eine lokale Erhöhung der Intensität der
Strahlung durch Konzentrierung beziehungsweise Bündelung
oder Fokussierung bewirken und damit die Bestrahlungsstärke
des Strahlung absorbierenden Halbleiterbauelementes erhöhen.Similarly
the invention is directed to radiation-absorbing semiconductor devices,
the both surface receiver as edge receiver
could be. In the beam path arranged optical means can
If necessary, a local increase in the intensity of
Radiation by concentration or bundling
or focus and thus the irradiance
increase the radiation-absorbing semiconductor device.
Ein
Beispiel für ein erfindungsgemäßes Strahlung
absorbierendes Halbleiterbauelement ist eine Solarzelle, wobei die
Konversionsmodule Solarmodule sind und die Konversionseinheit ein
photovoltaischer Generator ist.One
Example of a radiation according to the invention
The semiconductor absorbing device is a solar cell, wherein the
Conversion modules are solar modules and the conversion unit
photovoltaic generator is.
Ein
anderes Beispiel für ein erfindungsgemäßes
Strahlung absorbierendes Halbleiterbauelement ist ein thermoelektrischer
Chip mit einer der Einstrahlungsrichtung zugewandten Strahlungsabsorptionsschicht,
wobei die Konversionsmodule Peltier-Module sind und die Konversionseinheit
ein thermoelektrischer Generator ist.One
another example of an inventive
Radiation-absorbing semiconductor device is a thermoelectric
Chip with a radiation absorption layer facing the irradiation direction,
where the conversion modules are Peltier modules and the conversion unit
is a thermoelectric generator.
Stellvertretend
für einen Strahlungsempfänger und seine Komponenten
wird fortan auf die Strahlungsquelle mit ihren Komponenten Bezug
genommen. Dabei kann das bezüglich der Strahlungsquelle Gesagte
analog auf einen Strahlungsempfänger unter einer Maßgabe übertragen
werden, die die umgekehrte Energiewandlung berücksichtigt.vicarious
for a radiation receiver and its components
is henceforth related to the radiation source with its components
taken. In this case, the said with respect to the radiation source
transferred analogously to a radiation receiver under a proviso
which takes into account the reverse energy conversion.
Ist
das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ein Kantenemitter,
beispielsweise eine kantenemittierende Laserdiode, ein kantenemittierender Laserdiodenbarren
oder eine kantenemittierende Leuchtdiode, so sind die elektrischen
Kontaktflächen – eine erste und wenigstens eine,
zur ersten elektrischen Kontaktfläche gegenpolige, zweite – des
kantenemittierenden Halbleiterbauelements in der Regel parallel
zur Abstrahlungsrichtung und auf einander gegenüberliegenden
Seiten des kantenemittierenden Halbleiterbauelements angeordnet.is
the radiation-emitting semiconductor component has an edge emitter,
for example, an edge emitting laser diode, an edge emitting laser diode bar
or an edge emitting light emitting diode, so are the electrical
Contact surfaces - a first and at least one,
to the first electrical contact surface gegenpolige, second - the
Edge-emitting semiconductor device usually parallel
to the direction of radiation and on opposite sides
Side of the edge-emitting semiconductor device arranged.
Ist
das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ein Oberflächenemitter,
beispielsweise eine oberflächenemittierende Laserdiode
(VCSEL = vertical cavity surface emitting laser), eine oberflächenemittierendes
Laserdiodenfeld (VCSEL-array) oder eine oberflächenemittierende
Leuchtdiode, so sind die elektrischen Kontaktflächen – eine
erste und wenigstens eine, zur ersten elektrischen Kontaktfläche gegenpolige,
zweite – des kantenemittierenden Halbleiterbauelements
in der Regel senkrecht zur Abstrahlungsrichtung und auf einander
gegenüberliegenden Seiten des kantenemittierenden Halbleiterbauelements
angeordnet.is
the radiation-emitting semiconductor component has a surface emitter,
For example, a surface emitting laser diode
(VCSEL = vertical cavity surface emitting laser), a surface emitting
Laser diode array (VCSEL array) or a surface emitting
LED, so are the electrical contact surfaces - a
first and at least one, opposite to the first electrical contact surface,
second - the edge-emitting semiconductor device
usually perpendicular to the direction of radiation and on each other
opposite sides of the edge-emitting semiconductor device
arranged.
Nichtsdestoweniger
können die elektrischen Kontaktflächen für
beide Emissionstypen gegenüber ihrer besagten regelrechten
Anordnung geneigt und/oder auf ein- und derselben Seite des Halbleiterbauelementes
angeordnet sein. Zur Vereinfachung der Erläuterung der
Vorteile der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
wird 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.
Vorzugsweise
sind dabei die elektrische Kontaktflächen parallel zu der
Wärmeaufnahmefläche, wiewohl auch geneigte Anordnungen
möglich sind. Dabei liegt der Wärmeaufnahmeabschnitt
in einer Wärmequellenprojektion des Halbleiterbauelementes
senkrecht zu den elektrischen Kontaktflächen.Preferably
are the electrical contact surfaces parallel to the
Heat receiving surface, although inclined arrangements
possible are. This is the heat absorption section
in a heat source projection of the semiconductor device
perpendicular to the electrical contact surfaces.
Die
Strahlungsemissionsanordnung kann sowohl linear mit nur einer Anordnungsrichtung
vorliegen oder flächig mit mehr als einer Anordnungsrichtung,
beispielsweise zwei Anordnungsrichtungen, die eine gemeinsame Anordnungsebene
aufspannen. Der im linearen Fall einzigen Anordnungsrichtung kann
eine bestimmte Anordnungsebene zugewiesen werden mit der Forderung,
dass diese Ebene sowohl die linearen Anordnungsrichtung umfasst
als auch ein Richtung, in der eine zweite lineare Strahlungsemissionsanordnung
einer ersten linearen Strahlungsemissionsanordnung vorzugsweise
benachbart sein kann, ohne die Abstrahlung der ersten linearen Strahlungsemissionsanordnung
zu behindern.The
Radiation emission arrangement can be both linear with only one arrangement direction
present or areal with more than one arrangement direction,
For example, two arrangement directions that a common arrangement level
span. The single arrangement direction in the linear case can
assigned a certain level of arrangement with the requirement
this plane comprises both the linear arrangement direction
as well as a direction in which a second linear radiation emitter array
a first linear radiation emitter array, preferably
may be adjacent without the radiation of the first linear radiation emitter array
to hinder.
Eine
Anordnungsrichtung kann dann als Benachbarungsrichtung aufgefasst
werden, wenn zwischen zwei, in der besagten Anordnungsrichtung einander
unmittel benachbart angeordneten Halbleiterbauelementen nicht einmal
abschnittsweise ein weiteres Halbleiterbauelement angeordnet ist.A
Arranging direction can then be understood as an adjacency direction
are, if between two, in the said arrangement direction each other
Not even immediately adjacent arranged semiconductor devices
sections, a further semiconductor device is arranged.
Im
anschaulich einfachsten – und fortan angenommenen – Fall
existiert nur eine einzige Abstrahlungsrichtung und nur eine Anordnungsebene, die
senkrecht zur einzigen Abstrahlungsrichtung orientiert ist. Dies
ist jedoch nicht zwingend. In einer beispielsweise nicht um 90° sondern
nur um 60° zur Abstrahlungsrichtung geneigten Anordnungsebene
ließe sich der Strahlenbündelabstand benachbarter Halbleiterbaugruppen
um einen Faktor sin 60° = 0,87 verringern. Wird die Neigung
der Anordnungsebene bezüglich der Abstrahlungsrichtung
weiter verringert, so ist unterhalb eines bestimmten Neigungswinkels, beispielsweise
10°, darauf zu achten, dass die Strahlenbündel
nicht durch benachbarte Halbleiterbaugruppen abgeschattet werden.
Um dies zu vermeiden, sind die Halbleiterbauelemente in einer Richtung
winklig zur Abstrahlungsrichtung – beispielsweise in Richtung
der Normalen der Anordnungsebene – zueinander zu versetzen.
Mit einem solchen Versatz lassen sich bei einer Neigung der Anordnungsebene von
10° gegenüber der Abstrahlungsrichtung ein Strahlenbündelabstand
benachbarter Halbleiterbaugruppen in der Größe
des Versatzes realisieren, wie beispielsweise in der US-Patentschrift US 5,987,043 A beschrieben.
In einer alternativen Betrachtungsweise lässt diese Anordnung
die Existenz mehrerer, baugruppeneigener Anordnungsebenen zu, die
jeweils einer Halbleiterbaugruppe zugeordnet und parallel zueinander
senkrecht zur Abstrahlungsrichtung um den genannten Versatz beabstandet
angeordnet 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.
In
anschaulich einfachsten Fall ist die Wärmeleitrichtung
von dem Wärmeaufnahmeabschnitt über den Wärmeleitabschnitt
zum Wärmeabgabeabschnitt senkrecht zur Anordnungsebene.
Ist die Anordnungsebene senkrecht zur Abstrahlungsrichtung gerichtet,
so ist die Wärmeleitrichtung der Abstrahlungsrichtung entgegengesetzt.In
clearly the simplest case is the direction of heat conduction
from the heat receiving portion via the heat conduction portion
to 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.
Generell
kann jeder Halbleiterbaugruppe, jedem Halbleiterbauelement, und
sogar jedem einzelnen von mehreren Emittern einer Halbleiterbaugruppe
oder eines Halbleiterbauelementes eine eigene Abstrahlungsrichtung
zugeordnet werden. Beispielsweise können die Abstrahlungsrichtungen
verschiedener Emitter derart ausgerichtet sein, dass sich ihre Strahlen
beziehungsweise Strahlenbündel in einem bestimmten Abstand
vom jeweiligen Halbleiterbauelement kreuzen oder perspektivisch überlagern. Diesbezüglich
wird beispielsweise auf den Offenbarungsgehalt der EP 1 113 543 A1 verwiesen.
Damit sind Anordnungen mit Halbleiterbaugruppen denkbar, die unter
kleinen Winkeln von 0,1° bis 30° zueinander geneigten
Abstrahlungsrichtungen ausgerichtet sind. Jeder Abstrahlungsrichtung
beziehungsweise jeder Halbleiterbaugruppe kann dabei entweder eine
eigene Anordnungsebene zugeordnet werden oder aber – solange
die abschnittsweise Benachbarung der Halbleiterbaugruppen gültig
ist – eine allen Abstrahlungsrichtungen oder Halbleiterbaugruppen gemeinsame
Anordnungsebene, die gegenüber jeder Abstrahlungsrichtung
einen 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.
Der
Einfachheit halber wird ein senkrecht zur Abstrahlungsrichtung annähernd
rechteckiger Querschnitt der Wärmeleitkörper beziehungsweise
Halbleiterbaugruppen angenommen Damit kann die Anordnung der Halbleiterbaugruppen
in Stapelanordnung übereinander oder in Reihenanordnung
nebeneinander vorliegen. Auch Feldanordnung mehrerer Stapel in Reihe
nebeneinander oder mehrerer Reihen im Stapel übereinander
sind möglich. In einem Stapel ist die in der Anordnungsebene
liegende Benachbarungsrichtung die Stapelrichtung, in der die Halbleiterbaugruppen übereinander
angeordnet sind. In einer Reihe ist die in der Anordnungsebene liegende
Benachbarungsrichtung die Reihenrichtung, in der die Halbleiterbaugruppen
nebeneinander oder angeordnet sind.Of the
For simplicity, one becomes approximately perpendicular to the direction of radiation
rectangular cross section of the heat conducting body or
Semiconductor modules accepted Thus, the arrangement of the semiconductor modules
in stacked arrangement one above the other or in a row arrangement
coexist. Also field arrangement of several stacks in series
next to each other or several rows in the stack one above the other
are possible. In a stack, that is in the layout plane
lying adjacent direction the stacking direction, in which the semiconductor modules on top of each other
are arranged. In a row is the lying in the arrangement level
Adjacent direction, the row direction in which the semiconductor modules
next to each other or arranged.
Nichtsdestoweniger
kann der Querschnitt der Wärmeleitkörper auch
anderes 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.
Hinsichtlich
der Nachbarschaft zweier Elemente, beispielsweise Diodenlaserbauelemente
oder Kühlkanäle, sei vereinbart, dass zwei Elemente
als unmittelbar benachbart gelten, wenn zwischen ihnen kein weiteres
Element des gleichen Typs angeordnet ist. Sie gelten als mittelbar
benachbart, wenn zwischen ihnen wenigstens ein weiteres Element
des gleichen Typs angeordnet ist.Regarding
the neighborhood of two elements, for example diode laser devices
or cooling channels, let it be agreed that two elements
be regarded as immediately adjacent if there is no further
Element of the same type is arranged. They are considered indirect
adjacent, if between them at least one more element
of the same type is arranged.
Im
Zweifel gelten hinsichtlich ihrer unmittelbaren oder mittelbaren
Nachbarschaft nicht näher spezifizierte, benachbarte Elemente
als einander unmittelbar benachbart.in the
Doubts apply with regard to their direct or indirect
Neighborhood unspecified, adjacent elements
as immediately adjacent to each other.
Vorzugsweise
ist die Stapel- und/oder Reihenrichtung senkrecht zur Abstrahlungsrichtung
ausgebildet. Dies ist zwar nicht zwingend, erleichtert aber eine
anschauliche Beschreibung der Erfindung.Preferably
is the stacking and / or row direction perpendicular to the emission direction
educated. Although this is not mandatory, but facilitates one
descriptive description of the invention.
Für
oberflächenemittierende Halbleiterbauelemente liegen damit
alle Benachbarungsrichtungen in der Ebene der Wärmeaufnahmefläche,
die an einer Stirnseite des Wärmeleitkörpers angeordnet
ist, deren Normale parallel zur Abstrahlungsrichtung liegt, dass
heißt: Die Anordnungsebene ist parallel zur Wärmeaufnahmefläche.For
Surface emitting semiconductor devices are so
all directions of proximity in the plane of the heat receiving surface,
arranged on a front side of the heat conducting body
is, whose normal is parallel to the radiation direction, that
means: The arrangement level is parallel to the heat receiving surface.
Für
kantenemittierende Halbleiterbauelemente sind Benachbarungsrichtungen
sowohl senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche als auch
in der Ebene der Wärmeaufnahmefläche und geneigt
dazu möglich. Die Wärmeaufnahmefläche
ist somit vorzugsweise auf einer zu einer Stirnseite senkrechten Außenseite
des Wärmeleitkörpers angeordnet. Mit anderen Worten:
die Normale der Wärmeaufnahmefläche ist parallel
zur. Es gilt für oberflächenemittierende Halbleiterbauelemente
forthin als vereinbart, dass eine Stapelrichtung in Richtung der
kleineren Querschnittsabmessung des rechteckigen Wärmeleitkörpers
liegt, eine Reihenrichtung in Richtung der größeren
Querschnittsabmessung.For
edge emitting semiconductor devices are neighbor directions
both perpendicular to the heat receiving surface as well
in the plane of the heat receiving surface and inclined
possible. The heat absorption surface
is thus preferably on an outer side perpendicular to a front side
arranged the Wärmeleitkörpers. In other words:
the normal of the heat absorption surface is parallel
to. It applies to surface-emitting semiconductor devices
hereafter agreed that a stacking direction in the direction of
smaller cross-sectional dimension of the rectangular Wärmeleitkörpers
lies one row direction towards the larger one
Cross-sectional dimension.
Für
kantenemittierende Halbleiterbauelemente gilt es als vereinbart,
dass eine Stapelrichtung senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche
des rechteckigen Wärmeleitkörpers liegt, eine
Reihenrichtung parallel dazu.For
Edge-emitting semiconductor devices, it is agreed that
that a stacking direction perpendicular to the heat receiving surface
the rectangular Wärmeleitkörpers is located, a
Row direction parallel to it.
Im
Folgenden wird ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken
stellvertretend für alle strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente
einschließlich Leuchtdioden- und Leuchtdiodenfelder auf
Laserdiodenelemente Bezug genommen, welche sowohl Einzelemitter
als auch monolithische ein- oder zweidimensionale Emitter-Feldanordnungen
sowohl des oberflächenemittierenden als auch des kantenemittierenden
Laserdiodentyps umfassen. Außerdem wird ohne den Umfang
der Erfindung einzuschränken stellvertretend für
alle Halbleiterbaugruppen wird auf Diodenlaserbauelemente Bezug
genommen.in the
The following will be limited without departing from the scope of the invention
representative of all radiation-emitting semiconductor components
including light emitting diode and light emitting diode fields
Laser diode elements, which are both single emitter
as well as monolithic one- or two-dimensional emitter field arrays
both the surface emitting and the edge emitting
Laser diode type include. Besides, without the scope
to restrict the invention representative of
all semiconductor devices are referred to diode laser devices
taken.
Durch
das erfindungsgemäße Vorsehen eines Kühlkanals,
bevorzugt mehrerer Kühlkanäle bildende Ausnehmungen,
in Wärmeleitrichtung abseits des Wärmeaufnahmeabschnittes
kann im Wärmeabgabeabschnitt auf die Kühlkanäle
verschließende Deckschichten verzichtet werden, weil die
erfindungsgemäße Dichtung am Wärmeleitabschnitt
ein Austreten des Kühlmittels aus den Bereichen den erfindungsgemäßen
Kühlmittelflusspassagen zwischen den Diodenlaserbauelementen
unterbindet.By
the inventive provision of a cooling channel,
preferably a plurality of cooling channels forming recesses,
in heat conduction away from the heat receiving portion
can in the heat dissipation section on the cooling channels
Closing layers are omitted, because the
Inventive seal on Wärmeleitabschnitt
a leakage of the coolant from the areas of the invention
Coolant flow passages between the diode laser devices
in derogation.
Anschaulich
wird diese Gegebenheit dadurch, dass man den Wärmeleitabschnitt
als so zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt
angeordnet betrachtet, dass er sich zumindest abschnittsweise in
der Anordnungsebene vollständig durch den Wärmeleitkörper
erstreckt, und das erfindungsgemäße Merkmal fehlender,
vom Kühlmittel benetzter, Flächen im Wärmeaufnahmeabschnitt
berücksichtigt, wodurch ein Kühlmittelfluss in
den Wärmeaufnahmeabschnitt ausgeschlossen wird.clear
This situation is characterized by the fact that the heat-conducting section
as between the heat-receiving portion and the heat-dissipating portion
considered that he is at least partially in
the arrangement level completely through the heat-conducting body
extends, and the inventive feature missing,
wetted by the coolant, surfaces in the heat receiving portion
takes into account, whereby a coolant flow in
the heat absorption section is excluded.
Dieser
Umstand dient in vorteilhafter Weise zu einer Reduzierung des Abstandes
zwischen benachbarten Diodenlaserbauelemente, weil sich die Ausdehnung
des Wärmeleitkörpers in Benachbarungsrichtung
erfindungsgemäß allein nach der Ausdehnung der
Kühlkanäle in Benachbarungsrichtung bemessen lässt.This
The circumstance serves advantageously to reduce the distance
between adjacent diode laser devices, because the expansion
of the heat conducting body in the direction of adjacency
according to the invention alone after the expansion of
Cooling channels in Adjacent direction can be measured.
Damit
ist eine erhöhte Packungsdichte von Laserdiodenelementen
in einem Diodenlaserstapel möglich, was in einer gegenüber
dem Stand der Technik erhöhten Flächenleistungsdichte
der emittierten Strahlung resultieren kann.In order to
is an increased packing density of laser diode elements
possible in a diode laser stack, resulting in one opposite
the prior art increased surface power density
the emitted radiation can result.
Bei
kantenemittierenden Halbleiterbauelementen liegt der Wärmeabgabeabschnitt
erfindungsgemäß außerhalb der oben definierten
Wärmequellenprojektion. Der Wärmefluss wird dabei
im Wärmeaufnahmeabschnitt um 90° umgelenkt und
bei Stapeln entgegen der Abstrahlungsrichtung orientiert.at
Edge-emitting semiconductor devices is the heat-emitting portion
according to the invention outside the above defined
Heat source projection. The heat flow is thereby
in the heat receiving section deflected by 90 ° and
oriented in stacking against the direction of radiation.
Darüber
hinaus ist die Kühlmittelzu- und abführeinrichtung
erfindungsgemäß bezüglich der Stahlungsemissionsanordnung – beispielsweise
einer Diodenlaserreihe oder eines Diodenlaserstapels – so
angeordnet, dass sie der Ausbildung einer hohen Packungsdichte von
Diodenlaserbauelementen nicht entgegensteht. Bei einer zweidimensionalen Feldanordnung
von 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.
Mit
oberflächenemittierenden Laserdiodenbauelemente lässt
sich so ein Füllfaktor, das ist das Verhältnis
von emittierender zur gesamten Fläche, der Strahlungsemissionsanordnung
erreichen, der vorzugsweise größer als 90% ist.With
surface emitting laser diode devices leaves
such a fill factor, that's the ratio
from emissive to total area, the radiation emitter array
reach, which is preferably greater than 90%.
Analog
lässt sich mit flächig Strahlung empfangenden
Solarzellen so eine Füllfaktor – in diesem Fall
ist es das Verhältnis von Strahlung in Elektrizität umwandelnder
Empfangsfläche zur Gesamtfläche – der
photovoltaischen Empfangsanordnung erreichen, der vorzugsweise größer
als 90% ist. Dieser Vorteil kommt besonders bei einer optischen
Anordnung gemäß Anspruch 31 zur Geltung, in der
die einfallende Sonnenstrahlung mit einer für die photovoltaische
Empfangsanordnung gemeinsamen Einzeloptik – beispielsweise
ein Konkavspiegel oder eine Fresnellinse – die Sonnenstrahlung
auch auf die Bereiche zwischen den Solarzellen konzentriert wird. Erfindungsgemäß können
diese Bereiche sehr klein gehalten werden, so dass wenig Sonnenstrahlung
für die elektrische Energieerzeugung verloren geht. Die gute
Kühlung der Solarzellen sorgt zudem für einen hohen
Umwandlungs-Wirkungsgrad.Analogous
can be received with surface radiation
Solar cells so a fill factor - in this case
is it the ratio of radiation to electricity converting
Receiving surface to the total area - the
reach photovoltaic receiving arrangement, preferably larger
than 90% is. This advantage comes especially with an optical
Arrangement according to claim 31, in which
the incident solar radiation with one for the photovoltaic
Reception arrangement common single look - for example
a concave mirror or a Fresnel lens - the sun's rays
is also concentrated on the areas between the solar cells. According to the invention
These areas are kept very small, so that little solar radiation
is lost for electric power generation. The good
Cooling the solar cells also ensures a high
Conversion efficiency.
Einen
weiteren Vorteil für den kühlungstechnischen Betrieb
bietet das erfindungsgemäße Vorsehen wenigstens
zweier strömungstechnisch parallel geführter Kühlmittelflüsse
in der Strahlungsemissions- oder empfangsanordnung. Damit wird es
möglich, den Druckverlust gegenüber dem rein seriellen Kühlmittelfluss
im Stand der Technik bereits um bis zur Hälfte abzusenken.
Das Vorsehen weiterer, strömungstechnisch parallel geführter
Kühlmittelflüsse kann den Druckverlust demgegenüber
weiter reduzieren.a
Another advantage for cooling technology operation
offers the inventive provision at least
two flow-parallel guided coolant flows
in the radiation emission or reception arrangement. It will
possible, the pressure loss compared to the purely serial coolant flow
in the prior art already lower by half.
The provision of further fluidically guided in parallel
Coolant flows, on the other hand, can reduce the pressure loss
further reduce.
Idealerweise
werden möglichst viele, bevorzugt abwechselnd jedes zweite,
besonders bevorzugt jedes, Diodenlaserbauelement einer Strahlungsemissionsanordnung
mit einer strömungstechnisch parallelen Kühlmittelzufuhr
und einer strömungstechnisch parallelen Kühlmittelabfuhr
versehen.Ideally
be as many as possible, preferably every other second,
particularly preferably each diode laser component of a radiation emission arrangement
with a flow-parallel coolant supply
and a fluidically parallel coolant discharge
Mistake.
Das
erfindungsgemäße Vorliegen von Kühlmittelflusspassagen
zwischen den Wärmeabgabeabschnitten von Wärmeleitkörpern
benachbarter Halbleiterbaugruppen gestattet es in diesem Zusammenhang
beispielsweise, zumindest eine der Kühlmittelflusspassagen
zwischen benachbarten Halbleiterbaugruppen für eine Kühlmittelaufnahme
und/oder -abgabe aus der beziehungsweise an die gegenüber der
Strahlungsemissionsanordnung rückwärtig angeordneten
Kühlmittelzu- und abführeinrichtung vorzusehen.
Alternativ oder optional können die Wärmeleitkörper
rückwärtige Öffnungen aufweisen, die
mit den Kühlkanälen in Verbindung stehen und Kühlmittel
von der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung aufnehmen
und/oder an diese abgeben.The
inventive presence of coolant flow passages
between the heat-dissipating sections of heat-conducting bodies
adjacent semiconductor devices allow it in this context
For example, at least one of the coolant flow passages
between adjacent semiconductor modules for a coolant intake
and / or -delivery from or to the opposite of
Radiation emission arrangement arranged rearwardly
Provide coolant supply and discharge device.
Alternatively or optionally, the heat-conducting body
have rearward openings, the
communicate with the cooling channels and coolant
receive from the coolant supply and discharge device
and / or deliver to them.
Mit
der erfindungsgemäßen Kühlmittelzu- und
abführeinrichtung lässt sich vorteilhaft sowohl die
Kühlmittelverteilung auf die Kühlkanäle
der Diodenlaserbauelemente als auch die Kühlmittelsammlung
von den Kühlkanälen der Diodenlaserbauelemente
außerhalb des von den Wärmeleitkörpern
belegten Bereiches im Diodenlaserstapel durchführen. Verbunden
damit ist eine vorteilhafte Einsparung an Wärmeleitkörpermaterial
und die vorteilhafte Beschränkung des Druckverlustes, insbesondere
bei einer Vielzahl von Diodenlaserbauelementen, beispielsweise mehr
als zehn, im Diodenlaserstapel, auf minimal desjenigen Wertes, den
ein einzelnes Diodenlaserbauelement besitzt.With
the Kühlmittelzu- and
Abführeinrichtung can be beneficial both the
Coolant distribution on the cooling channels
the diode laser components as well as the coolant collection
from the cooling channels of the diode laser components
outside of the heat conducting bodies
perform occupied area in the diode laser stack. Connected
This is an advantageous saving of Wärmeleitkörpermaterial
and the advantageous restriction of the pressure loss, in particular
in a variety of diode laser devices, for example more
than ten, in the diode laser stack, to a minimum of that value, the
has a single diode laser device.
In
vorteilhafter Weise sind damit theoretisch Diodenlaserstapel und
-reihen mit einer unbegrenzter Anzahl von Diodenlaserbauelementen
herstellbar. Ebenso kann eine prinzipiell eine theoretisch unbegrenzte
Anzahl von Diodenlaserstapeln nebeneinander angeordnet werden, wenn
die Kühlmittelzu- und abführeinrichtung in einer
Abstrahlungsrichtung entgegengesetzten Richtung bezüglich
der Strahlungsemissionsanordnung angeordnet ist.In
Advantageously, thus theoretically diode laser stack and
rows with an unlimited number of diode laser devices
produced. Likewise, a principle theoretically unlimited
Number of diode laser stacks are juxtaposed when
the coolant supply and discharge device in one
Direction of radiation opposite direction with respect
the radiation emission arrangement is arranged.
Vorzugsweise
existiert eine elektrisch leitende Verbindung von einer zweiten
elektrischen Kontaktfläche des Laserdiodenelementes mit
der ersten elektrischen Kontaktfläche eines Laserdiodenelementes
eines in benachbarten Diodenlaserbauelementes. Vorzugsweise ist
die elektrische Verbindung seriell, weniger bevorzugt parallel.
Kombinationen paralleler und serieller elektrischer Verbindung verschiedener
Laserdiodenelemente und/oder Diodenlaserbauelemente sind ebenfalls
denkbar.Preferably
exists an electrically conductive connection of a second
electrical contact surface of the laser diode element with
the first electrical contact surface of a laser diode element
one in adjacent diode laser device. Preferably
the electrical connection serial, less preferably parallel.
Combinations of parallel and serial electrical connection of different
Laser diode elements and / or diode laser devices are also
conceivable.
Zur
weiteren Beschreibung der Erfindung wird fortan – ohne
den Umfang der Erfindung zu beschränken – davon
ausgegangen, dass die erste und die zweite Kontaktfläche
auf unterschiedlichen, einander gegenüberliegenden, Seiten
eines kantenemittierenden Laserdiodenelementes angeordnet sind und
die Strahlungsemissionsfläche des kantenemittierenden Laserdiodenelementes
zwischen den beiden Kontaktflächenebenen senkrecht zur
ersten und zweiten Kontaktfläche orientiert angeordnet
ist, womit die Abstrahlungsrichtung parallel zur Normalen zur Strahlungsemissionsfläche
ausgerichtet ist.to
further description of the invention will henceforth - without
to limit the scope of the invention - thereof
assumed that the first and the second contact surface
on different, opposite sides
an edge emitting laser diode element are arranged and
the radiation emission surface of the edge-emitting laser diode element
between the two contact surface planes perpendicular to
oriented first and second contact surface arranged
is, whereby the radiation direction parallel to the normal to the radiation emission surface
is aligned.
Weiterhin
wird davon ausgegangen, dass die Wärmeaufnahmefläche – und
damit auch die erste und zweite Kontaktfläche – jeweils
senkrecht zur Stapelrichtung orientiert sind, das heißt:
Ihre Normalen sind parallel zur Stapelrichtung. Gleichwohl sind
erfindungsgemäß auch geneigte Orientierungen zulässig.Farther
It is assumed that the heat absorption surface - and
so that the first and second contact surface - respectively
oriented perpendicular to the stacking direction, that is:
Their normals are parallel to the stacking direction. Nevertheless, they are
according to the invention also inclined orientations allowed.
Schließlich
wird eine Beschränkung auf eine einzige Stapelrichtung
vorgenommen, wiewohl erfindungsgemäß auch mehrere
Stapelrichtungen durch zueinander in Winkeln von betragsmäßig
kleiner als 45° zueinander positiv oder negativ geneigter
Wärmeaufnahmeflächen benachbarter Diodenlaserbauelemente
möglich sind.After all
becomes a restriction to a single stacking direction
made, although according to the invention also several
Stacking directions through each other in angles of magnitude
less than 45 ° to each other positively or negatively inclined
Heat receiving surfaces of adjacent diode laser components
possible are.
Das
kantenemittierende Laserdiodenelement ist vorzugsweise ein Laserdiodenbarren
mit einer Vielzahl – beispielsweise mehr als vier – in
zur ersten Kontaktfläche paralleler Breitenrichtung nebeneinander
angeordneten Emittern.The
Edge emitting laser diode element is preferably a laser diode bar
with a large number - for example, more than four - in
to the first contact surface parallel width direction side by side
arranged emitters.
Weniger
bevorzugt ist das kantenemittierende Laserdiodenelement eine Laserdiode
mit einem oder wenigen Emittern. In diesem Zusammenhang sei darauf
hingewiesen, dass sich die Abmessungen von Laserdioden gegenüber
Laserdiodenbarren in der Regel dadurch unterscheiden, dass Laserdioden in
lateraler Richtung eine Breite aufweisen, die geringer ist als ihre
Länge in Resonator-Längsrichtung. Bei Laserdiodenbarren
gilt Umgekehrtes.Fewer
Preferably, the edge emitting laser diode element is a laser diode
with one or a few emitters. In this context, be sure
noted that the dimensions of laser diodes opposite
Laser diode bars usually differ in that laser diodes in
lateral direction have a width which is less than their
Length in resonator longitudinal direction. For laser diode bars
the reverse applies.
Erfindungsgemäß ist
das Laserdiodenelement an der Wärmeaufnahmefläche
des Wärmeaufnahmeabschnittes befestigt. Dabei kann seine
erste elektrische Kontaktfläche eine elektrisch leitende Verbindung
mit der Wärmeaufnahmefläche eingehen, wenn diese
auf einem elektrisch leitfähigen Bereich des Wärmeaufnahmeabschnitts
angeordnet ist. Die Befestigung ist vorzugsweise stoffschlüssig
und weist vorzugsweise wenigstens eine metallische Lotfuge zwischen
der Wärmeaufnahmefläche und der ersten elektrischen
Kontaktfläche auf.According to the invention
the laser diode element on the heat receiving surface
attached to the heat receiving portion. It can be his
first electrical contact surface an electrically conductive connection
with the heat receiving surface, if this
on an electrically conductive portion of the heat receiving portion
is arranged. The attachment is preferably cohesive
and preferably comprises at least one metallic Lotfuge between
the heat receiving surface and the first electrical
Contact surface on.
Ist
der Wärmeaufnahmeabschnitt zumindest im Bereich der Wärmeaufnahmefläche
nicht elektrisch leitfähig so kann die Stromzufuhr zu der
ersten Kontaktfläche, wie in der Offenlegungsschrift EP 0 766 354 A1 vorgeschlagen, über
eine Metallfolie erfolgen, die zwischen der Wärmeaufnahmefläche
und 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.
Existiert
eine elektrisch leitender Verbindung von der zweiten elektrischen
Kontaktfläche des Laserdiodenelementes mit der ersten elektrischen
Kontaktfläche eines Laserdiodenelementes eines in Stapelrichtung
benachbarten Diodenlaserbauelementes, so ist diese vorzugsweise
kraftschlüssig oder stoffschlüssig und kann ein
elektrisch leitendes Verbindungselement aufweisen, dass zumindest
an der zweiten elektrischen Kontaktfläche stoffschlüssig mittels
eines elektrisch leitfähigen Fügemittels befestigt
ist. Der Anschluss des elektrisch leitfähigen Verbindungselementes
kann kraft- oder stoffschlüssig an einer elektrisch leitfähigen
Anschlussfläche des benachbarten Wärmeleitkörpers
erfolgen, die in elektrisch leitender Verbindung mit der Wärmeaufnahmefläche
dieses benachbarten Wärmeleitkörpers steht.there
an electrically conductive connection of the second electrical
Contact surface of the laser diode element with the first electrical
Contact surface of a laser diode element one in the stacking direction
adjacent diode laser component, so this is preferably
non-positively or cohesively and can a
electrically conductive connecting element having at least
at the second electrical contact surface by means of a material fit
attached to an electrically conductive joining means
is. The connection of the electrically conductive connection element
can be cohesive or cohesive to an electrically conductive
Pad of the adjacent Wärmeleitkörpers
take place, in electrically conductive connection with the heat receiving surface
this adjacent Wärmeleitkörpers is.
Andererseits
kann das elektrisch leitende Verbindungselement die oben genannte
Metallfolie bilden, die abschnittsweise zwischen der ersten Kontaktfläche
des nunmehr im Stapel benachbarten Laserdiodenelementes und der
Wärmeaufnahmeaufnahmefläche des benachbarten Wärmeleitkörpers angeordnet
ist.on the other hand
For example, the electrically conductive connecting element may be the one mentioned above
Form metal foil, the sections between the first contact surface
of the now adjacent in the stack laser diode element and the
Heat receiving surface of the adjacent Wärmeleitkörpers arranged
is.
Nichtsdestoweniger
kann die elektrische Verbindung auch ohne Beteiligung eines elektrisch leitfähigen
Verbindungselementes beispielsweise stoffschlüssig unter
Beteiligung eines Lotes über eine Gegenfläche
des benachbarten Wärmeleitkörpers erfolgen, die
in elektrisch leitender Verbindung mit der Wärmeaufnahmefläche
dieses benachbarten steht und der zweiten elektrischen Kontaktfläche
des Laserdiodenelementes gegenüberliegt.Nonetheless
The electrical connection can also be without the participation of an electrically conductive
Connecting element, for example, materially under
Participation of a solder over a counter surface
the adjacent Wärmeleitkörpers take place, the
in electrically conductive connection with the heat receiving surface
this adjacent and the second electrical contact surface
the laser diode element is opposite.
Die
Materialien für den Wärmeleitkörper sind prinzipiell
frei wählbar unter der Maßgabe, dass eine elektrische
Kontaktierung und gegebenenfalls elektrische Verbindung der Laserdiodenelemente
im Diodenlaserstapel gewährleistet ist.The
Materials for the heat-conducting body are in principle
freely selectable under the proviso that an electric
Contacting and optionally electrical connection of the laser diode elements
ensured in the diode laser stack.
Der
Wärmeleitkörper kann beispielsweise vollständig
aus elektrisch isolierendem Material bestehen, wenn zwischen der
Wärmeaufnahmefläche und dem Laserdiodenelement
ein elektrisch leitfähiger Bereich vorliegt.Of the
Heat-conducting body, for example, completely
made of electrically insulating material when between the
Heat receiving surface and the laser diode element
an electrically conductive region is present.
Mit
einem Wärmeleitkörper aus elektrisch isolierenden
Material kann dem Anliegen einer Potentialdifferenz im Kühlmittel
vorgebeugt werden, womit das Kühlmittel auch elektrisch
leitfähig sein kann.With
a Wärmeleitkörper of electrically insulating
Material may be the concern of a potential difference in the coolant
be prevented, whereby the coolant also electrically
can be conductive.
Besteht
der Wärmeleitkörper vollständig aus elektrisch
leitfähigem Material, so kann es an einer elektrischen
Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kontaktfläche
benachbarter Laserdiodenelemente beteiligt sein. Tritt das Kühlmittel
in Kontakt mit elektrischem Potential tragenden Bereichen, so ist
im Falle von Wasser als Kühlmittel die Begrenzung seiner
elektrischen Leitfähigkeit auf unter 20 mS/cm anzuraten.Consists
the heat-conducting body completely made of electrical
Conductive material, so it can be connected to an electrical
Connection between the first and second contact surface
be involved in adjacent laser diode elements. Kick the coolant
so in contact with electrical potential-carrying areas
in the case of water as a coolant limiting its
electrical conductivity below 20 mS / cm.
Überdies
kann der Wärmeleitkörper aus einem oder mehreren
Materialien bestehen. Mehrere Materialien können schichtweise
oder regellos in einem Verbundkörper oder Verbundwerkstoff,
beispielsweise in einem Metall-Matrix-Komposit, kombiniert sein.
Vorzugsweise werden Materialien verwendet, deren Wärmeleitfähigkeit
größer ist als das des Laserdiodenelementes. Besonders
bevorzugt stammt ein verwendetes Material aus der Gruppe von Kupfer,
Silber, Gold, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Aluminiumnitrit,
Berylliumoxid, Siliziumkarbid, Graphit, Bornitrid und Diamant.moreover
can the heat-conducting body of one or more
Materials exist. Several materials can be layered
or randomly in a composite or composite material,
For example, in a metal-matrix composite, be combined.
Preferably, materials are used whose thermal conductivity
larger than that of the laser diode element. Especially
preferably 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.
Besonders
bevorzugt besteht der Wärmeleitkörper aus wenigstens
einem hoch wärmeleitfähigen Material, dessen Wärmeleitfähigkeit
gleich groß oder größer als die von Kupfer
ist. Beispielsweise kann der Wärmeleitkörper überwiegend
aus CVD-Diamant bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit
größer 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.
Vorzugsweise
besteht der Wärmeleitkörper aus wenigstens einem
Material, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient nicht mehr als
50% von dem des Laserdiodenelementes abweicht. Beispielsweise kann
der 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 überwiegend
aus Galliumarsenid (6,5 ppm/K besteht.Preferably
the heat-conducting body consists of at least one
Material whose thermal expansion coefficient is not more than
50% deviates from that of the laser diode element. For example, can
the 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 predominantly
of gallium arsenide (6.5 ppm / K).
Weicht
der thermische Ausdehnungskoeffizient des Wärmeleitkörpers
um mehr als 50% von dem des Laserdiodenelementes ab, so kann der
Wärmeleitkörper Ausnehmungen aufweisen, die dem
Wärmeleitkörper eine strukturelle Nachgiebigkeit
verleihen und bei einer thermisch unterstützen Verbindung mit
dem Laserdiodenelement die fügebedingten thermomechanischen
Spannungen unter einer gewissen Schädigungsschwelle halten
( DE 197 01 680 A1 ). Dabei
können wenigstens einige dieser Ausnehmungen zumindest
abschnittsweise die erfindungsgemäßen Wärmeabgabeflächen
aufweisen und für die Kühlmittelführung
vorgesehen 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.
Der
Wärmeaufnahmeabschnitt, der Wärmeleitabschnitt
und der Wärmeabgabeabschnitt können aus ein- und
demselben Material, aus mehreren gleichen Materialien oder aus unterschiedlichen
Materialien bestehen. So kann es im Sinne einer benötigten elektrischen
Verbindung zwischen Ober- und Unterseite des Wärmeleitkörpers
vorteilhaft sein, dass der Wärmeaufnahmeabschnitt aus einem
elektrisch leitfähigen Material besteht. Im Sinne einer
geforderten elektrischen Isolierung der elektrischen Verbindung gegenüber
dem Kühlmittel ist es vorteilhaft, wenn wenigstens der
Wärmeleitabschnitt oder der Wärmeabgabeabschnitt
aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen oder – für
den Fall, dass beide aus elektrisch leitfähigem Material
bestehen, wenigstens einer der Abschnitte mit einer elektrisch isolierenden Schicht
versehen ist.Of the
Heat receiving portion, the Wärmeleitabschnitt
and the heat dissipation section can be off and on
the same material, of several identical materials or of different ones
Materials exist. So it may be in the sense of a required electrical
Connection between top and bottom of the heat conducting body
be advantageous that the heat receiving portion of a
electrically conductive material. In the sense of
required electrical insulation of the electrical connection
the coolant, it is advantageous if at least the
Wärmeleitabschnitt or the heat dissipation section
consist of an electrically insulating material or - for
the case that both made of electrically conductive material
consist, at least one of the sections with an electrically insulating layer
is provided.
Da
sich der Wärmeabgabeabschnitt vollständig außerhalb
der zur Aufnahmefläche senkrechten Wärmequellenprojektion
des kantenemittierenden Laserdiodenelementes befindet, sind keine
kühlmittelführenden Ausnehmungen unterhalb des
kantenemittierenden Laserdiodenelementes im Wärmeleitkörper
vorhanden. Damit kann der Wärmefluss zum einen ungehindert
vom Wärmeaufnahmeabschnitt in den Wärmeabgabeabschnitt
umgelenkt werden.There
the heat release section completely outside
the heat source projection perpendicular to the receiving surface
of the edge-emitting laser diode element are none
Coolant-carrying recesses below the
edge emitting laser diode element in the heat conduction body
available. Thus, the heat flow on the one hand unhindered
from the heat receiving portion into the heat releasing portion
be redirected.
Die
erfindungsgemäßen Ausnehmungen sind einfach herstellbar
und ermöglichen einen einfachen und effizienten Kühlmittelstrom
durch den Wärmeabgabeabschnitt.The
Recesses according to the invention are easy to produce
and enable a simple and efficient coolant flow
through the heat-dissipating section.
Ist
der Wärmeleitkörper vorzugsweise als Wärmeleitplatte
ausgebildet, so sind die Aufnahmefläche und die erste Außenfläche
beispielsweise auf der Plattenoberseite angeordnet und die Gegenfläche
und die zweite Außenfläche auf der Plattenunterseite.
Die Dickenrichtung der Platte erstreckt sich dabei in Stapelrichtung
von der Plattenoberseite zur Plattenunterseite. Damit erstrecken
sich die Ausnehmungen erfindungsgemäß in Dickenrichtung.is
the heat-conducting body preferably as a heat conducting plate
formed, so are the receiving surface and the first outer surface
for example, arranged on the top of the plate and the counter surface
and the second outer surface on the underside of the plate.
The thickness direction of the plate extends in the stacking direction
from the top of the plate to the bottom of the plate. Extend with it
the recesses according to the invention in the thickness direction.
Eine
oder mehrere Ausnehmungen können (a) im Wärmeleitkörper
abseits der Außenflächen als abgeschlossener Kühlkanal
angeordnet sein oder (b) als offener Kühlkanal in Form
einer Nut in die Außenflächen eingebracht sein.
Die erfindungsgemäße Öffnung gehört
im Fall (a) zu einer zweiten Ausnehmung, die in die Außenfläche
eingebracht ist und mit der erfindungsgemäßen
Ausnehmung in Verbindung steht.A
or more recesses can (a) in the heat conduction body
away from the outer surfaces as a closed cooling channel
be arranged or (b) as an open cooling channel in the form
be introduced into the outer surfaces of a groove.
The opening according to the invention belongs
in case (a) to a second recess, in the outer surface
is introduced and with the inventive
Recess communicates.
Im
Fall (b) gehört die erfindungsgemäße Öffnung
zur erfindungsgemäßen Ausnehmung. Sowohl die erfindungsgemäße
Ausnehmung im Fall (b) als auch die zweite Ausnehmung im Fall (a)
können sich ganz oder abschnittsweise vollständig
durch den Wärmeabgabeabschnitt von der ersten Außenfläche bis
zur zweiten Außenfläche hindurch in Form von Durchbrüchen
erstrecken.in the
Case (b) includes the opening according to the invention
to the recess according to the invention. Both the inventive
Recess in case (b) as well as the second recess in case (a)
can completely or partially completely
through the heat-dissipating portion from the first outer surface to
to the second outer surface through in the form of openings
extend.
Prinzipiell
sind die erfindungsgemäßen Ausnehmungen nicht
auf eine bestimmte Gestalt beschränkt. Vorzugsweise ist
die Gestalt prismatisch, wobei der Querschnitt nicht auf eine bestimmte
Form beschränkt ist. Die Ausnehmungsform kann rund, elliptisch,
dreieckig, quadratisch, rechteckig usw. sein. Der Querschnitt der
Ausnehmungen kann sich in Dickenrichtung ändern. So sind
zum Beispiel Keile oder Kegelstümpfe mögliche
Gestalten der Ausnehmungen, z. B. wenn sie mittels Ätzen
oder Laserschneidens hergestellt werden. Zwei oder mehr Ausnehmungen
können zu einem gemeinsamen, verzweigten Ausnehmungsmuster
vereinigt sein. Beispielsweise können zwei Ausnehmungen
mit rechteckigem Querschnitt ein L-, V-, X-, N- oder T-förmiges
Ausnehmungsmuster bilden; drei Ausnehmungen mit rechteckigem Querschnitt
können ein U-, H-, K-, M- oder F-förmiges Ausnehmungsmuster
bilden und so fort. Mehrere gleiche oder verschiedene Ausnehmungsmuster
können im Wärmeabgabeabschnitt vorliegen.in principle
are not the recesses of the invention
limited to a specific shape. Preferably
the figure is prismatic, the cross section does not depend on a particular
Form is limited. The recess shape can be round, elliptical,
triangular, square, rectangular, etc. The cross section of the
Recesses can change in the thickness direction. So are
for example, wedges or truncated cones possible
Shapes of the recesses, z. B. if they are by etching
or laser cutting. Two or more recesses
can lead to a common, branched recess pattern
be united. For example, two recesses
with rectangular cross-section an L, V, X, N or T-shaped
Forming recess patterns; three recesses with rectangular cross-section
may be a U, H, K, M or F-shaped recess pattern
form and so on. Several identical or different recess patterns
may be present in the heat release section.
Eine
oder mehrere Ausnehmungen können sich ganz oder abschnittsweise
vollständig durch den Wärmeabgabeabschnitt von
der ersten Außenfläche bis zur zweiten Außenfläche
hindurch in Form von Durchbrüchen erstrecken. Für
die möglichen Ausgestaltungen der Durchbrüche
gilt das zu den Ausnehmungen Gesagte in entsprechender Analogie.
An Stelle der Form eines Kegelstumpfes kann ein Durchbruch beispielsweise
somit 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.
Die
Durchbrüche und/oder Ausnehmungen können eine
geschlossene Wandung aufweisen oder eine Wandung die abschnittsweise
an einer oder mehreren Stellen unterbrochen ist. Beispielsweise können
sich mehrere rechteckige Durchbrüche von der Plattenoberseite
zur Plattenunterseite erstrecken und dabei bis an die von dem Wärmeaufnahmeabschnitt
abgewandten Rückfläche der Wärmeleitplatte reichen.
Damit wird einen offene Kühlrippenstruktur gebildet, bei
der sich die Kühlrippen entgegen der Abstrahlungsrichtung
von dem Wärmeaufnahmebereich weg erstrecken und die von
der Rückfläche her in Richtung des Wärmeaufnahmeabschnitts
mit einem Kühlmittel beströmt werden kann.The
Breakthroughs and / or recesses may be one
have closed wall or a wall sections
is interrupted at one or more points. For example, you can
There are several rectangular openings from the top of the plate
extend to the underside of the plate and thereby up to that of the heat receiving portion
reach away from the rear surface of the heat conducting.
This forms an open cooling rib structure
the cooling fins are facing the direction of radiation
extend away from the heat receiving area and that of
the rear surface in the direction of the heat receiving portion
can be flowed with a coolant.
Die
erfindungsgemäße Dichtung ist prinzipiell nicht
auf eine bestimmte Art der Dichtung oder auf eine bestimmte Weise
der Abdichtung beschränkt. Sie auf irgendeiner Art der
Verbindung, beispielsweise einer stoff- oder kraftschlüssigen,
beruhen und zur Abdichtung mit oder ohne Hilfsmittel auskommen. Eine Dichtung
kann beispielsweise auf der direkten Adhäsion zwischen
einander gegenüberliegenden Dichtflächen zweier
benachbarter Wärmeleitkörper beruhen.The
Inventive seal is not in principle
in a certain way of sealing or in a certain way
the seal is limited. You in any way
Compound, for example a material or non-positive,
be based and to seal with or without aids. A seal
For example, on the direct adhesion between
opposite sealing surfaces of two
based adjacent Wärmeleitkörper.
Hilfsmittel
zur erfindungsgemäßen Abdichtung sind grundsätzlich
nicht auf bestimmte Hilfsmittel beschränkt. So kann es
sich bei den Hilfsmitteln um Platten, Folien, Ringe oder Wülste
handeln, 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 Fügemitteln
zur Dichtung möglich. Zu diesen dichtenden Fügemitteln
zählen Gläser, Lote und Klebstoffe. Die Klebstoffe
können elektrisch leitfähig, vorzugsweise elektrisch
isolierend sein.aid
for sealing according to the invention are in principle
not limited to specific aids. That's the way it works
in the tools to plates, films, rings or beads
act, 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 agents
possible to seal. To these sealing joins
include glasses, solders and adhesives. The adhesives
can be electrically conductive, preferably electrically
be insulating.
Über
die erfindungsgemäße Anordnung der Dichtung zwischen
den Wärmeleitkörpern benachbarter Diodenlaserbauelemente
hinaus ist der weitere Verlauf der Dichtung nicht prinzipiell beschränkt unter
der Maßgabe, dass sie zu einem Einschluss des Kühlmittels
in der Weise beiträgt, dass ein Austritt des Kühlmittels
im Diodenlaserstapel unterbunden wird.about
the inventive arrangement of the seal between
the Wärmeleitkörpern adjacent diode laser components
In addition, the further course of the seal is not limited in principle
with the proviso that they lead to an inclusion of the coolant
in the way that contributes to a leakage of the coolant
is prevented in the diode laser stack.
So
ist ein weiterer Verlauf der Dichtung sowohl auf der Plattenoberseite
und/oder der Plattenunterseite als auch alternativ oder optional über
zu den Plattenober- und Unterseiten geneigten und zwischen den Ober-
und Unterseitenebenen angeordneten Plattenseitenflächen
möglich sowie auch alternativ oder optional über
die von dem Wärmeaufnahmeabschnitt abgewandten Rückfläche
der Wärmeleitplatte.So
is another course of the seal both on the top of the plate
and / or the underside of the plate as well as alternatively or optionally via
inclined to the upper and lower sides of the plates and between the upper
and sub-levels arranged plate side surfaces
possible as well as alternatively or optionally via
the rear surface facing away from the heat receiving portion
the heat conduction plate.
So
kann die Dichtfläche zum Beispiel derart auf dem Übergangsabschnitt
angeordnet sein, dass sie einen Wärmefluss von dem Wärmeaufnahmeabschnitt
zu dem Wärmeabgabeabschnitt vollumfänglich umringt.
Die Orientierung der Dichtflächennormalen kann sowohl senkrecht
zur Abstrahlungsrichtung, das heißt beispielsweise abschnittsweise
parallel zur Stapelrichtung, als auch parallel oder antiparallel
(entgegengesetzt) zur Abstrahlungsrichtung sein. Die letztere Variante
kann durch einen als Dichtflansch ausgebildeten Übergangsabschnitt
ermöglicht werden.So
For example, the sealing surface may be so on the transition section
be arranged to heat flow from the heat receiving portion
completely surrounded around the heat release section.
The orientation of the sealing surface normals can be both vertical
to the emission direction, that is, for example, in sections
parallel to the stacking direction, as well as parallel or antiparallel
(opposite) to the direction of radiation. The latter variant
can by a trained as a sealing flange transition section
be enabled.
Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist es damit
in vorteilhafter Weise möglich, einen Austausch eines Diodenlaserbauelementes
vorzunehmen, indem es aus dem Stapelverbund entfernt wird ohne die übrigen
Diodenlaserbauelemente aus dem Stapelverbund herauszulösen.
Ein Lösen der Dichtung geht dabei mit einer Bewegung des
Diodenlaserbauelementes in Abstrahlungsrichtung einher, die von
keinem anderen Diodenlaserbauelement des Stapels beschränkt
wird.By
the solution according to the invention is so
advantageously possible, an exchange of a diode laser component
by removing it from the stack composite without the rest
Remove diode laser components from the stack composite.
A release of the seal is doing with a movement of the
Diodenlaserbauelementes in the direction of radiation associated with that of
limited to any other diode laser device of the stack
becomes.
Gegebenenfalls
ist die Aufnahmefläche gegenüber einer oberseitigen
Hauptfläche der Wärmeleitplatte und/oder die Gegenfläche
gegenüber einer unterseitigen Hauptfläche in Plattendickenrichtung zueinan der
versetzt angeordnet, beispielsweise indem die Plattenoberseite und/oder
die Plattenunterseite stufenförmig ausgebildet ist.Possibly
is the receiving surface opposite a top side
Main surface of the heat conducting and / or the counter surface
against a lower side major surface in plate thickness zueinan the
arranged offset, for example by the top plate and / or
the underside of the plate is stepped.
Vorzugsweise
ist dabei der Wärmeaufnahmeabschnitt der Wärmeleitplatte
sowohl in Dicke und Breite größer als der Wärmeabgabeabschnitt
der Wärmeleitplatte, wobei der Übergang vom Wärmeaufnahmeabschnitt
zum Wärmeabgabeabschnitt stufenartig über eine
geneigte, vorzugsweise senkrecht mit ihrer Normalen entgegen der
Abstrahlungsrichtung orientierte, die Platte vollumfänglich
umgebende, Übergangsfläche erfolgt, die als erfindungsgemäße
Dichtfläche dient.Preferably
is the heat receiving portion of the heat conduction
both in thickness and width greater than the heat release portion
the heat conducting plate, wherein the transition from the heat receiving portion
to the heat dissipation section stepwise over a
inclined, preferably perpendicular to their normal against the
Direction of radiation oriented, the plate in full
surrounding, transition surface is carried out as inventive
Sealing surface is used.
Umgekehrt
können auch Breite und Dicke des Wärmeabgabeabschnittes
größer sein als diejenigen des Wärmeaufnahmeabschnittes,
wobei die Übergangsfläche mit ihrer Normalen in
Abstrahlungsrichtung orientiert die Dichtfläche bildet.Vice versa
can also change the width and thickness of the heat-dissipating section
larger than those of the heat receiving section,
the transition surface with its normal in
Direction of radiation oriented forms the sealing surface.
Darüber
hinaus kann die größte Breite und Dicke auf einen Übergangsabschnitt
zwischen Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeabschnitt
beschränkt sein, dessen über den Wärmeaufnahme- und
Wärmeabgabeabschnitt hervorragenden Bereiche sowohl auf
ihrer dem Laserdiodenelement zugewandten als auch auf ihrer dem
Laserdiodenelement abgewandten Seite als Dichtflächen verwendet
werden 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.
Alternativ
oder optional können an dem Wärmeleitkörper
in einem Übergangsgebiet zwischen Wärmeaufnahmeabschnitt
und Wärmeabgabeabschnitt angebrachte Hilfskörper
zur Bildung einer Dichtfläche beitragen. So kann beispielsweise
ein Ring aufgeschrumpft sein, dessen zwischen der inneren und der äußeren
Mantelfläche gelegenen Grundfläche eine Dichtfläche
bilden kann.alternative
or optionally, on the heat-conducting body
in a transition area between the heat receiving section
and heat dissipation portion attached auxiliary body
contribute to the formation of a sealing surface. So, for example
shrunk a ring whose between the inner and the outer
Lateral surface located a sealing surface
can form.
Mischvarianten
zwischen dieser und der vorhergehenden sehen vor, dass entweder
die Breite oder die Dicke eines der benannten Wärmeleitkörperabschnitte
größer ist als der des anderen und derjenige Wärmeleitkörperabschnitt,
dessen Querschnitt größer ist, zwei einander gegenüberliegend
an den Übergangsbereich zum anderen Wärmeleitkörperabschnitt
angrenzende montierte Hilfskörper aufweist, die zu einer
Vergrößerung der komplementären Erstreckung – Dicke
oder Breite – beiträgt. Die Dichtfläche
ist dann abwechselnd aus den Teildichtflächen des betreffenden
Wärmeleitkörperabschnittes und Teildichtflächen
der Hilfskörper zusammengesetzt.mixed variants
between this and the previous one provide that either
the width or the thickness of one of the named Wärmeleitkörperabschnitte
larger than the other and the heat-conducting body portion,
whose cross-section is larger, two opposite each other
at the transition region to the other Wärmeleitkörperabschnitt
has adjacent mounted auxiliary body, which leads to a
Enlargement of the complementary extension - thickness
or width - contributes. The sealing surface
is then alternately from the partial sealing surfaces of the relevant
Wärmeleitkörperabschnittes and Teildichtflächen
composed of the auxiliary body.
Eine
weitere Variante zur Ausbildung der Dichtung sieht einen Zusatzkörper
vor, der zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt
angeordnet ist und über den Wärmeaufnahmeabschnitt
und Wärmeabgabeabschnitt miteinander stoffschlüssig
verbinden sind. Dabei ragt der Zusatzkörper allseitig über
wenigstens einen der Wärmeleitkörperabschnitte
in dessen Breiten und Dickenrichtung hervor. Die hervorragenden
Bereiche können ihrerseits sowohl auf ihrer dem Laserdiodenelement
zugewandten als auch auf ihrer dem Laserdiodenelement abgewandten
Seite als Dichtflächen verwendet werden.A
Another variant of the formation of the seal provides an additional body
before, between the heat receiving portion and the heat emitting portion
is arranged and over the heat receiving portion
and heat dissipation section cohesively
connect. In this case, the additional body protrudes on all sides
at least one of the Wärmeleitkörperabschnitte
in its width and thickness direction. The excellent
Areas can in turn be on both the laser diode element
facing away as well as on its side facing away from the laser diode element
Side can be used as sealing surfaces.
Im
einfachsten Fall jedoch ist die Dichtfläche den Wärmeleitkörper
umlaufend in einem Übergangsbereich zwischen Wärmeaufnahmeabschnitt und
Wärmeabgabeabschnitt gebildet, ohne dass einer der Wärmeleitkörperabschnitte
hinsichtlich seiner Breite und Dicke gegenüber dem anderen
Wärmeleitkörperabschnitt unterschiedlich ist,
wobei die Normale der Dichtfläche stets senkrecht zur Abstrahlungsrichtung
orientiert ist.in the
However, the simplest case is the sealing surface of the heat-conducting body
circulating in a transition region between the heat receiving section and
Heat release section formed without one of the Wärmeleitkörperabschnitte
in terms of its width and thickness over the other
Wärmeleitkörperabschnitt is different,
wherein the normal of the sealing surface is always perpendicular to the radiation direction
is oriented.
Erfindungsgemäß erfolgt
eine strömungstechnisch parallele Kühlmittelzufuhr
zu einer ersten und wenigstens einer zweiten Gruppe von Diodenlaserbauelementen.
Vorzugsweise ist die Anzahl von strömungstechnisch parallel
durchflossenen Gruppen größer als zwei. Vorzugsweise
erfolgt sie strömungstechnisch parallele Kühlmittelzufuhr
zu jedem zweiten der Diodenlaserbauelemente und wenigstens eine
strömungstechnisch parallele Kühlmittelabfuhr
von wenigstens jedem zweiten der Diodenlaserbauelemente. Zur Veranschaulichung
eines solchen bevorzugten Verlaufes des Kühlmittelströmung
durch einen Diodenlaserstapel mit 10 Diodenlaserbauelementen wird
jedes Diodenlaserbauelement des Stapels in Stapelrichtung fortlaufend
mit einer Nummer versehen. Die Diodenlaserbauelemente werden sodann
in zwei Scharen aufgeteilt: Eine erste Schar mit ungeraden Nummern
und eine zweite Schar mit geraden Nummern. Damit sind Diodenlaserbauelemente
der ersten Schar einander jeweils übernächst benachbart
und durch jeweils ein Diodenlaserbauelement der zweiten Schar von
der unmittelbaren Nachbarschaft getrennt. Ebenso sind Diodenlaserbauelemente
der Schar Gruppe einander jeweils übernächst benachbart
und durch jeweils ein Diodenlaserelement der Schar Gruppe von der
unmittelbaren Nachbarschaft getrennt. Jedem Diodenlaserbauelement
der ersten Schar sind (mit Ausnahme der Nr. 1) parallel und antiparallel
zur Stapelrichtung jeweils ein Diodenlaserbauelement der zweiten
Gruppe unmittelbar (direkt) benachbart. Jedem Diodenlaserbauelement
der zweiten Schar sind parallel und antiparallel zur Stapelrichtung
jeweils ein Diodenlaserbauelement der ersten Gruppe unmittelbar
(direkt) benachbart.According to the invention
a fluidically parallel coolant supply
to a first and at least a second group of diode laser devices.
Preferably, the number of flow is parallel
flows through groups greater than two. Preferably
it is fluidically parallel coolant supply
to every other of the diode laser components and at least one
fluidically parallel coolant removal
at least every other of the diode laser devices. As an illustration
such a preferred course of the coolant flow
through a diode laser stack with 10 diode laser devices
each diode laser component of the stack in the stacking direction continuously
provided with a number. The diode laser components are then
split into two groups: a first group of odd numbers
and a second group of even numbers. These are diode laser components
the first group each next to each other adjacent
and by a respective diode laser component of the second family of
separated from the immediate neighborhood. Likewise, diode laser components
the crowd group each next to each other adjacent
and by a respective diode laser element of the Schar group of the
separate immediate neighborhood. Each diode laser device
the first group (with the exception of No. 1) are parallel and antiparallel
to the stacking direction in each case one diode laser component of the second
Group immediately (directly) adjacent. Each diode laser device
the second family are parallel and antiparallel to the stacking direction
in each case a diode laser component of the first group directly
(directly) adjacent.
Erfindungsgemäß erfolgt
beispielsweise eine parallele Kühlmittelzufuhr zu jedem
Diodenlaserbauelement der ersten Schar von Diodenlaserbauelementen
und eine parallele Kühlmittelabfuhr von jedem Diodenlaserbauelement
der zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen. Dabei wird das Kühlmittel im
Stapel von den Diodenlaserbauelementen der ersten Schar zu den benachbarten
Diodenlaserbauelementen der zweiten Schar strömungstechnisch
seriell überführt. Die erfindungsgemäße
Dichtung verhindert dabei ein Austreten des Kühlmittels.According to the invention
for example, a parallel coolant supply to each
Diode laser device of the first family of diode laser devices
and a parallel coolant discharge from each diode laser device
the second family of diode laser devices. The coolant is in
Stack of diode laser devices of the first family to the neighboring ones
Diode laser components of the second family of flow
transferred serially. The inventive
Seal prevents leakage of the coolant.
Umgekehrt
kann natürlich auch eine parallele Kühlmittelzufuhr
zu jedem Diodenlaserbauelement der zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen und
eine parallele Kühlmittelabfuhr von jedem Diodenlaserbauelement
der ersten Schar von Diodenlaserbauelementen erfolgen.Vice versa
can of course also a parallel coolant supply
to each diode laser device of the second family of diode laser devices and
a parallel coolant discharge from each diode laser device
the first group of diode laser devices take place.
Die
Anzahl von erfindungsgemäß strömungstechnisch
parallel durchflossenen Gruppen von Diodenlaserbauelementen entspricht
der Gesamtzahl von Diodenlaserbauelementen (10) dividiert
durch die Anzahl strömungstechnisch seriell durchflossener
Scharen (2), nämlich: fünf. Die Gruppenstärke
von erfindungsgemäß strömungstechnisch
parallel durchflossenen entspricht einer Anzahl von Diodenlaserbauelement
in 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.
Eine
solche Anordnung hat den Vorteil, dass Zu- und Ablauföffnungen
der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung größer
und mit größerem Abstand zueinander ausgebildet
sein können als bei paralleler Kühlmittelzu- und
abfuhr 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.
Nichtsdestoweniger
kann selbstverständlich erfindungsgemäß sowohl
die Kühlmittelzufuhr strömungstechnisch parallel
zu jedem der Diodenlaserbauelemente als auch die Kühlmittelabfuhr
strömungstechnisch parallel von jedem der Diodenlaserbauelemente
erfolgen. Dabei kann zum Beispiel ein Zwischenraum zwischen einander
benachbarten Diodenlaserbauelementen für den Kühlmittelfluss
vorgesehen sein. Wird beispielsweise das Kühlmittel rückwärtig
in jedes der Diodenlaserelemente eingespeist, so kann es über
die Zwischenräume den Stapel wieder verlassen, und umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Dichtung verhindert dabei
ein Austreten des Kühlmittels.Nonetheless
Of course, according to the invention both
the coolant supply fluidly parallel
to each of the diode laser components as well as the coolant discharge
fluidically parallel of each of the diode laser components
respectively. In this case, for example, a gap between each other
adjacent diode laser devices for the coolant flow
be provided. For example, the coolant is backward
fed into each of the diode laser elements, it may over
the gaps leave the stack again, and vice versa.
The seal of the invention prevents it
leakage of the coolant.
Weiterhin
kann sich das Kühlmittel in jedem Diodenlaserbauelement
in zwei Portionen aufteilen, die in einander gegenüberliegende
Zwischenräume abfließen und sich dort mit den
Kühlmittelportionen der benachbarten Diodenlaserbauelemente
vereinigen.Farther
For example, the coolant in each diode laser device
divide into two portions, which are in opposition to each other
Drain gaps and there with the
Coolant portions of the adjacent diode laser components
unite.
Darüber
hinaus ist es möglich, die Zwischenräume sowohl
an der Kühlmittelzufuhr zu den Diodenlaserelementen als
auch zur Kühlmittelabfuhr von den Diodenlaserelementen
zu beteiligen. Dies kann einerseits unter Beibehaltung des Kühlmittelstroms oder
andererseits unter Aufteilung des Kühlmittels in zwei Portionen
erfolgen. Dabei kann das Kühlmittel durch Durchbrüche
in den Wärmeabgabeabschnitten der Diodenlaserbauelemente
hindurch fließen, um in den benachbarten Zwischen auf der
gegenüberliegenden Seite zu gelangen.About that
In addition, it is possible to clear the gaps both
at the coolant supply to the diode laser elements as
also for coolant removal from the diode laser elements
to contribute. This can on the one hand while maintaining the coolant flow or
on the other hand, with the distribution of the refrigerant in two portions
respectively. The coolant can through breakthroughs
in the heat-dissipating portions of the diode laser devices
flow through to the adjacent intermediate on the
to reach the opposite side.
Schließlich
können die Zwischenräume genutzt werden, um eine
Strömungsumkehr im Diodenlaserstapel herbeizuführen.
Dazu liegen beispielsweise in jedem Diodenlaserbauelement eine erste Gruppe
von Ausnehmungen und eine zweite Gruppe von Ausnehmungen vor. Das
Kühlmittel fließt in der ersten Gruppe von Ausnehmung
in Abstrahlungsrichtung durch den Wärmeabgabeabschnitt,
in einen oder beide benachbarten Zwischenräume und von dort
in die zweite Gruppe von Ausnehmungen, die es entgegen der Abstrahlungsrichtung
durchströmt.After all
the gaps can be used to one
Induce flow reversal in the diode laser stack.
For this purpose, for example, in each diode laser component there is a first group
recesses and a second set of recesses. The
Coolant flows in the first group of recess
in the direction of radiation through the heat-emitting section,
in one or both adjacent spaces and from there
in the second group of recesses, which are opposite to the direction of radiation
flows through.
Die
erfindungsgemäße Dichtung verhindert dabei ein
Austreten des Kühlmittels.The
inventive seal prevents it
Leakage of the coolant.
Erfindungsgemäß trägt
die Kühlmittelzu- und abführeinrichtung zur strömungstechnisch
parallelen Kühlmittelverteilung auf die Kühlkanäle
der strömungstechnisch parallel geschalteten Gruppen von Diodenla serbauelementen
als auch zur Kühlmittelsammlung von den Kühlkanälen
der strömungstechnisch parallel geschalteten Gruppen von
Diodenlaserbauelementen bei. Dazu kann die Kühlmittelzu- und
abführeinrichtung abschnittsweise als Kühlmittelverteilungseinheit
und Kühlmittelsammeleinheit ausgebildet sein. Beide Einheiten
können als eine Kühlmittelführungseinheit
zusammengefasst sein.According to the invention
the coolant supply and discharge device for fluidic
parallel coolant distribution on the cooling channels
the fluidically connected in parallel groups of Diodenla serbauelementen
as well as to the coolant collection from the cooling channels
the fluidically parallel groups of
Diode laser devices at. For this purpose, the coolant supply and
Suction device sections as a coolant distribution unit
and coolant collection unit. Both units
can as a coolant guide unit
be summarized.
Erfindungsbedingt
ist es vorteilhafterweise möglich, die Kühlmittelführungseinheit
gänzlich auf der der Strahlungsemission entgegengesetzten
Seite des Diodenlaserstapels anzuordnen. Damit sind prinzipiell
nicht nur nahezu unbegrenzte Stapelhöhen möglich,
sondern auch die Feldanordnung mehrerer, prinzipiell nahezu beliebig
vieler Diodenlaserstapel nebeneinander möglich.Due invention
it is advantageously possible, the coolant guide unit
wholly on the opposite of the radiation emission
Side of the diode laser stack. This is basically
not only almost unlimited stack heights possible,
but also the field arrangement of several, in principle, almost arbitrary
many diode laser stack next to each other possible.
Dabei
kann die Kühlmittelführungseinheit eine Kammer
mit einer Aufnahmeöffnung aufweisen, über die
die Wärmeabgabeabschnitte der Diodenlaserbauelemente in
die Kammer eingebracht sind. Ein zur Dichtfläche am Wärmeleitkörper
korrespondierende Gegendichtfläche, über die erfindungsgemäße Dichtung
zum einem Verschluss der Kammer, gebildet wird, kann abschnittsweise
auf der Kühlmittelführungseinheit angeordnet sein.
Beispielsweise kann sie im Randbereich der Aufnahmeöffnung
der Kammer angeordnet sein und Aufnahmeöffnung außenseitig
umgeben oder kammerinnenwändig begrenzen. Dabei kann der
Diodenlaserstapel an sich abschnittsweise in die Kammer eingebracht
sein oder jedes einzelne Diodenlaserbauelement abschnittsweise in
eine eigene Kammer. Trennwände zwischen benachbarten Kammern
können dabei einen Teil der erfindungsgemäßen
Dichtung zwischen benachbarten Diodenlaserbauelementen bilden.there
For example, the coolant guide unit may be a chamber
have a receiving opening over the
the heat emitting portions of the diode laser devices in
the chamber are inserted. A to the sealing surface on the heat conducting body
corresponding counter-sealing surface, via the seal according to the invention
to a closure of the chamber is formed, can in sections
be arranged on the coolant guide unit.
For example, it may be in the edge region of the receiving opening
be arranged the chamber and receiving opening on the outside
surrounded or inside the chamber. It can the
Diodenlaserstapel introduced in sections in the chamber
or each individual diode laser component in sections
a separate chamber. Partitions between adjacent chambers
can be a part of the invention
Form seal between adjacent diode laser devices.
Wärmequellenseitig
weist die Kammer wenigstens einen erfindungsgemäßen
(inneren) Kühlmittelauslass zur Kühlmittelversorgung
der Diodenlaserbauelemente beziehungsweise des Diodenlaserstapels
auf sowie wenigstens einen erfindungsgemäßen (inneren)
Kühlmitteleinass zur Kühlmittelaufnahme von den
Diodenlaserbauelementen beziehungsweise dem Diodenlaserstapel.Heat source side,
the chamber has at least one invention
(inner) coolant outlet for coolant supply
the diode laser components or the diode laser stack
on and at least one inventive (inner)
Kühlmitteleinass for coolant absorption of the
Diode laser devices or the diode laser stack.
Die
Kammer weist wärmesenkenseitig Öffnungen oder
Durchbrüche zu einem äußeren Kühlmitteleinlass
und Kühlmittelauslass der Kühlmittelführungseinheit
auf, über die die Kammer mit einem strömenden
Kühlmittel versorgt werden und über die das strömende
Kühlmittel aus der Kammer entweichen kann. Liegen mehrere
Kammern für die Wärmeabgabeabschnitte mehrerer
Wärmeleitkörper von Laserdiodenelementen in einer
Stapel-, Reihen- oder Feldanordnung vor, so kann jede Kammer jeweils
einen ersten Durchbruch zu einem den mehreren Kammern gemeinsamen
Kühlmittelzuführkanal aufweisen, der einen äußeren
Einlass besitzt, sowie jeweils einen zweiten Durchbruch zu einem
den mehreren Kammern gemeinsamen Kühlmittelabführkanal
aufweisen, der einen Auslass besitzt.The
Chamber has heat sink side openings or
Breakthroughs to an external coolant inlet
and coolant outlet of the coolant guide unit
on, over which the chamber flows with a
Coolant to be supplied and via the flowing
Coolant can escape from the chamber. Lies several
Chambers for the heat-emitting sections of several
Wärmeleitkörper of laser diode elements in one
Stack, row or array arrangement, so each chamber can each
a first breakthrough to a common to the several chambers
Have Kühlmittelzuführkanal having an outer
Inlet has, as well as in each case a second breakthrough to a
the multiple chambers common Kühlmittelabführkanal
have, which has an outlet.
In
analoger Weise kann eine Kammer, die die Wärmeabgabeabschnitte
mehrerer Wärmeleitkörper aufnimmt, mehrere erste
Durchbrüche zu einem gemeinsamen Kühlmittelzuführkanal
aufweisen, der einen äußeren Einlass besitzt,
sowie mehrere zweite Durchbrüche zu einem gemeinsamen Kühlmittelabführkanal,
der einen äußeren Auslass besitzt.In
analogously, a chamber containing the heat release sections
several Wärmeleitkörper receives, several first
Breakthroughs to a common Kühlmittelzuführkanal
having an outer inlet,
and a plurality of second openings to a common Kühlmittelabführkanal,
which has an outer outlet.
Das
Kühlmittel kann sowohl gasförmig oder flüssig
sein. Insbesondere ist wahlweise der Einsatz eines flüssigen
oder gasförmigen Kühlmittels möglich.
Es kann außerdem auch beide Phasen gemischt aufweisen,
beispielsweise als Dampf oder Gasblasen in einer Flüssigkeit.
Ein Phasenübergang eines Kühlmittels von einer
flüssigen zu einer gasförmigen Phase bei der Aufnahme
der Wärme in den erfindungsgemäßen Ausnehmungen
ist ebenfalls möglich.The
Coolant can be either gaseous or liquid
be. In particular, optionally, the use of a liquid
or 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 one
liquid to a gaseous phase when shooting
the heat in the recesses according to the invention
is also possible.
In
diesem Sinne kann die Kühlmittelströmung in der
Strahlungsemissionsanordnung und der Kühlmittelzu- und
-abführeinrichtung abgeschlossen und frei erfolgen, so
dass die Strahlungsquelle als Wärmerohr ausgebildet ist,
in dem eine Kühlflüssigkeit in den Ausnehmungen
verdampft und die Strahlungsemissionsanordnung über die
Kühlmittelflusspassagen in Dampfform verlässt.
Der Kühlmitteldampf kondensiert in der Kühlmittelzu-
und -abführeinrichtung und wird in flüssiger Form
durch Kapillarkräfte aus der Kühlmittelzu- und
-abführeinrichtung zurück in die erfindungsgemäßen
Ausnehmungen der Strahlungsemissionsanordnung gezogen.In
In this sense, the coolant flow in the
Radiation emission arrangement and the coolant supply and
-Discharge completed and done freely, so
that the radiation source is designed as a heat pipe,
in which a cooling liquid in the recesses
evaporated and the radiation emission arrangement on the
Leaves coolant flow passages in vapor form.
The coolant vapor condenses in the coolant supply.
and -abführeinrichtung and is in liquid form
by capillary forces from the coolant supply and
Discharge device back into the invention
Drawn recesses of the radiation emission assembly.
Andererseits
kann die Kühlmittelströmung durch äußere
Mittel erzwungen werden. Für gasförmige Kühlmittel
können sowohl Lüfter als den Gasdruck erhöhenden
Pumpen verwendet werden. Für flüssige Kühlmittel
können je nach Durchfluss (Kühlmitteldurchsatzvolumen
pro Zeiteinheit), Druckverlust über die Strahlungsquelle,
Temperatur sowie Viskosität, Dichte und sonstigen Eigenschaften
des Kühlmittels verschiedene Pumpen verwendet werden. Der
Vollständigkeit wird auf die Möglichkeit des Einsatzes
flüssiger Metalle als Kühlmittel verwiesen, die
die Verwendung einer magneto-hydrodynamischer Pumpe nahelegen.on the other hand
can the flow of coolant through external
Means be enforced. For gaseous coolants
can both fan and gas pressure increasing
Pumps are used. For liquid coolants
can vary depending on the flow (coolant throughput volume
per unit of time), pressure loss via the radiation source,
Temperature as well as viscosity, density and other properties
the coolant different pumps are used. Of the
Completeness is based on the possibility of use
referred to liquid metals as coolant, the
suggest the use of a magneto-hydrodynamic pump.
Beispiele
für gasförmige Kühlmittel sind Luft, Stickstoff,
Argon und ihre Gemische, Beispiele für flüssige
nichtmetallische Kühlmittel sind Wasser, Glykol, Ethanol,
Methanol, Ammoniak und ihre Gemische, Beispiele für flüssige
metallische Kühlmittel sind Quecksilber, Gallium und eutektische
Gemische von Gallium, Indium und Zinn sowie Natrium und Kalium.Examples
for gaseous coolants are air, nitrogen,
Argon and its mixtures, examples of liquid
non-metallic coolants are water, glycol, ethanol,
Methanol, ammonia and their mixtures, examples of liquid
Metallic coolants are mercury, gallium and eutectic
Mixtures of gallium, indium and tin as well as sodium and potassium.
Die
erfindungsgemäße Strahlungsquelle erlaubt überdies
ein vorteilhaftes Verfahren zur ihrer Inbetriebnahme und zum Testen
einzelner erfindungsgemäßer Halbleiterbaugruppen
vor der Herstellung der erfindungsgemäßen Strahlungsemissionsanordnung
aus mehreren dieser Halbleiterbaugruppen gemäß Anspruch
30.The
Moreover, the radiation source according to the invention allows
an advantageous method for their commissioning and testing
individual inventive semiconductor components
before the production of the radiation emission arrangement according to the invention
from several of these semiconductor modules according to claim
30th
Dazu
wird die betreffende Halbleiterbaugruppe jeweils separat an eine
Kühlmittelzu- und abführeinrichtung angeschlossen,
die zusammen mit der Halbleiterbaugruppe Teil eines Kühlmittelkreislaufes ist. Über die
erfindungsgemäße Dichtfläche am Wärmeleitkörper
der Halbleiterbaugruppe erfolgt zumindest abschnittsweise eine Dichtung,
die zu einem Einschluss des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf
beiträgt. Danach werden Funktionstests des strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelementes durchgeführt, indem die Halbleiterbaugruppe
an eine Stromquelle angeschlossen wird und mindestens ein physikalischer
Parameter des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementes in
Form eines Messwertes erfasst wird. Zu diesen Parametern zählen
beispielsweise der elektrische Betriebsstrom, die elektrische Betriebsspannung,
die emittierte Strahlungsleistung sowie das Spektrum und das räumliche
Profil der emittierten Strahlung.To
is the respective semiconductor module separately to a
Coolant supply and discharge device connected,
which together with the semiconductor module is part of a coolant circuit. About the
Inventive sealing surface on the heat conducting body
the semiconductor assembly is at least partially a seal,
the inclusion of the coolant in the coolant circuit
contributes. Thereafter, functional tests of the radiation-emitting
Semiconductor device performed by the semiconductor device
is connected to a power source and at least one physical
Parameters of the radiation-emitting semiconductor component in
Form of a measured value is detected. These parameters include
For example, the electrical operating current, the electrical operating voltage,
the emitted radiation power as well as the spectrum and the spatial
Profile of the emitted radiation.
Diese
Funktionstests können wiederholt durchgeführt
werden, beispielsweise in zeitlichen Abständen, die dazu
genutzt werden, die Halbleiterbaugruppe testweise zu betreiben.
Mit den aus dem Funktionstest gewonnen Parametern kann die Eignung
der Halbleiterbaugruppe hinsichtlich ihrer Verwendung in der Strahlungsquelle
eingeschätzt und die Halbleiterbaugruppe selbst bewertet
werden. Diese Qualifizierungsprozedur gestattet es, aus einer Vielzahl
von getesteten Halbleiterbaugruppen nur diejenigen für
die Strahlungsemissionsanordnung auszuwählen, die den im
Anwendungsbetrieb an die Strahlungsquelle gestellten Anforderungen
im Ganzen genügen.These
Function tests can be performed repeatedly
be, for example at intervals, the to
be used to test the semiconductor device test.
With the parameters obtained from the functional test, the suitability
the semiconductor device with regard to its use in the radiation source
assessed and rated the semiconductor device itself
become. This qualification procedure allows you to choose from a variety
of tested semiconductor devices only those for
to select the radiation emission arrangement that corresponds to the
Application operation to the radiation source requirements
all in all.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch
näher erläutert. Dazu zeigenfollowing
The invention is still based on embodiments
explained in more detail. Show this
1a eine
schematische Schrägansicht auf den Wärmeleitkörper
der ersten Variante eines Diodenlaserbauelementes eines ersten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht auf die erste Variante des Diodenlaserbauelementes des
ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle 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 eine
schematische Schrägansicht auf eine zweite Variante eines
Diodenlaserbauelementes des ersten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des
ersten und eines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
des ersten Ausführungsbeispiels mit Diodenlaserbauelementen
der 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 eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
von einem Ausschnitt einer Strahlungsemissionsanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des
zweiten und eines fünften Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
des zweiten Ausführungsbeispiels, 2c a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the second embodiment,
3a eine
schematische Schrägansicht auf den Grundkörper
eines Wärmeleitkörpers eines dritten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht auf den Wärmeleitkörper
des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 3b a schematic oblique view of the heat conducting body of the third embodiment of the radiation source according to the invention,
3c eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des
dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
von einem Ausschnitt einer Strahlungsemissionsanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des
vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
des vierten Ausführungsbeispiels, 4c a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the fourth embodiment,
5a eine
schematische Draufsicht auf ein Diodenlaserbauelement eines fünften
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 5a a schematic plan view of a diode laser component of a fifth embodiment of the radiation source according to the invention,
5b eine
schematische Rückansicht auf das Diodenlaserbauelement
des fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 5b a schematic rear view of the diode laser component of the fifth embodiment of the radiation source according to the invention,
5c eine
schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
des fünften Ausführungsbeispiels, 5c a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the fifth embodiment,
6a eine
schematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelement
eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Rückansicht auf eine Strahlungsemissionsanordnung
des sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 6b a schematic rear view of a radiation emission arrangement of the sixth embodiment of the radiation source according to the invention,
6c eine
erste schematische Draufsicht auf eine Kühlmittelführungsplatte
einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des
sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
zweite schematische Draufsicht auf die Kühlmittelführungsplatte
der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des sechsten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Draufsicht auf Kühlmittelanschlüsse
der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des sechsten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Strahlungsquelle des sechsten Ausführungsbeispiels, 6f a schematic plan view of the radiation source according to the invention of the sixth embodiment,
6g eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsvorrichtung, 6g a schematic cross-sectional view of an irradiation device according to the invention,
7a eine
schematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelement
eines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Schrägansicht auf einen Teilabschnitt einer
Strahlungsemissionsanordnung des siebten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht auf die Strahlungsemissionsanordnung
des siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 7c a schematic oblique view of the radiation emission arrangement of the seventh embodiment of the radiation source according to the invention,
7d eine
schematische Schrägansicht einer Explosionsdarstellung
einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des
siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle mit einer ersten schematischen Schrägansicht
einer 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 eine
zweite schematische Schrägansicht der Kühlmittelführungsplatte
der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung des siebten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
des siebten Ausführungsbeispiels, 7f a schematic cross-sectional view of a section of the radiation source according to the invention of the seventh embodiment,
8a eine
schematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelement
eines achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Schrägansicht auf ein Zwischenstück
zur Anordnung zwischen zwei Diodenlaserbauelemente in einer Strahlungsemissionsanordnung
des achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Frontansicht einer Kühlmittelzu- und abführeinrichtung
des achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Rückansicht der Kühlmittelzu- und
abführeinrichtung des achten Ausführungsbeispiels
der 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 eine
schematische Schrägansicht der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle des achten Ausführungsbeispiels, 8e a schematic oblique view of the radiation source according to the invention of the eighth embodiment,
8f eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle des achten Ausführungsbeispiels, 8f a schematic cross-sectional view of the radiation source according to the invention of the eighth embodiment,
9a eine
schematische Schrägansicht auf ein Diodenlaserbauelement
eines neunten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle, 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 eine
schematische Schrägansicht auf eine Strahlungsemissionsanordnung
des 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 eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle 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 auf
ein Diodenlaserbauelement eines zehnten Ausführungsbeispiels
der 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 eines
Ausschnitts der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle
des 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 auf
ein Solarmodul eines elften Ausführungsbeispiels einer
als photovoltaischem Strahlungsempfänger ausgebildeten
erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen
photovoltaischen Strahlungsempfänger des elften Ausführungsbeispiels
und 11b a schematic plan view of the photovoltaic radiation receiver according to the invention of the eleventh embodiment and
11c eine schematische Querschnittsansicht eines
erfindungsgemäßen Solarkonzentrators. 11c a schematic cross-sectional view of a solar concentrator according to the invention.
Gleiche
oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den selben
Bezugszeichen versehen.Same
or similar elements are in the figures with the same
Provided with reference numerals.
In
den folgenden Ausführungsbeispielen wird der erfindungsgemäße
der Strahlungsemissionsanordnung zugewandten Kühlmittelauslass
der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung durch
eine zulaufseitige Kühlmittelspreiznut 45a oder
mehrere zulaufseitige Kühlmittelspreiznuten 45a oder
einen zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch 46a oder mehrere
zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a gebildet.
Der Begriff ”zulaufseitig” ist in dem Sinne zu
verstehen, dass der Kühlmittelauslass der Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung für Strahlungsemissionsanordnung
einen 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.
Analog
wird der erfindungsgemäße der Strahlungsemissionsanordnung
abgewandte Kühlmitteleinlass der Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung durch eine ablaufseitige Kühlmittelspreiznut 45b oder mehrere
ablaufseitige Kühlmittelspreiznuten 45b oder einen
ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch 46b oder
mehrere ablaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b gebildet.
Der Begriff ”ablaufseitig” ist in dem Sinne zu
verstehen, dass der Kühlmitteleinlass der Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung für Strahlungsemissionsanordnung
einen 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.
Zulaufseitige
Kühlmittelverteilungs- oder spreizelemente 42a, 45a, 46a, 47a, 47'a und 48a, werden
gemeinsam mit den ablaufseitigen Kühlmittelsammel- oder
einschnürungselementen 42b, 45b, 46b, 47b, 47'b und 48b strömungsrichtungsunabhängig
als Kühlmittelführungselemente bezeichnet, wobei
die Elemente als Nuten, Durchbrüche, Kanäle, Kammern
usw. 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.
Von
den Anordnungs- beziehungsweise Anordnungsrichtungszeichen 35, 35a, 36 und 36a zeigen
die Pfeile 35 und 36 eine Anordnung an, die sich in
der Zeichenebene erstreckt. und die Symbole 35a und 36a eine
Anordnung, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Die Anordnungszeichen 35 und 35a beziehen
sich auf eine stapelhafte Anordnung der Halbleiterbaugruppen und
die Anordnungszeichen 36 und 36a auf eine reihenhafte
Anordnung der Halbleiterbaugruppen. Die Zeichen, das sind die Pfeile
und 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.
Im
folgenden wird das erste Ausführungsbeispiel im Hinblick
auf eine Vermittlung von Verständnis der Erfindung besonders
detailliert beschrieben. Die Erläuterungen nachfolgender
Ausführungsbeispiele wird nur in der Weise detailliert,
die der Unterscheidung vom ersten Ausführungsbeispiel Rechnung trägt.
Im übrigen wird bereits an dieser Stelle vorgreifend und
stellvertretend für die Ausführungsbeispiele zwei
bis acht auf den allgemein gültigen Charakter des ersten
Ausführungsbeispieles verwiesen, der zu ihrer weiteren
Interpretation hinzugezogen werden kann, wo nötig und sinnvoll,
beispielsweise im Falle nicht erläuterter Bezugszeichen
und Merkmale. Überdies wird auf die Bezugszeichenliste
im Anschluss an die Ausführungsbeispiele verwiesen.in the
The following will be the first embodiment in terms
on a mediation of understanding of the invention especially
described in detail. The explanations below
Embodiments will be detailed only in the manner
which takes into account the distinction from the first embodiment.
Incidentally, already at this point anticipatory and
representative of the embodiments two
to eight on the general character of the first
Reference example, the other to her
Interpretation can be consulted, where necessary and useful,
for example, in the case of non-illustrated reference numerals
and features. Moreover, the list of reference numerals
referenced following the embodiments.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELFIRST EMBODIMENT
Komponenten
des ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle 50 sowie ein Querschnitt durch einen Abschnitt
der dieser Strahlungsquelle 50 sind in den 1a, 1b, 1d und 1e für
eine erste Variante eine Diodenlaserbauelementes 20 gezeigt.
Eine zweite Variante des Diodenlaserbauelementes 20. welche
alternativ an Stelle der ersten Variante verwendet werden kann,
zeigt 1c. Der Wärmeleitkörper 21 für
die erste Variante des Diodenlaserbauelementes 20 ist eine
T-förmig ausgebildete CVD-Diamantplatte als Wärmeleitgrundkörper 21',
auf den im vom unteren Schenkel abgewandten Bereich des oberen Schenkels
eine Metallisierung 28 aufgebracht ist, die sich von einer
als Plattenoberseite ausgebildeten ersten Außenfläche 22 der
Platte 21' über eine frontseitige Endfläche
der Frontseite der Platte auf eine als Plattenunterseite ausgebildete,
der ersten Außenfläche gegenüberliegenden,
zweite Außenfläche erstreckt (1a).
In den unteren Schenkel der Platte 21' sind eine Vielzahl
von zueinander parallelen Ausnehmung 26 eingebracht, die
sich einerseits von der Plattenoberseite 22 zur Plattenunterseite
erstrecken und andererseits entgegen der Abstrahlungsrichtung 15 bis
zur einer der Frontfläche gegenüberliegenden rückseitigen
Endfläche an der Rückseite der Platte. Die Ausnehmungen 26 weisen
damit sowohl Öffnungen 27 in der ersten Außenfläche 22 an
der Plattenoberseite auf, Öffnungen in der zweiten Außenfläche
an der Plattenunterseite als auch Öffnungen in der rückseitigen
Endfläche 23 an der Plattenrückseite, über
die ein Kühlmittel in die Ausnehmungen eingebracht und/oder
aus 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.
Ein
Laserdiodenbarren 10 besitzt auf einer ersten Seite eine
erste Kontaktfläche 11 und auf einer der ersten
Seite gegenüberliegenden zweiten Seite eine zur ersten
Kontaktfläche gegenpolige zweite Kontaktfläche 12.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 ,
Auf
die Metallisierung 28 ist ein solcher Laserdiodenbarren 10 seitens
seiner ersten Kontaktfläche 11 befestigt, indem
er unter Anwendung des in der Patentschrift DE 196 44 941 C1 beschriebenen Verfahrens über
eine Lotfuge mit dem Wärmeleitkörper an deren
Wärmeaufnahmefläche 21* stoffschlüssig
verbunden ist (1b). Der Verbund von Laserdiodenbarren
und Wärmeleitkörper wird als Diodenlaserbauelement 20 bezeichnet.
Im Betrieb strahlt der Laserdiodenbarren 10 beziehungsweise
das Diodenlaserbauelement 20 Licht des nahen Infrarots
in eine Abstrahlungsrichtung 15 ab, die senkrecht zu den
Normalen der beiden Kontaktflächen des Laserdiodenbarrens 10 ausgerichtet
ist. Die Metallisierung 28 bildet einen ersten elektrischen
Kontakt für den Laserdiodenbarren 10, während
ein elektrisches Verbindungselement 29, das an der zweiten
Kontaktfläche 12 des Laserdiodenbarrens 10 stoffschlüssig
befestigt ist, einen zweiten, zum ersten elektrischen Kontakt gegenpoligen
Kontakt bildet. Die Dicke der Metalli sierung liegt im Bereich von
5 μm bis 200 μm, besteht im wesentlichen aus Kupfer,
und ist zumindest teilweise durch galvanisches Abscheiden auf einer
Grundmetallisierung 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.
Im
Betrieb des Laserdiodenbarrens bilden alle seine Licht emittierenden
Emitter Wärmequellen, deren Wärme zumindest zum
größten Teil über die Wärmeaufnahmefläche 21* der
Metallisierung 28 von dem Wärmeleitkörper 21 aufgenommen
wird.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.
Im
Wärmeleitkörper 21 liegen zwischen den Ausnehmungen 26 Kühlrippen 26' vor, über
deren Außen-/Innenflächen Wärme an ein
durch die Ausnehmungen strömendes Kühlmittel abgegeben
werden kann. Im technisch-konstruktiven Sinne werden die Ausnehmungen
von den Kühlrippen begrenzt und umgekehrt. Die einander
zugewandten Innenflächen zweier benachbarter Kühlrippen
sind somit einer gemeinsamen Ausnehmung zuzuordnen und als erfindungsgemäße
Wärmeabgabeflächen 26* anzusehen. Wie
durch die Klammern in 1b angedeutet, lässt
sich der Wärmeleitkörper 21 in drei Abschnitte gliedern:
Einen Wärmeaufnahmeabschnitt 21a, der die Wärmeaufnahmefläche 21* trägt,
einen Wärmeabgabeabschnitt 21c, der die Ausnehmungen 26 und Kühlrippen 26' umfasst
und einen Wärmeleitabschnitt 21b, der zwischen
dem Wärmeaufnahmeabschnitt 21a und dem Wärmeabgabeabschnitt 21c angeordnet
ist.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.
Alle
Abschnitte erstrecken sich jeweils von der Oberseite des Wärmeleitkörpers
zu seiner Unterseite. Eine alle diese Wärmequellen umfassende Wärmequellenprojektion
des Laserdiodenbarrens 10 in zur Wärmaufnahmefläche 21* senkrechter
Richtung liegt – bis auf einen durch einen gegebenenfalls in
Abstrahlungsrichtung 15 vorliegenden Barrenüberstand
hervorgerufenen Leerbereich – vollständig im Wärmeaufnahmeabschnitt 21a.
Sowohl der Wärmeleitabschnitt 21b als auch der
Wärmeabgabeabschnitt 21c liegen bezüglich
des Wärmeaufnahmeabschnitts 21a in einer der Abstrahlungsrichtung
entgegengesetzten Wärmeleitrichtung und somit vollständig
außerhalb 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.
Am
Wärmeleitabschnitt 21b ist oberseitig ein Zwischenstücke 34 und
unterseitig in Zwischenstück 34a jeweils stoffschlüssig
befestigt. Die Zwischenstücke 34 und 34a lassen
sich somit als Teil des Wärmeleitkörpers 21 ansehen.
Die rückwärtigen, entgegen der Abstrahlungsrichtung
liegenden, Endflächen des oberen Schenkels des T-förmig
ausgebildeten CVD-Diamantplatte 21' des Wärmeleitkörpers
und der Zwischenstücke 34 und 34a bilden
gemeinsam eine Dichtfläche 24, die den Wärmeleitkörper 21, speziell
seinen Wärmeleitbereich 21b, 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.
Werden
alternativ dazu die Zwischenstücke 34 und 34a als
nicht zum Wärmeleitkörper 21 zugehörig
betrachtet, so können die ober- und unterseitigen Montageflächen
für die Zwischenstücke im Bereich des Wärmeleitabschnitts 21b als
erfindungsgemäße Dichtfläche aufgefasst
werden.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.
Während
in der beschriebenen ersten Variante des Diodenlaserbauelementes 20 alle
drei wärmetechnischen Abschnitte des Wärmeleitkörpers 21 zu
ein und demselben Grundkörper 21' gehören,
ist der Wär meleitkörper 21 der in 1c dargestellten zweiten
Variante des Diodenlaserbauelementes aus drei verschiedenen stoffschlüssig
miteinander verbundenen Bauteilen zusammengesetzt, die jeder einem
wärmetechnischen Abschnitt des Wärmeleitkörpers
entsprechen und daher auch als solche bezeichnet werden: Der Wärmeleitabschnitt 21a wird
durch einen elektrisch leitfähigen Kupfer-Wolfram-Verbundwerkstoff
bereitgestellt. Da das Material des Wärmeaufnahmeabschnitts 21a elektrisch
leitfähig ist, kann auf eine den Wärmeaufnahmeabschnitt 21a umgebende
Metallisierung, die die Stromführung von der Wärmeleitkörperunterseite
auf 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.
Der
thermische Ausdehnungskoeffizient dieses Verbundwerkstoffs weicht
um nicht mehr als 50% von dem des Laserdiodenbarrens 10 ab,
so dass eine stoffschlüssige Montage mittels eines hochschmelzenden
Lotes, beispielsweise mittels eines goldreichen eutektischen Gold-Zinn-Lotes,
des Laserdiodenbarrens auf dem Wärmeleitabschnitt möglich
ist, 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.
Der
Wärmeleitabschnitt 21b wird durch eine Platte 21b aus
Berylliumoxidkeramik bereitgestellt, deren Plattenebene, Oberseite
und Unterseite senkrecht zur Wärmeleitrichtung und zur
Abstrahlungsrichtung 15 liegt. Optionale Metallisierungen
auf Ober- und Unterseite der Platte 21b können
eine Lötverbindung mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 21a und dem
Wärmeabgabeabschnitt 21c erleichtern. An Stelle
einer Berylliumoxidkeramik kann die Platte 21b auch ein
Dreischichtsystem bestehend aus einer Aluminiumnitridkeramikschicht
zwischen zwei Kupferschichten von jeweils gleicher Schichtdicke
wie die Aluminiumnitridkeramikschicht sein. Beide Plattenvarianten,
BeO und Cu-AlN-Cu, besitzen einen thermischen Ausdehnungskoeffizient
der um nicht mehr als 50% von dem des Wärmeaufnahmeabschnitts 21a abweichen,
so dass eine mechanisch spannungsarme Lötverbindung zwischen
dem Wärmeaufnahmeabschnitt 21a und dem Wärmeleitabschnitt 21b möglich
ist.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.
Auf
der dem Wärmeaufnahmeabschnitt 21a abgewandten
Seite des Wärmeleitabschnitts 21b ist ein Wärmeabgabeabschnitt 21c,
der durch einen aus der Offenlegungsschrift DE 197 01 680 A1 bekannten Diamantkörper 21c bereitgestellt
wird, an dem Wärmeleitabschnitt 21b befestigt.
Dieser Diamantkörper 21c weist zwei Gruppen von
zueinander parallelen Ausnehmungen 26 und 26a auf,
die sich jeweils von einander gegenüberliegenden Endflächen
abschnittsweise aneinander vorbei in Richtung der jeweils gegenüberliegenden
Endfläche erstrecken (die in 1c sichtbare
rückseitige Endfläche ist mit 23 bezeichnet).
Der Abstand zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten einander
gruppenfremden Ausnehmungen 26 und 26a entspricht
der Hälfte des kleinsten Abstandes zweier gruppengleicher
Ausnehmungen 26 beziehungsweise 26a. Die Ausnehmungen
beider Gruppen von Ausnehmungen 26 und 26a erstrecken
sich zudem von der Oberseite zur Unterseite, welche senkrecht zu
den Endflächen orientiert sind, der Diamantplatte 21c,
so dass sie Öffnungen 27 in der Ober- und Unterseite
besitzen. Die Ausnehmungen 26 und 26a sorgen so
für eine Ziehharmonikaförmige Ausbildung des Diamantkörpers 21c, der
auf eine parallel zu den Endflächen, Ober- und Unterseite
wirkende mechanische Deformation hin nur eine verhältnismäßig
geringe mechanische Spannung aufnimmt. Damit lässt sich
der Diamantkörper 21c, obwohl er einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der stark von denjenigen des Wärmeaufnahmeabschnitts 21a,
des Wärmeleitabschnitts 21b und des Laserdiodenbarrens 10 abweicht,
mechanisch spannungsarm an dem Wärmeleitabschnitt 21b über
eine 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.
Alternativ
kann der Wärmeabgabeabschnitt statt aus Diamant auch aus
Kupfer bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient ebenfalls
sehr von dem des Laserdiodenbarrens 10 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.
Zwischen
gruppengleichen Ausnehmungen liegen Kühlrippen 26' und 26'a vor,
die sich in Wärmeleitrichtung erstrecken. Eine Kühlmittelführung kann
so ausgeführt sein, dass das Kühlmittel gezwungen
ist, durch beide Gruppen von Ausnehmungen 26 und 26a zu
fließen, bevor es den Diamantkörper verlässt.
Die den Wärmeleitabschnitt 21b bildende Platte 21b besitzt
an der dem Diamantkörper 21c zugewandten Seite
eine Dichtfläche 24, die die Anbindungsfläche
des Diamantkörpers 21c 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.
Sowohl
die erste als auch die zweite Variante von in 1b und 1c dargestellten
Diodenlaserbauelementen 20 können alternativ und
gleichartig für die erfindungsgemäße,
Strahlungsquelle 50 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.
Diodenlaserbauelemente 20 der
ersten Variante werden dazu in Ausbildung eines Diodenlaserstapels 30 als
Strahlungsemissionsanordnung in einer Stapelrichtung 35 übereinander
angeordnet in einer Anordnungsebene, in der die Stapelrichtung 35 liegt
und die senkrecht zur Abstrahlungsrichtung 15 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 ).
Zur
Strahlungsquelle 50 gehört auch eine Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung 40, die eine Kühlmittelverteilungseinheit 41,
eine Deckplatte 43 und eine Kühlmittelanschlussplatte 42 aufweist (1d).
Die Deckplatte 43 und die Kühlmittelanschlussplatte
sind dichtend auf einander gegenüberliegenden Seiten (Ober-
und Unterseite) der Kühlmittelverteilungseinheit 41a befestigt.
Die Kühlmittelverteilungseinheit 41a besitzt im
Querschnitt längliche Aufnahmeausnehmungen 44,
die sich ausgehend von der Oberseite der Kühlmittelverteilungseinheit 41a in
Richtung der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite
der Kühlmittelverteilungseinheit 41a erstrecken
und mit einem im Querschnitt verjüngten abgestuften Ende,
das – je nach Durchflussrichtung des Kühlmittels – als
zulaufseitige Kühlmittelspreiznut 45a beziehungsweise
ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnut 45b (gemeinsam
als Kühlmittelführungsnuten 45a und 45b 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.
Die
Aufnahmeausnehmungen 44 sind senkrecht zu ihrer längeren
Querschnittsausdehnung einander benachbart in Stapelrichtung 35 angeordnet und
voneinander durch Wände 44' beabstandet. Die Wände enden
in zur Oberseite der Kühlmittelverteilungseinheit zugewandten
Richtung 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.
Die
oberseitig bezüglich der Kühlmittelverteilungseinheit
angeordnete Deckplatte 43 besitzt Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüche 49,
deren Querschnitt dem der Aufnahmeausnehmungen 44 ähnlich ist.
Die Deckplatte 43 ist derart auf der Oberseite der Kühlmittelverteilungseinheit 41a positioniert,
dass ihre Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüche 49 den Aufnahmeausnehmungen 44 gegenüber
liegen.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.
Die
zwischen den Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchen 49 angeordneten
Stege liegen dabei den Endflächen der Wände 44' gegenüber,
wobei, bedingt durch den Versatz der Endflächen gegenüber
der Oberseite, ein Leerraum zwischen jedem Steg und jeder Endfläche
vorliegt, der als Kühlmittelflusspassage 37 zwischen
einander benachbarten Aufnahmeausnehmungen 44 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.
Über
in 1d nicht sichtbare Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a und 46b sind
abwechselnd jeweils jede zweite Aufnahmeausnehmungen 44 in Richtung
der Unterseite geöffnet. Die Kühlmittelführungsnuten 45a und 45b fördern
dabei die Spreizung des Kühlmittels über die größere
der Querschnittsausdehnungen der Aufnahmeausnehmungen 44. Aus
fertigungstechnischen Gründen kann die Kühlmittelverteilungseinheit 41a aus
mehreren Teilen zusammengesetzt sein, wobei eine Schnittstelle zwischen
den Kühlmittelführungsnuten 45a/45b und
den Aufnahmeausnehmungen 44 liegt. Zur Vermittlung einer
Anschauung der Lage der Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a und 46b bezüglich
der Kühlmittelführungsnuten 45a bzw. 45b wird
auf die 7e des siebten Ausführungsbeispiels
verwiesen. Die Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a liegen
einem zulaufseitigen Kühlmittelverteilungskanal 47a in
der Kühlmittelanschlussplatte 42 gegenüber,
weshalb sie als zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a bezeichnet
werden. Die Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b liegen
einem ablaufseitigen Kühlmittelsammelkanal 47b in
der Kühlmittelanschlussplatte 42 gegenüber,
weshalb sie als zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b bezeichnet
werden.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.
Über
den zulaufseitigen Kühlmittelverteilungskanal 47a wird
den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a im
Betrieb der Strahlungsquelle 50 Kühlmittel zugeführt.
Es ergießt sich von dort in die zulaufseitige Kühlmittelspreiznut 45a und weiter
in Aufnahmeausnehmungen 44 einer ersten zulaufseitigen
Gruppe von Aufnahmeausnehmungen 44. Ausgehend von verschlossenen
Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchen 49 wird
in jeder dieser Aufnahmeausnehmungen 44 das Kühlmittel
in zwei Portionen geteilt, wobei eine erste Kühlmittelportion über
eine links benachbarte Kühlmittelflusspassage 37 in
eine links benachbarte Aufnahmeausnehmung 44 und eine zweite
Kühlmittelportion über eine rechts benachbarte
Kühlmittelflusspassage 37 in eine rechts benachbarte
Aufnahmeausnehmung 44 abfließt. Links und rechts
benachbarte Aufnahmeausnehmungen 44 gehören zu
einer ablaufseitigen Gruppe von Aufnahmeausnehmung 44,
aus denen das Kühlmittel über ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b,
ablaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46b und
schließlich den ablaufseitigen Kühlmittelsammelkanal 47b die
Strahlungsquelle verlässt. Der Kühlmittelflussverlauf
ist durch die Kühlmittelströmungsrichtungspfeile 25 in 1e 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.
Wie
weiterhin in 1e ersichtlich, ist jedes Diodenlaserbauelement 20 in
die Kühlmittelführung eingebunden, indem die durch
die Ausnehmungen 26 gebildeten Kühlkanäle
von dem Kühlmittel beströmt werden. Dazu ist jeweils
der Wärmeabgabeabschnitt 21c des Diodenlaserbauelementes 20 über einen
Wärmeleitkörperaufnahmedurchbruch 49 in eine
Aufnahmeausnehmung 44 der Kühlmittelführungseinheit 41a eingebracht
und stößt mit seiner rückwärtigen
Endfläche 23 an den Vorsprung, der durch die gegenüber
der Aufnahmeausnehmung 44 im Querschnitt verjüngten
Kühlmittelführungsnut 45a/45b bereitgestellt
wird. Optional kann zwischen Endfläche 23 und
Vorsprung ein Fügemittel eingebracht sein. Ein zwischen
die Dichtfläche 24 des Diodenlaserbauelementes 20 und
die Oberseite der Deckplatte 43 eingebrachtes Fügemittel 33 sorgt
für eine Abdichtung und einen Verschluss der vom Kühlmittel
durchströmten Räumen 47a, 46a, 45a, 44, 37, 45b, 46b und 47b.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 ,
Das
an der dem Wärmeleitkörper 21 abgewandten
Seite des Laserdiodenbarrens 10 befestigte elektrische
Verbindungselement 29 ist unter Verweis auf das US-Patent Nr. 5,909,458 mit
einer strukturellen Flexibilität ausgestattet, die es ihm
ermöglicht, Deformationen in Stapelrichtung mechanisch
spannungsarm nachzugeben. Es ist somit in der Lage, Toleranzen der
Abstände zwischen benachbarten Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüchen 49 auszugleichen
und gleichzeitig die Metallisierung 28 des benachbarten
Wärmeleitkörpers 21 über eine Schicht
elektrisch leitfähigen Klebstoffs 31 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.
In
der Strahlungsquelle des ersten Ausführungsbeispieles liegen
die Diodenlaserbauelemente 20 in zwei, strömungstechnisch
seriell verschalteten Scharen vor, wobei die einzelnen Diodenlaserbauelemente 20 zueinander
jeweils um die Hälfte des Abstandes in Stapelrichtung 35 versetzt
sind, der zwischen den Diodenlaserbauelemente 20 einer
gemeinsamen Schar vorliegt. Insofern werden nicht mehr als jeweils
zwei Diodenlaserbauelemente 20 des Diodenlaserstapels 30 strömungstechnisch
seriell durchflossen. In der ersten Schar erfolgt die Strömung
durch die Kühlkanäle 26 im wesentlichen
in Abstrahlungsrichtung 15 und entgegen der Wärmeleitrichtung,
in der zweiten Schar erfolgt die Strömung entgegen der
Abstrahlungsrichtung 15 in Wärmeleitrichtung.
Dies wird ermöglicht (a) durch die den seriellen Strömungsfluss
vermittelnden Kühlmittelflusspassagen 37, die
zwischen den dem Wärmeaufnahmeabschnitt 21a zugewandten
Enden der Kühlkanäle vorliegen und (b) durch die
Wände 44' der Kühlmittelverteilungseinheit 41a,
die die Kühlkanäle benachbarter Diodenlaserbauelemente
im übrigen gegenüber Kühlmittelverlust
voneinander abschirmen. Die Anzahl der Gruppen von Diodenlaserbauelementen 20,
die im Diodenlaserstapel 30 strömungstechnisch parallel
durchflossen werden, bestimmt sich aus der Gesamtanzahl der Diodenlaserbauelementen 20 im Diodenlaserstapel
dividiert durch die Scharenanzahl von zwei. Die Gruppenstärke
entspricht der Scharenanzahl, das heißt jeweils zwei Diodenlaserbauelementen 20.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 ,
Die
vorliegende Ausführung beruht dabei auf der zulaufseitigen
Teilung des Kühlmittelflusses in zwei Kühlmittelportionen
in Diodenlaserbauelementen der ersten Schar, die zu zwei, auf gegenüberliegenden
Seiten benachbarten Diodenlaserbauelementen der zweiten Schar abfließen
und sich dort mit den Kühlmittelportionen der übernächsten
Nachbarn von Diodenlaserbauelementen der ersten Schar vereinigen.
Eine alternative, nicht dargestellte, Ausführung sieht
vor, das Kühlmittel in jeder strömungstechnisch
parallel durchströmten Gruppe von Diodenlaserbauelementen
unportioniert und vollständig jeweils von einem Diodenbauelement 20 der
ersten Schar zu einem benachbarten Diodenlaserbauelement der zweiten
Schar strömen zu lassen. Dazu ist die Kühlmittelflusspassage 37 zwischen
zwei benachbarten Gruppen verschlossen beziehungsweise nicht existent,
während sie innerhalb jeder Gruppe zwischen den Diodenlaserbauelementen
der 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.
Dabei
kann die Strömungsrichtung in den Kühlmittelflusspassagen 37 zweier
benachbarter Gruppen in gleicher Richtung orientiert oder in entgegengesetzter
Richtung orientiert sein. Letztere Variante hat den Vorteil, dass
die Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a beziehungsweise 46b zur
Kühlmittelzu- beziehungsweise -abführung zweier
benachbarter Diodenlaserbauelemente zusammengelegt und als ein für
beide Diodenlaserbauelemente gemeinsamer Kühlmittelführungsdurchbruch 46a beziehungsweise 46b ausgebildet
sein kann. Diese Feststellung ist ganz allgemein auf die erfindungsgemäßen
Kühlmittelein- 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
Von
einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle 50 zeigt 2a einen
Ausschnitt eines Diodenlaserstapels 30 in Explosionsdarstellung.
Das Diodenlaserbauelement 20 besitzt einen Wärmeleitkörper 21,
der am Wärmeaufnahmeabschnitt eine Metallisierung 28 aus
Kupfer trägt und im wesentlichen aus kubischem Bornitrid
besteht. Auf die Metallisierung 28 ist oberseitig an der
Kante zur Frontseite ein Laserdiodenbarren 10 aufgelötet.
Außerhalb der Projektion des Laserdiodenbarrens 10 senkrecht
zur oberseitigen Oberfläche 22 des Wärmeleitkörpers 21 sind
in der Abstrahlungsrichtung 15 entgegengesetzter Wärmeleitrichtung
eine Vielzahl von zueinander parallelen in Abstrahlungsrichtung 15 ausgedehnten
Ausnehmungen 26 eingebracht, die sich von der Oberseite 22 zur Unterseite
des Wärmeleitkörpers 21 erstrecken und rückseitig
geöffnet sind, so dass sie rückseitig Kühlflüssigkeit
aufnehmen oder abgeben können. Beiderseits dieses Feldes
von Ausnehmungen 26, in zur Oberseite paralleler und zur
Abstrahlungsrichtung 15 senkrechter Richtung, erstreckt
sich jeweils ein Wärmeleitkörperbereich 1 mm über
die rückwärtigen Endflächen der Kühlrippen
hinaus. Diese Wärmeleitkörperverlängerungen
geben dem Wärmeleitkörper 21 eine U-Form.
Der zwischen der Endflächenebene der Kühlrippen 26' und
der Endflächenebene der herausragenden Wärmeleitkörperbereiche
liegende Freiraum ist in der Strah lungsquelle 50 (2c)
als Kammer zur zulaufseitigen Kühlmittelspreizung 48a beziehungsweise
ablaufseitigen Kühlmitteleinschnürung 48b 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.
Der
Oberflächenbereich des Wärmeleitkörpers 21 zwischen
den Ausnehmungen und der Montagefläche des Laserdiodenbarrens 21 dient
sowohl ober- als auch unterseitig als Dichtfläche 24,
die sich außerdem abschnittsweise über die Ausnehmungen 26 und
die Wärmeleitkörperverlängerungen erstrecken.
Die Dichtung im Diodenlaserstapel 30 erfolgt über
Zwischenstücke 34, die zwischen benachbarten Diodenlaserbauelementen
eingebracht sind und jeweils über eine erste elektrisch
isolierende, das heißt: elektrisch nicht leitfähige,
Klebstoffschicht 33 an der Oberseite des Wärmeleitkörpers
eines ersten Diodenlaserbauelementes und über eine zweite
elektrisch isolierende, das heißt: elektrisch nicht leitfähige,
Klebstoffschicht 33a an der Unterseite des Wärmeleitkörpers 21 eines,
dem ersten Diodenlaserbauelement benachbarten, zweiten Diodenlaserbauelementes
flächig befestigt sind. Die Zwischenstücke sind
als Aluminiumoxidkeramikfolien von 100 μm Dicke ausgebildet,
wiewohl auch Glas- oder Kunststofffolien alternativ verwendet werden
können. Sie besitzen jeweils eine längliche Öffnung 37,
die als Kühlmittelflusspassage 37 in der Strahlungsquelle 50 dient
und zwischen von der Rückseite abgewandten Endabschnitten
der Ausnehmungen 26 benachbarter Wärmeleitkörper
angeordnet ist (2c). Das der Öffnung 37 abgewandte,
rückwärtige Ende des Zwischenstücks 34 erstreckt
sich in Wärmeleitrichtung 500 μm über
die Enden der Wärmeleitkörperverlängerungen
und 1,5 mm über die Enden der Kühlrippen 26' 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.
Eine
in 2b gezeigte Kühlmittelzu- und abführeinrichtung
besteht aus einer Kühlmittelverteilungsplatte 41 und
einer Kühlmittelanschlussplatte 42, die miteinander
stoffschlüssig 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.
Die
Kühlmittelverteilungsplatte weist in einer ersten Plattenhälfte
eine erste Reihe zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a auf
und in einer zweiten Plattenhälfte eine zweite Reihe ablaufseitiger
Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b,
die parallel zur ersten Reihe angeordnet sind und in Reihenrichtung
zu den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a jeweils
um die halbe Länge ihres gegenseitigen Abstands versetzt
sind. Als schmale Nuten mit einer Breite von etwa einem Zehntel
dieses Abstandes erstrecken sich Aufnahmeausnehmungen 44 in
der Plattenoberseite senkrecht zur Reihenrichtung paarweise zwischen
den Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a/46b von
der ersten Plattenhälfte in die zweite Plattenhälfte,
wobei sie jeweils auf einer ersten Nutseite in der ersten Plattenhälfte
mit einem zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch 46a der ersten
Reihe und in der zweiten Plattenhälfte auf einer, der ersten
Nutseite gegenüberliegenden, zweiten Nutseite mit einem
ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch 46b 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.
In
der Plattenoberseite der der Plattenunterseite der Kühlmittelverteilungsplatte 41 gegenüberliegenden
Kühlmittelverteilungsplatte 42 liegen ein zulaufseitiger
Kühlmittelverteilungskanal 47a den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a und
ein ablaufseitiger Kühlmittelsammelkanal 47b ablaufseitigen
Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46b gegenüber.
Durch eine Verbindung der beiden Platten 41 und 42 können
diese Ausnehmungen 47a/47b und 46a/46b entsprechend
miteinander 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.
Die
Aufnahmeausnehmungen 44 dienen der Aufnahme der Endabschnitte
der Zwischenstücke 34, die über das rückwärtige,
das heißt dem Laserdiodenbarren abgewandten Ende, des Wärmeleitkörpers 21 herausragen.
Dieselben Klebstoffe der Schichten 33 und 33a sorgen
hier für eine Abdichtung des Kühlmittelübergangs
von den zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a in
die Kühlmittelspreizkammern 48a, in denen das
Kühlmittel auf die Kühlkanäle 26 im
Wärmeleitkörper verteilt wird, und von den Kühlmitteleinschnürungskammern 48b, in
denen das Kühlmittel von den Kühlkanälen
gesammelt wird, in die ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46b.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 ,
Der
Kühlmittelflussverlauf durch die Diodenlaserbauelemente 20 der
Strahlungsquelle 50 verläuft strömungstechnisch
identisch zu dem im ersten Ausführungsbeispiel: Es existieren
zwei seriell durchflossene Scharen von Diodenlaserbauelementen 20, die
in, in Stapelrichtung nebeneinander angeordnete, strömungstechnisch
parallel durchflossene Gruppen von je zwei Diodenlaserbauelementen 20 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
Der
Grundkörper 21' des Wärmeleitkörpers 21 für
die Strahlungsquelle 50 des dritten Ausführungsbeispieles
entspricht dem Bauteil des Wärmeabgabeabschnitts 21c der
zweiten Variante des Wärmeleitkörpers 21 vom
ersten Ausführungsbeispiel (dargestellt in 1c):
Der Grundkörper ist eine ziehharmonikaförmig ausgebildete
Diamantplatte, in der sich zwei Gruppen von Ausnehmungen 26 und 26a von
einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Platte
in entgegengesetzte Richtungen erstrecken und verschränkt
sind, so dass die Ausnehmungen gruppenfremder Ausnehmungen jeweils
abwechselnd einander abschnittsweise benachbart angeordnet sind
(3a). Diese Ausbildung verleiht der Diamantplatte
eine strukturbedingte Nachgiebigkeit in einer Breitenrichtung senkrecht
zur genannten Erstreckung der Ausnehmungen. Diese Eigenschaft kann mit
Hilfe einer stoffschlüssigen Kombination des Diamantkörpers
mit Platten aus Material eines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizient
als dem des für die Montage vorgesehenen Laserdiodenelementes 10 dazu
ausgenutzt werden, einen Wärmeleitkörper 21 zu
schaffen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in Breitenrichtung
dem des Laserdiodenelementes zumindest insoweit entspricht als er
von ihm nicht mehr als 50% abweicht. Diese Maßnahme ist beispielsweise
aus der Patentschrift US 5,848,083 und
der Offenlegungsschrift DE
100 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.
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch erfindungsgemäß nur
diejenige, erste, Gruppe von Ausnehmungen 26 als Kühlkanäle
verwendet, deren Ausnehmungen entgegen der Abstrahlungsrichtung 15 in
der der rückwärtigen Endfläche 23 der Diamantplatte 21' enden.
Die Ausnehmungen der anderen, zweiten, Gruppe, die in Abstrahlungsrichtung 15 in
der frontseitigen Endfläche 23a enden, besitzen keine
kühlungstechnische sondern nur die mechanische Funktion
der Flexibilisierung. Ober- und unterseitig sind stoffschlüssig
Metallschichten 28/28a/28b aus Kupfer
auf den Diamantkörper aufgebracht, die sich zumindest abschnittsweise über
die Ausnehmungen 26 und 26a erstrecken. Zur elektrischen Trennung
der elektrisch leitenden Metallisierung 28, die die Wärmeaufnahmefläche 21* trägt,
von den kühlmittelführenden Bereichen des Wärmeleitkörpers 21 ist
diese Metallisierung ober- und unterseitig in je zwei elektrisch
voneinander getrennte Schichtenbereiche 28 und 28a beziehungsweise 28 und 28b gegliedert.
Die zur Frontseite orientierte Metallisierung 28 bedeckt
ober- und unterseitig nur die Ausnehmungen 26a der zweiten
Gruppe von Ausnehmungen in deren frontseitigen Abschnitten, die
nicht zwischen den Ausnehmungen 26 der ersten Gruppe angeordnet
sind, wobei über eine Metallisierung an den Innenwänden
der frontseitigen Abschnitte die ober- und unterseitigen Abschnitte
der Metallisierung 28 elektrisch miteinander verbunden
sind. Die zur Rückseite orientierten Metallisierungen 28a (oberseitig)
und 28b (unterseitig) bedecken die Ausnehmungen 26 der
ersten Gruppe nahezu vollständig sowie die Abschnitte der
Ausnehmungen 26a der zweiten Gruppe von Ausnehmungen, die
vollständig zwischen den Ausnehmungen 26 der ersten
Gruppe von Ausnehmungen angeordnet sind. Zwischen den Metallisierungsbereichen 28 und 28a beziehungsweise 28 und 28b bleibt
ein kleiner Abschnitt der Ausnehmungen 26a der zweiten
Gruppe 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.
Die
Metallisierungsschichten 28a und 28b weisen Öffnungen 27 und 27a auf,
die den frontseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle 26 gegenüberliegen
und den Eintritt des Kühlmittels in oder den Austritt des
Kühlmittels aus den Kühlkanälen 26 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.
Enden
der Metallisierungen 28a und 28b ragen entgegen
der Abstrahlungsrichtung über die rückwärtigen
Endflächen 23 des Wärmeleitkörper
hinaus. Sie erleichtern das passgenaue Einsetzen der Diodenlaserbauelemente 20,
das sind die Wärmeleitkörper 21 jeweils
versehen mit Laserdiodenbarren 10, in korrespondierende
Aufnahmeausnehmungen 44, die nebeneinander in Stapelrichtung 35 senkrecht
zu ihrer Längsachse in einer Kühlmittelverteilungsplatte 41 angeordnet
sind, die zusammen mit der in 3c dargestellten
Kühlmittelanschlussplatte 42 die erfindungsgemäße
Kühlmittel- zu und abführeinrichtung 40 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.
Dabei
werden stets die Enden einander gegenüberliegender Metallisierungen 28a und 28b zweier
verschiedener Diodenlaserbauelemente 20, die einander direkt
im Diodenlaserstapel 30 benachbart sind, voneinander beabstandet
in eine gemeinsame Aufnahmeausnehmung 44 eingebracht, die
in einen, in einer ersten Plattenhälfte angeordneten, ablaufseitigen
Kühlmittelführungsdurchbruch 46b mündet,
und die Enden der Metallisierungen 28a und 28b desselben
Diodenlaserbauelementes 20 in verschiedene Aufnahmeausnehmungen 44 eingebracht,
die in die, in einer ersten Plattenhälfte angeordneten,
ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b münden
und jeweils voneinander durch eine Aufnahmeausnehmung 44 beabstandet
sind, die in einen, in einer zweiten Plattenhälfte angeordneten,
zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch 46a mündet.
Dabei bilden zulaufseitig die Aufnahmeausnehmungen 44 eine
Kühlmittelspreiznut 45a, in der das Kühlmittel über
die Kühlkanäle 26 des Wärmeleitkörpers
verteilt 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.
Dem
weiteren Kühlmittelverlauf in der Strahlungsquelle 50 entsprechend
der in 3d bezeichneten Kühlmittelströmungsrichtung 25 folgend
tritt das Kühlmittel bei allen Diodenlaserbauelemente 20 in
zwei Portionen links und rechts über die Öffnungen 27 und 27a in
den Metallisierungen 28a und 28b aus den Kühlkanälen 26 aus
und vereinigt sich mit den jeweiligen Kühlmittelportionen
der direkt benachbarten Diodenlaserbauelemente 20 in einen
Zwischenraum, der als Kühlmittelflusspassage 37 zwischen
den Wärmeleitkörpern der ablaufseitigen Sammlung
des Kühlmittels in einer durch die Kühlmittelflusspassage 37 bereitgestellte
Kühlmitteleinschnürungskammer 48b zur
Abgabe an den jeweiligen ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbruch 46b 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.
Die
Kühlmittelflusspassagen 37 zwischen zwei unmittelbar
benachbarten Wärmeleitkörpern sind gegenüber
Kühlmittelaustritt abgedichtet durch einen erstes Fügemittel 33,
welches alle Öffnungen 27 und 27a eines
Wärmeleitkörpers gemeinsam U-förmig umgibt
und die Metallisierungen 28a und 28b unmittelbar
benachbarter Wärmeleitkörper stoffschlüssig
miteinander verbindet. Dabei liegt der Mittelschenkel des aus Fügemittel
gebildeten ”U” bezüglich der Öffnungen 27 uns 27a in
Abstrahlungsrichtung 15. Ein zweites Fügemittel 33a dichtet
zulaufseitig den Übergang zwischen dem rückwärtigen
Ende des Wärmeleitkörpers und der Kühlmittelspreiznut 45a 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.
Eine
Serienschaltung der Laserdiodenbarren 10 benachbarter Diodenlaserbauelemente 20 wird
in Stapelrichtung 35 durch einen elektrisch leitenden Klebstoff 31 ermöglicht,
der eine Fügezone zwischen der zweiten Kontaktfläche
des Laserdiodenbarrens eines ersten Diodenlaserbauelementes 20 und
der unterseitigen Metallisierung 28 des Wärmeleitkörpers
eines, dem ersten Diodenlaserbauelement 20 in Stapelrichtung 35 unmittelbar
benachbarten, zweiten Diodenlaserbauelements 20 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.
Anders
als in den zwei vorangegangen Ausführungsbeispielen existiert
hier nur eine Schar von Diodenlaserbauelementen 20, die
allesamt strömungstechnisch parallel durchflossen werden.
Vorteilhaft ist damit die Kühlmitteleintrittstemperatur
bei allen Diodenlaserbauelementen prinzipiell gleich. Die Anzahl
strömungstechnisch parallel durchflossener Gruppen ist
identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente; ihre Gruppenstärke
ist 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
Die
Wärmeleitkörper von Diodenlaserbauelementen 20 eines
vierten Ausführungsbeispieles besitzen als Grundkörper 21' eine
Berylliumoxidplatte (BeO-Platte), in die eine Vielzahl von Durchbrüchen eingebracht
ist, die sich mit zylindrischem Querschnitt von der Plattenoberseite 22 zur
Plattenunterseite 22a erstrecken und die erfindungsgemäßen Kühlkanäle 26 bereitstellen
(4a). Als Durchbrüche ausgebildet weisen
diese oberseitig und unterseitig die erfindungsgemäßen Öffnungen 27 auf.
Die Anordnung dieser Durchbrüche beschränkt sich
auf einen zylindrischen Wärmeabgabeabschnitt im Grundkörper,
dessen in Plattenebene kreisförmiger Querschnitt an die
Form eines Dichtringes in O-Form angepasst ist. Abseits des Wärmeabgabeabschnittes ist
an einer Kante der BeO-Platte eine Metallisierung 28 aufgebracht,
die sich von der Plattenoberseite 22 über die
frontseitige Endfläche 23a auf die Plattenunterseite 22a erstreckt
und einen Laserdiodenbarren 10 trägt, dessen Abstrahlungsrichtung 15 der
Lagerichtung des Wärmeabgabeabschnitts ihm bezüglich entgegen
entgegengesetzt ist. Anstatt eine elektrische Verbindung der Metallisierung 28 von
der Oberseite 22 auf die Unterseite 22a über
die frontseitige Endfläche 23a zu etablieren,
können auch Durchkontaktierungen im Grundkörper 21' dazu
vorgesehen sein. Eine elektrische Verbindung über eine
oder beide der Seitenflächen ist selbstverständlich
ebenfalls 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.
Vor
ihrer Integration zu der Strahlungsemissionsanordnung 30 werden
die Diodenlaserbauelemente 20 testweise betrieben. Dazu
wird jedes Diodenlaserbauelement 20 in einen Kühlmittelkreislauf integriert,
wobei ein Anschluss an die Kühlmittelquelle und die Kühlmittelsenke über
Dichtringe erfolgt, die den Einlassbereich des Wärmeabgabeabschnitts
ober- und unterseitig umgeben und mit ihrer dichtenden Auflage auf
der Oberseite 22 und der Unterseite 22a des Wärmeleitkörpers
zu einer Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes beitragen.
Des weiteren erfolgt mit dem Anschluss des Diodenlaserbauelementes 20 an eine
Stromquelle der Betrieb des Diodenlaserbauelementes und seine Emission
von Strahlung. Der Funktionstest umfasst das Aufnehmen von Messwerten einer
Strom-Spannungs-Kennlinie und einer Strom-Leistungs-Kennlinie, wobei
in diesem Falle mit Leistung diejenige der emittierten Strahlung
gemeint ist. Optional wird das Spektrum der emittierten Strahlung
bei einem oder mehreren Stromstärken erfasst und registriert,
womit eine Bestimmung des thermischen Widerstands des Diodenlaserbauelementes möglich
wird.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.
Dem
Funktionstest schließt sich eine Phase des testweisen Betriebes
unter maximalen Belastungsbedingungen und/oder Anwendungsbedingungen
an, bevor der Funktionstest wiederholt und seine Ergebnisse mit
denen des ersten Funktionstests verglichen werden. Im Ergebnis dieser
Qualifizierungsprozedur werden bestimmte Diodenlaserbauelemente 20 für
die Verwendung in der Strahlungsquelle 50 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.
Zu
ihrem Aufbau wird ein Stapel von Diodenlaserbauelementen 20 zu
einem Diodenlaserstapel 30 zusammengefasst, indem zwischen
benachbarte Diodenlaserbauelemente 20 U-förmige
Zwischenstücke 34 eingefügt und mittels
Fügemittel 33/33a beidseitig stoffschlüssig
an die Ober- beziehungsweise Unterseite der benachbarten Diodenlaserbauelemente 20 angebunden
werden (4a, 4c). Die Schenkel
des Zwischenstücks umgeben dabei jeweils in Abstrahlungsrichtung
und seitlich die zur Plattenebene senkrechten Projektion des Wärmeabgabeabschnitts,
während das Zwischenstück entgegen der Abstrahlungsrichtung
zur Kühlmittelaufnahme beziehungsweise -abgabe geöffnet
bleibt. Der Freiraum zwischen den Seitenschenkeln des Zwischenstücks 34 bildet
im Kühlmittelflussverlauf die erfindungsgemäße
Kühlmittelflusspassage 37 zwischen einander unmittelbar
benachbarten Diodenlaserbauelementen. Das Zwischenstück
kann sowohl aus Metall (beispielsweise Edelstahl), aus Keramik (beispielsweise
Aluminiumoxid) oder Kunststoff (beispielsweise Polymethylmethacrylat
oder Polycarbonat) usw. bestehen. Die Seitenschenkel des Zwischenstücks 34 erstrecken
sich etwa 1 mm über die rückseitige Endfläche 23 des
Wärmeleitgrundkörpers 21' hinaus. Die
hinausragenden Enden der Seitenschenkel erleichtern die Anordnung
der Diodenlaserbauelemente zum Stapel, indem ihre Lage durch die sie
aufnehmenden nutförmigen Aufnahmeausnehmungen 44 in
der Kühlmittelverteilungsplatte 41 vorgegeben
wird, die zusammen mit der Kühlmittelanschlussplatte 42 die
Kühlmittelzu- und abführeinrichtung bildet (4b).
Die in der Kühlmittelverteilungsplatte in Reihe senkrecht
zu ihrer Längsachse angeordneten Aufnahmeausnehmungen weisen
abwechselnd in der einen Plattenhälfte zulaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a und
in der andern Plattenhälfte ablaufseitige Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b auf.
Die durch das Zwischenstück 34 vorgesehene Kühlmittelflusspassage 37 ermöglicht
zulaufseitig die Verteilung von Kühlmittel, das über
die zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a in die
Strahlungsemissionsanordnung 30 einströmt, über
die als Durchbrüche 27 ausgebildeten Kühlkanäle 26 zweier
benachbarter Diodenlaserbauelemente 20 und ablaufseitig
die Sammlung von Kühlmittel aus den Kühlkanälen
zweier benachbarter Diodenlaserbauelemente 20, welches über
die ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b aus
der Strahlungsemissionsanordnung 30 entweicht. Eine zu- und
ablaufseitige Abdichtung der Kühlmittelflusspassagen 37 gegenüber
der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung erfolgt
dabei über dasselbe Fügemittel 33/33a in
denselben Fügezonen, mit dem auch die Diodenlaserbauelemente
untereinander 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.
Wie
beim vorangegangen dritten Ausführungsbeispiel existiert
in der Strahlungsquelle 50 nur eine Schar von Diodenlaserbauelementen 20,
die allesamt strömungstechnisch parallel durchflossen werden.
Die Anzahl strömungstechnisch parallel durchflossener Gruppen
ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente 20;
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.
In
einer alternativen Variante der Strahlungsquelle des vierten Ausführungsbeispiels
besteht der Wärmeleitgrundkörper 21' aus
einem Silber-Diamant-Verbundwerkstoff, der elektrisch leitfähig
ist. Zur elektrischen Isolierung des Diodenlaserbauelementes und/oder
zum Schutz vor elektrochemischer Korrosion gegenüber dem
Kühlmittel sind die Öffnungen 27 und
die sie umgebenden Dichtflächen – wie in der Patentschrift DE 10 2007 051 798
B3 vorgeschlagen – mit einer anorganischen elektrisch
nicht leitfähigen Schutzschicht und/oder einer abschließenden Refraktärmetallschicht
versehen.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
In
einem fünften Ausführungsbeispiel wird ein Wärmeleitkörper 21 verwendet,
der aus 5 Platten Kupfer von jeweils 0,25 μm Dicke zusammengesetzt ist,
welche nach oberflächlicher Oxidierung mittels eutektischem
Bonden in einem DCB-Verfahren (”direct copper bonding”)
verbunden wurden. In diesem Körper liegen drei Gruppen
von Kühlkanäle bildenden Ausnehmungen vor, die
mit ihren Längsachsen parallel zur Abstrahlungsrichtung
orientiert sind (5a, 5b): Eine
erste Gruppe von Kühlkanälen 26 ist oberseitig
in den Wärmeleitkörper 21 eingebracht – besitzt
folglich oberseitig erfindungsgemäße Öffnungen 27 – und
mündet rückwärtig, das heißt
in der Abstrahlungsrichtung 15 abgewandter Richtung, in
eine oberseitige Ausnehmung, die in der Strahlungsquelle 50 als
zulaufseitige Kühlmittelspreizkammer 48a oder
ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungskammer 48b Verwendung
findet (5c). Eine zweite Gruppe von
Kühlkanälen 26a ist symmetrisch zur ersten
in die Unterseite des Wärmeleitkörpers 21 eingebracht
und mündet ebenso wie die Kühlkanäle
der ersten Gruppe rückwärtig in eine für
die Kühlkanäle 26a gemeinsame Ausnehmung.
Zwischen benachbarten Kühlkanälen 26, 26a sind
wärmeleitende Kühlrippen 26', 26'a ausgebildet,
die erfindungsgemäße Wärmeaufnahmeflächen 26* tragen.
Eine dritte Gruppe von Kühlkanälen 26b verbindet
die dem Wärmeaufnahmeabschnitt zugewandten Enden einander
gegenüberliegender Kühlkanäle 26 und 26a der
ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Kühlkanälen.
Damit existiert eine Reihe von Durchbrüchen im Wärmeleitkörper
die von den frontseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle 26 und 26a der
ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Kühlkanälen gemeinsam
mit den Kühlkanälen 26b der dritten Gruppe
von 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.
Zur
Unterbindung von elektrokorrosiven Effekten ist der Wärmeleitkörper
an allen Flächen, die mit dem Kühlmittel in Berührung
kommen, mit einer Schicht von diamantähnlichem Kohlenstoff
(DLC, diamond-like carbon) beschichtet.to
Suppression of electro-corrosive effects is the heat-conducting body
on all surfaces that come into contact with the coolant
come with a layer of diamond-like carbon
Coated (DLC, diamond-like carbon).
Ein
sich gegenüber der Kühlkanäle 26b der dritten
Gruppe von Kühlkanälen in rückwärtiger
Richtung zwischen den Kühlkanälen 26 und 26a der
ersten und der zweiten Gruppe von Kühlkanälen
erstreckender Materialbereich ragt rückwärtig über
den Bereich der den Kühlkanälen der ersten und
zweiten Gruppe jeweils gemeinsamen Ausnehmungen hinaus, um als Feder
einer Nut-Feder-Verbindung in die nutförmigen Aufnahmeausnehmung 44 der
Kühlmittelverteilungsplatte 41 einer zur Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung 40 des zweiten Ausführungsbeispieles
(2b) identischen Kühlmittelzu- und abführeinrichtung 40 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.
Die
Laserdiodenbarren 10 sind jeweils mit Indiumlot auf die
Wärmeleitkörper 21 aufgelötet.The laser diode bars 10 are each with indium solder on the heat-conducting body 21 soldered.
Die
zwischen den Diodenlaserbauelementen 20 in der Strahlungsquelle 50 ausgebildeten
Kühlmittelfluss-passagen 37 entsprechen in ihrer
Dicke etwa dem des Laserdiodenbarrens zuzüglich der elektrisch
leitfähigen Fügezone 31 zur elektrischen
Verbindung mit dem benachbarten Wärmeleitkörper 21; das
sind etwa 100 bis 200 μm. Es sind prinzipiell auch noch
kleinere Abstände von etwa 10 μm möglich,
die nur durch die Dicke der Fügezone des elektrisch isolierenden
Fügemittels 32, welches U-förmig um den
Bereich der Kühlkanäle angeordnet ist, vorgegeben
ist, sofern der Laserdiodenbarren 10 gegenüber
der Oberseite des Wärmeleitkörpers 21 in Stapel-/Dickenrichtung 35 abgesetzt
angeordnet ist. Tatsächlich sollte die Dicke der Kühlmittelpassage zwischen
den Diodenlaserbauelementen 20 in diesem Ausführungsbeispiel
so klein wie möglich gehalten werden, damit Durchfluss
und Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in
den Kühlkanälen 26 und 26a maximal
werden.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.
Die
Kühlmittelströmungsrichtungspfeile 25 veranschaulichen
den Verlauf des Kühlmittels, das sich von den zulaufseitigen
Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a in
die zulaufseitigen Kühlmittelspreizkammern 48a ergießt,
die als rückwärtige oberseitige beziehungsweise
unterseitige Ausnehmungen in den Wärmeleitkörpern 21 zweier
unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelemente 20 ausgebildet
sind. In zwei parallelen Kühlmittelportionen durchströmt
das Kühlmittel sowohl die Kühlmittelflusspassage 37 als auch
die Kühlkanäle 26 und 26a in
einander zugewandten Seiten unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen 20,
bevor sich der Kühlmittelstrom vollends teilt, indem jede
Kühlmittelportion durch die durch die Kanäle 26b der
dritten Gruppen von Kanälen gebildeten Durchbrüche
auf die gegenüberliegende Seite jedes der beströmten
Diodenlaserbauelemente 20 tritt, um sich dort mit den Kühlmittelportionen
der jeweils nächst benachbarten Diodenlaserbauelemente 20 zu
vereinigen. In der Abstrahlungsrichtung 15 entgegengesetzten
Richtung fließt das Kühlmittel in Folge durch
die Kühlkanäle 26/26a, die auf
den Seiten der Diodenlaserbauelemente 20 angeordnet sind,
die denjenigen jener Kühlkanäle 26a/26 gegenüberliegen,
die zuvor in Abstrahlungsrichtung durchflossen wurden. Durch die
ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b verlässt
das Kühlmittel den Diodenlaserstapel 30, nachdem
es zuvor in den ablaufseitigen Kühlmitteleinschnürungskammern 48b,
die als rückwärtige oberseitige beziehungsweise
unterseitige Ausnehmungen in den Wärmeleitkörpern 21 zweier
unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelemente 20 ausgebildet
sind, austretend aus den Kühlkanälen 26/26a gesammelt
wurde.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.
Wie
bei den vorangegangen dritten und vierten Ausführungsbeispielen
existiert in der Strahlungsquelle 50 nur eine Schar von
Diodenlaserbauelementen 20, die allesamt strömungstechnisch
parallel durchflossen werden. Die Anzahl strömungstechnisch
parallel durchflossener Gruppen ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente 20;
ihre Gruppenstärke ist eins. Der Unterschied gegenüber dem
dritten und vierten Ausführungsbeispielen besteht jedoch
darin, dass in jedem Diodenlaserbauelement zwei Gruppen von Kühlkanälen
vorliegen, die nicht parallel, sondern seriell durchflossen werden. Damit
lässt sich gegenüber parallel durchflossenen Kühlkanälen
eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und folglich
ein verbesserter Wärmeübergang an den Wärmeabgabeflächen 26* erzielen.
Allerdings erhöht sich damit auf der Druckverlust gegenüber
parallel 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
Anstatt
kantenemittierende Laserdiodenbarrens ist die erfindungsgemäße
Strahlungsquelle im sechsten Ausführungsbeispiel weisen
die Diodenlaserbauelemente 20 Felder 10 von oberflächenemittierenden
Laserdioden auf, die jeweils monolithisch im Laserdiodenelement
integriert sind. Diese werden nachfolgend als VCSEL-Felder 10 bezeichnet.
Ein solches VCSEL-Feld 10 ist in 6a dargestellt,
und zwar zusammen mit dem Wärmeleitkörper 21,
auf dem es montiert ist. Die schwarzen Punkte auf dem VCSEL-Feld 10 deuten
die einzelnen VCSEL-Emitter an, deren Gesamtheit das Feld bildet.
Eine Metallisierung erstreckt sich strahlungsemissionsseitig über die
Oberfläche des Feldes, wobei die VCSEL-Emitter von der
Metallisierung ausgespart bleiben. Die Metallisierung ermöglicht
eine Stromverteilung über alle VCSEL-Emitter, deren Anordnung
gegenüber dem Schwerpunkt des Laserdiodenelementes in einer ersten
Achsrichtung versetzt liegt um auf einer Seite (rechts in 6a)
Platz für den Anschluss eines elektrischen Verbindungs-
und/oder Kontaktelementes auf der Metallisierung bereitzustellen.
Das Abstrahlungsrichtungssymbol 15a deutet an, dass die
Abstrahlungsrichtung aus der Bildebene heraus auf den Betrachter
zu 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.
Der
Wärmeleitkörper 21 besteht aus zwei Bauteilen:
Einen Kühlrippenkörper und einem Kupfer-Aluminiumnitrid-Kupfer-Schichtkörper,
dessen dem VCSEL-Feld 10 zugewandte, erste Kupferschicht 28 einen
strahlungsreflexionsseitigen elektrischen Kontakt für das
VCSEL-Feld 10 bildet. Das VCSEL-Feld 10 ist gegenüber
dem Schwerpunkt der Kupferschicht 28 in der ersten Achsrichtung
entgegensetzt zu der Richtung des Versatzes der VCSEL-Emitter im
Feld versetzt, um auf der Kupferschicht Platz für den Anschluss
eines elektrischen Verbindungs- und/oder Kontaktelementes auf der Metallisierung
bereitzustellen.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.
Der
Kühlrippenkörper ist an der in 6a nicht
sichtbaren, zweiten Kupferschicht angelötet, die auf der
dem VCSEL-Feld 10 abgewandten Seite der Aluminiumnitridschicht
befestigt ist, und weist eine Vielzahl von länglichen Kühlrippen 26' quadratischen Querschnitts
auf, die sich senkrecht zum Querschnitt bezüglich des Schichtkörpers
in vom VCSEL-Feld 10 abgewandter Richtung erstrecken und
zwischen denen Kühlkanäle 26 ausgebildet
sind.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.
Die
Strahlungsemissionsanordnung ist als Diodenlaserfeld 30 ausgebildet,
dessen Diodenlaserbauelemente 20 in zwei Benachbarungsrichtungen 35 und 36 feldartig
angeordnet sind (6b). Zur lagegenauen Fixierung
der Diodenlaserbauelemente 20 dient eine Deckplatte 43,
in deren Durchbrüche die Diodenlaserbauelemente seitens
ihrer Kühlrippenkörper eingeführt sind.
In der Ansicht von 6b sieht der Betrachter in Abstrahlungsrichtung 15a auf die
Unterseite der Deckplatte 43 und die Kühlrippenkörper
entgegen der Richtung aus der die Diodenlaserbauelemente in die
Durchbrüche der Deckplatte 43 eingeführt
wurden. Auf der gegenüberliegenden, nicht sichtbaren Seite
der Deckplatte besteht um jeden Durchbruch ein dichtende Verbindung
der Oberseite der Deckplatte 43 mit einem den Kühlrippenkörper
umlaufenden 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.
Zwischen
den Kühlrippenkörpern benachbarter Diodenlaserbauelemente
bestehen erfindungsgemäße Kühlmittelflusspassagen 37,
die von Kühlmittel aus den an den äußeren
Kühlrippen bestehenden erfindungsgemäßen Öffnungen
gespeist werden beziehungsweise Kühlmittel an die Zwischenräume
der 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.
Des
weiteren ist zu erkennen, dass die vier Eckbereiche der quadratischen
Kühlrippenanordnung im Kühlrippenkörper
von Kühlrippen ausgespart sind, ebenso wie der Zentralbereich
des Kühlrippenkörpers. Diese kühlrippenfreien
Bereiche dienen der Sammlung beziehungsweise Verteilung des Kühlmittels
aus beziehungsweise in vier Hauptrichtungen im Kühlrippenkörper
selbst oder an den Eckstosspunkten zwischen vier Kühlrippenkörpern
von über Eck benachbarten Diodenlaserbauelementen 20.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 ,
Eingebracht
beziehungsweise abgeführt aus diesen kühlmittelfreien
Bereichen wird das Kühlmittel über die zulaufseitigen
Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a beziehungsweise
die ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46b einer
Kühlmittelverteilungsplatte, von der in 6c die
Oberseite und in 6d die Unterseite zu sehen ist. Über
in die Unterseite der Kühlmittelverteilungsplatte als Nuten
eingebrachte zulaufseitige Kühlmittelverteilungskanäle 47a wird
das Kühlmittel auf die zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a verteilt; über
in die Unterseite der Kühlmittelverteilungsplatte als Nuten eingebrachte
ablaufseitige Kühlmittelverteilungskanäle 47a wird
das Kühlmittel aus die ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46b gesammelt. Beide
Gruppen von Kühlmittelführungskanälen 47a und 47b sind
an einander gegenüberliegenden Enden jeweils an einen länglichen
Durchbruch 47'a beziehungsweise 47'b angeschlossen,
der sich über die Enden jeweils einer Gruppe erstreckt
und das Kühlmittel auf sie zulaufseitig verteilt beziehungsweise
ablaufseitig 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.
Eine
nicht sichtbare Abschlussplatte verschließt die Kühlmittelverteilungsplatte 41 unterseitig zur
Bildung einer erfindungsgemäßen Kühlmittelzu- und
abführeinrichtung, die durch den 6e dargestellten
zulaufseitigen Kühlmittelanschluss 42a und ablaufseitigen
Kühlmittelanschluss 42b vervollständigt
wird, indem diese dichtend an der Oberseite der Kühlmittelverteilungsplatte 41,
die Kühlmittelführungskanäle 47'a und 47'b verschließend,
befestigt werden. Oberseitig tragen die Kühlmittelanschlüsse 42a und 42b als
Metallplatten ausgebildete elektrische Anschlusselemente 39a und 39b,
deren Funktion mit Blick auf den Diodenlaser als Strahlungsquelle 50 in 6f deutlich
wird: In ihr sind die Unterseite der Deckplatte 43 des
Diodenlaserfeld 30 und Oberseite der Kühlmittelverteilungsplatte 41 stoffschlüssig und
kühlmitteldicht miteinander verbunden. Die VCSEL-Felder 10 sind
im Diodenlaserfeld 30 elektrisch seriell miteinander über
elektrische Verbindungselemente verschaltet, die sich in jeder Reihe
von VCSEL-Feldern jeweils von der strahlungsemissionsseitigen Metallisierung
des VCSEL-Feldes 10 eines ersten Diodenlaserbauelementes 20 zu
der Kupferschicht 28 eines dem ersten Diodenlaserbauelement 20 benachbarten
Diodenlaserbauelementes erstreckt und diese elektrisch leitend stoffschlüssig kontaktiert.
Benachbarte Reihen von VCSEL-Feldern sind über elektrische
Verbindungszwischenelemente 29a und 29a, die als
Metallschichten auf die Oberseiten der Kühlmittelanschlüsse 42a und 42b aufgebracht
sind, miteinander elektrisch in Reihe verbunden. Die elektrische
Kette von VCSEL-Feldern wird anoden- und kathodenseitig durch die
bereits erwähnten elektrischen Anschlusselemente 39a und 39b 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.
Strömungstechnisch
besteht bei dieser zweidimensionalen Feldanordnung von Diodenlaserbauelementen
die Situation, dass das Kühlmittel, welches jeweils mittig
in die jeweiligen Kühlrippenkörper eingebracht
wird, in vier Kühlmittelportionen zerfällt, von
der sich jede jeweils an einer der vier Ecken des Kühlrippenkörpers
mit den drei Kühlmittelportionen vereinigt, die aus den
Kühlrippenkörpern stammen, die in dem betreffenden
Vereinigungsbereich eine Ecke besitzen.fluidically
consists of this two-dimensional array of diode laser devices
the situation that the coolant, each centered
introduced into the respective fin body
is divided into four coolant portions of
each at each of the four corners of the fin body
united with the three portions of coolant, which from the
Finned bodies come in the relevant
Union area have a corner.
Wie
bei den vorangegangen dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispielen
existiert in der Strahlungsquelle 50 nur eine Schar von
Diodenlaserbauelementen 20, die allesamt strömungstechnisch parallel
durchflossen werden. Die Anzahl strömungstechnisch parallel
durchflossener Gruppen ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente 20; ihre
Gruppenstärke 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.
Mit
einer solchen Strahlungsquelle 50 wird eine hohe optische
Leistung in hervorragender optische Qualität auf einer
großen, nahezu kontinuierlich leuchtenden Fläche
bereitgestellt. Die beschriebenen Komponenten dieser Strahlungsquelle
lassen sich in ihrer Anzahl skalieren, so dass Lichtemissionstafeln
von 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.
Ein
Anwendungsbeispiel zeigt 6g mit
einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung 60 zur
Materialbehandlung. Dabei wird die aus dem Diodenlaser 50 austretende
Strahlung, deren Strahlungs richtung anhand der Pfeile 15 gekennzeichnet ist, über
eine Teleskopanordnung zunächst mittels einer Zerstreuungsoptik 61a divergiert
und mittels einer Sammeloptik kollimiert. Sie trifft im aufgeweiteten Zustand
als paralleles Strahlenbündel auf ein auf einem Träger 64 gelagertes
Werkstück 65, das durch zumindest teilweise Absorption
der Strahlung einen zumindest oberflächlichen stofflichen
Veränderungsprozess durchläuft. Ein Beispiel für
ein solches Werkstück ist eine eine amorphe Siliziumschicht
tragende Glasplatte, wobei die amorphe Siliziumschicht durch Tempern
in eine polykristalline Schicht umgewandelt wird, beispielsweise
im 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).
Optikmittel
zur Homogenisierung der Intensitätsverteilung des Strahlenbündels
können bei Bedarf in den Strahlengang eingebracht werden.optical means
for homogenizing the intensity distribution of the beam
can be introduced into the beam path if required.
SIEBTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELSEVENTH EMBODIMENT
Das
siebte Ausführungsbeispiel weist für kantenemittierende
Laserdiodenbarren als Laserdiodenbauelemente 10 gegenüber
den Ausführungsbeispielen eins bis fünf den Unterschied
auf, dass die erfindungsgemäße Benachbarungsrichtung – das
heißt die Richtung, in die die erfindungsgemäßen Öffnungen 27 weisen
und in der die erfindungsgemäßen Kühlmittelflusspassagen
zwischen den Diodenlaserbauelementen bestehen – nicht die
Stapelrichtung 35/35a ist, sondern die Reihenrichtung 36/36a.
Zum Unterschied zwischen Reihen und Stapelrichtung bei kantenemittierende
Halbleiterbauelementen 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.
Gleichwohl
handelt es sich bei dem siebten Ausführungsbeispiel um
eine Strahlungsquelle 50 mit einem Diodenlaserfeld 30 von
mehreren 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.
Ein
Diodenlaserbauelement 20 dieser Diodenlaserstapel ist in 7a dargestellt.
Der Wärmeleitkörper 21 ist aus vier Schichten
Kupfer im DCB-Verfahren (siehe fünftes Ausführungsbeispiel) hergestellt.
Die Schichtdicken betragen in Reihenfolge von unten nach oben in
Dickenrichtung 0,3 mm, 0,2 mm, 0,2 mm und 0,3 mm. Der Wärmeleitkörper besitzt
ein U-Form, wobei der Mittelschenkel die Wärmeaufnahmefläche
umfasst, auf der der Laserdiodenbarren 10 mit Indiumlot
aufgelötet ist. Die Seitenschenkel erstrecken sich entgegen
der Abstrahlungsrichtung in Wärmeleitrichtung parallel
zueinander und belassen zwischen ihnen einen keilförmigen
Zwischenraum 48a, der von der Rückseite des Wärmeleitkörpers
in Abstrahlungsrichtung spitz zuläuft und eine Kühlmittelspreizkammer
bildet. Die vom Zwischenraum abgewandten linken und rechten Seitenflächen 22/22a des
Wärmeleitkörpers verlaufen im Bereich der Seitenschenkel
unter einem Winkel von 15° geneigt zur Abstrahlungsrichtung
in der Weise, dass jeder Seitenschenkel in der Draufsicht die Form eines
sich in Wärmeleitrichtung verjüngenden Trapezes
annimmt.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.
Jeder
Seitenschenkel besitzt eine Vielzahl von Kühlkanälen 26/26a,
die sich vom Zwischenraum zu den geneigten Seitenflächen
erstrecken, wodurch zwischen den Kühlkanälen 26/26a Kühlrippen 26'/26'a.
vorliegenden, über deren Wandflächen 26* die
Wärme an ein durch die Kühlkanäle fließendes Kühlmittel
abgegeben wird. Die erfindungsgemäßen Öffnungen 27/27a der
Kühlkanäle 26/26a liegen auf der
linken Seitenfläche 22 beziehungsweise rechten Seitenfläche 22a der
Seitenschenkel, wobei die Öffnungen 27a in 7a auf
der rechten Seitenfläche 22a nicht bezeichnet
sind, 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.
Die
Diodendiodenlaserbauelemente 20 werden zu einem Diodenlaserstapel
in einer Stapelrichtung 35 miteinander verbunden, wobei
jeweils den Diodenlaserbauelementen 20 abgewandte Kontaktflächen
der Laserdiodenbarren 10 über einen elektrisch
leitfähigen Klebstoff mit dem Wärmeleitkörper 21 eines
unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementes 20 verbunden
sind, so dass die Diodenlaserbauelemente 20 eines Stapel
untereinander elektrisch seriell verschaltet sind (7b).
Die Wärmeleitkörper 21 sind abseits der
Wärmeaufnahmefläche, sprich abseits vom Laserdiodenbarren,
jeweils über einen elektrisch nicht leitfähigen
Klebstoff 32 mit dem Wärmeleitkörper 21 eines
unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementes 20 flächig
stoffschlüssig verbunden und bilden gegenüber
dem Kühlmittel die erfindungsgemäße Dichtung
aus. Der oberste Wärmeleitkörper 21 im
Stapel trägt keinen Laserdiodenbarren 10, sondern
dient nur zum kühlungstechnischen Abschluss und elektrischen
Abschluss 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.
Mehrere
Diodenlaserstapel werden weiterhin einer Reihe in Reihenrichtung 36/36a nebeneinander angeordnet
(7c, 7f). Ein elektrisch nicht leitfähiger
Klebstoff 32a verbindet zwei benachbarte Diodenlaserstapel
stoffschlüssig, in dem er den Bereich zwischen den Wärmeaufnahmeabschnitten
benachbarter Wärmeleitkörper 21 dichtend
gegenüber dem Kühlmittel überbrückt.
Die Bereiche zwischen den Wärmeabgabeabschnitten benachbarter
Wärmeleitkörper bleiben frei und bilden die erfindungsgemäße Kühlmittelflusspassage 37 aus.
Durch die Neigung der Seitenflächen, sind sie ebenso keilförmig
und in Abstrahlungsrichtung spitz zulaufend ausgebildet wie die
Seitenschenkelzwischenräume der Wärmeleitkörper.
Diese Form ermöglicht eine druckverlustarme Kühlmittelverteilung
in beziehungsweise Kühlmittelsammlung aus den Kühlkanälen 26 und 26a des
Diodenlaserfeldes 30. Deckplatten 43 und 43a sind
ober- beziehungsweise unterseitig des Diodenlaserfeldes 30 angebracht,
tragen zu einem Einschluss des Kühlmittels in der Strahlungsquelle 50 bei
und stellen eine elektrischen Serien- oder Parallelverschaltung
der Diodenlaserstapel bereit sowie elektrische Anschlüsse
für das Diodenlaserfeld 30, welche nicht explizit dargestellt
sind.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.
Der
Kühlmittelfluss in der Strahlungsquelle 50 erfolgt
in der Weise, dass das Kühlmittel über die Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung 40, dargestellt in 7d,
in die Kühlmittelverteilungskammern 48 eingebracht
wird, die durch die Zwischenräume 48 der Seitenschenkel
der Wärmeleitkörper 21 gebildet werden
(7f). Von dort aus verzweigen sich zwei Kühlmittelportionen
in entgegengesetzten Richtungen parallel zur Reihenrichtung 36/36a in
die Kühlkanäle 26 und 26a jedes
Wärmeleitkörpers 21. Auf der den Zwischenräumen 48 gegenüberliegenden
Seiten treten die Kühlmittelportionen aus den Kühlkanälen 26 und 26a aus
und vereinigen sich in den Kühlmittelflusspassagen 37 mit
den Kühlmittelportionen aus den Diodenlaserbauelementen 20 des
jeweils benachbarten Diodenlaserstapels. Über die Kühlmittelzu-
und abführeinrichtung 40 verlässt das
Kühlmittel das Diodenlaserfeld 30. Da über
die elektrisch leitfähigen Wärmeleitkörper 21 ein
elektrisches Potential an vom Kühlmittel benetzten Oberflächen
vorhanden ist, welches stufenweise von Diodenlaserbauelement 20 zu
Diodenlaserbauelement 20 in Schritten des Spannungsabfalls über
dem pn-Übergang des Laserdiodenbarren variiert, wird als
Kühlmittel Wasser verwendet, welches nur eine geringe elektrische
Leitfähigkeit 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.
Die
Kühlmittelzu- und abführeinrichtung 40 besteht
aus einer Kühlmittelverteilungsplatte 41 und einer
Kühlmittelanschlussplatte 42. In der Oberseite der
Kühlmittelverteilungsplatte sind in Reihenrichtung abwechselnd
zulaufseitige Kühlmittelspreiznuten 45a und ablaufseitige
Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b eingebracht,
deren Längsachsen in Plattenebene parallel zueinander und
senkrecht zur Reihenrichtung liegen. Von den unterseitig in die
Kühlmittelverteilungsplatte eingebrachten Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a und 46b sind
zulaufseitige (46a) in einer ersten Hälfte der
Kühlmittelverteilungsplatte 41 angeordnet und
stehen mit den zulaufseitigen Kühlmittelspreiznuten 45a Verbindung
und ablaufseitige (46b) in der zweiten Hälfte,
wobei sie mit den ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b in
Verbindung 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 ).
Den
Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46a und 46b auf
der den Kühlmittelführungsnuten 45a und 46a abgewandten
Seite gegenüberliegende Kühlmittelführungskanäle 47a und 47b in
der Kühlmittelanschlussplatte 42 dienen dem zulaufseitig dem
Verteilen von Kühlmittel auf die zulaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüche 46a und
ablaufseitig dem Sammeln von Kühlmittel aus den ablaufseitigen Kühlmittelführungsdurchbrüchen 46b.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 ,
Wie
bei den vorangegangen dritten bis sechsten Ausführungsbeispielen
existiert in der Strahlungsquelle 50 nur eine Schar von
Diodenlaserbauelementen 20, die allesamt strömungstechnisch parallel
durchflossen werden. Die Anzahl strömungstechnisch parallel
durchflossener Gruppen ist identisch zur Anzahl der Diodenlaserbauelemente 20; ihre
Gruppenstärke 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
Das
achte Ausführungsbeispiel betrifft eine Ausbildungsform
der erfindungsgemäßen Strahlungsquelle, in der
die Anordnungsrichtung der Halbleiterbaugruppen 20 nicht
senkrecht zur Abstrahlungsrichtung angeordnet ist, wie das in den
sieben vorangegangen Ausführungsbeispielen der Fall ist, sondern – baugruppenweise – parallel
dazu. Eine solche Anordnung wird beispielsweise dann möglich, wenn
die Strahlung emittierenden Halbleiterbauelemente – in
diesem Fall kantenemittierende Laserdiodenbarren 10 – nicht
nur in Abstrahlungsrichtung, sondern auch senkrecht dazu versetzt
angeordnet sind, so dass ein Laserdiodenbauelement nicht im Strahlengang
eines 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 ).
Alternativ
können natürlich strahlumlenkende Optiken verwendet
werden, um bei einem fehlenden Versatz senkrecht zur Abstrahlungsrichtung 15 die
emittierten Strahlenbündel in eine Richtung umzulenken,
in der ihnen kein Laserdiodenbarren 10 oder Diodenlaserbauelement 20 im
Weg ist. Derartige strahlumlenkende Optiken können sowohl
im Laserdiodenelement als auch im Wärmeleitkörper
integriert oder angebracht sein, wobei im Resultat eine Abstrahlungsrichtung
vorliegt die, senkrecht zur Anordnungsrichtung vorliegt, so wie
es 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.
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt keine Strahlumlenkung
vor, und die Diodenlaserbauelemente 20 – und mit
ihnen die Laserdiodenbarren 10 – sind in einer
Normalenrichtung der Kontaktflächen des Laserdiodenbarrens
bauelementweise so zueinander versetzt, dass in Abstrahlungsrichtung 15 die
Strahlungsausbreitung auf der optischen Achse nicht behindert ist.
Die Anordnung der Diodenlaserbauelemente 20 und mit ihnen
derjenige der Laserdiodenbarren 10 in beziehungsweise entgegen
der Abstrahlungsrichtung 15 erfolgt in einer Tiefenrichtung 36b von
hintereinander angeordneten Diodenlaserbauelementen 20.
Dabei ist der Versatz der Laserdiodenbarren senkrecht zur Tiefenrichtung
kleiner als der in Tiefenrichtung 36b, so dass ein hochbrillantes Strahlungsfeld
von der Strahlungsquelle emittiert wird. Beispielsweise ist der
Versatz von Diodenlaserbauelementen 20 in dieser Diodenlaseranordnung
in 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.
Damit
ergibt sich im übrigen eine Mehrzahl von parallel zueinander
versetzten Anordnungsrichtungen, von der jede einem Diodenlaserbauelement zugeordnet
ist. In einer dazu alternativen Betrachtungsweise existiert nur
eine, die Diodenlaseranordnung übergreifende, Anordnungsrichtung,
die um 14° (dem Arcustangens des Verhältnisses
aus Versatz in Normalenrichtung und Tiefenrichtung) gegenüber
der Abstrahlungsrichtung 15 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.
Optische
Kollimationsmittel, die vor jedem Laserdiodenbarren angeordnet sein
können, eignen sich für eine Kollimation der Strahlung,
die verhindert, dass andernfalls divergente Strahlenbündelabschnitte
auf in Abstrahlungsrichtung 15 angeordnete Diodenlaserbauelemente 20 treffen.
Bezüglich einer derartigen optischen Anordnung und ihren
Weiterbildungen wird auf die Offenlegungsschrift WO 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.
Das
Diodenlaserbauelement dieses Ausführungsbeispiels weist
einen plattenförmigen Wärmeleitkörper 21 auf,
der aus einem Verbundwerkstoff von Kohlenstoffnanofasern und Kupfer
besteht (8a). Die Wärmeaufnahmefläche,
die als Montagefläche für den Laserdiodenbarren 10 dient,
ist auf einer frontseitigen Endfläche 23a, die
gegenüber der Plattenoberseite 22 um 90° geneigt
ist, angeordnet. Der Laserdiodenbarren ist an der Kante zur Plattenunterseite
seitens seiner ersten elektrischen Kontaktfläche mittels
eines Gold-Zinn-Lotes auf die Wärmeaufnahmefläche 21 aufgelötet.
Die Abstrahlungsrichtung 15 weist in Richtung der Unterseitennormalen des
Wärmeleitkörpers 21. Ausnehmungen 26 erstrecken
sich oberseitig, Ausnehmungen 26a unterseitig, ausgehend
von der der frontseitigen Endfläche 23a gegenüberliegenden
rückseitigen Endfläche zu etwa zwei Dritteln der
Länge der Wärmesenke in Abstrahlungsrichtung 15 (8a, 8f).
Sie wurden mittels eine Metallkreissäge in den Wärmeleitkörper 21 eingebracht.
Die unterseitigen Kühlkanäle 26a enden in
strahlungsemissionsseitiger Richtung 15 in einem um den
Versatz in Stapelrichtung von 0,5 mm größeren
Abstand von der frontseitigen Endfläche 23a des Wärmeleitkörper 21 als
die oberseitigen Kühlkanäle 26a. Oberseitig
und unterseitig weisen die als Kühlkanäle 26 und 26a fungierenden
Ausnehmungen die erfindungsgemäßen Öffnungen 27 und 27a (letztere, da
auf der Unterseite gelegen, in 8a nicht
sichtbar und nicht bezeichnet) auf, über die das Kühlmittel in
einen Freiraum zwischen unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen 20 treten
kann. Ein auf der dem Wärmeleitkörper 21 abgewandten,
zweiten elektrischen Kontaktfläche ebenfalls mit einem Gold-Zinn-Lot
befestigtes elektrisches Anschlusselement 29 ist als Kupfer-Molybdän-Verbundmetallblech L-förmig
ausgebildet, wobei die Außenseite des längeren
Schenkels die Kontaktfläche gegenüber dem Laserdiodenbarren 10 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.
Zwischen
zwei in der Diodenlaseranordnung benachbarten Diodenlaserbauelementen
ist jeweils ein Zwischenstück 34 vorgesehen, dass
eine längliche Öffnung 37 aufweist, die
gegenüber den frontseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle 26 an
der Oberseite 22 des Wärmeleitkörpers
positioniert werden. Eine längliche Ausnehmung in der rückwärtigen
Endfläche des Zwischenstücks 34 ist gegenüber
den rückseitigen Endabschnitten der Kühlkanäle
angeordnet und dient als Kühlmittelführungskammer 48. Die
Oberseite 22 des Wärmeleitkörpers 21 dient
zwischen den strahlungsemissionsseitigen Endabschnitten der Öffnungen 27 als
erfindungsgemäße Dichtfläche, wobei das
Zwischenstück 34 seinen Teil zur Dichtung beiträgt. Über
beidseitig auf das Zwischenstück aufgetragene, nicht bezeichnete Klebstoffschichten
sind jeweils zwei benachbarte Diodenlaserbauelemente miteinander
stoffschlüssig 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.
Ein
Freiraum an der Rückseite zwischen zwei über die
Enden der Kanäle 26, 26a hervorstehenden
Seitenabschnitten des Wärmeleitkörpers 21 gestattet
zulaufseitig einen Durchtritt des Kühlmittels von der Oberseite
auf die Unterseite des Wärmeleitkörpers und ablaufseitig
einen Durchtritt des Kühlmittels von der Unterseite auf
die Oberseite des Wärmeleitkörpers 21.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 ,
Eine
Kühlmittelverteilungseinheit 41a komplettiert
zusammen mit der Diodenlaseranordnung die Strahlungsquelle 50.
Sie ist in 8c in Frontansicht, in 8d in
Rückansicht, in 8e in
Schrägansicht und in 8f in
Querschnittsansicht dargestellt und ist auf der der Diodenlaseranordnung
zugewandten Seite stufenförmig ausgebildet und auf der der
Diodenlaseranordnung abgewandten Seite rampenförmig. Gestrichelte
Linien in 8d, 8e und 8f deuten
an, dass die Kühlmittelverteilungseinheit 41a aus
untereinander flächig verbundenen Platten aus elektrisch
nicht leitfähigem Material – beispielsweise LTC-(low-temperature
co-fired)-Keramik – besteht, deren Anzahl der der Stufen
zuzüglich eins entspricht, auf der die Diodenlaserbauelemente 20 seitens
ihre rückwärtigen Endfläche angeordnet
sind. Auf der Ebene jeder Stufe bestehen in der Platte der nachfolgend
darüber gelegenen Stufe abwechselnd zulaufseitige Kühlmittelspreiznuten 45a und
ablaufseitige Kühlmitteleinschnürungsnuten 45b,
die auf der der Diodenlaseranordnung zugewandten Seite über die
volle Erstreckungsbreite der Kühlkanäle 26 der Wärmeleitkörper
ausgedehnt sind und auf der Diodenlaseranordnung abgewandten Seite
auf Nuten von knapp der Hälfte dieser Breite beschränkt
sind, wobei dort zulaufseitige Einlässe und ablaufseitige Auslässe
in verschiedenen Hälften der Kühlmittelverteilungseinheit 41a angeordnet
sind und sich jeweils zur Vergrößerung des Kanalquerschnitts
in den Kühlmittelflusspfaden abschnittsweise über
zwei Platten erstrecken, in denen das Kühlmittel in einem
Diodenlaserbauelement 20 zulaufseitig in zwei Portionen aufgeteilt
wird 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.
In
der Diodenlaseranordnung kontaktiert das elektrische Verbindungselement 29 seitens
seiner Außenfläche am kürzen Schenkel
der L-Form den elektrisch leitfähigen Wärmeleitkörper
des in Reihenrichtung 35 benachbarten Diodenlaserbauelementes unterseitig,
wodurch die fünf vorhandenen Diodenlaserbauelemente elektrisch
in Reihe geschaltet sind. Die Diodenlaseranordnung begrenzende Wärmeleitkörper 21 mit
dem höchsten und dem niedrigsten elektrischen Potential
dienen sowohl als kühlungs-/strömungstechnischer
Abschluss als auch als elektrischer Anschluss, der für
eine Stromquelle durch an den äußeren Wärmeleitkörpern 21 befestigten
elektrischen Anschlusselementen 39a und 39b bereitgestellt
wird.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.
Der
strömungstechnische Verlauf des Kühlmittels sieht
zulaufseitig eine Kühlmitteltrennung in zwei parallel fließende
Kühlmittelportionen vor, die ober- und unterseitig die
Kühlkanäle 26 und 26a von Wärmeleitkörpern 21 einer
ersten Schar von Diodenlaserbauelementen 20 beströmen,
anschließend in zwei einander entgegengesetzten Richtungen
durch die Kühlmittelpassagen 37 der anliegenden
Zwischenstücke 34 in die ober- beziehungsweise
unterseitigen Kühlkanäle 26 und 26a zweier
unmittelbar benachbarter Wärmeleitkörpern 21 einer
zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen 20 eintritt. Nach
dem Durchströmen dieser Kühlkanäle vereinigen
sich die Kühlmittelportionen im rückwärtigen Freiraum
der Wärmeleitkörper mit den Kühlmittelportionen,
die aus den beiden, dem Diodenlaserbauelement der ersten Schar von
Diodenlaserbauelementen übernächst benachbarten,
Diodenlaserbauelementen der ersten Schar von Diodenlaserbauelementen
stammen.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.
Der
Kühlmittelflussverlauf durch die Diodenlaserbauelemente 20 der
Strahlungsquelle 50 ist damit strömungstechnisch
prinzipiell identisch zu denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiel:
Es existieren zwei seriell durchflossene Scharen von Diodenlaserbauelementen 20,
die in, in Benachbarungsrichtung nebeneinander angeordnete, strömungstechnisch
parallel durchflossene Gruppen von je zwei Diodenlaserbauelementen 20 aufgeteilt
sind, wobei im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen
die Benachbarungsrichtung nicht die Stapelrichtung, sondern die
Reihenrichtung 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
Die
Strahlungsquelle 50 des neunten Ausführungsbeispiels
weist als Laserdiodenelement einen Laserdiodenchip 10 auf,
dessen Breite kleiner ist als seine Resonatorlänge. Bei
Laserdiodenbarren ist es aufgrund der Nebeneinanderanordnung einer Vielzahl
von optisch unabhängig voneinander betreibbaren Emittern
in Breitenrichtung umgekehrt. Die besagten Laserdiodenchips können
einige Emitter in Breitenrichtung verteilt nebeneinander aufweisen.
Beispielweise vier oder zwei. In diesem Fall weist der Laserdiodenchip 10 nur
einen Emitter von 100 μm Breite auf. Seine Breite ist 400 μm,
seine (Resonator-)Länge 4 mm. Er ist zur Bildung eines
Diodenlaserbauelementes 20 auf die Metallisierung 28 eines
Wärmeleitkörpers 21 gelötet,
die sich von der Mitte der Oberseite des Wärmeleitkörpers
bandartig über die zur Abstrahlungsrichtung 15 orientierte Frontseite
auf die Unterseite des plattenförmigen Wärmeleitkörpers 21 erstreckt
und dort spiegelsymmetrisch zur Oberseite angeordnet ist (9a).
Der Wärmeaufnahmeabschnitt erstreckt sich in Projektion
des Laserdiodenchips senkrecht zur Plattenoberseite durch den Wärmeleitkörper 21.
Beiderseits links und rechts des Wärmeaufnahmeabschnitts
sind in Breitenrichtung senkrecht zur Abstrahlungsrichtung Ausnehmungen 26, 26a eingebracht,
von der sich eine erste Gruppe als Kühlkanäle 26 in
der in Abstrahlungsrichtung 15 gesehen rechten Wärmeleitkörperhälfte
von der rechten Seitenfläche des Wärmeleitkörpers 21 bis
auf etwa 0,5 mm an den Wärmeaufnahmeabschnitt heran und
von der Oberseite zur Unterseite erstreckt eine zweite Gruppe als
Kühlkanäle 26a in der in Abstrahlungsrichtung 15 gesehen linken
Wärmeleitkörperhälfte von der linken
Seitenfläche des Wärmeleitkörpers 21 bis
auf etwa 0,5 mm an den Wärmeaufnahmeabschnitt heran und
von der Oberseite zur Unterseite erstreckt. Es existieren somit
zwei 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.
Zwischen
den Kühlkanälen 26 und 26a sind durch
den Materialbestand des Wärmeleitkörpers Kühlrippen 26' und 26'a ausgebildet,
deren einander zugewandte Oberflächen Wärmeabgabeflächen
im erfindungsgemäßen Sinne aufweisen. Es existieren somit
zwei 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
Ein
Diodenlaserstapel 30 wird durch Übereinanderstapeln
in Stapelrichtung 35 von Diodenlaserbauelementen 20 erzielt,
wobei zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen 20 jeweils
zwei U-förmige Zwischenstücke angeordnet sind,
welche über beidseitig angeordnete Fügezonen mit
einander gegenüberliegenden Diodenlaserbauelementen 20 stoffschlüssig
verbunden ist (9b). Damit ist der Diodenlaserstapel 30 eine stoffschlüssige
Einheit, wobei die von der oberseitigen Metallisierungsschicht 28 abgewandte,
zweite Kontaktfläche Die U-förmige Zwischenstücke
sind in der jeweiligen Wärmeleitrichtung zu den Seitenflächen
der Wärmeleitkörper 21 hin geöffnet,
wobei zwischen den Seitenschenkeln der Zwischenstücke die erfindungsgemäßen
Kühlmittelflusspassagen 37 vorliegen. Der im Diodenlaserstapel 30 oberste
Wärmeleitkörper 21 trägt keinen
Laserdiodenchip 10, sondern dient zum kühlmitteltechnischen
und elektrischen Abschluss des Diodenlaserstapels 30, wobei an
dem oberseitigen Abschnitt der Metallisierung 28 ein erstes
elektrisches Anschlusselement 39a befestigt ist. An dem
unterseitigen Abschnitt der Metallisierung des im Diodenlaserstapel
untersten Diodenlaserbauelementes 20 ist ein zweites, zum
ersten elektrischen Anschlusselement 39a gegenpoliges,
zweites elektrisches Anschlusselement 39b 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.
Zur
Vervollständigung der erfindungsgemäßen
Strahlungsquelle 50 sind an der linken und rechten Seite
des Diodenlaserstapels 30 jeweils eine Kühlmittelzu-
und – abführeinrichtung befestigt (9c),
deren Komponenten – namentlich die Kühlmittelverteilungsplatte 41 und
die Kühlmittelanschlussplatte 42 – in 3c dargestellt
sind, so dass zu deren Erklärung auf die Beschreibung des
dritten 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.
In 9c nicht
sichtbare obere und untere Abdeckplatten verschließen den
Diodenlaserstapel 30 gegenüber Kühlmittelaustritt.In 9c invisible upper and lower cover plates seal the diode laser stack 30 opposite coolant outlet.
Der
Strömungsfluss erfolgt dabei links und rechts zulaufseitig
in eine erste Schar von den als Kühlmittelpassagen 37 ausgebildeten
Zwischenräumen hinein und sich in zwei Kühlmittelportionen
verzweigend in die Kühlkanäle 26 beziehungsweise 26a zweier
unmittelbar benachbarter Diodenlaserbauelemente 20. Ablaufseitig
sammeln sich die Kühlmittelportionen aus den Kühlkanälen 26 beziehungsweise 26a zweier
unmittelbar benachbarter Diodenlaserbauelemente 20 in einer
zweiten Schar von den als Kühlmittelpassagen 37 ausgebildeten
Zwischenräumen, die gegenüber der ersten Schar
von Zwischenräumen um den Mittenabstand zwischen zwei unmittelbar
benachbarten Diodenlaserbauelementen 20 versetzt ist. Es existiert
somit – wie im vierten Ausführungsbeispiel – nur
eine Schar von Diodenlaserbauelementen 20, die allesamt
strömungstechnisch 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.
In
einer nicht dargestellten Abwandlung des neunten Ausführungsbeispieles
ist das Zwischenstück 34 nicht U-förmig,
sondern rechteckig ausgebildet und besitzt einen schlitzförmigen
Durchbruch auf der dem Wärmeaufnahmeabschnitt zugewandten Seite,
welcher als Kühlmittelflusspassage fungiert. In diesem
Fall erfolgt der Strömungsfluss links und rechts zulaufseitig
in die Kühlkanäle 26 und 26a einer ersten
Schar von Diodenlaserbauelementen 20 und sich in zwei Kühlmittelportionen
verzweigend in die schlitzförmigen Durchbrüche
in den bezüglich der jeweiligen Diodenlaserbauelemente 20 einander
gegenüberliegenden Zwischenstücken. Ablaufseitig sammeln
sich die Kühlmittelportionen in den Kühlkanälen 26 beziehungsweise 26a von
Diodenlaserbauelementen 20 einer zweiten Schar von Diodenlaserbauelementen 20,
die gegenüber der ersten Schar von Diodenlaserbauelementen 20 um
den Mittenabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Diodenlaserbauelementen 20 versetzt
ist.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.
In
diesem Fall existieren – wie im zweiten Ausführungsbeispiel – zwei
seriell durchflossene Scharen von Diodenlaserbauelementen 20,
die in in Stapelrichtung nebeneinander angeordnete, strömungstechnisch
parallel durchflossene Gruppen von je zwei Diodenlaserbauelementen 20 aufgeteilt
sind.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
Im
Gegensatz zum neunten Ausführungsbeispiel sieht das Diodenlaserbauelement 20 der
Strahlungsquelle 50 des zehnten Ausführungsbeispiels nur
eine Gruppe von Kühlkanälen 26 im Wärmeleitkörper 21 vor,
welche in nur einer Wärmeleitrichtung senkrecht zur Abstrahlungsrichtung 15 und
parallel zur Oberseite 22 angeordnet sind (10a). Der den Laserdiodenchip 10 tragende
Wärmeaufnahmeabschnitt besitzt in den zwei Hauptrichtungen
senkrecht zur Wärmeleitrichtung – der Dickenrichtung
und der Längsrichtung – einen größeren
Querschnitt als der die Kühlkanäle 26 beziehungsweise
Kühlrippen aufweisende Wärmeabgabeabschnitt am
stufenartigen Übergang vom Wärmeaufnahme- zum
Wärmeabgabeabschnitt ist eine den Wärmeleitkörper
umlaufende Dichtfläche ausgebildet, deren Normale in Wärmeleitrichtung
orientiert ist. Eine Metallisierung 28 erstreckt sich auf
dem Wärmeaufnahmeabschnitt von der Oberseite 22,
auf der der Laserdiodenchip montiert ist, über eine Seitenfläche
auf die Unterseite des Wärmeleitkörpers 21,
wobei die Seitenfläche auf der dem Wärmeabgabeabschnitt
abgewandten Seite des Wärmeaufnahmeabschnitts angeordnet
ist.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.
In
der Strahlungsquelle 50 sind die Diodenlaserelemente 20 übereinander
in Stapelrichtung 35 parallel zur Oberseitennormalen des
Wärmeleitkörper angeordnet, wobei elektrische
Verbindungselemente 29 den elektrischen Kontakt zwischen
der oberseitigen Kontaktfläche 12 des Laserdiodenchips 10 und
dem unterseitigen Abschnitt der Metallisierung 28 eines
benachbarten Diodenlaserelementes über elektrisch leitfähige
Fügemittel (nicht dargestellt) vermitteln (10b). Die Kühlmittelzu- und abführeinrichtung
besteht aus den Komponenten der Deckplatte 43, der Kühlmittelverteilungseinheit 41a und
der Kühlmittelanschlussplatte, zu deren Darstellung auf 1d und
zu deren die Beschreibung auf diejenige des ersten Ausführungsbeispiels
verwiesen 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.
Analog
der Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels sind die
Wärmeabgabeschnitte durch die Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüche
in der Deckplatte 43 geführt und in den Aufnahmeausnehmungen
der Kühlmittelverteilungseinheit 41a angeordnet.
Eine Dichtung erfolgt zwischen den Dichtflächen der Wärmeleitkörper
und der Oberseite der Deckplatte an den die Wärmeleitkörperaufnahmedurchbrüche
umgebenden Bereichen. Der Kühlmittelfluss erfolgt analog
dem des ersten Ausführungsbeispiels durch zwei seriell
durchflossene Scharen von Diodenlaserelementen, die jeweils strömungstechnisch
parallel 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
Das
elfte Ausführungsbeispiel betrifft einen erfindungsgemäßen
photovoltaischen Strahlungsempfänger 50' als Konversionseinheit
(11b) photovoltaischen Generator. Er weist ein
feldartige Solarmodulanordnung 30' von Solarmodulen 20' auf, von
denen eines in 11a dargestellt ist und welche
in zwei Anordnungsrichtungen – in Stapelrichtung 36 und
Reihenrichtung 36 – angeordnet sind. Das Solarmodul 20' weist
einen Wärmeleitkörper 21 auf, der aus
einen Kupfer-Aluminiumnitrid-Kupfer-Schichtkörper und einem
Kühlrippenkörper mit Kühlrippen 26',
zwischen denen Kühlkanäle 26 vorliegen
und die senkrecht zur Schichtenebene von dem Schichtkörper
weggerichtet sind. Die von dem Kühlrippenkörper
abgewandte Kupferschicht 28 des Schichtkörpers
dient als Montage und Wärmeaufnahmefläche der
Solarzelle 10', die das Sonnenlicht zumindest teilweise
absorbiert. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Tandem-Solarzelle 10' auf Galliumarsenid-Basis
von der auf ihrer der Strahlungseinfallsrichtung 15'a zugewandten
Seite die p-Bus-Bar-Struktur der oberseitigen elektrischen Kontaktmetallisierung
zu erkennen ist. In einer alternativen Ausführung ist die
Solarzelle 10' eine Tripel-Stapel-Solarzelle auf Germanium-Basis.
Vor der Integration der Solarmodule 20' zum photovoltaischen
Strahlungsempfänger 50' wird jedes einzelne Solarmodul 20' in
einem Solarsimulator getestet. Dazu wird es seitens seiner Kühlrippen
in einen Kühlmittelkreislauf integriert und an der der
Kupferschicht 28 gegenüberliegenden Kupferschicht
gegenüber dem Kühlmittelkreislauf abgedichtet,
beispielsweise kraftschlüssig über eine Silikonfolie.
Die Bestrahlung der Solarzelle 10' des Solarmoduls 20' erfolgt
mit einer Xenon-Hochdrucklampe. Die Aufnahme der Strom-Spannungs-Charakteristik
führt zur Generator-Kennlinie als Beurteilungsmaßstab
für die Güte des Solarmoduls 20'. Eine
testweise Erhöhung der Bestrahlungsstärke gegenüber
der Bestrahlungsstärke im photovoltaischen Strahlungsempfänger
vermittelt eine Zuverlässigkeitsaussage zum betreffenden Solarmodul 20'.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 ' ,
Die
Anordnung der Solarmodule 20' im photovoltaischen Strahlungsempfänger 50' entspricht denen
der Diodenlaserelemente 20 in der Strahlungsquelle 50 des
sechsten Ausführungsbeispiels, einschließlich
der angeschlossenen Kühlmittelzu- und abführeinrichtung,
zu der auf die 6b bis 6f mit
der 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.
Die
Solarzellen sind dabei erfindungsgemäß derart
eng benachbart angeordnet, dass ein Füllfaktor von größer
als 90% von Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandelnder
Fläche erreicht wird.The
Solar cells are according to the invention in such a way
arranged closely adjacent to that, a fill factor of greater
as 90% of radiant energy converting to electrical energy
Area is reached.
Der
photovoltaische Strahlungsempfänger 50' wird einen
Solarkonzentrator 60' integriert, dessen dem Stand der
Sonne nachgeführte Einheit aus Strahlungsempfänger 50',
Ausleger 62 und Konkavspiegel 61 auf einem im
Boden verankerten Stativ 63 gelagert ist (11c). Der Konkavspiegel 61 konzentriert
die parallel einfallenden Sonnenstrahlen auf den photovoltaische
Strahlungsempfänger 50', der an einem dem Konkavspiegel 61 abgewandten
Ende des Auslegers 62 befestigt ist. Für den vorliegenden Strahlungsempfänger 50' treffen
aufgrund der ebenen Anordnung der Solarzellen 10' die Sonnenstrahlen 15' aus
verschiedenen, gegenüber der Normale der Empfangsflächen
geneigten Richtungen auf die Solarzellen 10'. In einer
bevorzugten Weiterbildung ist die Anordnung der Solarmodule 20' im
Strahlungsempfänger 50' nicht eben sondern konvex.
Dadurch wird für alle Solarzellen 10' ein im wesentlichen senkrechter
Lichteinfall 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.
Vorteilhaft
an dieser einfach konzentrierenden Solaranlage gegenüber
den mit vielfach konzentrierenden Fresnel-Linsen-Feldern ausgestatteten Anordnungen
ist die Verwendung eines sehr viel kleineren und kompakteren Strahlungsempfängers.
Der erfindungsgemäße Strahlungsempfänger 50' gestattet
eine strahlungsverlustarme für alle Solarmodule 20' des
Strahlungsempfängers 50' gemeinsame Konzentration
des 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.
In
einer bevorzugten Weiterbildung des elften Ausführungsbeispiels
ist der Konkavspiegel 61 mit höher reflektierenden
Bereichen und mit niedriger reflektierenden Bereichen zwischen den
höher reflektierenden Bereichen ausgestattet, wobei die
höher reflektierenden Bereiche hinsichtlich ihrer Anzahl,
Anordnung und Flächengröße auf die Anzahl, Anordnung
und Flächengröße der Solarzellen angepasst
sind. In diesem Fall ist der Konkavspiegel in Teilspiegel segmentiert,
die strahlungsdurchlässige Zwischenräume aufweisen.
Damit wird vorteilhaft vermieden, dass Strahlung auf die Bereiche
zwischen 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.
In
einer alternativen Variante des elften Ausführungsbeispiels
ist die Konversionseinheit ein thermoelektrischer Generator (50'),
der anstatt Solarzellen thermoelektrische Chips (10') aufweist,
die mit einer der Einstrahlungsrichtung zugewandten Strahlungsabsorptionsschicht
versehen 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.
Abschließend
sei hervorgehoben, dass selbstverständlich alle Strahlungsquellen 50 aller Ausführungsbeispiele
eins bis zehn sowie der Strahlungsempfänger 50' des
elften Ausführungsbeispiels strömungstechnisch
in einer gegenüber der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
umgekehrten Strömungsrichtung betrieben werden können,
wobei die Kühlmittelführungselemente 42a, 42b 45a, 45b 46a, 46b, 47a, 47b, 47'a, 47b, 48a und 48b dann
jeweils in ihrer zu- und ablaufseitigen Eigenschaft zu vertauschen
sind.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.
Kombinationen
von erfindungswesentlichen Merkmalen der Ausführungsbeispiele
mit anderen Merkmalen, insbesondere denen anderer Ausführungsbeispiele,
liegen selbstverständlich im Umfang der Erfindung.combinations
of inventive features of the embodiments
with 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/unterseitige
Kontaktflächefirst / lower-side
contact area
-
1212
-
zweite/oberseitige
Kontaktflächesecond / upper-side
contact 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
-
erste
Außenfläche, Oberseite/linke Seitenflächefirst
Outer surface, top / left side surface
-
22a22a
-
zweite
Außenfläche, Unterseite/rechte Seitenflächesecond
Outer surface, underside / right side surface
-
2323
-
rückseitige
Endfläche, Rückseiterear
End face, back
-
23a23a
-
frontseitige
Endfläche, Frontseitefront
End face, front
-
2424
-
Dichtflächesealing surface
-
2525
-
Kühlmittelströmungsrichtung,
KühlmittelströmungsrichtungspfeilCoolant flow direction
Coolant flow direction arrow
-
2626
-
Ausnehmung/Kühlkanal
einer ersten GruppeRecess / cooling channel
a first group
-
26a26a
-
Ausnehmung/Kühlkanal
einer zweiten GruppeRecess / cooling channel
a second group
-
26b26b
-
Ausnehmung/Kühlkanal
einer dritten GruppeRecess / cooling channel
a third group
-
26i26i
-
Ausnehmung
ohne kühlungstechnische Funktionrecess
without cooling function
-
2626
-
Steg/Kühlrippe
eines ersten TypsSteg / cooling fin
of a first type
-
26'a26'a
-
Steg/Kühlrippe
eines zweiten TypsSteg / cooling fin
of a second type
-
26*26 *
-
WärmeabgabeflächeHeat transfer surface
-
2727
-
Öffnungopening
-
27a27a
-
Öffnungopening
-
2828
-
Metallisierungmetallization
-
28a28a
-
Metallisierungmetallization
-
28b28b
-
Metallisierungmetallization
-
2929
-
elektrisches
Verbindungselementelectrical
connecting element
-
29a29a
-
elektrisches
Verbindungszwischenelementelectrical
Connecting intermediate element
-
29b29b
-
elektrisches
Verbindungszwischenelementelectrical
Connecting intermediate element
-
3030
-
Strahlungsemissionsanordnung,
Diodenlaserstapel, Diodenlaserreihe, DiodenlaserfeldRadiation emission arrangement
Diode laser stack, diode laser array, diode laser array
-
30'30 '
-
StrahlungsempfangsanordnungRadiation receiving arrangement
-
3131
-
elektrisch
leitendes Fügemittel/elektrisch leitende Fügezoneelectrical
conductive joining agent / electrically conductive joining zone
-
3232
-
elektrisch
isolierendes Fügemittel/elektrisch isolierende Fügezoneelectrical
insulating joining agent / electrically insulating joining zone
-
32a32a
-
elektrisch
isolierendes Fügemittel/elektrisch isolierende Fügezoneelectrical
insulating joining agent / electrically insulating joining zone
-
3333
-
erstes
Fügemittel/erste Fügezonefirst
Joining agent / first joining zone
-
33a33a
-
zweites
Fügemittel/zweite Fügezonesecond
Joining 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
-
erstes
elektrisches Anschlusselementfirst
electrical connection element
-
39b39b
-
zweites
elektrisches Anschlusselementsecond
electrical connection element
-
4040
-
Kühlmittelzu-
und abführeinrichtungcoolant supply
and drainage device
-
4141
-
KühlmittelverteilungsplatteCoolant distribution plate
-
41a41a
-
KühlmittelverteilungseinheitCoolant distribution unit
-
4242
-
KühlmittelanschlussplatteCoolant connection plate
-
42a42a
-
zulaufseitiger
Kühlmittelanschlusstapered side
Coolant connection
-
42b42b
-
ablaufseitiger
Kühlmittelanschlussdrain-side
Coolant connection
-
4343
-
Deckplattecover plate
-
43a43a
-
Deckplattecover plate
-
4444
-
Aufnahmeausnehmungreceiving recess
-
44'44 '
-
Wandwall
-
45a45a
-
zulaufseitige
Kühlmittelspreiznutsupply-side
Kühlmittelspreiznut
-
45b45b
-
ablaufseitige
Kühlmitteleinschnürungsnutdrain-side
Kühlmitteleinschnürungsnut
-
46a46a
-
zulaufseitiger
Kühlmittelführungsdurchbruchtapered side
Coolant circulation system breakdown
-
46b46b
-
ablaufseitiger
Kühlmittelführungsdurchbruchdrain-side
Coolant circulation system breakdown
-
47a47a
-
zulaufseitiger
Kühlmittelverteilungskanaltapered side
Coolant distribution channel
-
47b47b
-
ablaufseitiger
Kühlmittelsammelkanaldrain-side
Coolant collecting channel
-
47'a47'a
-
zulaufseitiger
Kühlmittelverteilungskanaltapered side
Coolant distribution channel
-
47'b47'b
-
ablaufseitiger
Kühlmittelsammelkanaldrain-side
Coolant collecting channel
-
4848
-
KühlmittelführungskammerCoolant circulation chamber
-
48a48a
-
zulaufseitige
Kühlmittelspreizkammersupply-side
Kühlmittelspreizkammer
-
48b48b
-
ablaufseitige
Kühlmitteleinschnürungskammerdrain-side
Kühlmitteleinschnürungskammer
-
4949
-
WärmeleitkörperaufnahmedurchbruchWärmeleitkörperaufnahmedurchbruch
-
5050
-
Strahlungsquelle,
DiodenlaserRadiation source
diode 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
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- DE 19750879
A1 [0008] DE 19750879 A1 [0008]
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- US 5987043 A [0036] - US 5987043 A [0036]
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- EP 1113543 A1 [0038] EP 1113543 A1 [0038]
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- EP 0766354 A1 [0068] EP 0766354 A1 [0068]
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- DE 19701680 A1 [0079, 0188] - DE 19701680 A1 [0079, 0188]
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- DE 19644941 C1 [0179] - DE 19644941 C1 [0179]
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- US 5909458 [0200] US 5909458 [0200]
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- US 5848083 [0211] US 5848083 [0211]
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- DE 10011892 A1 [0211] DE 10011892 A1 [0211]
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- DE 102007051798 B3 [0225] - DE 102007051798 B3 [0225]
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- WO 2007061509 A2 [0260] - WO 2007061509 A2 [0260]