DE102007016772A1

DE102007016772A1 - Stackable multilayer microchannel heat sink

Info

Publication number: DE102007016772A1
Application number: DE102007016772A
Authority: DE
Inventors: Ulrich RÖLLIG; Dirk Dr. Lorenzen; Simon Dr. Beyertt; Petra Hennig
Original assignee: Jenoptik Laserdiode GmbH
Current assignee: Jenoptik Laserdiode GmbH
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-16
Also published as: WO2008122281A1

Abstract

Bei einer stapelfähigen mehrschichtigen Mikrokanalwärmesenke besteht die Aufgabe, eine kompakte stapelbare Mikrokanalwärmesenke bereitzustellen, die kostengünstig in der Fertigung ist und eine hohe Lebensdauer aufweist. Die stapelfähige mehrschichtightung sich erstreckende Druchbrüche für einen Kühlmittelfluss, - eine obere metallische Schicht, die nebeneinander in einer Ebene liegende, elektrisch voneinander getrennte Schichtenbereiche aufweist, von denen ein erster Schichtenbereich, der einen Montagebereich für das Laserdiodenelement enthält, als Kontaktelement für einen ersten elektrischen Kontakt des Laserdiodenelementes ausgebildet ist und ein zweiter Schichtenbereich zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu einem zweiten, bezüglich des ersten Kontaktes gegenpoligen Kontakt des Laserdiodenelementes vorgesehen ist, - eine untere metallische Schicht, die über wenigstens ein elektrisches Verbindungselement mit dem ersten Schicden ist, und - Zwischenschichten zwischen der oberen und der unteren metallischen Schicht, wobei nichtmetallische, elektrisch isolierende Schichten eine mit den Durchbrüchen für den Kühlmittelfluss in Verbindung stehende metallische Mikrokanalstruktur von der oberen und der unteren metallischen Schicht trennen.In a stackable multi-layer microchannel heat sink, the object is to provide a compact stackable microchannel heat sink that is inexpensive to manufacture and has a long service life. The stackable multilayer film extending openings for a coolant flow, - an upper metallic layer having side-by-side in a plane, electrically separated layer regions, of which a first layer region containing a mounting area for the laser diode element, as a contact element for a first electrical contact the laser diode element is formed and a second layer region is provided for establishing an electrical connection to a second contact of the laser diode element, which is opposite to the first contact, a lower metallic layer which is at least one electrical connection element with the first layer, and intermediate layers between the upper and lower metallic layers, wherein non-metallic, electrically insulating layers have a metallic microchannel structure of de associated with the coolant flow apertures Separate the upper and lower metallic layers.

Description

Für die industrielle Laser-Materialbearbeitung, zum Pumpen von Festkörperlasern und auch in der Medizintechnik werden üblicherweise als Arrays ausgebildete Hochleistungsdiodenlaser verwendet, die durch Stapeln zu zweidimensional emittierenden Flächen mit einer erhöhten Strahlungsleistung aufgebaut werden. Solche als Stack bezeichneten Diodenlaserstapel erfordern aufgrund ihres kompakten Aufbaus eine effiziente Kühlung, die sich besonders vorteilhaft mit wassergekühlten Mikrokanalwärmesenken erreichen lässt.For the industrial laser material processing, for the pumping of solid-state lasers and also in medical technology are commonly referred to as Arrays trained high-power diode laser used by Stacking to two-dimensionally emitting surfaces with a increased radiation power can be built. Such as Stack designated diode laser stacks require due to their compact Build up efficient cooling, which is particularly advantageous reach with water cooled microchannel heat sinks leaves.

Ausdrücklich zur Erzeugung von stapelbaren Systemen werden solche Mikrokanalwärmesenken in der US 5 105 430 A verwendet, wobei die Kühlflüssigkeit durch den Stapel in durchgehenden Bahnen geführt ist. Jede der im Stapel vorhandenen Mikrokanalwärmesenken besteht aus einer mehrlagigen Schichtstruktur mit Mikrokanälen in der oberen Schicht und weist Zu- und Abflüsse auf, die an die durchgehenden Bahnen angeschlossen sind. Von Nachteil ist die erforderliche Frontseitenmetallisierung der einzelnen Schichten.Specifically for the production of stackable systems such Mikrokanalwärmesenken in the US 5,105,430 A used, wherein the cooling liquid is guided through the stack in continuous tracks. Each of the microchannel heat sinks present in the stack consists of a multi-layered layer structure with microchannels in the upper layer and has inflows and outflows which are connected to the continuous webs. A disadvantage is the required front side metallization of the individual layers.

Gemäß der DE 103 61 899 A1 enthalten eine obere und eine untere metallische Schicht eines wärmespreizenden Mehrlagensubstrates nebeneinander in einer Ebene liegende, elektrisch voneinander getrennte Schichtenbereiche, von denen jeder Schichtenbereich der oberen Schicht mit einem Schichtenbereich der unteren Schicht elektrisch leitend verbunden ist, so dass Schichtenbereichspaare für gegenpolige Kontakte ausgebildet werden.According to the DE 103 61 899 A1 For example, upper layer and lower layer metal of a heat-spreading multi-layer substrate include side-by-side, electrically separated layer regions each of which layer layer of the upper layer is electrically connected to a lower layer layer region, so that inter-pole contact layer region pairs are formed.

Obwohl eine aktive Flüssigkeitskühlung äußerst effektiv ist, weisen Mikrokanalwärmesenken auch Nachteile auf. So sind die Strukturen der Mikrokanäle aufwändig in der Herstellung. Das Kühlmittel, für das häufig Wasser verwendet wird, stellt aufgrund der unmittelbaren Nähe zu den empfindlichen Halbleiterbauelementen sehr hohe Anforderungen an die flüssigkeitsführenden Materialien, an die Dichtungen und die Kühlmittelqualität.Even though an active liquid cooling extremely is effective, microchannel heat sinks also have disadvantages on. Thus, the structures of the microchannels are expensive in production. The coolant, for that often Water is used, due to the immediate proximity to the sensitive semiconductor devices very high demands to the liquid-conducting materials, to the Seals and the coolant quality.

Probleme sind auch damit verbunden, dass die flüssigkeitsführenden Kanäle Gebiete mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen durchlaufen müssen. Ohne aufwändige Maßnahmen entstehen zum Teil sehr hohe elektrische Felder, die elektrochemische Prozesse von großer Komplexität auslösen können.issues are also associated with the fact that the fluid-carrying Channels Areas with different electrical potentials have to go through. Without complex measures arise partly very high electric fields, the electrochemical Can trigger processes of great complexity.

Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Nachteile zu beseitigen und eine kompakte stapelbare Mikrokanalwärmesenke bereitzustellen, die kostengünstig in der Fertigung ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.task The invention is to eliminate such disadvantages and a to provide compact stackable microchannel heat sink, which is inexpensive to manufacture and has a long service life having.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine stapelbare mehrschichtige Mikrokanalwärmesenke zur Kühlung von Laserdiodenelementen mit in Schichtungsrichtung sich erstreckenden Durchbrüchen für einen Kühlmittelfluss gelöst, wobei die Mikrokanalwärmesenke ferner enthält:
eine obere metallische Schicht, die nebeneinander in einer Ebene liegende, elektrisch voneinander getrennte Schichtenbereiche aufweist, von denen ein erster Schichtenbereich, der einen Montagebereich für das Laserdiodenelement enthält, als Kontaktelement für einen ersten elektrischen Kontakt des Laserdiodenelementes ausgebildet ist und ein zweiter Schichtenbereich zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu einem zweiten, bezüglich des ersten elektrischen Kontaktes gegenpoligen Kontakt des Laserdiodenelementes vorgesehen ist,
eine untere metallische Schicht, die über wenigstens ein elektrisches Verbindungselement mit dem ersten Schichtenbereich der oberen metallischen Schicht verbunden ist, und Zwischenschichten zwischen der oberen und der unteren metallischen Schicht, wobei nichtmetallische, elektrisch isolierenden Schichten eine mit den Durchbrüchen für den Kühlmittelfluss in Verbindung stehende metallische Mikrokanalstruktur von der oberen und der unteren metallischen Schicht trennen.According to the invention, the object is achieved by a stackable multi-layer microchannel heat sink for cooling laser diode elements with laminations extending in the direction of layering for a coolant flow, wherein the microchannel heat sink further contains:
an upper metallic layer comprising side by side lying in a plane, electrically separate layer regions, of which a first layer region containing a mounting region for the laser diode element is formed as a contact element for a first electrical contact of the laser diode element and a second layer region for producing a electrical connection to a second, with respect to the first electrical contact opposite pole contact of the laser diode element is provided
a lower metallic layer connected to the first layer region of the upper metallic layer via at least one electrical connection element, and intermediate layers between the upper and lower metallic layers, wherein non-metallic, electrically insulating layers comprise a metallic one associated with the coolant flow passages Separate microchannel structure from the upper and lower metallic layer.

Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Mikrokanalwärmesenke ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Especially expedient and advantageous embodiments and Further developments of the microchannel heat sink according to the invention result from the dependent claims.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Potentialtrennung zwischen wasser- und stromführenden Bereichen vor, wodurch Erosions- und Korrosionseffekte gemindert werden, was sich positiv auf die Lebensdauer der Wärmesenke auswirkt.A Embodiment of the invention provides a potential separation between water and electricity-carrying areas, causing erosion and corrosion effects are reduced, which is beneficial to the Life of the heat sink affects.

Hierfür weist die untere metallische Schicht elektrisch voneinander getrennte Schichtenbereiche auf, von denen ein erster stromführender Schichtenbereich über wenigstens ein elektrisches Verbindungselement mit dem oberen Schichtenbereich der ersten metallischen Schicht verbunden ist und ein zweiter Schichtenbereich einem dritten Schichtenbereich der oberen metallischen Schicht deckungsgleich gegenüberliegt, wobei durch den zweiten Schichtenbereich der unteren metallischen Schicht und den dritten Schichtenbereich der oberen metallischen Schicht die Durchbrüche für den Kühlmittelfluss hindurchgeführt sind.Therefor has the lower metallic layer electrically separated from each other Layer areas, of which a first current-carrying Layer area over at least one electrical connection element with the upper layer region of the first metallic layer and a second layer region is connected to a third layer region is congruent with the upper metallic layer, wherein through the second layer region of the lower metallic Layer and the third layer region of the upper metallic Layer the breakthroughs for the coolant flow passed through.

Eine Stapelbildung wird dadurch erleichtert, dass die Mikrokanalwärmesenken mittels geeigneter Formschlusselemente aufeinander gesteckt werden können, was gleichzeitig zu einer hohen seitlichen Stabilität führt.A Stacking is facilitated by the microchannel heat sinks can be put on each other by means of suitable interlocking elements, which at the same time leads to a high lateral stability.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind deshalb in dem zweiten Schichtenbereich der oberen metallischen Schicht erste Formschlusselemente zum Formschluss mit einem passenden Gegenstück eines Abstandselementes enthalten.In one embodiment of the invention Therefore, in the second layer region of the upper metallic layer first positive locking elements for positive engagement with a matching counterpart of a spacer included.

Auch in dem ersten Schichtenbereich der unteren metallischen Schicht können Formschlusselemente enthalten sein, die passend zu einem Gegenstück an dem Abstandselement ausgebildet sind.Also in the first layer region of the lower metallic layer may be included positive locking elements that fit formed to a counterpart on the spacer element are.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Schichtenbereich der oberen metallischen Schicht und/oder dem zweiten Schichtenbereich der unteren metallischen Schicht über ein elektrisches Verbindungselement mit zwischen den nichtmetallischen Schichten liegenden metallischen Schichten besteht, wobei mindestens eine der metallischen Schichten eine Mikrokanalstruktur enthält. Über ein Anschlusselement kann eine elektrische Spannung angelegt werden, um die wasserführenden Bereiche auf ein definiertes elektrisches Potential legen zu können.A Another embodiment of the invention provides that an electrical Connection between the third layer region of the upper metallic Layer and / or the second layer region of the lower metallic Layer over an electrical connector with between the nonmetallic layers lying metallic layers wherein at least one of the metallic layers is a microchannel structure contains. About a connection element can be an electrical voltage be created to put the water-bearing areas on defined electrical potential to put.

Vorteilhaft ist die Summe der Dicken der metallischen Schichten zumindest in einem Teilbereich senkrecht zur Montagefläche größer als die Summe der Dicken der nichtmetallischen elektrisch isolierenden Schichten.Advantageous is the sum of the thicknesses of the metallic layers at least in a partial area perpendicular to the mounting surface larger as the sum of the thicknesses of non-metallic electrically insulating Layers.

Die bei der Stapelbildung erforderliche Abdichtung von gegenüberliegenden Durchbrüchen für den Kühlmittelfluss erfolgt bevorzugt durch O-Ringe, die auf definiert bearbeiteten Oberflächen von im Stapel benachbarten Oberflächen aufgelegt sind. Solche Oberflächen sind insbesondere Oberflächen des dritten Schichtenbereiches der oberen metallischen Schicht einer ersten Mikrokanalwärmesenke und des zweiten Schichtenbereiches der unteren metallischen Schicht einer benachbarten zweiten Mikrokanalwärmesenke.The in stacking required sealing from opposite Breakthroughs for the coolant flow is preferably done by O-rings, which worked on defined Surfaces of surfaces adjacent to the stack are hung up. Such surfaces are in particular surfaces of the third layer region of the upper metallic layer of a first microchannel heat sink and the second layer region the lower metallic layer of an adjacent second microchannel heat sink.

Die O-Ringe können auch in Durchbrüche des Abstandselementes eingelegt sein, das zwischen dem zweiten metallischen Schichtenbereich der oberen metallischen Schicht einer ersten Mikrokanalwärmesenke und dem ersten Schichtenbereich der unteren metallischen Schicht einer benachbarten zweiten Mikrokanalwärmesenke angeordnet ist.The O-rings can also penetrate the spacer be inserted between the second metallic layer region of the upper metallic layer of a first microchannel heat sink and the first layer region of the lower metallic layer an adjacent second microchannel heat sink is.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the schematic drawing be explained. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung einer stapelbaren Mikrokanalwärmesenke 1 a perspective view of a stackable Mikrokanalwärmesenke

2 die obere metallische Schicht der Mikrokanalwärmesenke gemäß 1 2 the upper metallic layer of the microchannel heat sink according to 1

3 die untere metallische Schicht der Mikrokanalwärmesenke gemäß 1 3 the lower metallic layer of the microchannel heat sink according to 1

4 eine Explosionsdarstellung der Mikrokanalwärmesenke gemäß 1 4 an exploded view of the microchannel heat sink according to 1

Die in den 1 bis 4 gezeigte stapelbare mehrschichtige Mikrokanalwärmesenke weist zur Kühlung von Laserdiodenelementen zwischen einer oberen und einer unteren metallischen Schicht 1, 2 zwei für diese Schichten 1, 2 tragende nichtmetallische, elektrisch isolierende Schichten 3, 4 sowie zwischen diesen beiden Schichten 3, 4 liegende weitere metallische Schichten 5 bis 9 als Zwischenschichten auf. Durch alle Schichten 1, 2 und 3 bis 9 sind Durchbrüche 10, 11 für einen Kühlmittelfluss hindurchgeführt.The in the 1 to 4 shown stackable multilayer microchannel heat sink has for cooling of laser diode elements between an upper and a lower metallic layer 1 . 2 two for these layers 1 . 2 supporting non-metallic, electrically insulating layers 3 . 4 as well as between these two layers 3 . 4 lying further metallic layers 5 to 9 as intermediate layers. Through all layers 1 . 2 and 3 to 9 are breakthroughs 10 . 11 passed for a coolant flow.

Die obere und die untere metallische Schicht 1, 2 gliedern sich in nebeneinander in einer Ebene liegende, elektrisch voneinander getrennte Schichtenbereiche 12 bis 16, wobei ein erster stromführender Schichtenbereich 12 der oberen metallischen Schicht 1 als Kontaktelement zu einer ersten Kontaktfläche des hier nicht dargestellten Laserdiodenelementes ausgebildet ist und einen durch kantennahe Ausnehmungen 28, 29 in seiner seitlichen Begrenzung markierten Montagebereich 17 für das Laserdiodenelement aufweist. Ein zweiter Schichtenbereich 13 der oberen metallischen Schicht 1 ist zur Herstellung einer elektrischer Verbindung zu einer zweiten, bezüglich der ersten Kontaktfläche des Laserdiodenelementes gegenpoligen Kontaktfläche des Laserdiodenelementes vorgesehen.The upper and lower metallic layer 1 . 2 are subdivided into layers of layers which lie side by side in a plane and are electrically separated from one another 12 to 16 , wherein a first current-carrying layer region 12 the upper metallic layer 1 is formed as a contact element to a first contact surface of the laser diode element, not shown here, and a near-edge recesses 28 . 29 in its lateral boundary marked mounting area 17 for the laser diode element. A second layer area 13 the upper metallic layer 1 is for the preparation of an electrical connection to a second, relative to the first contact surface of the laser diode element opposite pole contact surface of the laser diode element is provided.

Von der unteren metallischen Schicht 2 besteht eine elektrische Verbindung zu dem ersten Schichtenbereich 12 der oberen Schicht 1. Diese wird insbesondere zwischen den ersten Schichtenbereichen 12, 15 der unteren und der oberen Schicht 1, 2 mittels paarweise ausgebildeter Stiftkontakte 18 hergestellt, die als Durchkontaktierungen berührungslos durch die Zwischenschichten 3 bis 9 hindurchgeführt sind und zur gleichmäßigen Wärme- und Stromverteilung eine symmetrische Lage zur Montagefläche 17 für das Laserdiodenelement aufweisen. Eine Asymmetrie der Stromführung im Kühlelement kann zu einer negativen Beeinflussung des Laserdiodenelementes führen.From the lower metallic layer 2 there is an electrical connection to the first layer region 12 the upper layer 1 , This becomes especially between the first layer areas 12 . 15 the lower and the upper layer 1 . 2 by means of paired pin contacts 18 produced as through-contacts non-contact through the intermediate layers 3 to 9 passed through and for uniform heat and current distribution a symmetrical position to the mounting surface 17 for the laser diode element. An asymmetry of the current flow in the cooling element can lead to a negative influence on the laser diode element.

Aus Symmetriegründen ist es auch vorteilhaft, wenn der erste Schichtenbereich 15 der unteren metallischen Schicht 2 eine Perforation 19 aufweist, die dem Verlauf einer Trennfuge 20 zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtenbereich 12, 13 der oberen Schicht 1 gegenüberliegt.For symmetry reasons, it is also advantageous if the first layer region 15 the lower metallic layer 2 a perforation 19 having the course of a parting line 20 between the first and the second layer area 12 . 13 the upper layer 1 opposite.

Die Durchbrüche 10, 11 für einen Kühlmittelfluss sind in der oberen und der unteren metallischen Schicht 1, 2 bevorzugt in Schichtenbereiche 14, 16 eingebracht, die sich deckungsgleich gegenüberliegen und durch die elektrische Trennung von den stromführenden Schichtenbereichen 12, 13, 15 elektrisch neutral sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass eine vorteilhaft metallisch ausgebildete Kühlmittelführung, insbesondere Wasserführung elektrisch getrennt wird von umgebenden stromführenden Bereichen der Mikrokanalwärmesenke.The breakthroughs 10 . 11 for a coolant flow are in the upper and the lower metallic layer 1 . 2 preferably in layer areas 14 . 16 introduced, the congruent opposite and by the electrical separation of the current-carrying layer areas 12 . 13 . 15 are electrically neutral. By this measure it is achieved that an advantageously metallic coolant guide, in particular water guide is electrically separated from surrounding current-carrying areas of the Mikrokanalwärmesenke.

Vorteilhaft kann es auch sein, die von den stromführenden Schichtenbereichen 12, 13, 15 elektrisch getrennten Schichtenbereiche 14, 16 der oberen und unteren Schicht 1, 2 mit den metallischen Zwischenschichten 5 bis 9 über elektrische Verbindungselemente 21, 27 zu verbinden und ein Anschlusselement 22 z. B. an dem Verbund der metallischen Zwischenschichten 5 bis 9 vorzusehen, um alle wasserführenden Bereiche auf ein definiertes elektrisches Potential legen zu können.It may also be advantageous, that of the current-carrying layer areas 12 . 13 . 15 electrically separated layer areas 14 . 16 the upper and lower layers 1 . 2 with the metallic intermediate layers 5 to 9 via electrical connection elements 21 . 27 to connect and a connection element 22 z. B. on the composite of the metallic intermediate layers 5 to 9 to provide all water-bearing areas to a defined electrical potential can.

Zur Ausbildung der Wärmesenke als Mikrokanalwärmesenke enthält mindestens eine der metallischen Zwischenschichten 5 bis 9 zwischen den nichtmetallischen, elektrisch isolierenden Schichten 3, 4 eine Mikrokanalstruktur, die mit den Durchbrüchen 10, 11 für den Kühlmittelfluss in Verbindung steht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die metallischen Zwischenschichten 6 und 8 Mikrokanalstrukturen 23, 24 auf.To form the heat sink as Mikrokanalwärmesenke contains at least one of the metallic intermediate layers 5 to 9 between the non-metallic, electrically insulating layers 3 . 4 a microchannel structure with the breakthroughs 10 . 11 communicates for the coolant flow. In the present embodiment, the metallic intermediate layers 6 and 8th Microchannel structures 23 . 24 on.

Für die Stapelung von mehreren Mikrokanalwärmesenken sind nicht dargestellte elektrisch leitfähige Abstandelemente vorgesehen, die zwischen den zweiten Schichtenbereich 13 der oberen Schicht 1 und den ersten Schichtenbereich 15 der unteren Schicht 2 gebracht werden, um die Höhe des Laserdiodenelementes ausgleichen zu können. Gegen seitliches Verrutschen schützen formschlüssige Verbindungselemente, die als Erhebungen und/oder Vertiefungen 25, 26 in die Abstandelemente sowie im Randbereich der oberen und unteren Schicht 1, 2 eingearbeitet sind und einen Formschluss zwischen den gestapelten Mikrokanalwärmesenken herstellen.For the stacking of a plurality of microchannel heat sinks, not shown electrically conductive spacer elements are provided, which are between the second layer region 13 the upper layer 1 and the first layer area 15 the lower layer 2 be brought to compensate for the height of the laser diode element can. Against lateral slippage protect positive connection elements that as elevations and / or depressions 25 . 26 in the spacer elements and in the edge region of the upper and lower layers 1 . 2 are incorporated and produce a positive connection between the stacked Mikrokanalwärmesenken.

Außerhalb des Montagebereiches 17 sind jenseits der Ausnehmungen 28, 29 Bereiche 30, 31 des ersten stromführenden Schichtenbereiches 12 gegenüber der Kante und bis in Eckbereiche der benachbarten elektrisch isolierenden Schicht 3 zurückgesetzt, um die Gefahr von Schädigungen unter mechanischer Wechselbelastung in den Eckbereichen der elektrisch isolierenden Schicht 3 zu verringern.Outside the assembly area 17 are beyond the recesses 28 . 29 areas 30 . 31 of the first current-carrying layer region 12 opposite the edge and into corner regions of the adjacent electrically insulating layer 3 reset to the risk of damage under mechanical cycling in the corner regions of the electrically insulating layer 3 to reduce.

Die Abdichtung der wasserführenden Durchbrüche 10, 11 bei der Stapelung erfolgt durch O-Ringe, die bevorzugt auf einer durch definierte Bearbeitung erzeugten glatten metallischen Oberfläche aufliegen. Dadurch wird eine vorteilhafte Dichtspalteinstellung gewährleistet, da Toleranzen dann nur in dem ohnehin erforderlichen Abstandshalter enthalten sind.The sealing of the water-conducting breakthroughs 10 . 11 in the stacking is done by O-rings, which preferably rest on a smooth metallic surface generated by defined machining. As a result, an advantageous sealing gap adjustment is ensured since tolerances are then contained only in the spacer required in any case.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5105430 A [0002]
- DE 10361899 A1 [0003]

Claims

Stackable multi-layered microchannel heat sink for cooling laser diode elements with laminar flow-through apertures for coolant flow, comprising - an upper metallic layer ( 1 ), which lie next to one another in a plane, electrically separated layer regions ( 12 . 13 . 14 ), of which a first layer region ( 12 ), which has a mounting area ( 17 ) is formed for the laser diode element, is formed as a contact element for a first electrical contact of the laser diode element and a second layer region ( 13 ) is provided for establishing an electrical connection to a second, with respect to the first electrical contact opposite pole contact of the laser diode element, - a lower metallic layer ( 2 ), which via at least one electrical connection element ( 18 ) with the first layer region ( 12 ) of the upper metallic layer ( 1 ), and - intermediate layers ( 3 to 9 ) between the upper and lower metallic layers ( 1 . 2 ), wherein non-metallic, electrically insulating layers ( 3 . 4 ) one with the breakthroughs ( 10 . 11 ) for the coolant flow related metallic microchannel structure ( 23 . 24 ) of the upper and lower metallic layers ( 1 . 2 ).

A microchannel heat sink according to claim 1, wherein the lower metallic layer ( 2 ) electrically separated layer regions ( 15 . 16 ), of which a first current-carrying layer region ( 15 ) via at least one electrical connection element ( 18 ) with the first layer region ( 12 ) of the upper metallic layer ( 1 ) and a second layer area ( 16 ) a third layer area ( 14 ) of the upper metallic layer ( 1 ) is congruent, whereby through the second layer region ( 16 ) of the lower metallic layer ( 2 ) and the third layer region ( 14 ) of the upper metallic layer ( 1 ) the breakthroughs ( 10 . 11 ) are passed for the coolant flow.

Microchannel heat sink according to claim 2, wherein for the electrical connection of the first current-carrying layer region ( 15 ) of the lower metallic layer ( 2 ) with the first layer region ( 12 ) of the upper metallic layer ( 1 ) Pin contacts ( 18 ) provided by the intermediate layers ( 3 to 9 ) are guided through and a symmetrical position to the mounting area ( 17 ) exhibit.

A microchannel heat sink according to claim 3, wherein the second layer region ( 14 ) of the upper metallic layer ( 1 ) at least in sections one opposite the mounting area ( 17 ) has increased surface area.

Microchannel heat sink according to one of Claims 1 to 4, in which in the second layer region ( 13 ) of the upper metallic layer ( 1 ) first positive locking elements ( 25 ) are included for positive engagement with a matching counterpart of a spacer element.

Microchannel heat sink according to one of Claims 1 to 5, in which in the first layer region ( 15 ) of the lower metallic layer ( 2 ) second positive locking elements ( 26 ) are included for positive engagement with a matching counterpart of a spacer element.

Microchannel heat sink according to one of claims 1 to 6, wherein an electrical connection between the third layer region ( 14 ) of the upper metallic layer ( 1 ) and / or the second layer region ( 16 ) of the lower metallic layer ( 2 ) via an electrical connection element ( 21 ) with between the non-metallic layers ( 3 . 4 ) lying metallic layers ( 5 to 9 ), wherein at least one of the metallic layers ( 5 to 9 ) a microchannel structure ( 23 . 24 ) contains.

Microchannel heat sink according to claim 7, in which the metallic intermediate layers ( 5 to 9 ) a connection element ( 22 ) for applying an electrical voltage.

Microchannel heat sink according to one of claims 2 to 8, wherein the first layer region ( 15 ) of the lower layer ( 2 ) a perforation ( 19 ), which corresponds to the course of a transition between the first and the second layer region ( 12 . 13 ) of the upper layer ( 1 ) parting line ( 20 ) is opposite.

Mikrokanalwärmesenke according to one of claims 1 to 9, wherein the lateral boundaries of the mounting area ( 17 ) by edge-near recesses ( 28 . 29 ) in the first current-carrying layer region ( 12 ) of the upper metallic layer ( 1 ) are marked.

Mikrokanalwärmesenke according to claim 10, wherein the outside of the mounting area ( 17 ) and beyond the recesses ( 28 . 29 ) lying areas ( 30 . 31 ) of the first current-carrying layer region ( 12 ) against the edge and into corner regions of the adjacent, electrically insulating layer ( 3 ) are reset.

Microchannel heat sink according to one of Claims 1 to 11, in which the sum of the thicknesses of the metallic layers ( 1 . 2 and 5 to 9 ) at least in a partial area perpendicular to the mounting surface ( 17 ) is greater than the sum of the thicknesses of the non-metallic, electrically insulating layers ( 3 . 4 ).

Stack of microchannel heat sinks with microchannel heat sinks according to one of claims 1 to 12, in which for sealing the openings ( 10 . 11 ) for the coolant flow of two microchannel heat sinks adjacent in the stack the openings ( 10 . 11 ) O-rings are provided, which are placed on defined machined surfaces of the stack adjacent surfaces.

A stack of microchannel heat sinks according to claim 13, wherein the defined machined surfaces are the surfaces of the third layer region ( 14 ) of the first metallic layer ( 1 ) of a first microchannel heat sink and the second layer region ( 16 ) of the second metallic layer ( 2 ) of an adjacent second microchannel heat sink.

Stack of microchannel heat sinks with microchannel heat sinks according to one of claims 1 to 12, in which for sealing the openings ( 10 . 11 ) for the coolant flow of two microchannel heat sinks adjacent in the stack the openings ( 10 . 11 ) are provided and inserted in openings of a spacer O-rings, wherein the spacer element between the second metallic layer region ( 13 ) of the upper metallic layer ( 1 ) of a microchannel heat sink and the first layer region ( 15 ) of the lower metallic layer ( 2 ) of an adjacent second microchannel heat sink.

Stack of microchannel heat sinks according to claim 15, in which the spacing element is made electrically conductive, whereby an electrical connection between the second layer area ( 13 ) of the upper metallic layer ( 1 ) of the first microchannel heat sink and the first layer region ( 15 ) of the lower metallic layer of the adjacent second microchannel heat sink.