(57)【要約】【課題】半導体レーザ用等の冷却装置の機械的強度向上と冷却液圧力損失低減。【解決手段】冷却装置１を構成する板状部材２〜４に、冷却液給排水用開口部を含めて、畝１３，３０，３２で分割された溝１４、張り出し部１５、３３や分離帯１６、１８、３１、３４で分割された貫通部１７からなる流路を形成し、畝、張り出し部、分離帯を隣接する板状部材に接合させ、流路の断面積を増やして冷却液の圧力損失を低減させながら、冷却装置の機械的接合強度を向上させる。異なる板状部材について畝、張り出し部１５、分離帯を同位置に形成し、強度を一層向上させる。溝１４、貫通部１７は、化学的エッチングで板状部材の外形と同時に成形でき、同一の板材から複数の板状部材を同時に作製することもできる。【選択図】図２
2006253702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３枚以上の板状部材を積層した積層体よりなり、前記３枚以上の板状部材の内、少なくとも１枚の板状部材に冷却液を流すための流路が形成され、一方の最も外側に配置される第１の板状部材には少なくとも冷却液を導入するための板状部材を貫通した入口開口部と冷却液を排出するための板状部材を貫通した出口開口部を備え、
他方の最も外側に配置される第２の板状部材には板状部材を貫通した入口開口部と板状部材を貫通した出口開口部のいずれもが設けられておらず、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材には、前記第１の板状部材に設けられた前記入口開口部に対応する位置に入口開口部か前記第１の板状部材に設けられた前記出口開口部に対応する位置に出口開口部かの少なくとも一方の板状部材を貫通した開口部と前記板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔を備え、
冷却液が前記入口開口部よりいずれかの板状部材に形成された冷却液流入流路に導入され、前記貫通孔を経由して、いずれかの板状部材に形成された冷却液流出流路に流れ込み、前記出口開口部に排出され、前記貫通孔に対応する位置近傍の前記積層体の外面に積層体と熱的に接続して装着された半導体部品を冷却する半導体部品用冷却装置であって、
前記第２の板状部材の前記入口開口部に対応する領域と前記出口開口部に対応する領域の内、少なくとも一方の開口部に対応する領域の少なくとも一部に対して、前記積層体の外面となる面とは反対側の面に、一本以上の第１の畝で分割された前記第２の板状部材の厚さより浅い溝が形成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記板状部材の前記入口開口部に対応する領域と前記出口開口部に対応する領域以外の領域の少なくとも一部に、板状部材の厚さより浅く１本以上の第２の畝で分割された複数の溝からなる流路が形成され、前記第２の板状部材に形成された前記第１の畝の少なくとも一本が、前記第２の板状部材に形成された前記第２の畝に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
少なくとも３枚以上の板状部材を積層した積層体よりなり、前記３枚以上の板状部材の内、少なくとも１枚の板状部材に冷却液を流すための流路が形成され、一方の最も外側に配置される第１の板状部材には少なくとも冷却液を導入するための板状部材を貫通した入口開口部と冷却液を排出するための板状部材を貫通した出口開口部を備え、
他方の最も外側に配置される第２の板状部材には板状部材を貫通した入口開口部と板状部材を貫通した出口開口部のいずれもが設けられておらず、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材には、前記第１の板状部材に設けられた前記入口開口部に対応する位置に入口開口部か前記第１の板状部材に設けられた前記出口開口部に対応する位置に出口開口部かの少なくとも一方の板状部材を貫通した開口部と前記板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔を備え、
冷却液が前記入口開口部よりいずれかの板状部材に形成された冷却液流入流路に導入され、前記貫通孔を経由して、いずれかの板状部材に形成された冷却液流出流路に流れ込み、前記出口開口部に排出され、前記貫通孔に対応する位置近傍の前記積層体の外面に積層体と熱的に接続して装着された半導体部品を冷却する半導体部品用冷却装置であって、
前記第１の板状部材の前記入口開口部と前記出口開口部の内、少なくとも一方の開口部の少なくとも一部が、第１の分離帯で分離されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
前記第１の板状部材に形成された前記第１の分離帯の少なくとも一本が、前記第１の板状部材に形成された第２の畝に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第３あるいは第４以降の板状部材の前記入口開口部に対応する領域と前記出口開口部に対応する領域の内、少なくとも一方の開口部に対応する領域の少なくとも一部について、第３の畝で分離された板状部材の厚さより浅い溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第３あるいは第４以降の板状部材の前記入口開口部に対応する領域と前記出口開口部に対応する領域の内、少なくとも一方の開口部に対応する領域について、板状部材を貫通して開口している領域と板状部材が張り出して開口していない領域である一つ以上の第１の張り出し部が混在することを特徴とする請求項１〜５の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第３あるいは第４以降の板状部材の開口部に対応する領域に形成された前記第１の張り出し部の少なくとも１つは、両端が板状部材に接続された形状で形成され、前記の板状部材を貫通して開口している領域を分離する第２の分離帯となっていることを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第２の板状部材の開口部に対応する領域に形成された前記第１の畝の少なくとも一部が、前記第２の板状部材に隣接して配置される前記第３あるいは第４以降の板状部材に形成された前記第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは前記第３の畝の少なくとも一部と対応する位置に形成され、前記第１の畝の少なくとも一部が、前記第１の張り出し部あるいは前記第２の分離帯、あるいは前記第３の畝の少なくとも一部に接合していることを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記第１の板状部材の開口部に形成された前記第１の分離帯の少なくとも一部が、前記第１の板状部材に隣接して配置される前記第３あるいは第４以降の板状部材に形成された前記第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは前記第３の畝の少なくとも一部と対応する位置に形成され、前記第１の分離帯の少なくとも一部が、前記第１の張り出し部あるいは前記第２の分離帯、あるいは前記第３の畝の少なくとも一部に接合していることを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記第３あるいは第４以降の板状部材に形成された前記第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは第３の畝の少なくとも一つは、同じ板状部材に形成されている前記第２の畝に接続していることを特徴とする請求項７〜９の内、いずれかの１項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に、前記第３および第４以降の板状部材を含む複数の板状部材が配置され、
前記第３および第４以降の板状部材の内、１枚の板状部材に形成された前記第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは第３の畝の少なくとも一部が、隣接して配置された他の１枚に形成された前記第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは第３の畝に対応する位置に形成され、隣接して配置された前記の他の１枚に形成された前記第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは第３の畝に接合していることを特徴とする請求項７〜１０の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記第３あるいは第４以降の板状部材の前記入口開口部に対応する領域と前記出口開口部に対応する領域以外の領域の少なくとも一部に、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記貫通孔以外に、第２の張り出し部を有する貫通部、あるいは第３の分離帯で分離された貫通部による流路が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記第２の畝、あるいは前記第２の張り出し部、あるいは第３の分離帯の少なくとも一部が、隣接して配置される板状部材に接合していることを特徴とする請求項１２に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記第３あるいは第４以降の板状部材に、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記貫通孔が第４の分離帯で分離された複数の貫通孔が一列に配列された貫通孔列であることを特徴とする請求項１〜１３の内、いずれかの１項に記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記第３あるいは第４以降の板状部材に形成された前記第４の分離帯の少なくとも一部が、隣接して設置された前記板状部材の前記第２の畝、あるいは前記第４の分離帯と接合していることを特徴とする請求項１４に記載の冷却装置。
【請求項１６】
前記第３あるいは第４以降の板状部材に形成された前記第４の分離帯が、同じ板状部材に形成された前記第２の畝に接続していることを特徴とする請求項１４または１５に記載の冷却装置。
【請求項１７】
前記出口開口部が前記入口開口部より前記板状部材の前記第１の辺に近い位置に設けられ、
前記入口開口部から流入した冷却液が、前記第１の板状部材と、前記第１の板状部材と隣接して配置された前記第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に前記出口開口部を迂回して形成された前記冷却液流入流路を通り、前記第３あるいは第４以降の板状部材に前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記貫通孔を経由して、前記第２の板状部材と、前記第２の板状部材と隣接して配置された前記第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に形成された前記冷却液流出流路を通り、
前記出口開口部に排出される流路構造を有すると共に、前記第２の板状部材にも前記積層体の外面となる面とは反対側の面に板状部材の厚さより浅い溝からなる前記冷却液流入流路の一部が形成されていることを特徴とする請求項１〜１６の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１８】
前記入口開口部が前記出口開口部より前記板状部材の前記第１の辺に近い位置に設けられ、
前記入口開口部から流入した冷却液が、前記第１の板状部材と、前記第１の板状部材と隣接して配置された前記第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に形成された前記冷却液流入流路を通り、前記第３あるいは第４以降の板状部材に前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記貫通孔を経由して、前記第２の板状部材と、前記第２の板状部材と隣接して配置された前記第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に形成された前記冷却液流出流路を通り、前記出口開口部に排出される流路構造を有すると共に、前記第２の畝で分離された溝と前記第２の畝を含めた前記冷却液流入流路の全幅と前記冷却液流出流路の全幅、あるいは前記第２の張り出し部を有する貫通部と前記第２の張り出し部を含めた前記冷却液流入流路の全幅と前記冷却液流出流路の全幅、あるいは前記第３の分離帯で分離された貫通部と前記第３の分離帯を含めた前記冷却液流入流路の全幅と前記冷却液流出流路の全幅が、いずれの位置においても、少なくとも前記入口開口部または前記出口開口部の直径あるいは対応する幅と等しいか、それ以上に広いことを特徴とする請求項１２〜１６の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１９】
前記冷却液流入流路を構成している前記第２の畝、または前記第３の分離帯の少なくとも一部が、前記冷却液流出流路を構成している前記第２の畝、または前記第３の分離帯と対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項１２〜１８の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２０】
前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に、前記第３、第４および第５以降の板状部材を含む３枚以上の板状部材が配置された積層体で、前記第１の板状部材と、中央より前記第１の板状部材側に配置された板状部材の内、少なくとも１組の板状部材の流路構造がほぼ同じであるか、もしくは、前記第２の板状部材と、中央より前記第２の板状部材側に配置された板状部材の内、少なくとも１組の板状部材の流路構造がほぼ同じであることを特徴とする請求項１〜１９の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２１】
前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に、前記第３、第４および第５以降の板状部材を含む３枚以上の板状部材が配置された積層体で、中央より前記第１の板状部材側に配置された前記第３あるいは第４以降板状部材の内、少なくとも１枚の板状部材に、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記貫通孔より板状部材の中央寄りに、前記冷却液流入流路の全幅を横切る貫通領域である冷却液のバッファ部が形成されていることを特徴とする請求項１〜２０の内、いずれかの１項に記載の冷却装置。
【請求項２２】
前記第１の畝、前記第２の畝または前記第３の畝で分割された板状部材の厚さよりも浅い溝、前記第１の分離帯または前記第２の分離帯で分離された前記開口部、前記第３の分離帯で分離された流路を形成する前記貫通部、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記貫通孔、前記第１の張り出し部を有する前記開口部、前記第２の張り出し部を有し流路を形成する前記貫通部の少なくともいずれかを化学エッチングで形成したことを特徴とする請求項１２〜２１の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２３】
前記３枚以上の板状部材を拡散溶接によって互いに接合して積層したことを特徴とする請求項１〜２２の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２４】
前記３枚以上の板状部材において、互いに接合される前記板状部材の内、少なくとも一方の板状部材の少なくとも接合する面にはんだ層を形成し、他方の板状部材に接合して積層したことを特徴とする請求項１〜２２に記載の冷却装置。
【請求項２５】
前記３枚以上の板状部材を積層した積層体よりなり、１枚の板状部材における前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の少なくとも一部が、隣接して配置される板状部材の前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の少なくとも一部とほぼ対応する位置に形成され、互いに接合しており、互いに接合している少なくとも１組の前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の対応する位置の幅が互いに異なっているか、互いに接合している少なくとも１組の前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の対応する位置が、対応する位置の幅より少ない範囲で幅方向にずれていることにより、接合部にはんだのフィレットを形成させたことを特徴とする請求項１４〜２２または２４の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２６】
前記第１の板状部材、前記第２の板状部材、前記第３あるいは第４以降の板状部材の内、少なくとも１枚以上の板状部材の材料が銅または銅の合金であることを特徴とする請求項１〜２５項の内、いずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２７】
前記板状部材に形成された前記入口開口部、前記出口開口部、前記第２の板状部材の開口部に対応した位置に設けられた前記第１の畝に分離された溝、前記第１の板状部材の開口部に設けられた前記第１の分離帯で分離された開口部、前記第３あるいは第４以降の板状部材の開口部に設けられた前記第１の張り出し部を有するか、あるいは前記第２の分離帯で分離された開口部、前記第３あるいは第４以降の板状部材の開口部に設けられた前記第３の畝で分離された溝、前記開口部に対応する領域以外に設けられ冷却液の流路に使用される前記第２の畝で分離された溝、あるいは前記第２の張り出し部を有するか、あるいは第３の分離帯に分離された貫通部、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記第４の分離帯で分離された前記貫通孔列、前記冷却装置の位置決めに使用する貫通部、前記はんだのフィレットを形成させるために接合面に設けられた空所、前記板状部材の外形の全て成形を、ハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術だけで行うことを特徴とする請求項１４〜２６の内、いずれか１項に記載された半導体部品用冷却装置の製造方法。
【請求項２８】
前記板状部材に形成された前記入口開口部、前記出口開口部、前記第２の板状部材の開口部に対応した位置に設けられた前記第１の畝に分離された溝、前記第１の板状部材の開口部に設けられた前記第１の分離帯で分離された開口部、前記第３あるいは第４以降の板状部材の開口部に設けられた前記第１の張り出し部を有するか、あるいは前記第２の分離帯で分離された開口部、前記第３あるいは第４以降の板状部材の開口部に設けられた前記第３の畝で分離された溝、前記開口部に対応する領域以外に設けられ冷却液の流路に使用される前記第２の畝で分離された溝、あるいは前記第２の張り出し部を有するか、あるいは第３の分離帯に分離された貫通部、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた前記第４の分離帯で分離された前記貫通孔列、前記冷却装置の位置決めに使用する貫通部、前記空所、前記板状部材の外形の全て成形を、前記各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、前記各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行うことを特徴とする請求項２７に記載された冷却装置製造方法。
【請求項２９】
前記半導体部品が半導体レーザであり、請求項１〜２６の内、いずれか１項に記載された半導体部品用冷却装置に装着されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３０】
前記半導体レーザが端面出射型半導体レーザであることを特徴とする請求項２９に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３１】
前記端面出射型半導体レーザが、レーザエミッター部が複数個設けられたモノリシックなリニアアレイであり、前記リニアアレイの幅が、前記板状部材の前記第１の辺に近接して設けられた、前記貫通孔の幅、あるいは前記貫通孔列の前記第４の分離帯を含めた全幅とほぼ等しいことを特徴とする請求項３０に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザなどの電子デバイス部品を冷却するための冷却装置に関し、特に板状部材を積層し内部に冷却液を流して冷却する冷却装置の構造に改良を加え、板状部材の歪みや剥れを防ぐために機械的強度を高めた冷却装置とその製造方法およびその冷却装置を使用した半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザの用途の一つに溶接や切断等の加工手段がある。近年、高い出力が要求されるこの用途にも、半導体レーザがNd:YAGレーザ等の固体レーザの励起用光源として、あるいは直接加工用光源として使用されるようになってきた。半導体レーザは、電気−光変換効率が５０％程度で他のどのレーザよりも高い、波長が可視から近赤外の範囲で比較的自由に選択でき光ファイバーケーブルで伝送できるなど光学系の構成が容易、コンパクトで長寿命等の特徴があるためである。
【０００３】
加工の用途に使用される半導体レーザには、ｋＷ級の高い出力が要求されるために、ＬＤ（レーザダイオード）をモノリシックに集積化したリニアアレイが用いられることが多い。リニアＬＤアレイを搭載した半導体レーザ装置を多数配列することで必要な出力を得ている。
【０００４】
半導体レーザからは、光出力エネルギーと同程度のジュール熱が発生する。集積化したリニアＬＤアレイは、数十Ｗの熱エネルギーが発生するので、半導体レーザの温度上昇による光出力の低下や特性の劣化を防ぐための冷却装置が必要である。出力が高いリニアＬＤアレイには、内部に冷却水等の冷却液を流すアクティブな冷却装置を用いることが多い。
【０００５】
冷却装置に要求されるのは、冷却性能が高いこと、半導体レーザの長寿命を活かす意味からも信頼性が高いこと、リニアＬＤアレイ同様に多数使用するので容積が小さく低コストで製作できることである。冷却性能が高いという特性には、冷却装置内の冷却液流路における圧力損失が少なく、低い冷却液供給圧力で必要とする冷却性能が得られることも含まれている。
【０００６】
冷却液を使用してリニアＬＤアレイを冷却する冷却装置として、複数の板状部材を積層した冷却装置がある。積層した板状部材を接合する方法として、板状部材表面にはんだ層を形成して、板状部材を積層した状態で圧力をかけて昇温して、接合させる方法がある。
はんだによる接合は、より高い圧力と高い処理温度が要求される拡散溶接による接合に比べて、コスト面で有利である。また、冷却液の流路の内壁にはんだ層が形成されるので、コストのかかる厚いAuメッキ等を施さなくても、冷却液による侵蝕が防げるというメリットもある。図７は、このような板状部材の積層体よりなる冷却装置１を斜視図で示したものであり、図８は同冷却装置に使用されている従来の各板状部材を平面図で示したものである。各部材を描いた平面図において、点線で示されているには、板状部材の裏側に形成されたパターンを表わしている。これらの図において、冷却装置は、第１の板状部材２と第２の板状部材３、この２枚の板状部材の間に挟まれた第３の板状部材４から構成されており、冷却装置１の第１の辺１０近傍には、半導体レーザ（リニアＬＤアレイ１１）が装着されており、冷却装置１はオーリングなどのシーリング材を挟んで更に積層（スタック）する構造になっている。複数の冷却装置をスタックすることによって、入口開口部５、出口開口部６は繋がって冷却液を給排水する共通流路が形成される。入口開口部５から冷却液流入流路８に流れ込んだ冷却液は、第１の辺１０近傍に設けられた第３の板状部材４の貫通流路を経由して、半導体レーザ１１で発生した熱エネルギーを吸収した後、冷却液流出流路９を通って、出口開口部６に排出される。板状部材において、入口開口部５、出口開口部６、第１の辺１０近傍に設けられた第３の板状部材４の貫通流路以外は、板状部材を貫通したパターンはなく、冷却液流入流路８、冷却液流出流路９は、板状部材の厚さより浅い溝として形成されている。貫通部７は冷却装置の位置決めに使用するために設けたものである。
【０００７】
図９は、別の従来の冷却装置１を斜視図で示したものであり、図１０は、同冷却装置１に使用されている各板状部材を平面図で示したものである。これらの図において、冷却装置１は、第１の板状部材２と第２の板状部材３、この２枚の板状部材の間に挟まれた第３の板状部材４、第４の板状部材３５、第５の板状部材３６から構成されており、冷却装置１の第１の辺１０近傍には、半導体レーザ（リニアＬＤアレイ）１１が装着されている。この従来の冷却装置１は、図７及び図８に示した冷却装置のようにリニアＬＤアレイ１１と垂直な方向に積層（スタック）するのではなく、リニアＬＤアレイと同方向に並べる構造になっており、リニアＬＤアレイ１１が装着されている第２の板状部材３には、入口開口部５も出口開口部６も設けられていない。第１の板状部材２の入口開口部５から第３の板状部材４に設けられた冷却液流入流路８に流れ込んだ冷却液は、第１の辺１０近傍に設けられた第４の板状部材３５の貫通流路を経由して、半導体レーザ１１で発生した熱エネルギーを吸収した後、第５の板状部材３６に設けられた冷却液流出流路９を通って、第１の板状部材２の出口開口部６から冷却装置外に排出される。
【０００８】
図９及び図１０に示した冷却装置１では、板状部材内のパターンは全て板状部材を貫通している貫通部であり、冷却液流入流路８は第３の板状部材４にしか設けられておらず、冷却液流出流路９は第５の板状部材３６にしか設けられていない。そのため、５層の板状部材で構成され、比較的厚い冷却装置になっているにも関わらず、流路が狭く流路における冷却液の圧力損失が大きい。圧力損失が高いと、所定の冷却性能を得るために必要な流量で冷却液を流そうとすると、供給する冷却液の圧力が高くなり、冷却液循環装置に対する負荷が増えるだけでなく、冷却装置や冷却液給排水用配管からの冷却液漏洩の危険性が増加し、レーザ発振装置全体の信頼性を低下させる。冷却液を板状部材の厚さを薄くして板状部材の層数が増やすことによって、薄くて圧力損失の少ない冷却装置がある程度は実現できるが、第２の板状部材３の開口部に対応する領域は隣接する板状部材等による支えの無いため、冷却液の圧力で膨れたり、冷却液漏洩を防ぐために冷却装置に圧力をかけると逆に凹んだりして、板状部材が変形する可能性が高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した従来技術の内、板状部材の積層体よりなる冷却装置において、リニアＬＤアレイを装着する積層体の外面には冷却液を給排水するための入口開口部や出口開口部が無く、積層体の反対側の外面から冷却液が給排水される冷却装置においては、開口部が設けられていない板状部材の開口部に対応する領域は、冷却装置において比較的広い面積を占めているにも関わらず、隣接する板状部材と接合しておらず、また、隣接する板状部材等によって支えられていないため、冷却液の圧力で膨れたり、冷却液漏洩を防ぐために冷却装置に圧力をかけると逆に凹んだりして、板状部材が変形することによって、冷却液の漏洩が発生する等、冷却装置の信頼性低下を招くことがある。
【００１０】
この問題については、板状部材を厚くすることで、板状部材の変形を防止することは可能だが、前記と同様に、加工コストの低い化学エッチングによる成形が困難になり、エッチングで成形できてもエッチング時間が長くなる等、加工コストアップの要因になる。また、冷却装置の容積が増え、高密度に配置することが困難になるという問題もある。
【００１１】
また、冷却液流路を狭くあるいは浅くして断面積を小さくすれば、板状部材の機械的強度は向上し、板状部材の変形による冷却液漏洩の危険性は低下するが、冷却液流路における冷却液の圧力損失が大きくなる。圧力損失が高くなると、所定の冷却性能を得るのに必要な流量の冷却液を流すためには、供給する冷却液の圧力を高くする必要がある。その結果、前述のように、冷却液循環装置に対する負荷が増えるだけでなく、冷却装置や冷却液給排水用配管からの冷却液漏洩の危険性が増加し、レーザ発振装置全体の信頼性が低下する。また、冷却液流路の断面積を増やすために、一つの冷却装置に使用する板状部材の枚数が多くなると、冷却装置の容積が増えると共に、冷却装置のコストも当然高くなる。
【００１２】
以上の背景の下で、本発明は、板状部材の積層体よりなる冷却装置において、板状部材の構造を改良して、コスト的に有利なはんだ接合による板状部材の接合強度を向上させ、加工コストが低くできる薄い板状部材を使用しながら、できるだけ少ない枚数で、圧力損失を低減しつつ機械的強度を高め、板状部材の剥れや変形や剥れ等による冷却液漏洩の危険性が少ない高信頼性、低コスト、高性能の冷却装置を実現する技術を提供しようとするものである。更に、この冷却装置にリニアＬＤアレイを装着して、高出力、高信頼性、低コストの半導体レーザ装置を実現する技術を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、少なくとも３枚以上の板状部材を積層した積層体よりなり、一方の最も外側に配置される第１の板状部材には冷却液を導入するための板状部材を貫通した入口開口部と冷却液を排出するための板状部材を貫通した出口開口部を備え、他方の最も外側に配置される第２の板状部材には板状部材を貫通した入口開口部と板状部材を貫通した出口開口部のいずれもが設けられておらず、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材には、前記第１の板状部材に設けられた前記入口開口部に対応する位置に入口開口部か前記第１の板状部材に設けられた前記出口開口部に対応する位置に出口開口部かの少なくとも一方の板状部材を貫通した開口部を備えた半導体部品用冷却装置であって、前記第２の板状部材の前記入口開口部に対応する領域と前記出口開口部に対応する領域の内、少なくとも一方の開口部に対応する領域の少なくとも一部に対して、前記積層体の外面となる面とは反対側の面に、一本以上の第１の畝で分割された前記第２の板状部材の厚さより浅い溝が形成されていることを特徴とする冷却装置を提供することにより達成される。
【００１４】
板状部材を貫通した入口開口部と出口開口部のいずれもが設けられておらず、最も外側に配置される第２の板状部材の入口開口部あるいは出口開口部に対応する領域は、通常、隣接する板状部材に接合していないため、機械的強度が低下しやすく、冷却液の圧力や外部からの応力で変形しやすい。この第２の板状部材の入口開口部あるいは出口開口部に対応する領域の積層体の外面となる面とは反対側の面に、第１の畝で分割された第２の板状部材の厚さより浅い溝を形成することによって、冷却液の流路の断面積を広げながら、第２の板状部材の変形を防ぐことができる。
【００１５】
更に、入口開口部や出口開口部に対応する領域以外の領域に、板状部材の厚さより浅く第２の畝で分割された複数の溝からなる流路を形成し、第２の板状部材に形成された第１の畝を、第２の板状部材に形成された第２の畝に接続することによって、流路の存在による板状部材の機械的強度低下が最小限に抑えることができ、流路の合流分岐による冷却液の圧力損失も最小限に抑えることができる。
【００１６】
また、本発明の目的は、少なくとも３枚以上の板状部材を積層した積層体よりなり、一方の最も外側に配置される第１の板状部材には冷却液を導入するための板状部材を貫通した入口開口部と冷却液を排出するための板状部材を貫通した出口開口部を備え、他方の最も外側に配置される第２の板状部材には板状部材を貫通した入口開口部と板状部材を貫通した出口開口部のいずれもが設けられておらず、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材には、前記第１の板状部材に設けられた前記入口開口部に対応する位置に入口開口部か前記第１の板状部材に設けられた前記出口開口部に対応する位置に出口開口部かの少なくとも一方の板状部材を貫通した開口部を備えた半導体部品用冷却装置であって、第１の板状部材の入口開口部と出口開口部が、第１の分離帯で分離されていることを特徴とする冷却装置を提供することによっても達成される。
【００１７】
また、最も外側に配置される第２の板状部材には、板状部材を貫通した入口開口部と出口開口のいずれもが設けられていない冷却装置にあっては、第１の板状部材の入口開口部と出口開口部はその一つの冷却装置に冷却液を給排水するだけに使用されるので、入口開口部と出口開口部の面積が若干狭くなっても、その開口部における冷却液の圧力損失は無視できる。従って、第１の板状部材の入口開口部や出口開口部に第１の分離帯を設けることによって、冷却液の圧力損失を殆ど増やすこと無しに、冷却装置の機械的強度を向上させることができる。
【００１８】
更に、第１の板状部材に形成された第１の分離帯を、第１の板状部材の流路に形成された第２の畝に接続させることによって、流路の存在による板状部材の機械的強度低下が最小限に抑えることができ、流路の合流分岐による冷却液の圧力損失も最小限に抑えることができる。
【００１９】
また、最も外側に配置される第２の板状部材には、板状部材を貫通した入口開口部と出口開口部のいずれもが設けられていない冷却装置にあっては、第３あるいは第４以降の板状部材の入口開口部と出口開口部もその一つの冷却装置に冷却液を給排水するだけに使用されるので、入口開口部と出口開口部の面積が若干狭くなっても、その開口部における冷却液の圧力損失は無視できる。従って、第３あるいは第４以降の板状部材の入口開口部あるいは出口開口部に対応する領域の少なくとも一部に、板状部材の厚さより浅い溝を分離する第３の畝、板状部材が張り出して開口していない領域である第１の張り出し部、あるいは第２の分離帯を形成し、第２の板状部材の開口部に対応する領域に形成された第１の畝の少なくとも一部を、第２の板状部材に隣接して配置される第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第３の畝、あるいは第１の張り出し部、あるいは第２の分離帯と対応する位置に形成して互いに接合させることにより、第２の板状部材の開口部に対応する領域の機械的強度が更に向上し、冷却液の圧力によるその領域の板状部材の膨らみも防ぐことができる。
【００２０】
更に、第１の板状部材の開口部に形成された第１の分離帯を、第１の板状部材に隣接して配置される第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは前記第３の畝と対応する位置に形成して、第１の分離帯が、第１の張り出し部、あるいは第２の分離帯、あるいは第３の畝に接合させることにより、開口部に対応する領域の機械的強度を一層向上させることができる。
【００２１】
また、第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第１の張り出し部、あるいは前記第２の分離帯、あるいは第３の畝を、同じ板状部材に形成されている流路の第２の畝に接続させることによって、流路の存在による板状部材の機械的強度低下が最小限に抑えることができ、流路の合流分岐による冷却液の圧力損失も最小限に抑えることができる。
【００２２】
また、第１の板状部材と第２の板状部材の間に、複数の第３および第４以降の板状部材を配置した冷却装置にあっては、第３および第４以降の板状部材の内、１枚の板状部材に形成された第１の張り出し部、あるいは第２の分離帯、あるいは第３の畝を、隣接して配置された他の１枚に形成された第１の張り出し部、あるいは第２の分離帯、あるいは第３の畝に対応する位置に形成して、隣接して配置された前記の他の１枚に形成された第１の張り出し部、あるいは第２の分離帯、あるいは第３の畝に接合させることによって、開口部に対応する領域の機械的強度を更に向上させることができる。
【００２３】
また、第３あるいは第４以降の板状部材の入口開口部あるいは出口開口部に対応する領域以外の領域に、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔以外に、第２の張り出し部を有する貫通部、あるいは第３の分離帯で分離された貫通部による流路を形成することによって、冷却液の流路の断面積を増やして、冷却液の圧力損失を低減しながら、冷却装置の機械的強度低下を防ぐことができる。更に、第２の畝、あるいは第２の張り出し部、あるいは第３の分離帯を、隣接して配置される板状部材に接合させることによって、冷却装置の機械的強度を一層向上させることができる。
【００２４】
第３あるいは第４以降の板状部材に板状部材の第１の辺に近接して設けられた前記の貫通孔も、第４の分離帯で分離された複数の貫通孔が一列に配列された貫通孔列にすることによって、第１の辺付近の板状部材の変形が防止でき、冷却装置の機械的強度が向上する。また、第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第４の分離帯を、隣接して設置された板状部材の第２の畝、あるいは他の第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第４の分離帯と接合させることによって、冷却装置の第１の辺付近の機械的強度を更に向上させることができる。第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第４の分離帯を、同じ板状部材に形成された流路の第２の畝に接続させることにより、流路の存在による板状部材の機械的強度低下が最小限に抑えることができ、流路の合流分岐による冷却液の圧力損失も最小限に抑えることができる。
【００２５】
また、最も外側に配置される第２の板状部材には、板状部材を貫通した入口開口部と出口開口のいずれもが設けられていない冷却装置であって、出口開口部が入口開口部より板状部材の第１の辺に近い位置に設けられ、入口開口部から流入した冷却液が、第１の板状部材と、第１の板状部材に隣接して配置された第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に出口開口部を迂回して形成された冷却液流入流路を通り、第３あるいは第４以降の板状部材に板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔を経由して、第２の板状部材と、第２の板状部材と隣接して配置された第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に形成された冷却液流出流路を通り、出口開口部に排出される流路構造を有する冷却装置においては、第２の板状部材にも積層体の外面となる面とは反対側の面に板状部材の厚さより浅い溝からなる冷却液流入流路の一部を形成することにより、冷却液の圧力損失を低減することができる。
【００２６】
なお、本発明では、入口開口部、出口開口部、冷却液流入流路、冷却液流出流路という名称は、冷却液を被冷却体である半導体部品が装着されている第２の板状部材に吹き付けられる方向に流す、即ち、冷却液を第３あるいは第４以降の板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔を第１の板状部材側から第２の板状部材側に流すことを想定して名付けられているが、冷却液は、逆方向に流し、出口開口部から流入させて冷却液流出流路、冷却液流入流路の順に経由して入口開口部に排出しても良い。
【００２７】
また、最も外側に配置される第２の板状部材には、板状部材を貫通した入口開口部と出口開口のいずれもが設けられていない冷却装置であって、入口開口部が出口開口部より板状部材の第１の辺に近い位置に設けられ、入口開口部から流入した冷却液が、第１の板状部材と、第１の板状部材と隣接して配置された第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に形成された冷却液流入流路を通り、第３あるいは第４以降の板状部材に板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔を経由して、第２の板状部材と、第２の板状部材と隣接して配置された第３あるいは第４以降の板状部材の少なくともいずれかの板状部材に形成された冷却液流出流路を通り、出口開口部に排出される流路構造を有する冷却装置においては、第２の畝で分離された溝と第２の畝を含めた冷却液流路の全幅、あるいは第２の張り出し部を有する貫通部と第２の張り出し部を含めた冷却液流路の全幅、あるいは第３の分離帯で分離された貫通部と第３の分離帯を含めた冷却液流路の全幅が、いずれの位置においても、少なくとも入口開口部または出口開口部の直径あるいは対応する幅と等しいか、それ以上に広くすることによって、冷却液の圧力損失が少なく、機械的強度の高い冷却装置を実現できる。
【００２８】
また、冷却液流入流路を構成している第２の畝、または第３の分離帯を、冷却液流出流路を構成している第２の畝、または第３の分離帯と対応する位置に形成することにより、冷却装置の外部から冷却装置にかかる圧力に対する冷却装置の機械的強度を向上させることができる。
【００２９】
また、第１の板状部材と第２の板状部材の間に、３枚以上の板状部材、即ち、第３、第４および第５以降の板状部材が配置された積層体よりなる冷却装置においては、中央より第１の板状部材側に配置された板状部材の流路構造がほぼ同じであり、中央より第２の板状部材側に配置された板状部材の流路構造がほぼ同じであれば、冷却装置の外部から冷却装置にかかる圧力に対する冷却装置の機械的強度を向上させることができる。更に、第１の板状部材と第２の板状部材の間に、４枚以上の板状部材を配置する場合は、全く同構造の板状部材を複数枚使用でき、部品点数の増加によるコストアップを防ぐことができる。
【００３０】
また、第１の板状部材と第２の板状部材の間に、３枚以上の板状部材、即ち、第３、第４および第５以降の板状部材が配置された積層体よりなる冷却装置において、中央より第１の板状部材側に配置された第３あるいは第４以降板状部材の内、少なくとも１枚の板状部材に、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔より板状部材の中央寄りに、冷却液流入流路の全幅を横切る貫通領域である冷却液のバッファ部を形成することにより、冷却装置の機械的強度を増すために設けられた第１の畝、第２の畝、第３の畝、第１の張り出し部、第２の張り出し部、第１の分離帯、第２の分離帯、第３の分離帯により異なった冷却液流入流路を流れてきた冷却液が合流して、同じ圧力になった後、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔に均一に流れ込むので、半導体部品、特に、リニアＬＤアレイのように長い半導体部品を均一に冷却することができる。
【００３１】
また、第１の畝、第２の畝または第３の畝で分割された板状部材の厚さよりも浅い溝、第１の分離帯または第２の分離帯で分離された開口部、第３の分離帯で分離された流路を形成する貫通部、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔、第１の張り出し部を有する開口部、第２の張り出し部を有し流路を形成する貫通部を、ハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術で形成すれば、加工コストが上がるのを抑えることができる。
【００３２】
また、少なくとも３枚以上の板状部材を積層した積層体よりなり、最も外側に配置される第２の板状部材には、板状部材を貫通した入口開口部と出口開口のいずれもが設けられていない冷却装置において、板状部材を拡散溶接によって互いに接合して積層することにより、機械的強度の高い冷却装置を実現できる。一方、板状部材の接合面にはんだ層を形成して、板状部材を互いに接合して積層する方法は、前述のように、拡散溶接による接合に比べて、低い圧力と低い処理温度で接合できるのでコスト面で有利である。また、冷却液の流路の内壁にはんだ層が形成されるので、コストのかかる厚いAuメッキ等を施さなくても、冷却液による侵蝕が防げるというメリットもある。
【００３３】
また、はんだ付けによって板状部材を接合する場合、１枚の板状部材における第１〜第３の畝、第１〜第４の分離帯、あるいは第１または第２の張り出し部の少なくとも一部を、隣接して配置される板状部材の第１〜第３の畝、第１〜第４の分離帯、あるいは第１または第２の張り出し部の少なくとも一部とほぼ対応する位置に形成し、互いに接合させる１組について、対応する位置の幅が互いに異ならせるか、対応する位置の幅より少ない範囲で幅方向にずらせることにより、接合部にはんだのフィレットを形成させて接合強度を高め、板状部材の剥れ等の変形を防ぐことができる。
【００３４】
上記の冷却装置の板状部材の材料を熱伝導率の高い銅または銅の合金にすることによって、冷却性能の高い冷却装置が実現できる。銅または銅の合金からなる板状部材は、拡散溶接が可能であり、接合面にはんだ層を形成してはんだ接合することも可能である。板状部材を接合するためのはんだ層のはんだには、Sn、Snと共晶を形成する材料を含む２元以上の合金、In、Inを含む２元以上の合金、Ni、Niを含む２元以上の合金を採用することができる。また、はんだ層は、蒸着もしくはメッキによって形成することができる。前記はんだ層の下地処理として金属被膜を形成しておくこともできる。この金属被膜の材料としては、例えば、Ni、Ti、PtまたはCr等がある。
【００３５】
上記の冷却装置において、板状部材に形成された入口開口部、出口開口部、冷却液の流路、冷却装置の位置決めに使用する貫通部、前記空所、板状部材の外形の全て成形を、ハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術だけで行うことによって、加工コストを上げることなく、冷却液の圧力損失が少なく、機械的強度の高い冷却装置が実現できる。特に、板状部材の全ての成形を、各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行うことにより、加工コストを低減することができる。
【００３６】
上記の成形場所以外に、板状部材に形成された、第２の板状部材に設けられた第１の畝に分離された溝、第１の板状部材に設けられた第１の分離帯で分離された開口部、第３あるいは第４以降の板状部材に設けられた第１の張り出し部を有するか第２の分離帯で分離された開口部、第３あるいは第４以降の板状部材に形成された第３の畝で分離された溝、第２の畝で分離された溝、第２の張り出し部を有するか第３の分離帯に分離された貫通部、第１の辺に近接して設けられた第４の分離帯で分離された貫通孔列も、ハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術だけで成形できる。これらの構造物も含めて、板状部材の全て成形を、各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行うことによって、冷却液の圧力損失を低減し、冷却装置の機械的強度を向上させるために、上記のように、板状部材の構造を複雑化しても、加工コストは低く保つことができる。
【００３７】
上記のように、板状部材の全て成形を、各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行う場合、１枚の板材から同時に多数の板状部材を製作することができ、成形された多数の板状部材が細いブリッジで元の板材に接続された状態に加工し、板状部材を積層して互いに接合後、ブリッジをプレス金型等で切り離すことにより、多数の冷却装置が低コストで製作できるようになる。
【００３８】
半導体部品として、半導体レーザが、上記のように機械的強度が高く低コストの冷却装置に装着されている半導体レーザ装置は、半導体レーザの温度上昇も少なく、高い出力、高い信頼性、低コストを達成することができる。半導体レーザが端面出射型半導体レーザである場合、冷却装置の第１の辺近傍からレーザ光が冷却装置に遮られることなく出射できる。また、端面出射型半導体レーザが、レーザエミッター部が複数個設けられたモノリシックなリニアＬＤアレイの場合、リニアＬＤアレイの幅を、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔の幅、あるいは貫通孔列の第４の分離帯を含めた全幅とほぼ等しくすることによって、リニアＬＤアレイが均一に冷却されて、各レーザエミッターが均一な特性を示すようになる。
【発明の効果】
【００３９】
上述したように本発明によれば、板状部材の積層体である冷却装置を構成する板状部材の剥れ、凹み、変形、剥れ等が防止できて機械的強度、信頼性が向上すると共に、流路の断面積が増加して冷却液の圧力損失が低減でき高い冷却性能が得られる。また、圧力損失低下により、必要な冷却液の供給圧力も下がるので、冷却液の漏洩が発生し難く、更に高い信頼性が得られる。また、本発明の板状部材の構造は、加工コストの安価な通常の化学エッチングで全て成形でき、一括して多数同時に製造できるので、高い信頼性を持つ高性能な冷却装置が低コストで実現できる。また、本発明の冷却装置に半導体レーザを装着した本発明の半導体レーザ装置は、信頼性の高い実装方法と、製造が容易な構造を採用しているので、冷却装置の特徴も相俟って、信頼性が高く、高性能な半導体レーザ装置であり、低コストで製造できる。
【００４０】
請求項１〜１１に記載の本発明の特徴によれば、一方の最も外側に配置される第１の板状部材２に冷却液を導入するための入口開口部と冷却液を排出するための出口開口部を備え、他方の最も外側に配置される第２の板状部材３には入口開口部と出口開口部のいずれもが設けられていない冷却装置において、各板状部材の入口開口部と出口開口部に対応する領域に分離帯や張り出し部、畝などを形成して、隣接する板状部材の分離帯や張り出し部、畝と接合させることによって、冷却液の圧力損失を殆ど増加させることなく、面積の大きい開口部があり機械的強度が低下しやすい入口開口部と出口開口部に対応する領域やその周辺の機械的強度を向上させることができる。その結果、開口部に対応する領域の外部圧力による凹みや冷却液圧力による膨らみ等の変形も防ぐことができるようになる。
また、これらの分離帯や張り出し部、畝を同じ板状部材の開口部に対応した領域以外の部分に形成された流路の畝と接続することにより、流路の存在による板状部材の機械的強度低下が最小限に抑えることができ、流路の合流分岐による冷却液の圧力損失も最小限に抑えることができる。
【００４１】
特に、請求項１に記載の本発明の特徴によれば、入口開口部と出口開口部のいずれもが設けられていない板状部材の積層体の外面となる面とは反対側の面の入口開口部や出口開口部に対応する位置に、第１の畝３０で分割された溝を形成することによって、機械的強度を殆んど低下させることなく、冷却液流路の断面積を増加させて、冷却液の圧力損失を低減することができる。
【００４２】
請求項１２〜２２に記載の本発明の特徴によれば、一方の最も外側に配置される第１の板状部材２に冷却液を導入するための入口開口部と冷却液を排出するための出口開口部を備え、他方の最も外側に配置される第２の板状部材３には入口開口部と出口開口部のいずれもが設けられていない冷却装置において、第１の板状部材２と第２の板状部材３の間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材において、入口開口部、出口開口部に対応した領域以外に、分離帯あるいは張り出し部を有する貫通部による流路を形成し、隣接して配置される板状部材に接合させることによって、冷却液の流路の断面積を増やして、冷却液の圧力損失を低減しながら、冷却装置の機械的強度低下を防ぐことができる。また、これらの分離帯、張り出し部を流路の畝と接続することにより、流路の存在による板状部材の機械的強度低下が最小限に抑えることができ、流路の合流分岐による冷却液の圧力損失も最小限に抑えることができる。特に、分離帯で分離された貫通部による流路は、それ自身が高さのある流路となるだけでなく、異なる板状部材に形成された流路を接続する機能を有するので、流路構造の自由度が増え、結果として冷却装置の機械的強度を低下させること無く、冷却液の圧力損失を大幅に低減できる。また、各板状部材の開口部に対応する領域以外の流路についても、流路構造を同じにして、流路を分割している畝、張り出し部、分離帯が各板状部材間で同じ位置にくるようにすれば、機械的強度は一層向上する。板状部材によっては全く同構造の板状部材が使用でき、部品点数の増加に伴うコスト増を抑制することができる。
【００４３】
特に、請求項１４〜１６に記載の本発明の特徴によれば、被冷却体である半導体部品が端面出射型半導体レーザの場合、冷却装置のできるだけ一端に装着する必要があり、これを冷却するためには、板状部材の第１の辺１０に近接して設ける貫通孔もできるだけ第１の辺に近接して設けることが必要であり、結果として機械的強度が低下しやすいが、この貫通孔を分離帯で分離された複数の貫通孔が一列に配列された貫通孔列にし、この分離帯を隣接して設置された板状部材の畝や分離帯と接合させることによって、第１の辺付近の板状部材の変形が防止でき、冷却装置の機械的強度が向上する。
【００４４】
特に、請求項１７に記載の本発明の特徴によれば、出口開口部６が入口開口部５より板状部材の第１の辺１０に近い位置に設けられ、出口開口部を迂回する冷却液流入流路が形成された冷却装置において、入口開口部５と出口開口部６が設けられた第１の板状部材の反対側に配置した第２の板状部材にも積層体の外面となる面とは反対側の面に板状部材の厚さより浅い溝からなる冷却液流入流路の一部を形成することにより、冷却液の圧力損失を低減することができる。前述の第１の板状部材と第２の板状部材間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材に分離帯で分離された貫通部よりなる流路を利用することによって、機械的強度を低下させることなく、このように流路構造の自由度が広がり、断面積の広い流路が形成できて、冷却液の圧力損失を大幅に低減できる。
【００４５】
特に、請求項１８に記載の本発明の特徴によれば、入口開口部５が出口開口部６より板状部材の第１の辺１０に近い位置に設けられ冷却装置においては、冷却液流路の全幅が、いずれの位置においても、少なくとも入口開口部または出口開口部の直径あるいは対応する幅と等しいか、それ以上に広くすることができるので、冷却液の圧力損失が少なく、機械的強度の高い冷却装置を実現できる。この場合も、前述の第１の板状部材と第２の板状部材間に配置される第３あるいは第４以降の板状部材に分離帯で分離された貫通部よりなる流路を利用することによって、機械的強度を低下させることなく、各板状部材に流路を形成して流路の幅だけでなく高さ方法にも流路を広げることが可能になり、断面積の広い流路が形成できて、冷却液の圧力損失を大幅に低減できる。
【００４６】
特に、請求項２１に記載の本発明の特徴によれば、畝や分離帯で分割された流路を経由した冷却水は、経路によって冷却水の圧力が若干変わってくるが、冷却液流入流路の全幅を横切る貫通領域である冷却液のバッファ部を設けることにより、異なった冷却液流入流路を流れてきた冷却液が合流して、同じ圧力になった後、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔に均一に流れ込むので、半導体部品、特に、リニアＬＤアレイのように長い半導体部品を均一に冷却することができる。
【００４７】
特に、請求項２２に記載の本発明の特徴によれば、上記の畝で分割された溝、分離帯で分離された貫通部、張り出し部を有する開口部を、ハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術で形成すれば、機械的強度を上げ、流路断面積を増やすために流路構造を複雑にしても、加工コストが上がるのを抑えることができる。
【００４８】
請求項２３〜２８に記載の本発明の特徴によれば、冷却装置を構成する板状部材に対して信頼性の高い接合が得られる。また、板状部材の成形、接合を低コストで行うことができる。
【００４９】
特に、請求項２３、２４に記載の本発明の特徴によれば、板状部材を拡散溶接によって互いに接合して積層することにより、機械的強度の高い冷却装置を実現できる。一方、板状部材の接合面にはんだ層を形成して、板状部材を互いに接合して積層する方法は、拡散溶接による接合に比べて、低い圧力と低い処理温度で接合できるのでコスト面で有利である。また、冷却液の流路の内壁にはんだ層が形成されるので、コストのかかる厚いAuメッキ等を施さなくても、冷却液による侵蝕が防げるというメリットもある。
【００５０】
特に、請求項２５に記載の本発明の特徴によれば、はんだ付けによって板状部材を接合する場合、板状部材の畝、分離帯、張り出し部を、隣接して配置される板状部材の畝、分離帯、張り出し部とほぼ対応する位置に形成し、互いに接合させる１組について、対応する位置の幅が互いに異ならせるか、対応する位置の幅より少ない範囲で幅方向にずらせることにより、接合部にはんだのフィレットを形成させて接合強度を高め、板状部材の剥れ等の変形を防ぐことができる。
【００５１】
特に、請求項２６に記載の本発明の特徴によれば、板状部材の材料を熱伝導率の高い銅または銅の合金にすることによって、冷却性能の高い冷却装置が実現できる。銅または銅の合金からなる板状部材は、拡散溶接が可能であり、接合面にはんだ層を形成してはんだ接合することも可能である。はんだ層の下地処理としてNi、Ti、PtまたはCr等の金属被膜を形成しておくことにより、銅とはんだが過剰に反応することによる金属間化合物の発生を抑制して信頼性の高いはんだ接合が可能になる。
【００５２】
特に、請求項２７、２８に記載の本発明の特徴によれば、上記の冷却装置において、板状部材における張り出し部や分離帯で分離された開口部、畝に分離された溝あるいは張り出し部や分離帯に分離された貫通部や貫通孔列等の冷却液流路、冷却装置の位置決めに使用する貫通部、前記空所、板状部材の外形の全て成形を、ハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術だけで行うことによって、加工コストを上げることなく、冷却液の圧力損失が少なく、機械的強度の高い冷却装置が実現できる。特に、板状部材の全ての成形を、各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行うことにより、加工コストを低減することができる。このようなハーフエッチング技術を含むエッチング技術を使用することにより、上記のように、流路構造を複雑化しても、加工コストは低く保つことができる。特に、上記のように、板状部材の全て成形を、各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行う場合、１枚の板材から同時に多数の板状部材を製作することができ、多数の冷却装置が低コストで製作できるようになる。
【００５３】
請求項２９〜３１に記載の本発明の特徴によれば、半導体部品として、上記のように冷却性能と機械的強度が高く低コストの冷却装置に半導体レーザを装着し、金属薄板４３を絶縁性フィルム４２で接着してリード配線を行うことにより、高出力、高信頼性、高精度の半導体レーザ装置を低コストで製造できるようになる。
【００５４】
特に、請求項３０に記載の本発明の特徴によれば、冷却装置の第１の辺１０近傍の機械的強度も向上させているので、第１の辺１０に最も近接した冷却液の流路である貫通孔列１９を第１の辺１０に近接して形成できることにより、レーザ光が冷却装置に遮られることなく出射できるように端面出射型半導体レーザを第１の辺に近接して装着しても充分冷却されて、高出力高信頼性を実現できる。
【００５５】
特に、請求項３１に記載の本発明の特徴によれば、板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔列の全幅をリニアＬＤアレイの幅とほぼ等しくすることにより、リニアＬＤアレイを均一に冷却することができ、各レーザエミッターが均一な特性を示すようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
図１及び図２は、本発明に係る第１の実施形態を説明するための図であり、図１には本発明の冷却装置１が斜視図で示され、図２には同冷却装置１に使用される積層前の各板状部材が平面図で示されている。各平面図において、左側の図は各板状部材の上面、右側の図は各板状部材の下面（裏面）のパターンを示している。各板状部材は、積層する順番に並べられている。同図に示したように、本実施形態では、冷却装置は第１の板状部材２と第２の板状部材３と第３の板状部材４の積層体よりなり、一方の最も外側に配置される第１の板状部材２には、冷却液を導入するための板状部材を貫通した入口開口部５と冷却液を排出するための板状部材を貫通した出口開口部６が形成されているが、他方の最も外側に配置される第２の板状部材３には板状部材を貫通した入口開口部５と板状部材を貫通した出口開口部６のいずれもが設けられていない。第１〜第３の板状部材には冷却装置の位置決めに使用する貫通部７、冷却液流入用流路８、第２の板状部材には冷却液流出用流路９が形成されている。また、第３の板状部材には第１の辺１０の近傍にも貫通部が設けられている。
【００５７】
図２において、第１の板状部材２と第２の板状部材３には、板状部材の厚さより浅く第２の畝１３で分割された複数の溝１４からなる流路が形成されており、第３の板状部材には、板状部材の厚さより浅く第２の畝１３で分割された複数の溝１４からなる流路と、第２の張り出し部１５を有する貫通部と第３の分離帯１６で分離された貫通部１７による流路とが形成されている。第３の板状部材の第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔は、第４の分離帯１８で分離された複数の貫通孔が一列に配列された貫通孔列１９として形成されている。
【００５８】
第１の板状部材２と第２の板状部材３の間に配置されている第３の板状部材４には、第１の板状部材に設けられた入口開口部５に対応する領域２８の一部に板状部材を貫通した入口開口部５が形成され、第１の板状部材に設けられた出口開口部６に対応する領域２９に板状部材を貫通した出口開口部６が形成されている。また、第１〜第３の板状部材には冷却液流入用流路８、第２の板状部材には冷却液流出用流路９が形成されている。また、第３の板状部材には第１の辺１０の近傍に第４の分離帯１８で分離された複数の貫通孔が一列に配列された貫通孔列１９が形成されている。貫通孔列１９の代わりに、第４の分離帯１８が形成されていないスリットを設けても良い。
【００５９】
そして、全ての対向する板状部材の接合面の一方の接合面に、入口開口部５、出口開口部６、冷却液の流路あるいは冷却装置の位置決めに使用する貫通部７以外の凹部、溝または貫通部からなる空所１２が形成されている。板状部材を積層して圧力をかけた状態で温度を上げると、はんだ層のはんだが溶融して、前記空所１２に溶融はんだが集まり、板状部材の接合面間にはんだのフィレットが形成され、板状部材の接合強度が向上する。
【００６０】
冷却液は、入口開口部５より冷却液流入流路８に導入され、貫通孔列１９を経由して、冷却液流出流路９に流れ込み、出口開口部６に排出されることによって、貫通孔列１９に対応する位置近傍の積層体の外面に積層体と熱的に接続して装着された半導体部品を冷却する。本実施の形態においては、被冷却体である半導体部品は、リニアＬＤアレイ１１であり、冷却装置１の第１の辺１０の近傍の外面に装着されている。
【００６１】
図１、図２に示した本発明の実施形態において、第２の板状部材３の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９の一部には、積層体の外面となる面とは反対側の面に、第１の畝３０で分割された第２の板状部材３の厚さより浅い溝１４が形成されている。この第２の板状部材３に形成された第１の畝３０で分割された溝１４によって、第２の板状部材３の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９の機械的強度を殆んど低下させることなく、冷却液流路の断面積を増加させて、冷却液の圧力損失を低減することができる。
【００６２】
板状部材の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９以外の領域には、板状部材の厚さより浅く第２の畝１３で分割された複数の溝１４からなる流路が形成され、第２の板状部材に形成された第１の畝３０が、第２の板状部材に形成された第２の畝１３に接続されている。両方の畝が接続されていることにより、畝が接続されていない場合に比べて、機械的強度が高くなると共に、冷却液に合流や分岐による冷却液の圧力損失の増加を防ぐことができる。
【００６３】
また、図１、図２に示した本発明の実施形態において、第１の板状部材２の入口開口部５と出口開口部６は、第１の分離帯３１で分離されている。また、第１の板状部材２に形成された第１の分離帯３１の一部は、第１の板状部材２に形成された第２の畝１３に接続されている。更に、第３の板状部材４の入口開口部に対応する領域２８の一部には、第３の畝３２で分離された板状部材の厚さより浅い溝１４が形成されている。また、第３の板状部材４の入口開口部に対応する領域２８には、板状部材を貫通して開口している領域と板状部材が張り出して開口していない領域である第１の張り出し部３３が混在している。
【００６４】
更に、第３の板状部材４の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９には、板状部材を貫通して開口している領域を分離する第２の分離帯３４が形成されている。
【００６５】
図１、図２に示した本発明の実施形態において、第２の板状部材３の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９に形成された第１の畝３０は、第２の板状部材に隣接して配置される第３の板状部材４に形成された第１の張り出し部３３と第２の分離帯３４の一部と対応する位置に形成されており、板状部材を積層することにより、第１の畝３０は第１の張り出し部３３と第２の分離帯３４に接合されるようになっている。
また、第１の板状部材２の開口部に形成された第１の分離帯３１は、第１の板状部材２に隣接して配置される第３の板状部材４に形成された第１の張り出し部３３と第２の分離帯３４に対応する位置に形成されており、板状部材を積層することにより、第１の分離帯３１が、第１の張り出し部３３と第２の分離帯３４に接合されるようになっている。
【００６６】
また、第３の板状部材４に形成された第１の張り出し部３３と第２の分離帯３４は、同じ板状部材に形成されている第２の畝１３に接続されている。このように、入口開口部に対応する領域２８や出口開口部に対応する領域２９に形成された開口部や流路を分割する構造物が隣接する板状部材の同様の構造物と接合するようにすることによって、板状部材の剥れが発生しにくくなると共に、構造物が互いに支え合うことにより板状部材の変形も起こり難くなる。
【００６７】
また、図１、図２に示した本発明の実施形態では、第３の板状部材４の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９以外の領域に、第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔列１９以外に、第２の張り出し部１５を有し、また第３の分離帯１６で分離された貫通部１７による流路が形成されている。そして、入口開口部に対応する領域２８や出口開口部に対応する領域２９以外の領域に形成された流路を分割する第２の畝１３、第２の張り出し部１５、第３の分離帯１６の大部分は、隣接して配置される板状部材に接合する位置に形成されている。そのため、板状部材を積層して接合すると、機械的強度が高まり、変形し難くなる。
【００６８】
また、図１、図２に示した本発明の実施形態では、第３の板状部材４の第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔は第４の分離帯１８で分離された貫通孔列１９として形成されている。第３の板状部材４に形成された第４の分離帯１８は、隣接して設置された第１の板状部材２と第２の板状部材３の第２の畝１３と接合するように形成されている。また、第３の板状部材４に形成された第４の分離帯１８は、同じ板状部材に形成された第２の畝１３に接続している。これによって、第１の辺１０近傍の機械的強度が高くなると共に、第１の辺１０近傍の板状部材間の熱伝導が良くなり、冷却装置の冷却性能が向上する。
【００６９】
なお、図１、図２に示した本発明の実施形態では、出口開口部６は入口開口部５より第１の辺１０に近い位置に設けられている。入口開口部５から流入した冷却液が、第１の板状部材２と第３の板状部材４に形成されている出口開口部６を迂回して形成された冷却液流入流路８を通り、第１の辺１０に近接して第３の板状部材４に設けられた貫通孔列１９を経由して、第２の板状部材３に形成された冷却液流出流路９を通り、出口開口部６に排出される流路構造を有すると共に、第２の板状部材３にも前記積層体の外面となる面とは反対側の面に板状部材の厚さより浅い溝からなる冷却液流入流路８の一部が形成されている。
【００７０】
このように、冷却液の流入口より最も遠い板状部材である第２の板状部材３にも冷却液流入流路８を形成することによって、出口開口部６を迂回しても、冷却液流入流路８の断面積が広くでき、冷却液の圧力損失は少なくできる。第２の板状部材３に形成された冷却液流入流路８には、第３の板状部材４に接合する第１あるいは第２の畝が形成されているので、機械的強度の低下は防ぐことができる。
【００７１】
また、第１の辺１０に比較的近い場所については、第１の板状部材２の冷却液流入流路８を構成している第２の畝１３は、第２の板状部材３の冷却液流出流路９を構成している第２の畝１３と対応する位置に形成されている。これによって、第１の辺１０に比較的近い場所の機械的強度が高くなる。この場所の流路が第２の畝１３で細かく分割されているのは、冷却液と板状部材間の熱交換効率を高めるためである。
【００７２】
板状部材の表面にはんだ層２０を形成して、板状部材をはんだ付けで接合して積層体からなる冷却装置１を製作する場合は、図２に示したように、板状部材の接合面に前記空所１２を形成しても良い。
【００７３】
次に、図３及び図４は、本発明に係る第２の実施形態を説明するための図であり、本発明の冷却装置１に使用される積層前の各板状部材の平面図を示したものである。図３には、積層前の各板状部材の内、積層する順に上側の３枚が示され、図４には、積層する順に上側から４枚目及び５枚目が示されている。また、両図において、左側の図は各板状部材の上面、右側の図は各板状部材の下面（裏面）のパターンを示している。  
【００７４】
これらの図に示したように、本実施形態では、冷却装置１は５枚の板状部材の積層体よりなり、一方の最も外側に配置される第１の板状部材２には、冷却液を導入するための板状部材を貫通した入口開口部５と冷却液を排出するための板状部材を貫通した出口開口部６が形成されているが、他方の最も外側に配置される第２の板状部材３には板状部材を貫通した入口開口部５と板状部材を貫通した出口開口部６のいずれもが設けられていない。
【００７５】
第１の板状部材２と第２の板状部材３の間には、第３の板状部材４、第４の板状部材３５、第５の板状部材３６が配置されており、第３〜第５の板状部材に形成された第２の分離帯３４は、隣接して配置された他の１枚に形成された第２の分離帯３４に対応する位置に形成され、板状部材を積層することにより、隣接して配置された他の１枚に形成された第２の分離帯３４に接合されるようになっている。
【００７６】
第３〜第５の板状部材の入口開口部５あるいは出口開口部６に形成された第２の分離帯３４が隣接する板状部材間で接合されることによって、第２の分離帯３４の機械的強度が高くなると共に、接合されて強度の増した第２の分離帯３４によって、これに接合されている第１の板状部材２に形成された第１の分離帯３１、第２の板状部材３に形成された第１の畝３０の機械的強度が向上して、変形を起こし難くなる。
【００７７】
第３〜第５の板状部材の入口開口部に対応する領域２８と出口開口部に対応する領域２９以外の領域には、第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔列１９以外に、第３の分離帯１６で分離された貫通部１７による流路が形成されている。入口開口部に対応する領域２８や出口開口部に対応する領域２９以外の領域に形成された流路を分割する第２の畝１３、第３の分離帯１６の大部分は、隣接して配置される板状部材に接合する位置に形成されている。
【００７８】
第３〜第５の板状部材の第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔は、第４の分離帯１８で分離された貫通孔列１９として形成されている。第３〜第５の板状部材に形成された第４の分離帯１８は、隣接して設置された第３〜第５の板状部材の第４の分離帯１８と接合するように形成されている。また、第３の板状部材４と第５の板状部材３６に形成された第４の分離帯１８は、同じ板状部材に形成された第２の畝１３に接続している。その結果、冷却液の流れがスムーズになって圧力損失の上昇が抑えられると共に、第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔列１９の機械的強度を高める効果がある。また、第１の辺１０近傍の板状部材間の熱伝導が良くなり、冷却装置１の冷却性能が向上する。
【００７９】
なお、図３、図４に示した本発明の実施形態では、入口開口部５は出口開口部６より第１の辺１０に近い位置に設けられている。入口開口部５から流入した冷却液が、第１の板状部材２と第３〜第４の板状部材に形成された冷却液流入流路８を通り、第１の辺１０に近接して第３〜第５の板状部材に設けられた貫通孔列１９を経由して、第２の板状部材３と第５の板状部材３６の少なくともいずれかの板状部材に形成された冷却液流出流路９を通り、出口開口部６に排出される流路構造を有すると共に、第２の畝１３で分離された溝１４と第２の畝１３を含めた冷却液流入流路の全幅３７と冷却液流出流路の全幅３８、第３の分離帯１６で分離された貫通部１７と第３の分離帯１６を含めた冷却液流出流路の全幅３８が、いずれの位置においても、入口開口部５または出口開口部６の直径より広くなっている。
【００８０】
入口開口部５または出口開口部の近傍を除くと、板状部材の対応する幅の７０％以上の広さになっている。これは開口部を迂回しないで流路を形成しているためであり、第２の板状部材の入口開口部に対応する領域２８、出口開口部に対応する領域２９にも第２の畝１３で分割された流路を形成したことが作用して、機械的強度を低下させることなく、広い流路断面積を確保し冷却液の圧力損失を下げることができる。
【００８１】
第１の辺１０に比較的近い場所については、第１の板状部材２の冷却液流入流路８を構成している第２の畝１３は、第２の板状部材３の冷却液流出流路９を構成している第２の畝１３と対応する位置に形成されている。これによって、第１の辺１０に比較的近い場所の機械的強度が高くなる。この場所の流路が第２の畝１３で細かく分割されているのは、前述のように、冷却液と板状部材間の熱交換効率を高めるためである。
【００８２】
また、図３、図４に示した本発明の実施形態では、第１の板状部材２と中央より第１の板状部材側に配置された第３の板状部材４の流路構造は同じ部分が多く、第２の板状部材３と、中央より第２の板状部材側に配置された第５の板状部材３６の流路構造はほぼ同じである。板状部材の流路構造が同じということは、畝や分離帯のある場所が同じということを示しており、接合された板状部材の機械的強度が高まり変形し難くなる。
【００８３】
また、図３、図４において、第１の板状部材２と第４の板状部材３５の間には、第３の板状部材４と全く同じ構造の板状部材を１枚以上追加しても良い。第２の板状部材３と第４の板状部材３５の間には、第５の板状部材３６と全く同じ構造の板状部材を１枚以上追加しても良い。板状部材の追加によって、冷却装置１の厚さは厚くなるが、流路断面積が増大して冷却液の圧力損失を低下させることができる。言い換えれば、追加する板状部材の枚数を任意の枚数に調節することにより、冷却液の圧力損失を希望する圧力まで下げること可能になる。使用する板状部材の枚数は増えるが、全く同じ構造の板状部材を使用するので、部品点数は増加せず、コストの上昇は最小限に抑えることができる。
【００８４】
また、図３、図４に示した本発明の実施形態では、中央より第１の板状部材側に配置された第３の板状部材４に、第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔列１９より板状部材の中央寄りに、冷却液流入流路の全幅３７を横切る貫通領域である冷却液のバッファ部３９が形成されている。異なる流路を経由してきた冷却液がバッファ部３９で合流することにより、冷却液の圧力が同じになり、貫通孔列１９に冷却液が均一に流れ込み、リニアＬＤアレイが均一に冷却される。本実施形態では、バッファ部３９を冷却液流入流路８に設けたが、貫通孔列１９に流れ込む冷却液の背圧を均一にするため、冷却液流出流路９に設けても良い。
【００８５】
なお、上記の第１〜第３の畝で分割された溝、前記第１あるいは第２の分離帯で分離された開口部、第３の分離帯１６で分離された貫通部１７、第１の辺１０に近接して設けられた貫通孔列１９、第１の張り出し部３３を有する開口部、第２の張り出し部１５を有する貫通部は、いずれも加工コストの低いハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術で形成できる。
【００８６】
図１、図２あるいは図３、図４に示した板状部材は、拡散溶接によって互いに接合して積層することができる。また、板状部材の接合する面にはんだ層を形成してはんだ付けによって積層しても良い。
【００８７】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る第３の実施形態を説明するための図であり、板状部材の接合する面にはんだ層２０を形成してはんだ付けによって積層した冷却装置１の一部の断面図である。１枚の板状部材における前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の少なくとも一部が、隣接して配置される板状部材の前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の少なくとも一部とほぼ対応する位置に形成され、互いに接合している。
【００８８】
ここで、互いに接合している少なくとも１組の前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の対応する位置の幅が互いに異なっている場合が図５（ａ）に示されている。また、互いに接合している少なくとも１組の前記第１〜第３の畝、前記第１〜第４の分離帯、あるいは前記第１または第２の張り出し部の対応する位置が、対応する位置の幅より少ない範囲で幅方向にずれている場合が、図５（ｂ）に示されている。
【００８９】
図５では、一例として、ある板状部材に設けられた第２の畝１３と、隣接する板状部材に設けられた第２の畝１３が接合している場合を示している。このような構造にすることによって、はんだ接合した時に、同図に示したように、接合部にはんだのフィレット２１が形成され、接合強度を高めることができる。
【００９０】
上記の板状部材の材料として、熱伝導率の高い銅または銅の合金を使用することできる。また、板状部材の接合する面にはんだ層２０を形成してはんだ付けによって板状部材の接合を行う場合、はんだ層のはんだとして、比較的溶融温度の低いSn、Snと共晶を形成する材料を含む２元以上の合金、In、Inを含む２元以上の合金、Ni、Niを含む２元以上の合金のいずれかを使用することができる。はんだ層は、蒸着もしくはメッキによって形成することができる。
【００９１】
なお、はんだと板状部材の材質によっては、はんだ接合後に金属間化合物の形成が進行し、接合強度が時間経過と共に低下してしまうことがある。これを避けるためには、はんだ層２０の下地処理としてNi、Ti、PtまたはCr等の皮膜を板状部材に形成しておくと良い。
【００９２】
上記の入口開口部５、出口開口部６、第１の畝３０に分離された溝、第１の分離帯３１で分離された開口部、第１の張り出し部３３を有する開口部、あるいは第２の分離帯３４で分離された開口部、第３の畝３２で分離された溝、第２の畝１３で分離された溝１４、あるいは第２の張り出し部１５を有する貫通部１７、あるいは第３の分離帯１６に分離された貫通部１７、第１の辺１０に近接して設けられた第４の分離帯１８で分離された貫通孔列１９、冷却装置の位置決めに使用する貫通部７、空所１２、板状部材の外形を含む板状部材の全て成形は、加工コストの安いハーフエッチング技術を含む化学エッチング技術だけで行うことができる。
【００９３】
上記の入口開口部５、出口開口部６、第１の畝３０に分離された溝、第１の分離帯３１で分離された開口部、第１の張り出し部３３を有する開口部、あるいは第２の分離帯３４で分離された開口部、第３の畝３２で分離された溝、第２の畝１３で分離された溝１４、あるいは第２の張り出し部１５を有する貫通部１７、あるいは第３の分離帯１６に分離された貫通部１７、第１の辺１０に近接して設けられた第４の分離帯１８で分離された貫通孔列１９、冷却装置の位置決めに使用する貫通部７、空所１２、板状部材の外形を含む板状部材の全て成形は、各板状部材の一方の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングと、各板状部材の反対側の面からの板状部材の厚さの１／２より深い化学的なハーフエッチングだけで行うことができる。この方法で板状部材の全ての成形を行うことができれば、１枚の板材から同時に多数の板状部材を製作することができる。
【００９４】
特に、成形された多数の板状部材が細いブリッジで元の板材に接続された状態に加工し、板状部材を積層して互いに接合後にブリッジをプレス金型等で切り離すようにすれば、多数の冷却装置が非常に低コストで製作できるようになる。また、この方法で冷却装置を製造すれば、冷却装置の機械的強度を高め、冷却液の圧力損失を低減するために、上記のような複雑な流路構造を採用しても、コストは増加しない。
【００９５】
上記のように、通常の等方的な化学エッチングで成形できるようにするために、第１〜第３の畝で分割された各溝の幅、第１〜第２の張り出し部を有する各貫通部の幅、あるいは第１〜第４の分離帯で分離された各貫通部の幅は、板状部材の厚さより若干広くすることが望ましい。機械的強度を低下させないためには、少なくとも板状部材の厚さの５倍以下に抑える必要がある。第１〜第３の畝の幅、第１〜第２の張り出し部の幅、第１〜第４の分離帯の幅は、流路の断面積を狭めないためには狭い方が望ましいが、機械的強度を確保することを考慮すると、板状部材の厚さの０．５〜３倍程度であることが望ましい。板状部材の厚さが薄い程微細な流路が形成できることになるが、必要な流路の断面積を得るための板状部材の枚数が増えてコスト増加を招くので、板状部材に厚さは０．２〜０．４mm程度が望ましい。
【００９６】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る第４の実施形態を説明するための図であり、本発明の冷却装置に半導体レーザを装着した半導体レーザ装置を上から見た平面図（ａ）と、同平面図において左方及び下方から見た側面図（ｂ）及び（ｃ）で示したものである。
ここで使用されている半導体レーザは、端面出射型半導体レーザであって、レーザエミッター部が複数個設けられたモノリシックなリニアＬＤアレイ１１である、リニアＬＤアレイ１１は、冷却装置の第１の辺１０の近傍に、第１の辺と平行な方向に装着されているので、出射されたレーザ光は冷却装置１に遮られることなく外部に取り出すことができる。
【００９７】
図６には示されていないが板状部材の第１の辺に近接して設けられた貫通孔列１９の第４の分離帯１８を含めた全幅は、リニアＬＤアレイ１１の幅（長さ）とほぼ等しくなるように設計されている。これによって、リニアＬＤアレイ１１を均一に冷却できる。リニアＬＤアレイ１１の幅（長さ）は、通常１０mm程度である。
【００９８】
リニアＬＤアレイ１１は、冷却装置１に直接装着しても良いが、本実施形態では、リニアＬＤアレイと冷却装置の熱膨張率の差による装着後の残留応力を低減するために、リニアＬＤアレイは半導体レーザ装着用基板４０を介して装着されている。例えば、半導体レーザ装着用基板４０のリニアＬＤアレイ（半導体レーザ）装着面と冷却装置への接合面にはんだ層を形成しておき、真空あるいは還元雰囲気の中で温度を上げることによって、リニアＬＤアレイ１１を冷却装置１に装着できる。はんだ層は、残留応力を低減するため、比較的低融点の材質であることが好ましい。半導体レーザ装着用基板４０のレーザ光出射側の面は、冷却装置１のレーザ光出射側の面より若干距離奥まって配置されることが好ましい。また、リニアＬＤアレイ１１は、レーザ光出射面と、半導体レーザ装着用基板４０のレーザ光出射側の面との間の距離が例えば５０μm か、それ以下となるように配置されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る冷却装置を斜視図で示したものである。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る冷却装置に使用される積層前の各板状部材を平面図で示したもので、左側の図は各板状部材の上面、右側の図は各板状部材の下面（裏面）のパターンを示し、各板状部材は、積層する順番に並べられている。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明するための図で、冷却装置に使用される積層前の各板状部材の内、積層する順に上側の３枚について平面図を示したものである。各平面図において、左側の図は各板状部材の上面、右側の図は各板状部材の下面（裏面）のパターンを示している。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明するためのもう１つの図で、冷却装置に使用される積層前の各板状部材の内、積層する順に上側から４枚目及び５枚目について平面図を示したものである。各平面図において、左側の図は各板状部材の上面、右側の図は各板状部材の下面（裏面）のパターンを示している。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明するために、冷却装置の一部分の断面図を示したもので、互いに接合している少なくとも１組の第１〜第３の畝、第１〜第４の分離帯、あるいは第１または第２の張り出し部の対応する位置の幅が互いに異なっている場合が（ａ）に示されている。また、互いに接合している少なくとも１組の第１〜第３の畝、第１〜第４の分離帯、あるいは第１または第２の張り出し部の対応する位置が、対応する位置の幅より少ない範囲で幅方向にずれている場合が、（ｂ）に示されている。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明するための図であり、冷却装置に半導体レーザを装着した半導体レーザ装置を上から見た平面図（ａ）と、同平面図において左方及び下方から見た側面図（ｂ）及び（ｃ）で示したものである。
【図７】１つの従来技術に係る冷却装置を斜視図で示したものである。
【図８】図７に示した冷却装置で使用される積層前の各板状部材を積層する順番に並べて平面図で示したものである。
【図９】別の従来技術に係る冷却装置を斜視図で示したものである。
【図１０】図９に示した冷却装置で使用される積層前の各板状部材を積層する順番に並べて平面図で示したものである。
【符号の説明】
【０１００】
１  板状部材の積層体よりなる冷却装置
２  第１の板状部材
３  第２の板状部材
４  第３の板状部材
５  入口開口部
６  出口開口部
７  冷却装置の位置決めに使用する貫通部
８  冷却液流入流路
９  冷却液流出流路
１０  （板状部材あるいは冷却装置の）第１の辺
１１  リニアＬＤアレイ（半導体レーザ）
１２  空所
１３  第２の畝
１４  （畝で分割された）溝（よりなる流路）
１５  第２の張り出し部
１６  第３の分離帯
１７  （分離帯で分離された）貫通部（よりなる流路）
１８  第４の分離帯
１９  （第１の辺近傍に設けられた）貫通孔列
２０  はんだ層
２１  はんだのフィレット
２２  接合領域
２８  第１の板状部材に設けられた入口開口部に対応する領域
２９  第１の板状部材に設けられた出口開口部に対応する領域
３０  第１の畝
３１  第１の分離帯
３２  第３の畝
３３  第１の張り出し部
３４  第２の分離帯
３５  第４の板状部材
３６  第５の板状部材
３７  冷却液流入流路の全幅
３８  冷却液流出流路の全幅
３９  バッファ部
４０  半導体レーザ装着用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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