(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体と熱的に接続し、各々冷却液で強制的に冷却される複数の板状部材を積層した積層体よりなる冷却装置であって，
前記積層体は、
金属よりなり、冷却液を導入する入口開口部が形成された第１の板状部材と、
前記第１の板状部材の第１の側に形成され、一端が前記入口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記一端から前記複数の他端に分配する第１の溝と、
金属よりなり、前記第１の板状部材の前記第１の側に設けられた第２の板状部材と、
前記第２の板状部材に、前記第１の板状部材の前記第１の溝の前記複数の他端に対応して各々形成され、各々前記冷却液を通過させる複数の、互いに孤立した貫通孔と、
金属よりなり、前記第２の板状部材の、前記第１の板状部材とは反対側に設けられ、前記冷却液を排出する出口開口部が形成された第３の板状部材と、
前記第３の板状部材の、前記第２の板状部材に面する側に形成され、一端が前記出口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記複数の他端から前記一端に回収する第２の溝とを備え、
前記第２の溝の前記複数の他端は、前記複数の貫通孔にそれぞれ対応して形成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記第２および前記第３の板状部材には、前記第１の板状部材の前記入口開口部に対応して、それぞれ開口部が形成されており、さらに前記第１および第２の板状部材には、前記第３の板状部材の前記出口開口部に対応して、それぞれ開口部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
さらに、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間、および前記第２の板状部材と前記第３の板状部材の間の少なくとも一方に、一または複数の金属よりなる付属板状部材を含み、前記付属板状部材の各々は、前記入口開口部に対応した第１の開口部および前記出口開口部に対応した第２の開口部を形成され、さらに、前記付属板状部材は、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に設けられる場合には一端が前記入口開口部に接続され他端が複数の分枝に分岐した溝を、また前記第２の板状部材と前記第３の板状部材の間に設けられる場合には一端が前記出口開口部に接続され他端が複数の分枝に分岐した溝を形成され、さらに、前記複数の分枝の終端には、対応する複数の貫通孔を形成されていることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記積層体を構成する板状部材の各々において、前記溝は少なくとも一の畝により画成され、前記畝は，隣接する板状部材に熱的および機械的に係合することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項５】
前記少なくとも一の畝は、隣接する板状部材に当接しない部分を含むことを特徴とする請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
前記積層体を構成する全ての板状部材の各々は、熱伝導率が１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の導電性金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項７】
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記の分岐は一の分枝について複数回生じることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第２の板状部材および前記補助板状部材の各々において、前記複数の貫通孔は、隣接する板状部材に形成された溝の分枝のピッチに略等しいことを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項９】
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記貫通孔は，前記板状部材に隣接する別の板上部材の少なくとも一方に形成された溝のピッチの整数倍のピッチで形成されていることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記貫通孔は，前記板状部材に隣接する別の板上部材の少なくとも一方に形成された溝のピッチの整数分の一のピッチで形成されていることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記貫通孔は，開口位置が，前記板状部材の表裏面で，ほぼ半ピッチずれて形成されることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記積層体を構成する板状部材のうちの複数の板状部材において、前記溝は同一のパターンを有することを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記積層体を構成する板状部材は同一の材料より構成されることを特徴とする請求項１〜１２のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記第１の板状部材と前記第３の板状部材とは、同一の部材を互いに裏返した状態で前記第２の板状部材の上下に配設したことを特徴とする、請求項１〜１３のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記付属板状部材は、全て同一の部材よりなり、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との間に配設される付属板状部材と、前記第２の板状部材と前記第３の板状部材との間に配設される付属板状部材とは、互いに裏返した状態で配設されることを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
【請求項１６】
前記積層体を構成する板状部材の各々において、前記溝は、外周部の厚さの１／２を超える深さを有することを特徴とする請求項１〜１５のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１７】
前記積層体を構成する板状部材の各々は、溝が形成された隣接する板状部材の前記溝に面する側に、前記溝に対応した形状を有し、これと協働して冷却液の流路を構成する別の溝が形成されたことを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１８】
前記第１の板状部材は、第１の側に、前記第１の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜１７のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項１９】
前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材に面する側に、前記第１の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜１８のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項２０】
前記第２の板状部材は、前記第３の板状部材に面する側に、前記第２の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜１９のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項２１】
前記第３の板状部材は、前記第２の板状部材に面する側に、前記第２の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜２０のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項２２】
前記第１の溝は、ジグザグに延在することを特徴とする請求項１〜２１のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項２３】
前記第２の溝は、ジグザグに延在することを特徴とする請求項１〜２２のうち、いずれか一項記載の冷却装置。
【請求項２４】
請求項１〜２３のうち、いずれか一項に記載した冷却装置と、
前記冷却装置中の前記第３の板状部材上に、前記第３の板状部材上に形成された前記溝の複数の枝の終端に沿って、前記溝が形成された側とは反対の側に担持される、複数のレーザダイオードを含むレーザダイオードアレイとよりなることを特徴とする光源装置。
【請求項２５】
前記レーザダイオードアレイは、前記第３の板状部材上に、電気的および熱的に接触することを特徴とする請求項２４記載の光源装置。
【請求項２６】
前記レーザダイオードアレイは、前記第３の板状部材上に、導電性ヒートシンクを介して担持されることを特徴とする請求項２４または２５記載の光源装置。
【請求項２７】
前記導電性ヒートシンクは、前記第３の板状部材よりもレーザダイオードアレイに近い熱膨張係数を有することを特徴とする請求項２６記載の光源装置。
【請求項２８】
さらに、前記レーザダイオードアレイは、前記第１の板状部材の、前記第２の板状部材とは反対側に、前記導電性ヒートシンクとは別の導電性ヒートシンクを、互いに対称的な関係に設けたことを特徴とする請求項２６または２７記載の光源装置。
【請求項２９】
請求項２４〜２８記載の光源装置を複数段、積層して構成したことを特徴とする面発光装置。
【請求項３０】
冷却液の入口側通路と出口側通路とを形成された基台と、
前記基台上に、前記入口側および出口側の冷却水通路に沿って着脱自在に設けられた、各々は前記請求項２９に記載した構成を有する複数の面発光装置とよりなり、
前記基台上には、前記複数の面発光装置の各々に対応して、前記入口側通路に連通した冷却水導入口と前記出口側通路に連通した冷却水排出口とが形成され、
前記複数の面発光装置の各々は、前記入口開口部が前記冷却水導入口に、また前記出口開口部が前記冷却水排出口に対応するように配設されることを特徴とする光源装置。
【請求項３１】
被冷却体と熱的に接続し、各々冷却液で強制的に冷却される複数の板状部材を積層した積層体よりなり，
前記積層体が、
金属よりなり、冷却液を導入する入口開口部が形成された第１の板状部材と、
前記第１の板状部材の第１の側に形成され、一端が前記入口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記一端から前記複数の他端に分配する第１の溝と、
金属よりなり、前記第１の板状部材の前記第１の側に設けられた第２の板状部材と、
前記第２の板状部材に、前記第１の板状部材の前記第１の溝の前記複数の他端に対応して各々形成され、各々前記冷却液を通過させる複数の、互いに孤立した貫通孔と、
金属よりなり、前記第２の板状部材の、前記第１の板状部材とは反対側に設けられ、前記冷却液を排出する出口開口部が形成された第３の板状部材と、
前記第３の板状部材の、前記第２の板状部材に面する側に形成され、一端が前記出口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記複数の他端から前記一端に回収する第２の溝とよりなり、
前記第２の溝の前記複数の他端は、前記複数の貫通孔にそれぞれ対応して形成されている冷却装置の製造方法において、
前記第１の板状部材を複数個、行列状に含む第１の金属シートと、前記第２の板状部材を複数個、行列状に含む第２の金属シートと、前記第３の板状部材を複数個、行列状に含む第３の金属シートとを、前記第２の板状部材の貫通孔の各々が、前記第１の溝の対応する前記他端に整合するように、また前記第２の板状部材の貫通孔の各々が、前記第２の溝の対応する前記他端に整合するように積層し、金属シート積層体を形成する積層工程と、
前記金属シート積層体を切断して、前記積層体を相互に分離する切断工程とを含むことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項３２】
前記第１の金属シートにおいて、前記複数の第１の板状部材は、互いに第１の結合部により相互に結合されており、前記第２の金属シートにおいて、前記複数の第２の板状部材は、互いに第２の結合部により相互に結合されており、前記第３の金属シートにおいて、前記複数の第３の板状部材は、互いに第３の結合部により相互に結合されており、前記切断工程は、前記第１〜第３の結合部を、実質的に同時に切断する工程よりなることを特徴とする請求項３１記載の冷却装置の製造方法。
【請求項３３】
前記第１〜第３の金属シートの両面から、レジストパターンを使て、前記各金属シートの外周部の厚さの１／２を超える深さの化学エッチングを行うことにより、前記入口開口部、前記出口開口部、前記第１と第２の溝、前記貫通孔、および前記第１〜第３の板状部材の外形を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３１または３２記載の冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は一般に冷却装置に関し，特に多量の熱を放出するレーザダイオードアレイを冷却する冷却装置およびかかる冷却装置の製造方法、さらにかかる冷却装置を備えたレーザダイオードアレイに関する。
【０００３】
レーザダイオードアレイの用途の一つとして，高出力固体レーザの励起用光源がある。固体レーザを、キセノンランプ等の従来の光源の代わりに鋭いスペクトルを有するレーザダイオードにより励起することにより、非常に効率の良いレーザ発振が可能になる。一般に、このような高出力固体レーザの励起用光源として使われるレーザダイオードアレイは、高出力のレーザビーム束、典型的には数十ワットの連続ビームを発生する必要があるが、その際に激しい発熱を生じる。このため、レーザダイオードアレイを冷却する冷却装置が不可欠である。かかる分野でレーザダイオードアレイの使用が普及するためには，単位光出力当たりのレーザダイオードアレイのコストを低減する必要がある。
【従来の技術】
【０００４】
図２０は、米国特許第５，１０５，４２９号に記載された、従来のレーザーダイオードアレイを冷却する冷却装置１０の構成を示す。
【０００５】
図２０を参照するに、冷却装置１０は、各々冷却水の流路を形成された下側および上側の薄板１および３を、ガラス等の絶縁体よりなる中間薄板２の上下に積層した構成を有し、前記下側薄板１には冷却水の入口開口部１Ａおよび出口開口部１Ｂが、また上側薄板３には冷却水の入口開口部３Ａおよび出口開口部３Ｂが形成されている。下側薄板１の上面には、一端が前記冷却水入口１Ａに連通し他端が前記下側薄板１の前端面１ａに向かって枝分かれし、冷却水の流路となる水路１Ｃが形成され、さらに前記中間薄板２には、前記水路１Ｃに対応して、冷却水の流路となるスリット２Ｃが、前端面２ａに沿って形成される。また、前記中間薄板２には、前記薄板１の冷却水入口１Ａおよび出口１Ｂにそれぞれ対応して冷却水の通路２Ａ，２Ｂが形成される。
【０００６】
さらに、前記上側薄板３の下面には、前端面３ａに沿って、出口開口部３Ｂに連通して、前記水路１Ｃのピッチをさらに細くしたマイクロチャネル（図示せず）が形成される。
【０００７】
前記上側薄板３は、その上面上に、前端面３ａに沿ってレーザダイオードアレイ４を担持し、前記図示しないマイクロチャネルは、前記上側薄板３の下面の、前記レーザダイオードアレイ４の直下に形成される。
【０００８】
前記下側薄板１，中間薄板２および上側薄板３は、互いに積層された状態で、各々の薄板１〜３に形成された中央開口部１Ｄ〜３Ｄに挿通されたボルト・ナットにより固定され、レーザダイオードアレイ４中の個々のレーザダイオードは、駆動装置５により駆動される。
【０００９】
かかる従来の冷却装置１０では、単結晶Ｓｉ基板が薄板１および３として使われ、マイクロチャネル１Ｃおよび薄板３の図示されていないマイクロチャネルは、レジストパターンを使ったフォトリソグラフィにより、典型的には幅が２５μｍ、深さが１２５μｍに形成され、フォトリソグラフィの際のウェットエッチングに伴う結晶面により画成されている。かかる、幅が非常に狭いマイクロチャネルでは、マイクロチャネル表面に境界層が形成されにくく、冷却水をマイクロチャネルに通した場合、冷却効率が向上する。
【００１０】
図２１（Ａ）〜（Ｅ）は、従来の別の冷却装置２０の構成を示す。
【００１１】
図２１（Ａ）〜（Ｅ）を参照するに、冷却装置２０は冷却水入口２１Ａおよび出口２１Ｂを形成された下側蓋部材２１と、前記下側蓋部材２１上に形成され、前記冷却水入口および出口２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口２２Ａ，２２Ｂを形成された下側薄板２２と、前記下側薄板２２上に形成され、前記冷却水入口および出口２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口および出口２３Ａ，２３Ｂを形成された中間薄板２３と、前記中間薄板２３上に形成され、前記冷却水入口および出口２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口および出口２４Ａ，２４Ｂを形成された上側薄板２３と、前記上側薄板２２上に形成され、前記冷却水入口および出口２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口および出口２４Ａ，２４Ｂを形成された上側蓋部材２４とよりなり、前記下側薄板２２には、前記冷却水入口２２Ａに連通し、前端面２２ａに向かって幅を拡げながら延在する冷却水流路２２Ｃが形成される。また、前記中間薄板２３には、前記冷却水流路２２Ｃの前端部に対応して冷却水流路を構成するスリット２３Ｃが、前記入口２３Ａあるいは出口２３Ｂからは孤立して形成され、さらに前記上側薄板２４には、前記スリット２３Ｃに対応して、薄板２４の前端面２４ａに沿ってマイクロチャネル２４Ｄが形成される。マイクロチャネル２４Ｄからは、冷却水出口２４Ｂに連通する冷却水流路２４Ｃが、出口２４Ｂに向かって幅を狭めながら延在する。
【００１２】
薄板２１〜２５は、例えばＣｕ等の熱伝導性の材料により構成され、互いに積層されることにより、入口２１Ａから導入された冷却水が、スリット２３Ｃを通過した後、マイクロチャネル２４Ｄを通り、さらに出口２４Ｂから出口２５Ｂに流れ、その際上側蓋部材２５上に、前端面２５ａに沿って設けられたレーザダイオードアレイ（図示せず）が冷却される。
【００１３】
図２２は、マイクロチャネル２４Ｄの構成を示す。
【００１４】
図２２を参照するに、マイクロチャネル２４Ｄは、レーザ加工により形成された多数の平行なリブ２４ｄにより画成され、隣接するリブ２４ｄの間に、幅が２０μｍ程度の微細な流路が形成される。
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、前記図２０の冷却装置１０においては、マイクロチャネルをフォトリソグラフィにより形成しているため、露光装置など高価な設備を必要とし、製造費用が高くなる問題点がある。また、図２０の冷却装置１０は、薄板１および３として使われるＳｉ基板、あるいはガラス等の絶縁体薄板２は機械的に脆弱であり、歩留りが良くない問題点を有する。特に、ガラス板２の、スロット２Ｃで画成される棒状の前端部２ａが割れやすい。また、これらの薄板１〜３を積層する時にも、機械的な脆弱さのため、強く締めつけることができず、シリコンゴム等のパッキングを薄板間に用いても長時間の運転を行った場合に漏水が発生する危険ある。
【００１６】
図２０の冷却装置１０は、さらに薄板１〜３を積層した場合に直列抵抗が高くなってしまう問題点を有する。冷却装置１０においては、中間薄板２として、上下の薄板１および３を構成するＳｉ基板に対して貼り合わせるのに適したガラスを使っているため、また薄板相互間をシールするためシリコンゴム等のパッキングを用いているため，そのままでは薄板１〜３を直列接続してレーザダイオードアレイ４を駆動することができない。このため、薄板１〜３の側壁面に金属膜をメタライズしたりメタルクリップを使用する、あるいは金属粉末を含有した導電性シリコンゴムをパッキングとして使用する等の対策が講じられているが、直列抵抗はいずれにしても高くなり，余分なジュール熱が発生してしまう。
【００１７】
さらに、図２０の冷却装置１０は、マイクロチャネル以外を冷却に有効に利用しておらず、冷却効率が予期される程高くない問題点を有する。より具体的に説明すると、図２０の装置では、マイクロチャネルを形成するのに異方性エッチングを利用しており、このためＳｉが薄板１あるいは３の材料として使われるが，元来Ｓｉの熱伝導率は、金属の熱伝導率金属に比べて低く、薄板１あるいは３を介した熱伝導は多くを期待できない。加えて、先にも説明したように、中間基板２として、Ｓｉ薄板１あるいは３との貼り合わせに適したガラスを使っているため、中間基板２自体を介した熱伝導は殆ど作用しない。しかも、かかるガラス薄板２では、その前端部２ａがスロット２Ｃにより他の部分から熱的に断ち切られているため，前記前端部２ａの冷却はほとんど期待できない。しかし、かかるガラス薄板２の前端部２ａは、レーザダイオードアレイ４の近傍に位置するため、発生した熱の多くの部分が到達する。
【００１８】
換言すると、図２０の冷却装置１０は、マイクロチャネルだけに負荷をかける設計となっており，マイクロチャネルだけで冷却に必要な表面積を確保する必要があるため，必然的に微細なパターンをマイクロチャネルとして採用せざるを得ない。しかし、このような微細なマイクロチャネルは、先に説明したように加工コストが高く，また冷却水中の微細な塵埃でマイクロチャネルが詰まりやすく、冷却水の水質管理等の保守・維持費用が高くなる問題点がある。
【００１９】
さらに、図２０の冷却装置１０では、マイクロチャネルを、Ｓｉ基板の異方性エッチングにより形成しているため、パターン設計に自由度が少なく，マイクロチャネル１Ｃにおいて一度分岐された冷却水がレーザダイオードバー４近傍に達するまでに，特に中間薄板２中の流路２Ｃにおいて再び混じり合う構成になっており，冷却水の供給がレーザダイオードバーの長さ方向に不均一になる可能性がある。このような場合、Ｓｉの熱伝導が小さいこともあって，レーザダイオードバー内に温度差が生じ，レーザ発振波長が不均一になってしまう。
【００２０】
一方，図２１の冷却装置２０においては、Ｃｕ薄板２１〜２５を積層しているため、図２０の冷却装置１０におけるような熱伝導性と導電性に関わる問題点は大体解決できるが，成形にレーザ加工を用いているため，薄板２１〜２５を一枚ずつ加工する必要があり，加工コストが高い問題点が生じる。レーザ加工のかわりにエッチングで加工することにより低価格化することも考えられるが，Ｃｕのような金属のエッチングは等方的であるため，形成される冷却水チャネルの深さはチャネル幅の１／２以下になってしまい，マイクロチャネルは形成出来ない。また、この公知例では、マイクロチャネルを採用しないことで増加する熱抵抗を低減する方法は提示されていない。
【００２１】
また，図２１の構成では、Ｃｕ薄板は最低でも５枚必要だが，このように多数のＣｕ薄板を積層した場合、冷却水が漏れないように気密構造に貼り合わせる際に歩留りが低下し，装置の製造費用が増加してしまう。より具体的には、薄板２１〜２５はＣｕよりなるため、加工中、特に拡散溶接等により接合する際に加えられる熱と共に圧力により、容易に変形してしまう。特に、レーザビームで切り抜いた水路のための開口部２２Ｃあるいは２４Ｃを覆う隣接Ｃｕ薄板の対応部分が潰れやすい。また、同様な変形は、スロット２３Ｃが形成された薄板２３の前端面２３ａにも発生する。さらに、かかる冷却装置２０の変形は、その上に装着されるレーザダイオードバーを歪ませ，その結果レーザダイオードバーの寿命が短くなってしまう。
【００２２】
さらに、図２１の冷却装置２０では、冷却水の水路が潰れやすいことに関連し、レーザダイオードアレイが長さ方向に均一に冷却されない可能性があり、このような場合には、図２０の冷却装置１０の場合と同じように、レーザダイオードアレイ中に温度差が生じ、発振波長が個々のレーザダイオードで不均一になる問題が生じる。
【００２３】
さらに、図２１の冷却装置２０では、薄板２１〜２５の全てがＣｕよりなるため、レーザダイオードアレイを担持する絶縁基板が必要となるが、かかる絶縁基板の使用は部品点数を増加させ、また組立工数を増加させる。
【００２４】
さらに、図２１の冷却装置では、マイクロチャネル２４Ｄに連続して、幅の広い水路２４Ｃが形成されているが、かかる幅の広い水路２４Ｃでは境界層が形成されるため、冷却水による冷却効率は高くなく、結果として図２０の冷却装置１０と同様、マイクロチャネルだけに熱負荷がかかる構成となっている。また、中間薄板２３においても、薄板２３自体は熱伝導性のＣｕで形成されていても、前端部２３ａにスロット２３Ｃを形成した結果、前端部２３ａが薄板２３の他の部分から熱的に遮断されてしまい、中間薄板２３と冷却水との接触による放熱効果は大して期待できない。さらに、図２０の冷却装置１０と同様にマイクロチャネルを用いているため、前述のように加工コストが高くなるだけでなく，冷却水中の微細な塵埃でマイクロチャネルが詰まりやすく，冷却水の水質管理等のメンテナンス費用が高くなる。
【００２５】
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な冷却装置およびその製造方法、さらにかかる冷却装置を備えたレーザダイオードアレイを提供することを概括的課題とする。
【００２６】
本発明のより具体的な課題は、半導体パッケージのリードフレームの加工に用いられる安価な化学エッチング法を用いて形成できる，大量生産に適し、高い冷却性能を有し、信頼性の高い、低価格なレーザダイオードアレイの冷却装置、その製造方法、およびかかる冷却装置を備えたレーザダイオードアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、前記の課題を、
請求項１に記載したように、
被冷却体と熱的に接続し、各々冷却液で強制的に冷却される複数の板状部材を積層した積層体よりなる冷却装置であって，
前記積層体は、
金属よりなり、冷却液を導入する入口開口部が形成された第１の板状部材と、
前記第１の板状部材の第１の側に形成され、一端が前記入口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記一端から前記複数の他端に分配する第１の溝と、
金属よりなり、前記第１の板状部材の前記第１の側に設けられた第２の板状部材と、
前記第２の板状部材に、前記第１の板状部材の前記第１の溝の前記複数の他端に対応して各々形成され、各々前記冷却液を通過させる、互いに孤立した複数の貫通孔と、
金属よりなり、前記第２の板状部材の、前記第１の板状部材とは反対側に設けられ、前記冷却液を排出する出口開口部が形成された第３の板状部材と、
前記第３の板状部材の、前記第２の板状部材に面する側に形成され、一端が前記出口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記複数の他端から前記一端に回収する第２の溝とを備え、
前記第２の溝の前記複数の他端は、前記複数の貫通孔にそれぞれ対応して形成されていることを特徴とする冷却装置により、または
請求項２に記載したように、
前記第２および前記第３の板状部材には、前記第１の板状部材の前記入口開口部に対応して、それぞれ開口部が形成されており、さらに前記第１および第２の板状部材には、前記第３の板状部材の前記出口開口部に対応して、それぞれ開口部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置により、または
請求項３に記載したように、
さらに、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間、および前記第２の板状部材と前記第３の板状部材の間の少なくとも一方に、一または複数の金属よりなる付属板状部材を含み、前記付属板状部材の各々は、前記入口開口部に対応した第１の開口部および前記出口開口部に対応した第２の開口部が形成され、さらに、前記付属板状部材は、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に設けられる場合には一端が前記入口開口部に接続され他端が複数の分枝に分岐した溝を、また前記第２の板状部材と前記第３の板状部材の間に設けられる場合には一端が前記出口開口部に接続され他端が複数の分枝に分岐した溝を形成され、さらに、前記複数の分枝の終端には、対応する複数の貫通孔を形成されていることを特徴とする請求項２記載の冷却装置により、または
請求項４に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の各々において、前記溝は少なくとも一の畝により画成され、前記畝は，隣接する板状部材に熱的および機械的に係合することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項５に記載したように、
前記少なくとも一の畝は、隣接する板状部材に当接しない部分を含むことを特徴とする請求項４記載の冷却装置により、または
請求項６に記載したように、
前記積層体を構成する全ての板状部材の各々は、熱伝導率が１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の導電性金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項７に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記の分岐は一の分枝について複数回生じることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項８に記載したように、
前記第２の板状部材および前記補助板状部材の各々において、前記複数の貫通孔は、隣接する板状部材に形成された溝の分枝のピッチに略等しいことを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項９に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記貫通孔は，前記板状部材に隣接する別の板上部材の少なくとも一方に形成された溝のピッチの整数倍のピッチで形成されていることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１０に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記貫通孔は，前記板状部材に隣接する別の板上部材の少なくとも一方に形成された溝のピッチの整数分の一のピッチで形成されていることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１１に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一においては、前記貫通孔は，開口位置が，前記板状部材の表裏面で，ほぼ半ピッチずれて形成されることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１２に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材のうちの複数の板状部材において、前記溝は同一のパターンを有することを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１３に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材は同一の材料より構成されることを特徴とする請求項１〜１２のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１４に記載したように、
前記第１の板状部材と前記第３の板状部材とは、同一の部材を互いに裏返した状態で前記第２の板状部材の上下に配設したことを特徴とする、請求項１〜１３のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１５に記載したように、
前記付属板状部材は、全て同一の部材よりなり、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との間に配設される付属板状部材と、前記第２の板状部材と前記第３の板状部材との間に配設される付属板状部材とは、互いに裏返した状態で配設されることを特徴とする請求項３記載の冷却装置により、または
請求項１６に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の各々において、前記溝は、外周部の厚さの１／２を超える深さを有することを特徴とする請求項１〜１５のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１７に記載したように、
前記積層体を構成する板状部材の各々は、溝が形成された隣接する板状部材の前記溝に面する側に、前記溝に対応した形状を有し、これと協働して冷却液の流路を構成する別の溝が形成されたことを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１８に記載したように、
前記第１の板状部材は、第１の側に、前記第１の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜１７のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項１９に記載したように、
前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材に面する側に、前記第１の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜１８のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項２０に記載したように、
前記第２の板状部材は、前記第３の板状部材に面する側に、前記第２の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜１９のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項２１に記載したように、
前記第３の板状部材は、前記第２の板状部材に面する側に、前記第２の溝に対応して、凹凸を形成されていることを特徴とする請求項１〜２０のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項２２に記載したように、
前記第１の溝は、ジグザグに延在することを特徴とする請求項１〜２１のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項２３に記載したように、
前記第２の溝は、ジグザグに延在することを特徴とする請求項１〜２２のうち、いずれか一項記載の冷却装置により、または
請求項２４に記載したように、
請求項１〜２３のうち、いずれか一項に記載した冷却装置と、
前記冷却装置中の前記第３の板状部材上に、前記第３の板状部材上に形成された前記溝の複数の枝の終端に沿って、前記溝が形成された側とは反対の側に担持される、複数のレーザダイオードを含むレーザダイオードアレイとよりなることを特徴とする光源装置により、または
請求項２５に記載したように、
前記レーザダイオードアレイは、前記第３の板状部材上に、電気的および熱的に接触することを特徴とする請求項２４記載の光源装置により、または
請求項２６に記載したように、
前記レーザダイオードアレイは、前記第３の板状部材上に、導電性ヒートシンクを介して担持されることを特徴とする請求項２４または２５記載の光源装置により、または
請求項２７に記載したように、
前記導電性ヒートシンクは、前記第３の板状部材よりもレーザダイオードアレイに近い熱膨張係数を有することを特徴とする請求項２６記載の光源装置により、または
請求項２８に記載したように、
さらに、前記レーザダイオードアレイは、前記第１の板状部材の、前記第２の板状部材とは反対側に、前記導電性ヒートシンクとは別の導電性ヒートシンクを、互いに対称的な関係に設けたことを特徴とする請求項２６または２７記載の光源装置により、または
請求項２９に記載したように、
請求項２４〜２８記載の光源装置を複数段、積層して構成したことを特徴とする面発光装置により、または
請求項３０に記載したように、
冷却液の入口側通路と出口側通路とを形成された基台と、
前記基台上に、前記入口側および出口側の冷却水通路に沿って着脱自在に設けられた、各々は前記請求項２３に記載した構成を有する複数の面発光装置とよりなり、
前記基台上には、前記複数の面発光装置の各々に対応して、前記入口側通路に連通した冷却水導入口と前記出口側通路に連通した冷却水排出口とが形成され、
前記複数の面発光装置の各々は、前記入口開口部が前記冷却水導入口に、また前記出口開口部が前記冷却水排出口に対応するように配設されることを特徴とする光源装置により、または
請求項３１に記載したように、
被冷却体と熱的に接続し、各々冷却液で強制的に冷却される複数の板状部材を積層した積層体よりなり，
前記積層体が、
金属よりなり、冷却液を導入する入口開口部が形成された第１の板状部材と、
前記第１の板状部材の第１の側に形成され、一端が前記入口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記一端から前記複数の他端に分配する第１の溝と、
金属よりなり、前記第１の板状部材の前記第１の側に設けられた第２の板状部材と、
前記第２の板状部材に、前記第１の板状部材の前記第１の溝の前記複数の他端に対応して各々形成され、各々前記冷却液を通過させる複数の、互いに孤立した貫通孔と、
金属よりなり、前記第２の板状部材の、前記第１の板状部材とは反対側に設けられ、前記冷却液を排出する出口開口部が形成された第３の板状部材と、
前記第３の板状部材の、前記第２の板状部材に面する側に形成され、一端が前記出口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記複数の他端から前記一端に回収する第２の溝とよりなり、
前記第２の溝の前記複数の他端は、前記複数の貫通孔にそれぞれ対応して形成されている冷却装置の製造方法において、
前記第１の板状部材を複数個、行列状に含む第１の金属シートと、前記第２の板状部材を複数個、行列状に含む第２の金属シートと、前記第３の板状部材を複数個、行列状に含む第３の金属シートとを、前記第２の板状部材の貫通孔の各々が、前記第１の溝の対応する前記他端に整合するように、また前記第２の板状部材の貫通孔の各々が、前記第２の溝の対応する前記他端に整合するように積層し、金属シート積層体を形成する積層工程と、
前記金属シート積層体を切断して、前記積層体を相互に分離する切断工程とを含むことを特徴とする冷却装置の製造方法により、または
請求項３２に記載したように、
前記第１の金属シートにおいて、前記複数の第１の板状部材は、互いに第１の結合部により相互に結合されており、前記第２の金属シートにおいて、前記複数の第２の板状部材は、互いに第２の結合部により相互に結合されており、前記第３の金属シートにおいて、前記複数の第３の板状部材は、互いに第３の結合部により相互に結合されており、前記切断工程は、前記第１〜第３の結合部を、実質的に同時に切断する工程よりなることを特徴とする請求項３１記載の冷却装置の製造方法により、または
請求項３３に記載したように、
前記第１〜第３の金属シートの両面から、レジストパターンを使て、前記各金属シートの外周部の厚さの１／２を超える深さの化学エッチングを行うことにより、前記入口開口部、前記出口開口部、前記第１と第２の溝、前記貫通孔、および前記第１〜第３の板状部材の外形を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３１または３２記載の冷却装置の製造方法により、解決する。
【００２８】
以下、本発明の作用を説明する。
【００２９】
本発明では、金属よりなる第１〜第３の板状部材を積層し、あるいは、前記第１〜第３の板状部材の他に、さらに金属よりなる付属板状部材を積層し、各々の板状部材、特に第１および第３の板状部材、および付属板状部材に冷却液の通路となる溝を形成することにより、冷却効率の非常に高い冷却装置および光源装置が得られる。特に、本発明では、請求項１に記載したように、前記第２の板状部材に、図２１に示す従来の連続した開口スリット２３Ｃのかわりに互いに孤立した複数の貫通孔を形成することにより、板状部材が、かかるスリットにより熱的に遮断された二つの別々の領域に分割されることがなくなり、熱が、貫通孔と貫通孔との間の架橋部を介して、一の領域から他の領域に速やかに散逸することが可能になる。
【００３０】
また、前記積層体を構成する板状部材の各々は、溝を画成する畝を介して互いに係合するため、熱は一の板状部材から隣接する板状部材へと、かかる畝を介して速やかに伝達される。また、各々の板状部材において、伝達された熱は、次の板状部材へとさらに伝達されると同時に、同じ板状部材中を前記畝に沿って効率的に伝達される。換言すると、冷却装置を構成する複数の板状部材は熱的に接続された実質的に一体の構造物を形成し、このため本発明では、熱伝導率の大きい金属を板状部材として使った利点を十分に生かして、冷却装置の熱抵抗を効果的に減少させることができる。
【００３１】
また、かかる冷却装置上にレーザダイオードアレイを装着して光源装置を形成し、かかる光源装置をさらに多数積層して面発光装置を形成した場合、レーザダイオードアレイの直列抵抗が低下する利点が得られる。
【００３２】
さらに、本発明では、各々の板状部材において、溝を画成する畝が、隣接する板状部材に当接するため、また図２１の従来の冷却装置におけるような、大面積の開口部２２Ｃあるいは２４Ｃによる大きな空洞が積層体中に形成されることがなく、かかる板状部材を積層した場合にも、冷却液の流路となるかかる空洞が板状部材の変形により潰れてしまう問題が生じない。特に、本発明では、先にも説明したように、第２の板状部材に、連続した開口スリットのかわりに、架橋部で隔てられた複数の、互いに離間した貫通孔が形成されるため、積層体を冷却液がリークしないように強く締めつけても、貫通孔が変形したり破損したりすることがない。
【００３３】
さらに、本発明による冷却装置あるいは光源装置では、冷却装置の熱抵抗が低いため、半導体基板のフォトリソグラフィやレーザビーム加工等により高価なマイクロチャネルを形成する必要がなく、単に溝を化学エッチングするだけで、安価に冷却装置を製造することが可能になる。また、本発明による冷却装置では、冷却水の流路がマイクロチャネルよりも断面形状の大きい溝であるため、水質維持等のメンテナンスが容易になる。本発明では、前記溝と前記貫通孔のピッチを様々に変化させることにより、あるいは溝中に凹凸を形成することにより、あるいは溝自体をジグザグに形成することにより、前記流路中を流れる冷却液の流れを乱流とすることができ、マイクロチャネルを形成しないことに伴う境界層の形成、およびかかる境界層の形成による冷却効率の低下の問題が軽減される。
【００３４】
また、本発明では、溝の形成を化学エッチングにより行うため、溝のパターン形状を、Ｓｉ基板のウェットエッチングにより形成する場合と比べてはるかに自由に、例えば一の溝が複数の分枝に、あるいは各々の分枝がさらに複数の分枝に分岐するように設定できる。また、このように分岐した形状の溝を各々の板状部材に形成することにより、冷却液を、冷却装置上のレーザダイオードアレイの近傍に、それぞれの溝を介して均一に安定して供給でき、図２１の従来の冷却装置２０におけるような、冷却液が共通の大きな流路２２Ｃあるいは２４Ｃ中を不均一に流れ、冷却装置上に担持されているレーザダイオードアレイの冷却が不均一になってしまう問題点が解決される。
【００３５】
さらに、本発明では、上記第１および第３の板状部材および付属部材として、同一パターンの溝を形成された金属部材を使うことにより、冷却装置の製造費用を低下させることができる。特に、これらの金属部材の加工を複数個、同時に行うことにより、冷却装置の製造費用は非常に安くなる。また、このように、前記板状部材を単一の金属材料より構成することにより、異種の金属材料が接合されることがなくなり、電池効果による板状部材の腐食の問題が回避される。
【００３６】
また、前記冷却装置にレーザダイオードアレイを装着して光源装置を形成する場合にも、レーザダイオードアレイの変形を防ぐため、レーザダイオードを構成する半導体基板の熱膨張率に近い熱膨張率を有し固い材料よりなるヒートシンクを、冷却装置最上部の第３の板状部材に設け、かかるヒートシンク上にレーザダイオードアレイを設けるのが有利である。さらに、かかるヒートシンクの付加によって生じるバイメタル効果による変形を防ぐため，前記第１の板状部材にも、前記ヒートシンクに対して対称的な関係で、同じ金属片を取り付けておくのが好ましい。
【００３７】
また、本発明では、冷却装置を含んだ光源装置を多数積層して面発光装置を形成する際に、各光源装置の最上部に、レーザダイオードアレイの非接地側電極ないし駆動電極に電気的に接続された電極導体板を、冷却装置から絶縁された状態で形成し、かかる電極導体板上に、さらに上層の光源装置の冷却装置底部を当接させることにより、レーザダイオードアレイを多数直列に接続した低抵抗の面光源が得られる。
【発明の実施の形態】
【００３８】
［第１実施例］
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による冷却装置３０を備えた光源装置の構成を示す分解図、図１（Ｄ）はかかる光源装置の組み立てられた状態を示す斜視図である。
【００３９】
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、冷却装置３０はＣｕあるいはＣｕ合金等の熱伝導率の高い、典型的には１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する金属板状部材３１〜３３を積層して形成されており、板状部材３１〜３３には、冷却水の入口開口部３１Ａ，３２Ａおよび３３Ａ、および出口開口部３１Ｂ，３２Ｂおよび３３Ｂがそれぞれ形成される。
【００４０】
板状部材３１〜３３の各々は典型的には２５０μｍの厚さを有し、前記板状部材３１の上面には、前端部３１ａに沿って、冷却水の水路として作用する平行な溝３１Ｃが、ピッチ４００〜５００μｍ、深さが典型的には１３０μｍ、幅が３００〜３５０μｍで形成される。前記溝３１Ｃは、畝３１ｃにより画成され（図２（Ｂ）の拡大図を参照）、前記畝３１ｃは前記冷却水入口３１Ａに向かって延在する。その結果、前記溝３１Ｃから前記入口３１Ａに向かって収斂する溝３１Ｄが形成される。換言すると、入口３１Ａから導入された冷却水は、溝３１Ｄにそって拡がり、前記前端面３１ａに隣接した溝３１Ｃに導かれる。
【００４１】
前記板状部材３２は、図１（Ｄ）に示すように、板状部材３１上に、開口部３２Ａ，３２Ｂを対応する開口部３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ整列させて積層されるが、板状部材３２には、前記板状部材３１Ｃ上の溝３１Ｃの各々に対応して、複数の貫通孔３２Ｃが前端面３２ａに沿って形成され、その結果、前記溝３１Ｃに導入された冷却水は、対応する開口部３２Ｃを通って前記板状部材３２の上側に到達する。
【００４２】
前記板状部材３２の上側には板状部材３３が配設されるが、前記板状部材３３は、前記板状部材３１と同一の部材を前記板状部材３２上に裏返した状態で配設することにより得られ、従って板状部材３１上の溝３１Ｃおよび３１Ｄと同様な溝を、下面に形成されている。ただし、溝３１Ｄに対応する溝は、出口開口部３３Ｂに収束し、その結果、前記板状部材３２の貫通孔３２Ｃを通って流入した冷却水は、溝３１Ｃに対応する溝から溝３１Ｄに対応する溝を通って出口開口部３３Ｂに到達する。
【００４３】
図２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ板状部材３２および板状部材３１を示す平面図である。
【００４４】
図２（Ａ）を参照するに、板状部材３２の前端面３２ａに沿って形成された一連の貫通孔３２Ｃの各々は架橋部３２ｂにより画成されており、このため前記板状部材３２の前端面３２ａに沿った部分は、貫通孔３２Ｃの図２（Ａ）中右側に位置する部分と、前記架橋部３２ｂにより熱的におよび機械的に結合される。
【００４５】
図２（Ｂ）は前記板状部材３１の上面を示すが、前端面３１ａに隣接して形成された平行な溝３１Ｃは、互いに幅が１００〜１５０μｍ程度の畝３１ｃにより画成されているのがわかる。溝３１Ｃは、二つずつが一つの溝３１Ｄに接続し、溝３１Ｄは畝３１ｃから連続する畝３１ｄにより画成され前記入口開口部３１Ａに収束する。先にも説明したように、図２（Ｂ）の溝３１Ｃ，３１Ｄおよび畝３１ｃ，３１ｄと同一の溝および畝は、前記板状部材３３の下面にも形成されている。すなわち、溝３１Ｃの幅が、溝３１Ｄから前記前端面３１ａに向かって増大するような場合には、溝３１Ｃ中に畝を形成し、溝を二つの溝に分岐させることにより、溝の幅が過大になることを回避することができる。
【００４６】
図２（Ａ），（Ｂ）の板状部材において、開口部３１Ａ〜３３Ａ，３１Ｂ〜３３Ｂ、貫通孔３２ｂおよび溝３１Ｃは、レジストパターンを使った通常の化学エッチングにより、容易に、また高価な製造装置を使うことなく安価に形成されるが、図２１の従来の装置で使われているようなレーザビーム加工では、困難である。
【００４７】
板状部材３１〜３３は互いに積層されて、後ほど説明する拡散接合等の手段により互いに接合され、図１（Ｄ）に示す内部に水路が形成された積層体３０が形成される。積層体３０の最上部を構成する板状部材３３の上面には、前端面３３ａに沿って、複数の端面出射型レーザダイオードを集積化したレーザダイオードアレイ３４が担持される。かかる積層体３０では、板状部材３２は板状部材３１上に形成された溝３１Ｃあるいは３１Ｄを画成する畝３１ｃあるいは３１ｄと、機械的および熱的に係合し、また板状部材３３上の対応する畝と機械的および熱的に係合する。
【００４８】
かかる構成の冷却装置３０では、レーザダイオードアレイ３４が生成する熱は、板状部材３３中を冷却水入口あるいは出口開口部３３Ａ，３３Ｂに向かって伝導されると同時に、前記板状部材３３から隣接する板状部材３２へ、前記溝を画成する畝を伝って伝導される。さらに前記板状部材３２に到達した熱は冷却水入口あるいは出口開口部３２Ａ，３２Ｂへと伝導されるが、本実施例では、レーザダイオード３４から最も多量の熱が伝達される前端部３２ａを含む部分から、前記開口部３２Ａ，３２Ｂが形成されている部分へと、前記貫通孔３２Ｃを画成する架橋部３２ｂを介して、熱が効率的に伝達される。
【００４９】
さらに、前記板状部材３２から板状部材３１へも、溝３１ＣあるいはＤを画成する畝を介して熱が効率的に伝達され、伝達された熱は前記出入口開口部３１Ａ，３１Ｂへと効率良く伝導される。板状部材３１あるいは３３内部においては、熱は、特に前記溝を画成する畝に沿って効率的に伝導される。このため、本実施例では、化学エッチングにより形成される溝３１Ｃはマイクロチャネルを形成しないが、それに伴う熱抵抗の増加は、効果的に補償される。
【００５０】
このように、前記積層体３０は、実質的に熱的な一体構造物を構成し、その結果、レーザダイオードアレイ３４が発生した熱は、３次元方向に、効率的に伝達され、さらに積層体３０中を３次元的に延在する水路を流れる冷却水により除去される。
【００５１】
前記積層体３０では、また各々の板状部材が、前記溝を画成する畝により互いに機械的に係合するが、その際溝の幅が高々１００〜２００μｍ程度のものであるため、図２１に示した開口部２２Ｃあるいは２４Ｃのような大きな開口部による空洞が積層体３０中に形成されることがない。このため、板状部材３１〜３３を強く圧着しても、積層体３０中に形成される冷却水の水路が潰れることがなく、冷却水のリークのない、安定した冷却装置を構成することができる。特に、板状部材３２の前端部３２ａを含む部分の変形が、架橋部３２ｃを形成することにより、効果的に回避できる。
【００５２】
本実施例の冷却装置３０では、板状部材３３を板状部材３１と同一の部材を裏返して積層することにより、製造コストを更に低下させることができる。
【００５３】
［第２実施例］
図３（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の第２実施例による冷却装置４０を備えた光源装置の構成を示す分解図、図３（Ｈ）は、冷却装置４０を含む光源装置の組み立てられた状態を示す斜視図である。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図３（Ａ）〜（Ｇ）を参照するに、本実施例では、板状部材３１と板状部材３２との間に、同じくＣｕあるいはＣｕＭｏ等のＣｕ合金よりなる板状部材４１，４２が配設され、さらに板状部材３２と板状部材３３との間にも、同じくＣｕあるいはＣｕＭｏ合金よりなる板状部材４３，４４が配設される。
【００５５】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、冷却装置４０を構成する各々の板状部材の構成を示す。このうち、図４（Ａ）は、先に説明した図２（Ａ）の部材３２を、また図４（Ｃ）は先に説明した図２（Ｂ）の部材３１または３３を示す。
【００５６】
これに対し、図４（Ｂ）は、図３（Ｂ），（Ｃ）あるいは（Ｅ），（Ｆ）に示した板状部材４１〜４４の構成を示す。ただし、板状部材４１〜４４は同一の構成を有するため、図４（Ｂ）には、板状部材４１の構成を示し、板状部材４２〜４４の説明は省略する。
【００５７】
図４（Ｂ）を参照するに、板状部材４１上には、部材３１の冷却水入口３１Ａに対応する冷却水入口４１Ａと、冷却水出口３１Ｂに対応する冷却水出口４１Ｂとが形成され、前記冷却水入口４１Ａからは、部材３１上の前記溝３１Ｄに対応した、溝３１Ｄと同一形状・同一寸法の溝４１Ｄが延在する。溝４１Ｄは畝４１ｄにより画成されており、畝４１ｃにより画成された溝４１Ｃに接続する。溝４１Ｃは、部材３１上の溝３１Ｃと同一形状・同一寸法を有する。さらに、部材４１には、前端面４１ａに沿って、前記溝４１Ｃの各々に対応した複数の貫通孔４１Ｅが形成される。
【００５８】
図３（Ｈ）に示す積層体４０では、前記板状部材４１が板状部材３１上に積層され、その上に前記板状部材４１と同一の板状部材４２が積層され、さらに前記板状部材４２上に板状部材３２が積層され、板状部材３２上に前記板状部材４１と同一の板状部材４３が裏返した状態で積層され、さらに前記板状部材４３上に、前記板状部材４１と同一の板状部材４４が裏返した状態で積層される。このように積層された板状部材４４上には、前記板状部材３３が先の実施例と同様に積層される。
【００５９】
かかる構成の積層体４０では、冷却水は、積層体４０中に板状部材３１のみならず、４１，４２からも供給され、さらに板状部材３３のみならず、４３，４４からも回収される。このため、積層体４０中を流される冷却水の量が増加し、また冷却水と接触する積層体４０の面積が増大し、冷却効率を向上させることができる。また、積層体４０では、板状部材４１〜４４が、板状部材３１，３２，３３と、溝を画成する畝４１ｃ，４１ｄ、あるいは対応する畝において係合し、その結果、大きな熱容量を有する熱的に実質的に一体の構造体が形成される。
【００６０】
先に説明した冷却装置３０と同様に、冷却装置４０においても積層構造体中に大きな空洞が生じることがなく、各板状部材を冷却液のリークが生じないように強く圧着しても、構造体中の水路が潰れるような問題は生じない。
【００６１】
冷却装置３０においても同様であるが、冷却装置４０を構成する板状部材を同一組成の金属薄板より構成することにより、異種の金属薄板を接合した場合に生じる電池形成の問題、およびかかる電池の形成に伴う板状部材の侵食の問題を回避することができる。板状部材４１〜４４に形成される溝等のパターンは、板状部材３１〜３３と同様に、化学エッチングにより、安価に形成することができる。
【００６２】
冷却装置４０において、板状部材４１，４２、あるいは４３，４４の一方のみを設け、他方を省略することもできる。
【００６３】
［第３実施例］
先に説明した冷却装置３０あるいは４０は、積層体を構成する板状部材に形成される溝を化学エッチングにより形成しているため、形成される溝はマイクロチャネルは形成しない。このため、溝中を流れる冷却水中には、溝の壁面に沿って境界層が形成されやすく、冷却水と溝との熱交換効率が低下し易い。
【００６４】
前記冷却装置３０あるいは４０では、かかる境界層の形成に伴う冷却効率の低下を、積層体を構成する板状部材を多数の畝において緊密に熱的に接触させ、積層体全体を熱的に一体の構造物とすることにより克服していた。これに対し、以下に説明する本発明の第３実施例では、溝の形状を改良することにより、マイクロチャネルを使わずに境界層の形成を抑止する。その結果、本発明により冷却装置では、冷却効率がさらに向上する。
【００６５】
図５（Ａ）は、冷却装置３０の、前記貫通孔３２Ｃの列に沿った断面図である。
【００６６】
図５（Ａ）の構成では、板状部材３１上の溝３１Ｃの各々に対応して、板状部材３２上に、前記溝３１Ｃの幅に略等しい大きさの貫通孔３２Ｃが、溝３１Ｃのピッチに等しいピッチで形成され、さらに、前記板状部材３３上には、前記板状部材３２の貫通孔３２Ｃの各々に対応して、前記貫通孔３２Ｃの大きさに略等しい大きさの溝３１Ｃが、貫通孔３２Ｃのピッチに等しいピッチで形成される。
【００６７】
かかる構成では、冷却水の流れは溝および貫通孔により一意的に規定され、このため冷却水が流路の途中で澱むことがない。換言すると、図５（Ａ）の構成では、冷却水は一様に冷却装置３０中を通過する。また、一の溝３１Ｃ中の冷却水は、対応する貫通孔３２Ｃを通って対応する溝３２Ｃに流れるが、貫通孔３２Ｃは、板状部材３２の両側から化学エッチングされて形成されるため、架橋部３２ｂに鋭い突出部が形成され、かかる突出部により形成される乱流が、境界層の形成を妨げる。
【００６８】
図５（Ｂ）の構成では、図５（Ａ）の構成において、隣接する一対の貫通孔３２Ｃを、板状部材３２Ｃ中において連続して形成され、その結果、板状部材３１中の一対の溝３１Ｃから供給される冷却水が、前記貫通孔３２Ｃにおいて混合され、さらに板状部材３３中の一対の溝３３Ｃに供給される。かかる構成でも、冷却水を、レーザダイオードアレイ３４の長手方向に、一様に、澱みなく供給することができる。さらに、図５（Ｂ）の構成においては、冷却水が貫通孔３２Ｃにおいて混合され、さらに一対の溝３３Ｃに分岐する際に乱流を生じ、溝３３Ｃ中における境界層の形成による冷却効率の低下が回避される。
【００６９】
図５（Ｃ）の構成では、図５（Ａ）の構成において、板状部材３１中の単一の溝３１Ｃからの冷却水が、板状部材３２中の一対の貫通孔３２Ｃに分岐し、さらに板状部材３３中の単一の溝３３Ｃ中において再び合流する。かかる構成においても、レーザダイオードアレイ３４を、その長手方向に沿って均一に冷却することができる。また、図５（Ｂ）の場合と同様に、冷却水の分岐および合流に伴って乱流が発生し、このため、境界層の形成による冷却効率の低下が回避される。
【００７０】
図６（Ａ）は、特に冷却水中に乱流を発生させる効果を目的とした構成を示す。
【００７１】
図６（Ａ）を参照するに、板状部材３１中の溝３１Ｃの各々に対して板状部材３２中の貫通孔３２Ｃは半ピッチだけレーザダイオードアレイ３４の延在方向にずらされ、また前記板状部材３３中の溝３３Ｃも、前記貫通孔３２Ｃの各々に対して同様にずらされている。その結果、溝３１Ｃ中の冷却水は、対応する貫通孔３２Ｃに流入する際に、隣接する貫通孔３２Ｃを隔てる架橋部３２ｂにより左右に分岐される。かかる過程において冷却水中には乱流が発生し、乱流となった冷却水はさらに板状部材３３中の溝３３Ｃに流入するが、かかる過程において各々の貫通孔３２Ｃ中の冷却水はさらに左右に分岐し、その際冷却水中乱流はさらに増幅される。
【００７２】
図６（Ｂ），（Ｃ）は、図６（Ａ）と同様な効果を目的とした構成を示す。
【００７３】
図６（Ｂ）の構成では、図６（Ａ）の貫通孔３２の各々が、互いに連結した下側部分３２Ｃ１ と上側部分３２Ｃ２ とにより、連続した開口部として構成され、下側部分３２Ｃ１ は板状部材３１中の対応する溝３１Ｃに整合する。同様に、上側部分３２Ｃ２ は板状部材３３中の対応する溝３３Ｃに整合する。その結果、板状部材３１中の溝３１Ｃと板状部材３３中の溝３３Ｃとは、互いに前記レーザダイオードアレイ３４の延在方向に半ピッチだけずれて形成される。かかる構成では、貫通孔３２Ｃの下側部分３２Ｃ１ に流入した冷却液が上側部分３２Ｃ２ に移動する際に、部分３２Ｃ１ と３２Ｃ２ との間の狭隘部において乱流を発生する。
【００７４】
図６（Ｃ）の構成では、図６（Ｂ）の連続した開口部３２Ｃが、下側開口部３２Ｃ１ と対応する溝３１Ｃとが、互いに半ピッチだけ、レーザダイオードアレイ３４の延在方向にずれるように、また上側開口部３２Ｃ２ が対応する溝３３Ｃと半ピッチだけ同様にずれるように形成される。かかる構成により、冷却水中における乱流の発生をさらに増幅することができ、マイクロチャネルを使わずとも、効率的な冷却が可能になる。特に、図６（Ｃ）の構成では、冷却水と板状部材３１あるいは３３との接触面積を大幅に増加させることができる。
【００７５】
［第４実施例］
図７は、本発明の第４実施例による冷却装置の板状部材３１あるいは３３の構成を示す。板状部材３１と３３は同一の部材を互いに裏返して構成しているため、以下の説明は板状部材３１に対してのみ行い、板状部材３３に対する説明は省略する。
【００７６】
図７を参照するに、板状部材３１上において溝３１Ｃを画成する畝３１ｃには、高さを低くした部分３１ｃ１ を選択的に、図示の例では一つおきに形成する。このように、高さの低い畝３１ｃ１ を形成することにより、冷却水と板状部材３１との接触面積を増やすことができる。また、畝３１ｃ１ は隣接する板状部材３２と機械的に係合しこれを支持することはないが、畝３１ｃ１ は一つおきに形成されるため、板状部材３１と板状部材３２とが圧着された場合にも、板状部材３２がかかる高さの低い畝３１ｃ１ に対応する箇所で変形する恐れはない。
【００７７】
また、本実施例では、冷却水と冷却装置３０との接触面積を増やすため、図８（Ａ）に示すように、板状部材３２にも、溝３１Ｃ，Ｄに対応して、浅い溝３２Ｄ１ を、また溝３３Ｃ，Ｄに対応して浅い溝３２Ｄ２ を、それぞれ板状部材３２の下面および上面に形成する。あるいは、図８（Ｂ）に示すように、前記溝３２Ｄ１ ，３２Ｄ２ を、それぞれ二つの溝（３２Ｄ１ ）１ ，（３２Ｄ1 ）２ あるいは（３２Ｄ２ ）１ ，（３２Ｄ２ ）２ に分割してもよい。
【００７８】
［第５実施例］
次に、前記第１〜第４の各実施例で使われる板状部材の製造方法について、本発明の第５実施例として説明する。
【００７９】
本発明の各実施例では、板状部材３１と板状部材３３とは同一の部材より構成される。また、図３の実施例の付属板状部材４１〜４４も、全て同一の部材より形成される。
【００８０】
そこで、本発明では、図９（Ａ）に示すマスクを使った化学エッチングにより、単一のＣｕあるいはＣｕ合金板から、図９（Ｂ）に示す板状部材３１あるいは３３を、一度に大量に形成することができる。かかる板状部材の技術としては、半導体パッケージに使われるリードフレームの製造技術が、確立した、安価な製造技術として適用可能である。また、図９（Ａ）と同様な別のマスクを使うことにより、複数の板状部材３２を大量に形成することができる。その際、化学エッチングは、各々の板状部材に形成される溝の深さが、各々の板状部材の両面から、板状部材の厚さの１／２を超えるように実行される。
【００８１】
このような工程により、板状部材３１〜３３の溝、貫通孔および外形を、一括して形成することが可能になる。同様に、付属板状部材４１〜４４も同様に形成することができる。
【００８２】
このようにして形成した前記板状部材３１〜３３，４１〜４４は、さらに積層体３０あるいは４０を形成するように積層された後、不活性雰囲気あるいは還元雰囲気中において圧着され、互いに拡散接合される。この接合工程では、特に図９（Ａ）〜（Ｃ）の工程により形成された板状部材３１〜３３，４１〜４４を互いに切り離さずに、そのまま一括して接合するのが好ましい。
【００８３】
［第６実施例］
次に、本発明の第６実施例による光源装置５０の製造方法を、図１０（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図１０（Ａ）を参照するに、前記板状部材３１〜３３を積層して図１（Ｄ）に示す積層体３０を形成した後、前記積層体の最上層を構成する板状部材３３上には、その前端面３３ａに沿って、レーザダイオードアレイ３４が、前記アレイ３４を構成する半導体基板下面に形成された電極を、ＩｎあるいはＰｂＳｎ合金よりなるハンダにより、前記板状部材３３上にハンダづけすることにより固定され、さらにポリイミドあるいはフッ素樹脂等の絶縁シート３５が、前記板状部材３３上に形成される。図示の例では、前記絶縁シート３５には前記冷却水入口３０Ａおよび出口３０Ｂに対応する開口部が形成され、メタリゼーションにより形成された金属膜３６を担持する。勿論、前記板状部材３３上には、前記レーザダイオードアレイ３４のハンダ付に先立って、Ａｕで覆った適当なバリアメタルを形成しておいてもよい。
【００８５】
さらに、図１０（Ｂ）に示すように、前記金属膜３６とレーザダイオードアレイ３４を構成する個々のレーザダイオードとは、Ａｕ等のボンディングワイヤ３７により、電気的に接続される。かかる構成によれば、共通の電源により駆動電流を前記金属膜３６に供給することにより、前記レーザダイオードアレイを構成するレーザダイオードを、全て、一斉に駆動することができる。また、金属膜３６の代わりに配線パターンを前記絶縁シート上に形成することもできる。また、前記絶縁シート３５の代わりに、ＳｉＯ２ やＳｉＯＮ、あるいはＡｌＮ等の絶縁性優電材料の膜を、ＣＶＤ法あるいはスパッタリングにより形成してもよい。前記ボンディングワイヤ３７のかわりにＡｕフォイルを使うこともできる。
【００８６】
［第７実施例］
図１１（Ａ）は、本発明の第７実施例による光源装置６０の構成を示す図、また図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の光源装置６０の一変形例を示す。
【００８７】
図１１（Ａ）を参照するに、本実施例による光源装置では、前記積層体３０の最上部層を構成する板状部材３３とレーザダイオードアレイ３４との間に、レーザダイオードアレイ３４を構成するＧａＡｓ基板の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属材料、例えばＣｕＷあるいはＣｕＭｏよりなるヒートシンク３８を介在させている。かかるヒートシンク３８を使うことにより、レーザダイオードアレイ３４に加わる機械的な歪みを抑制することが可能になる。
【００８８】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の構成の一変形例を示す。
【００８９】
図１１（Ｂ）を参照するに、本実施例では、前記ヒートシンク３８に対応して、同一寸法・同一形状の同一材料よりなる別のヒートシンク３８’を、前記ヒートシンク３８に対して対称的な位置に、すなわち、前記板状部材３１の下面の前記前端面３１ａに沿って形成する。ヒートシンク３８’をこのように形成することにより、ヒートシンク３８と板状部材３３との間の熱膨張の差に起因するバイメタル効果、およびかかるバイメタル効果による板状部材３３の変形が、効果的に補償される。
【００９０】
［第８実施例］
図１２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第８実施例による面発光装置７０の構成を示す。
【００９１】
図１２（Ａ），（Ｂ）を参照するに、面発光装置７０は、図１２（Ａ）に示すように、図１２（Ｂ）に示す光源装置５０を、間に金属製のシール部材７１を介在させて、同一の向きに多数積層することにより形成される。
【００９２】
シール部材７１は、光源装置５０の金属膜３６に対応した大きさと形状を有し、前記冷却水入口３０Ａおよび出口３０Ｂに対応した開口部７０Ａ，７０Ｂをそれぞれ形成されている。かかる構成では、面発光装置７０を構成する各々の光源装置５０の冷却水入口３０Ａと出口３０Ｂとがそれぞれ整列し、その結果冷却水入口７０Ａに供給される冷却水は、各々の光源装置５０に分配され、また各々の光源装置５０を冷却した冷却水が出口７０Ｂに集められる。
【００９３】
かかる構成の面発光装置７０においては、各光源装置５０のレーザダイオードアレイが繰り返し積層され、強力な光源として作用する２次元レーザダイオードアレイが形成される。その際、前記シール部材７１は、先に説明したように下側の光源装置５０の金属膜３６と電気的および機械的に係合すると同時に、上側の光源装置５０の冷却装置３０の最下部を構成する板状部材３１とも、同様に電気的および機械的に係合する。その結果、一の層のレーザダイオードアレイ中の一のレーザダイオードは、隣接する層のレーザダイオードアレイ中の対応するレーザダイオードと直列に接続される。本実施例の構成では、一の層の光源装置５０と隣接する層の光源装置５０とが、前記金属のシール部材により電気的・機械的に接続されるため、従来の光源装置のおいて生じていた光源装置全体の抵抗が高くなる問題が回避される。また、前記シール部材７１は、一の光源装置５０中のレーザダイオードアレイ３４を、その直上の光源装置５０の冷却装置３０と、空間的に離間させるスペーサとしても作用する。
【００９４】
図１３は、図１２の面発光装置７０の一変形例を示す。
【００９５】
図１３の構成では、前記金属シール７１の他に、前記スペーサとして作用する別の金属板状部材７１’が、一の光源装置５０とその直下の光源装置５０との間に設けられる。金属板状部材７１’は、前記シール部材７１と同一の寸法・形状を有し、従って、前記冷却水入口７０Ａおよび出口７０Ｂに対応して開口部７０Ａ’（図示せず）および開口部７０Ｂ’が形成されている。
【００９６】
図１２，１３の構成において、先にも説明したように、電池効果による腐食を回避するため、同一の材料により、板状部材３１〜３２および７１あるいは７１’を形成するのが好ましい。
【００９７】
［第９実施例］
図１４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第９実施例による面発光装置８０の構成を示す。ただし、図１４（Ａ）は面発光装置８０の斜め上から見た正面図、図１４（Ｂ）は面発光装置８０の斜め下から見た背面図である。図１４（Ａ），（Ｂ）中、先に説明した部分に対応する部分は同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
図１４（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記複数の光源装置５０を積層して形成した面発光装置７０は、ケース８１中に格納され、ネジ８２により、絶縁性コーティングを施された押し板８３を介して締めつけられる。前記面発光装置７０を構成する最上部の光源装置５０と前記絶縁性押し板８３との間には金属製の電極板８４が挿入され、前記金属板８４の後端には端子８４Ａが形成される。また、前記ケース８１の裏側には、端子８１Ａが形成される。
【００９９】
図１４（Ｂ）の斜め背面図よりわかるように、ケース８１の底面には、冷却水の入口８０Ａおよび出口８０Ｂが形成される。また、ケース８１の内側側壁面には前記押し板８３と同様な絶縁コーティングが施され、また底面下側には、取付けネジのためのネジ孔８１ａ〜８１ｄが形成されている。
【０１００】
さらに、前記ケース８１の内側底面にも同様な絶縁コーティングを施し、前記最下部の光源装置とケース８１の内側底面との間に、前記端子８１Ａを形成された別の電極板を挿入してもよい。
【０１０１】
［第１０実施例］
図１５は、本発明の第１０実施例による面発光装置９０の構成を示す。
【０１０２】
図１５を参照するに、面発光装置９０は、多数の前記面発光装置８０を、共通のマニホールドないし基台９１上に、隣接して固定することにより形成される。
【０１０３】
図１５を参照するに、基台９１中には、配管９２Ａから導入され、配管９２Ｂから排出される冷却水の通路が形成され、前記面発光装置８０の冷却水入口８０Ａに対応して、前記配管９２Ａに連通した冷却水出口９１Ａが、また冷却水出口８０Ｂに対応して、前記配管９２Ｂに連通した冷却水入口９１Ｂが形成される。また、前記面発光装置８０は、前記入口８０Ａが前記出口９１Ａに整合し前記出口８０Ｂが前記入口９０Ｂに整合した状態で、前記ネジ孔８１ａ〜８１ｄに係合するネジ９３により、固定される。
【０１０４】
先にも説明したように、かかる構成の面発光装置９０では、基本となる各々の光源装置５０において、板状部材３１〜３３が強く圧着されても、溝を画成する畝が隣接する板状部材と係合するため、溝が潰れて冷却水の流路が狭隘になったり遮断されたりすることがない。
【０１０５】
［第１１実施例］
図１６（Ａ）は本発明の第１１実施例による光源装置１０５の構成を、また図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）の光源装置１０５を積層して形成した面発光装置１００の構成を示す。
【０１０６】
図１６（Ａ），（Ｂ）を参照するに、光源装置１０５は、先の実施例の冷却装置３０〜７０のいずれであってもよい、入口側冷却水通路３０Ａに対応する通路１０９と出口側冷却水通路３０Ｂに対応する通路１１０とを形成された冷却装置１０３上に形成されており、前記冷却装置１０３上には、冷却装置１０３のうち前記通路１０９および１１０を含む部分を露出する開口部１０８が形成された金属シート１０２が、図示していない絶縁性接着剤層を介して接着される。前記金属シート１０２は、冷却装置１０３上の前端部に設けられたレーザダイオードアレイ１１４上の駆動電極（図示せず）と、Ａｕ等よりなるボンディングワイヤ１１３あるいはＡｕフォイルにより電気的に接続される。レーザダイオードアレイ１１４は、底部に接地電極を有し、前記冷却装置１０３上に設けられることで、冷却装置１０３に接地される。
【０１０７】
さらに、図１６（Ａ）の光源装置１０５は、前記冷却水通路１０９，１１０にそれぞれ対応する開口部１０６，１０７を形成された絶縁性ラバーシート１０１を、前記開口部１０８中に有する。ラバーシート１０１は前記金属シート１０２よりもわずかに、典型的には５０〜１００μｍ程度大きい厚さを有しており、図１６（Ｂ）に示すように他の光源装置１０５と共に積層されて、積層体１０４よりなる面発光装置１００を形成する際に、冷却装置１０３と金属シート１０２との間の境界面において、前記冷却水通路１０９，１１０からの漏水を阻止する。図１６（Ｂ）の積層状態では、一の光源装置中のラバーシート１０１は、その直上の光源装置１０５の冷却装置１０３により圧迫され、金属シート１０２と同一平面を形成するが、その際、ラバーシート１０１は前記冷却水の漏水経路を効果的に塞ぐ。
【０１０８】
前記ラバーシート１０１が金属シート１０２と同一平面を形成することに関連して、図１６（Ｂ）の面発光装置１００では、光源装置の積層ピッチが正確に制御される好ましい特徴が得られる。また、ラバーシート１０１は前記金属シート１０２中の開口部１０８に嵌合されているため、冷却水通路１０９，１１０中の水圧が上昇しても変形することがなく、信頼性の高いシール効果が得られる。
【０１０９】
また、図１６（Ｂ）の面発光装置１００では、一の光源装置の金属シート１０２は、その直上の光源装置の冷却装置１０３とコンタクトし、従って積層された各光源装置のレーザダイオードアレイ１１４は、前記金属シート１０２を介して直列接続されるが、その際、前記金属シート１０２は冷却装置１０３と密接にコンタクトするため、面発光装置１００全体の直列抵抗が減少し、またコンタクトの信頼性も向上する。後で説明するように、開口部１０８を有する金属シート１０２は、化学エッチングにより、安価かつ簡単に作製できる。金属シート１０２は、前記冷却装置１０３を構成するＣｕあるいはＣｕ合金と同一組成の材料より形成するのが、電蝕を防止する観点から好ましい。
【０１１０】
［第１２実施例］
図１７（Ａ），（Ｂ）および図１８（Ｃ），（Ｄ）は、図２（Ａ），（Ｂ）に示す本発明の第１実施例の一変形例に対応する、本発明の第１８実施例による冷却装置の構成を示す。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１１１】
図１７（Ａ）を参照するに、本実施例では、前記板状部材３２の板状部材３１あるいは３３に面する側に、前記溝３１Ｃ，３１Ｄに沿って、●で示した多数の凹部が形成される。かかる凹部を形成することにより、溝３１Ｃ，３１Ｄ中には水路に沿って繰り返し乱流が発生し、図１９（Ａ）に示す、溝３１Ｃ，３１Ｄ中に層流が生じた場合に水路長と共に急速に減少する熱伝達率を、図１９（Ｂ）に示すように各凹部毎に初期状態、すなわち冷却水が溝３１Ｄ中に流入した直後の状態に近い状態にリセットすることができる。ただし、図１９（Ａ），（Ｂ）において、水路長は、前記溝３１Ｄに沿った長さを示す。
【０１１２】
かかる凹部は、前記貫通孔３２Ｃを形成した後、前記板状部材３２にレジストマスクを使った化学エッチングを施すことにより、容易に形成できる。凹部の形状は円形に限定されるものではなく、三角形あるいは四角形等、任意の形状でよい。
【０１１３】
図１７（Ｂ）は、前記板状部材３１あるいは３３上に、かかる凹部を溝３１Ｃ，３１Ｄに沿って形成した場合を示す。また、図１８（Ｃ）は、前記中間の板状部材３２の両面に、凹部を形成した場合を示す。ただし、図１８（Ｃ）中、●は上面に形成された凹部、○は下面に形成された凹部を示す。図１８（Ｃ）に示すように、凹部を板状部材３２の両面に形成する場合には、上側の凹部と下側の凹部とを交互に形成し、重ならないようにすると、前記貫通孔３２Ｃを両面からのハーフエッチングで形成する際に、同時に両面に凹部が形成できる利点がある。
【０１１４】
さらに、図１８（Ｄ）は、前記溝３１Ｃ，３１Ｄをジグザグに形成した場合を示す。溝３１Ｃ，３１Ｄをジグザグに形成することにより、溝中の水流が屈曲する度に乱流が誘起され、図３６（Ｂ）に示す熱伝達率の向上が得られる。図１８（Ｄ）では、溝３１Ｃあるいは３１Ｄ中に仮想的な直線を引くことができないように溝を屈曲させているが、また溝は正弦波形状あるいは弧状に形成することもできる。
【０１１５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はその要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【発明の効果】
【０１１６】
請求項１〜２３記載の本発明の特徴によれば、
被冷却体と熱的に接続し、各々冷却液で強制的に冷却される複数の板状部材を積層した積層体よりなる冷却装置において、前記積層体を、金属よりなり、冷却液を導入する入口開口部が形成された第１の板状部材と、金属よりなり、前記第１の板状部材の前記第１の側に設けられた第２の板状部材と、金属よりなり、前記第２の板状部材の、前記第１の板状部材とは反対側に設けられ、前記冷却液を排出する出口開口部が形成された第３の板状部材とにより構成し、前記第１の板状部材の第１の側に、一端が前記入口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記一端から前記複数の他端に分配する第１の溝を形成し、前記第２の板状部材に、前記第１の板状部材の前記第１の溝の前記複数の他端に対応して、各々前記冷却液を通過させる複数の、互いに孤立した貫通孔を形成し、前記第３の板状部材の、前記第２の板状部材に面する側に、一端が前記出口開口部に接続され、他端が複数の分枝に分岐し、前記冷却液を前記複数の他端から前記一端に回収する第２の溝を、前記第２の溝の前記複数の他端が、前記複数の貫通孔にそれぞれ対応するように形成することにより、冷却効率の非常に高い冷却装置、およびかかる冷却装置を備えた光源装置が得られる。
【０１１７】
特に、請求項１の特徴によれば、前記第２の板状部材に複数の貫通孔を形成することにより、従来のようにこれを単一のスリットとした場合に生じていた板状部材が熱的に互いに遮断された二つの領域に分割され、熱伝導の効率が低下する問題、および、かかるスリットにおいて、前記板状部材の圧着の際に機械的な変形が生じる問題が解決される。すなわち、請求項１の冷却装置では、熱は前記第２の板状部材のレーザダイオード直下に位置する側から他の側に、前記貫通孔を画成する架橋部を伝って効率的に伝導される。また、かかる架橋部が板状部材の変形に抵抗する。
【０１１８】
請求項２記載の本発明の特徴によれば、
請求項１記載の冷却装置において、前記第２および前記第３の板状部材に、前記第１の板状部材の前記入口開口部に対応して、それぞれ開口部を形成し、さらに前記第１および第２の板状部材に、前記第３の板状部材の前記出口開口部に対応して、それぞれ開口部を形成することにより、前記第１〜第３の板状部材を積層して形成した冷却装置を、さらに多数積層した場合に、積層された個々の冷却装置への冷却水の通路が確保される。
【０１１９】
請求項３記載の本発明の特徴によれば、
請求項１または２記載の冷却装置において、さらに、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間、および前記第２の板状部材と前記第３の板状部材の間の少なくとも一方に一または複数の金属よりなる付属板状部材を設け、前記付属板状部材の各々に、前記入口開口部に対応した第１の開口部および前記出口開口部に対応した第２の開口部を形成し、さらに、前記付属板状部材に、これが前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の間に設けられる場合には一端が前記入口開口部に接続され他端が複数の分枝に分岐した溝を、また前記第２の板状部材と前記第３の板状部材の間に設けられる場合には一端が前記出口開口部に接続され他端が複数の分枝に分岐した溝を形成し、さらに、前記複数の分枝の終端に、対応する複数の貫通孔を形成することにより、前記積層体中に供給する冷却水の量を増大させることが可能になる。また、積層される金属製板状部材の量が増え冷却水との接触面積が増大するため、冷却装置の冷却効率が向上する。
【０１２０】
請求項４記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜３の冷却装置の前記積層体を構成する板状部材の各々において、前記溝を少なくとも一の畝により画成し、しかも前記畝を，隣接する板状部材に熱的および機械的に係合するように形成することにより、熱は、一の板状部材から隣接する板状部材へと、かかる畝を介して速やかに伝達される。また、各々の板状部材において、伝達された熱は、前記畝に沿って効率的に伝達される。換言すると、前記複数の板状部材は、熱的に接続された実質的に一体の構造物を形成し、冷却装置の熱抵抗が大幅に低下する。
【０１２１】
さらに、かかる畝は隣接する板状部材に機械的に当接するため、前記板状部材が接合の際に強く圧着されても、冷却水の通路となる溝が潰れることがない。
【０１２２】
請求項５記載の本発明の特徴によれば、
請求項４記載の冷却装置において、前記少なくとも一の畝を、隣接する板状部材に当接しない部分を含むように形成することにより、冷却液と板状部材との接触面積を増大させることができ、冷却装置の冷却効率が向上する。
【０１２３】
請求項６記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜５の冷却装置において、前記積層体を構成する全ての板状部材の各々を、熱伝導率が１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の導電性金属材料により構成することにより、前記熱的に接続された実質的に一体の構造物を構成する前記板状部材積層体中における熱伝導を最大限に利用することができる。
【０１２４】
請求項７記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜６の冷却装置において、前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一において、前記の分岐を一の分枝について必要に応じて複数回形成することにより、溝の幅が過大になることが回避され、前記積層体中に、力学的に不安定な大きな空洞が生じたり、畝の密度が減少して熱伝導効率が低下する問題が回避される。また、前記積層体の前端面まで冷却水が片寄ることなく均一に供給され、レーザダイオードアレイの冷却を、特にその長手方向に対して一様に行うことが可能になる。
【０１２５】
請求項８記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜７の冷却装置中の前記第２の板状部材および前記補助板状部材の各々において、前記複数の貫通孔を、隣接する板状部材に形成された溝の分枝のピッチに略等しく形成することにより、冷却液を前記第２の板状部材の下側の板状部材から上側の板状部材に、効率的に通すことが可能になり、冷却装置に供給される冷却液の量を増大させることができる。
【０１２６】
請求項９〜１１あるいは１７〜２３記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜８の冷却装置中の前記積層体を構成する板状部材の少なくとも一において、前記貫通孔を，前記板状部材に隣接する別の板状部材の少なくとも一方に形成された溝のピッチの整数倍あるいは整数分の一のピッチで形成することにより、あるいは溝に対して半ピッチずらし形成することにより、あるいは溝中に凹凸を形成することにより、さらにあるいは溝自体をジグザグに形成することにより、冷却液中に前記貫通孔に流入する際および流出する際に乱流を隆起することができ、境界層の形成を妨げることができる。また、冷却液と各板状部材の接触面積を増やすことができる。
【０１２７】
請求項１２および１４，１５、あるいは３２記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜１１記載の冷却装置中の前記積層体を構成する板状部材のうちの複数の板状部材において、前記溝を同一のパターンを有するように形成することにより、前記板状部材を同一の部材により、レジストパターンを使った化学エッチングにより、安価に形成することができる。
【０１２８】
請求項１３記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜１２記載の冷却装置中の前記積層体を構成する板状部材を、同一の材料より構成することにより、電池効果による腐食を回避することができる。
【０１２９】
請求項１６記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜１５記載の冷却装置中の前記積層体を構成する板状部材の各々において、前記板状部材の厚さ、すなわちその外周部の厚さの１／２を超える深さを有する溝を形成する構造では、通常の化学エッチングを両面から行うことにより、各々の板状部材の溝、貫通孔および外形を、一括して安価に形成することができる。
【０１３０】
請求項１７記載の本発明の特徴によれば、
請求項１〜１６記載の冷却装置において、前記積層体を構成する板状部材の各々に、溝を形成された隣接する板状部材の前記溝に面する側に、前記溝に対応した形状を有し、これと協働して冷却液の流路を構成する別の溝を形成することにより、冷却液と板状部材との接触面積を増大させることができる。
【０１３１】
請求項２４〜２９記載の本発明の特徴によれば、請求項１〜２３記載の冷却装置上に、複数のレーザダイオードを含むレーザダイオードアレイを設けることにより、激しい発熱が生じても正常な動作が補償される高出力光源装置が得られる。
【０１３２】
特に、請求項２６および２７記載の本発明の特徴によれば、
前記レーザダイオードアレイを、前記冷却装置の最上部を構成する板状部材上に、前記板状部材よりもレーザダイオードアレイに近い熱膨張率を有する材料より構成される導電性ヒートシンクを介して担持することにより、レーザダイオードアレイに加わる機械的な歪みを抑止することができる。
【０１３３】
請求項２８記載の本発明の特徴によれば、
さらに、前記冷却装置の前記レーザダイオードアレイを担持している側とは反対側に別の導電性ヒートシンクを、前記導電性ヒートシンクと互いに対称的な関係に設けることにより、バイメタル効果による冷却装置およびレーザダイオードアレイの変形を抑止することができる。
【０１３４】
請求項２９記載の本発明の特徴によれば、
請求項２４〜２８記載の光源装置を複数段、積層して構成することにより、強力な面発光装置が得られる。
【０１３５】
請求項３０記載の本発明の特徴によれば、
面発光装置を基台に着脱自在に形成することにより、良品の面発光装置のみを使って大面積を有するレーザダイオードアレイを容易に実現することができる。また、不良が生じた場合にも、不良の面発光装置のみを簡単に交換することができる。
【０１３６】
請求項３１〜３３記載の本発明の特徴によれば、
前記第１の板状部材を複数個、行列状に含む第１の金属シートと、前記第２の板状部材を複数個、行列状に含む第２の金属シートと、前記第３の板状部材を複数個、行列状に含む第３の金属シートとを、前記第２の板状部材の貫通孔の各々が、前記第１の溝の対応する前記他端に整合するように、また前記第２の板状部材の貫通孔の各々が、前記前記第２の溝の対応する前記他端に整合するように積層し、形成された金属シート積層体を一括して切断することにより、所望の冷却装置を効率よく、安価に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による冷却装置の構成を示す分解図、（Ｄ）は、冷却装置を構成する積層体を示す斜視図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、図１（Ｄ）の冷却装置を構成する板状部材の構成を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の第２実施例による冷却装置の構成を示す分解図、（Ｈ）は、冷却装置を構成する積層体を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、図３（Ｈ）の冷却装置を構成する板状部材の構成を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第３実施例によるの冷却装置の様々な変形例を示す断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第３実施例のさらに別な変形例を示す断面図である。。
【図７】本発明の第４実施例による冷却装置につかわれる部材を示す斜視図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４実施例の様々な変形例を示す断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第５実施例による、冷却装置の製造方法を示す図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第６実施例による光源装置の構成を示す図である。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第７実施例による、光源装置の構成を示す図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第８実施例による面発光装置の構成を示す図である。
【図１３】面発光装置７０の一変形例を示す図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第９実施例による面発光装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第１０実施例による面発光装置の構成を示す図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１１実施例による光源装置および面発光装置の構成を示す図である。
【図１７】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１２実施例による冷却装置の構成を示す図である。
【図１８】（Ｃ），（Ｄ）は、本発明の第１２実施例による冷却装置の構成を示す別の図である。
【図１９】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１２実施例の効果を説明する図である。
【図２０】従来のレーザダイオードアレイの冷却装置の構成を示す分解図である。
【図２１】別の従来のレーザダイオードアレイの冷却装置の構成を示す分解図である。
【図２２】図２１の冷却装置の一部を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０，２０  冷却装置
１，３  Ｓｉ基板
１ａ〜３ａ，２２ａ〜２５ａ，３１ａ〜３３ａ，４１ａ  前端面
１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ  冷却水出入口
１Ｃ  水路
１Ｄ，２Ｄ，３Ｄ  ネジ孔
２  ガラス板
２Ｃ  スリット
４  レーザダイオードアレイ
４Ａ  ボンディングワイヤ
５  駆動装置
２１〜２５  Ｃｕ薄板
２１Ａ〜２５Ａ  冷却水入口
２１Ｂ〜２５Ｂ  冷却水出口
２２Ｃ，２４Ｃ  冷却水水路
２３Ｃ  スリット
２４ｄ  リブ
２４Ｄ  マイクロチャネル
３０，４０  積層体
３１〜３３，４１〜４４  板状部材
３０Ａ〜３３Ａ，４１Ａ〜４４Ａ，７０Ａ，８０Ａ  冷却水入口
３０Ｂ〜３３Ｂ，４１Ｂ〜４４Ｂ，７０Ｂ，８０Ｂ  冷却水出口
３１ｃ，３１ｃ１ ，３１ｄ，４１ｄ  畝
３１Ｃ，３１Ｄ，３３Ｃ，３３Ｄ，４１Ｃ，４１Ｄ  溝
３２ｂ  架橋部
３２Ｃ，４１Ｅ  貫通孔
３２Ｃ１   下側開口部
３２Ｃ２   上側開口部
３２Ｄ１ ，３２Ｄ２   浅い溝
３４  レーザダイオードアレイ
３５  絶縁フィルム
３６  金属膜
３７  ボンディングワイヤ
３８，３８’  ヒートシンク
５０  発光装置
７０，８０，９０  面発光装置
７１  スペーサ
８１  ケース
８１Ａ，８４Ａ  端子
８１ａ〜８１ｄ  ネジ穴
８２  ネジ
８３  押し板
８４  電極
９１  ベース
９１Ａ，９１Ｂ  冷却水通路
９２Ａ，９２Ｂ  配管
９３  ネジ
１００  面発光装置
１０１  ラバーシート
１０２  金属シート
１０３  冷却装置
１０４  積層体
１０５  光源装置
１０６，１０７，１０８，１１８，１１９，１１８Ａ，１１９Ａ  開口部
１０９，１１０，１１１，１１２  冷却水通路
１１３  ホンディングワイヤ
１１４  レーザダイオードアレイ
【図１】
0003816194.tif 000002
【図２】
0003816194.tif 000003
【図３】
0003816194.tif 000004
【図４】
0003816194.tif 000005
【図５】
0003816194.tif 000006
【図６】
0003816194.tif 000007
【図７】
0003816194.tif 000008
【図８】
0003816194.tif 000009
【図９】
0003816194.tif 000010
【図１０】
0003816194.tif 000011
【図１１】
0003816194.tif 000012
【図１２】
0003816194.tif 000013
【図１３】
0003816194.tif 000014
【図１４】
0003816194.tif 000015
【図１５】
0003816194.tif 000016
【図１６】
0003816194.tif 000017
【図１７】
0003816194.tif 000018
【図１８】
0003816194.tif 000019
【図１９】
0003816194.tif 000020
【図２０】
0003816194.tif 000021
【図２１】
0003816194.tif 000022
【図２２】
0003816194.tif 000023