FR2805933A1 - Support de montage et puits de chaleur pour barreaux laser a diodes a haute puissance - Google Patents

Abstract

Support de montage pour barreau laser à diodes à haute puissance (HDB) (1), composé d'une couche supérieure (2), qui sert au montage du HDB (1), d'une couche centrale (3) et d'une couche inférieure (4), qui sert au montage d'un corps de refroidissement (5). Les couches supérieure (2) et inférieure (4) sont constituées de matières ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du HDB (1). Elles comportent des ouvertures allongées (2a, 4a) orientées transversalement par rapport à la largeur du barreau. La couche supérieure (2) est composée d'une matière ayant une très haute conductibilité thermique, et la couche centrale (3), d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique est supérieur à celui du HDB (1).

Description

L'invention concerne un support de montage et un puits de chaleur pour barreau laser à diodes à haute puissance, dont la nature est connue par le brevet US 5.848.083. Les barreaux laser à diodes à haute puissance (HDB) sont des composants de laser à semi-conducteur étendus ayant une grande puissance de sortie optique (densités de puissance linéaire moyenne > 1 Watt/mm de largeur de composant, environ 10 à 100 Watt en continu par composant). Leur fonctionnement nécessite des courants élevés de quelques dizaines d'ampères à plus de 100 ampères, pour lesquels il faut préférer, dans la technique d'assemblage entre le HDB et son support, des brasages ' grande stabilité temporelle à des soudures sujettes à électro-migration. Les brasages présentent cependant, par rapport aux soudures, l'inconvénient qu'ils nécessitent un support, dont le coefficient de dilatation thermique latérale (dans le cas de chips étendus) doit être adapté à un meilleur niveau que 1 ppm/K à la matière du HDB, par exemple GaAs, si l'on veut éviter l'influence de contraintes de montage néfastes sur le HDB. Un support est dit à dilatation adaptée. Sa face de montage devrait présenter une planéité meilleure que 1 #tm/cm, pour ne pas dégrader la formation du rayonnement du profil d'émission optique du HDB par courbure excessive des zones émettrices actives. point de vue thermique, les HDB sont très sensibles. Leur température de service ne devrait pas dépasser 55 à 60 C, si l'on exige des durées vie de plus de 10 000 heures. Les supports pour les HDB sont dès lors réalisés sous forme de puits de chaleur. Avec un rendement de 50%, la perte puissance se produisant en service est exactement égale à la puissance optique, de sorte qu'il faut des résistances thermiques de 0,2 à 0,5 K/W pour les puits de chaleur des HDB. En principe, les puits de chaleur des HDB se composent d'un support de montage dispersant la chaleur et d'un corps de refroidissement évacuant la chaleur. Comme matière pour le support de montage, envisage par exemple le cuivre ou le diamant. Comme corps de refroidissement, on peut utiliser un bloc de cuivre massif sur un élément Peltier (refroidissement conductif), un refroidisseur à microcanal à circulation d'eau (MKK, refroidissement convectif forcé ou actif) ou un microtube d'échange de chaleur rempli de vapeur d'eau (Microheatpipe [ ],refroidissement convectif libre ou passif). Le support de montage peut alors être complètement intégré dans le corps de refroidissement, comme le cas avec le puits de chaleur à microcanal (MKWS). On a ainsi développé en particulier des refroidisseurs à microcanal pour le refroidissement convectif actif (forcé) avec une faible résistance thermique, et étudié l'emploi de supports de montage en une matière hautement conductrice de chaleur - c'est-à-dire dépassant le coefficient de conductibilité thermique de tous les métaux connus - (par exemple le diamant). Ce dernier cependant n'atteignant jusqu'à présent que des durées de vie insuffisantes, parce que les contraintes de traction de la brasure transmises au HDB par le métal de brasage tendre sont néfastes pour le HDB. De ce fait, on a déjà cherché à de multiples reprises des puits de chaleur à haute conductibilité thermique avec une dilatation adaptée. Différentes dispositions de deux de plusieurs matières avec des coefficients de dilatation différents peuvent produire une adaptation de la dilatation dans au moins une direction (parallèle à la plus grande dimension du laser): - pour une adaptation de dilatation latérale, on réalise une stratification des matières parallèlement à l'axe de la direction (largeur) latérale à dilatation adaptée en alignement l'une à côté de l'autre. Elle est presque pure pour des couches de faible épaisseur et de grande largeur (EP <B>0590232).</B> - pour une adaptation de dilatation verticale, on réalise une stratification des matières perpendiculairement à l'axe de la direction (largeur) latérale à dilatation adaptée en empilement l' sur l'autre. Elle est également presque pure pour des couches de faible épaisseur et de grande largeur (DE 195 06 093, DE 196 05 302, US 5 214). - pour une adaptation de dilatation verticale- latérale mixte, les deux aspects sont mis en oeuvre, à savoir du fait qu'aussi bien la direction à dilatation adaptée est limitée dans son extension, que rapport maximal des aspects de la largeur à l'épaisseur des couches de matière. Ceci constitue le cas général, qui dans le cas limite avec des valeurs extrêmes correspondantes des dimensions des couches évolue vers les deux types mentionnés plus haut. Des dispositions typiques pour l'adaptation de la dilatation apparaissant clairement mixte sont a) dans le cas de structures régulières, des interruptions dans les couches pour une adaptation verticale en vue de l'affaiblissement de son importance mécanique par rapport à des couches continues (DE 198 21 544, DE 196 51 528, EP 0 590 232, US 5.848.083, WO 94/24703).

b) dans le cas de structures irrégulières, la distribution spatiale homogène de particules à faible dilatation thermique (nitrure d'aluminium, diamant) dans une matrice en une matière à haute dilatation thermique (cuivre, aluminium) (US 5.455.738, EP 0 898 310). L'emploi de matières de puits de chaleur à dilatation adaptée en CuW, CuMo ou comme dans le US 5.455.738 en CuC avec C sous forme de diamant, est désavantageux à cause de la conductibilité thermique encore toujours trop basse et de la difficulté de l'usinage mécanique. Un système asymétrique à deux couches, qui se compose de diamant continu et de cuivre (US 5.299.2l4), n'est pas applicable à cause de sa sensibilité à la courbure. Des systèmes à plusieurs couches en cuivre- molybdène-cuivre (DE 196 05 302) cuivre - nitrure d'aluminium-cuivre (DE 195 06 093) sont certes symétriques, mais ils utilisent encore toujours des couches métalliques relativement conductrices de la chaleur. Dans la suite, lorsque l'on réfère à un support de montage composé d'un système à plusieurs couches, la couche supérieure désigne la couche tournée vers la source de chaleur (barreau laser à diodes) et la couche inférieure désigne la couche tournée vers le corps de refroidissement (bloc métallique, ,1VIHP). Dans DE 197<B>01</B> 680, il proposé un corps de diamant à l'épreuve de l'ouverture avec des évidements perpendiculairement aux directions principales de la contrainte montage suscitée, en vue d'abaisser les contraintes. Comme exemple d'intégration, son montage se trouve sur un refroidisseur à microcanal. Le concept de l'adaptation de la dilatation n'est pas entièrement réalisé avec un tel corps de diamant en relation avec le refroidisseur à microcanal. L'inconvénient du corps de diamant seul est encore toujours le manque d'adaptation à la dilatation, et l'inconvénient de sa combinaison avec un corps refroidissement est l'adaptation individuelle nécessaire du puits de chaleur dimensionné pour la technique de refroidissement, pour un brasage barreau.

Les dispositions de puces proposées dans DE 196 51 528 se basent sur un support (de refroidissement), sur lequel un HDB est brasé ou fixé par un dispositif d'assemblage composé de parties de diamant à distance les une des autres. Une disposition analogue se trouve aussi avec les puits de chaleur proposés dans DE 198 21 544, qui forment déjà en soi le composant à dilatation adaptée nécessaire pour le montage du HDB. Les deux dispositions offrent l'avantage qu'une étape de montage supplémentaire après le brasage du barreau laser peut être supprimée. L'inconvénient est cependant le nombre élevé de puits de chaleur qui doivent être préparés, selon le type des corps de refroidissement, pour le brasage HDB ainsi que le volume de matière du support qui doit être chauffé pour le brasage du HDB. Un inconvénient est par ailleurs le caractère mécaniquement très asymétrique de la structure, qui a tendance à se courber pendant sa fabrication. Dans EP 0 590 232, on propose d'une part un support de montage à une seule couche en direction verticale, qui se compose latéralement de couches alternées de matières à haute et à basse conductibilité thermique. Les épaisseurs de ces couches peuvent être dimensionnées d'une façon telle que le support bénéficie effectivement d'un coefficient de dilatation adapté latéralement à la matière semi-conductrice. Un tel support mécaniquement symétrique présente vraiment peu de courbure, il ne comporte cependant pas de corps de refroidissement pour sa face située à l'opposé composant générant de la chaleur. Le corps de refroidissement indispensable est cependant un constituant très influent mécaniquement chaque composant HDB.

autre part, on propose dans EP 0 590 232 une structure à deux couches en direction verticale, se composant d'un support latéralement stratifié respectivement pourvu d'ouvertures ou subdivisé et d'un bloc métallique qui sert à l'évacuation de la chaleur par conduction. Ce bloc métallique possède, par son assemblage avec le support, une influence mécanique sur le HDB au point de vue de la contraction et de la courbure. L'influence de la contraction peut certes être minimisée par dimensionnement adéquat de l'épaisseur du bloc métallique et de l'épaisseur du support, en relation avec le nombre, la situation et la forme des évidements; le problème de la courbure n'est cependant pas résolu à cause de l'asymétrie mécanique évidente de la structure. Dans US 5.848.083 on présente, avec une structure symétrique à trois couches du support de montage, une première tentative de solution. Elle se compose de deux minces couches supérieure et inférieure continues de meure dilatation que le HDB et d'une couche massive ("bulk") au milieu qui comporte des ouvertures pour réduire les contraintes mécaniques d'assemblage. La couche centrale aurait alors un coefficient de dilatation plus élevé que les deux extérieures. Les trois couches assemblées les unes aux autres donnent un module de montage ( mounting module") ou un support de montage à dilatation adaptée pour le barreau laser à diodes. Le coefficient de dilatation effectif (transmis la face de montage du , actif pendant le montage) de ce support de montage est essentiellement déterminé par la couche continue supérieure et inférieure, à savoir autant plus que les ouvertures et leur nombre la couche centrale sont plus grands. Pour les contraintes internes de ce module, on a de façon analogue celles-ci sont d'autant plus faibles que ouvertures et leur nombre de la couche centrale sont plus grands. Ce support présente l'avantage qu'il ne doit être intégré dans un corps de refroidissement spécifique à l'application après le brasage du HDB. L'inconvénient est cependant que le support mentionné n'est pas encore un constituant d'un corps de refroidissement, qui exerce une influence mécanique sur le HDB monté ou à monter. Il est certes mentionné que les ouvertures de diminution des contraintes de la couche centrale peuvent être également utilisées comme canaux d'agent de refroidissement d'un corps de refroidissement à refroidissement convectif, il manque cependant une proposition de réalisation.

A cet égard, il convient de faire référence deux constituants essentiellement séparables, en technique de montage et de fonctionnement, d'un corps de refroidissement à refroidissement convectif le constituant important pour le refroidissement et le constituant important pour l'alimentation. Le premier se limite aux structures réalisant l'évacuation de la chaleur (microcanaux de refroidissement de corps de refroidissement à refroidissement convectif actif, ou microstructures à mèche dans la zone d'évaporation de corps de refroidissement à refroidissement convectif passif compris leurs couches de recouvrement dispersant la chaleur tournées vers la source de chaleur); le dernier comprend les structures d'arrivée de l'agent de refroidissement ou de stockage l'agent de refroidissement sans action significative d'évacuation de chaleur (entrées et sorties de corps de refroidissement à refroidissement convectif actif, microstructures à mèches dans la zone de transport et la chambre de vapeur de corps de refroidissement à refroidissement convectif passif).

Le document US 5.848.083 se contente de l'intégration du constituant important pour le refroidissement d'un corps de refroidissement à refroidissement convectif actif dans son support de montage; bien qu'il soit important pour la structure, l'assemblage au constituant important pour l'alimentation n'est pas discuté. La propriété de rayonnement du HDB est importante pour la technique de construction, exigeant son montage sur une arête ou sur un gradin. Une telle arête ou gradin est forcément un constituant d'un support de montage à dilatation adaptée. hauteur doit être suffisante pour le montage d'une lentille de collimation mais au moins telle qu'une réflexion de la lumière émise sur la surface support soit évitée. Dans le document cité, la couche continue, sur laquelle le HDB est monté, possède dans les exemples mentionnés une faible conductibilité thermique (Mo, CuW). Elle doit dès lors être maintenue aussi mince que possible. En outre, on mentionne une réalisation possible de la couche continue en diamant. Cette fois, les raisons pour lesquelles une telle couche doit être relativement mince ne sont pas thermiques mais mécaniques. En assemblage avec une couche centrale en cuivre à l'épreuve de l'ouverture cette couche ne devrait avoir qu'environ un dixième de l'épaisseur de couche centrale. Si la couche centrale comporte des microcanaux pour le refroidissement par un liquide du HDB, il faut alors admettre pour la structure de microcanaux une distance d'au moins 0,5 mm de l'arête du composant. Une telle épaisseur de paroi est nécessaire, pour garder le refroidisseur étanche, et est également un constituant du support de montage à dilatation adaptée comme l'arête de montage pour le HDB. L'épaisseur de la couche de montage supérieure devrait cependant, dans cette solution, être nettement plus faible que l'épaisseur de paroi mentionnée. Un HDB comme émetteur d'arête serait ainsi toujours monté au moins en partie sur la paroi imperméable à l'agent de refroidissement et donc sans ouvertures. Les ouvertures essentielles pour l'invention dans US .848.083 sont cependant justement nécessaires en dessous du barreau laser pour réaliser un montage à dilatation adaptée.

Si les ouvertures dans la couche centrale massive sont pratiquées part d'autre d'une partie continue dans la couche centrale, le problème peut ainsi être contourné. Le HDB pourrait dans ce cas être monté sur un gradin dont la hauteur est égale à l'épaisseur de la couche supérieure plus l'épaisseur de la partie (supérieure) à l'épreuve de l'ouverture de la couche centrale tournée vers la couche supérieure. Un point défavorable dans cette variante est, dans le cas de couches supérieures et inférieures à dilatation pratiquement adaptée en CuW ou Mo, l'augmentation nécessaire, d'un point de vue thermique, de leurs épaisseurs de couche pour compenser l'influence mécanique de la couche centrale, accrue dans cette forme de réalisation. Un point défavorable dans cette variante est, dans le cas de couches supérieures et inférieures en diamant très coûteuses et à très haute conductibilité thermique, la fonction thermique déficiente de la couche inférieure du module. En résumé, on peut dire : l'emploi d'un tel support de montage suivant l'état de la technique comme constituant d'un corps de refroidissement à refroidissement convectif est dés lors défavorable, parce que le HDB serait monté sur une couche supérieure trop mince concernant ses propriétés de rayonnement optiques dans le cas du CuW et serait monte sur une couche supérieure trop mince concernant ses exigences thermiques dans le cas du diamant. Toutes les solutions existantes mentionnées pour la construction puits de chaleur en vue du montage à dilatation adaptée d'un HDB sont imparfaites du fait que leurs propriétés mécaniques et leurs réalisations techniques dépendent fortement de la nature du corps de refroidissement sur côté du support de montage situé à l'opposé du HDB. Aussi bien en refroidissement purement conductif (dispersion de la chaleur) qu'en refroidissement convectif libre (refroidissement par évaporation) et en refroidissement convectif forcé (refroidissement par liquide), le support de montage doit être assemblé au corps de refroidissement correspondant. Les solutions mentionnées sont imparfaites du fait que l'adaptation de dilatation et le refroidissement dépendent fortement l'un de l'autre au point de de la technique de construction et au point de vue mécanique. L'objet de l'invention est de trouver un support de montage à tres haute conductibilité thermique pour des barreaux laser à diodes, qui permet un montage par brasage dur en raison de l'adaptation de sa dilatation à matiere semi-conductrice. Un objet de l'invention est en outre de trouver un support de montage à faible courbure ayant une structure approximativement symétrique au point de vue mécanique. Un objet de l'invention est en plus de maintenir aussi faible que possible l'influence mécanique des corps de refroidissement nécessaires sur support de montage lors de l'intégration au puits de chaleur. Finalement, un objet de l'invention est de préparer un support de montage universel, qui soit utilisable pour des corps de refroidissement très différents avec des mécanismes de refroidissement par conduction et par convection. Ces objectifs sont atteints par un support de montage à trois couches présentant la structure suivante: Une couche supérieure et la couche inférieure présentent un coefficient de dilatation thermique, qui est inférieur à celui du HDB. Les deux couches sont renforcées par des ouvertures allongées de réduction mécanique des contraintes, qui sont essentiellement orientées transversalement par rapport à la direction de largeur du HDB, c'est-à-dire: leurs axes longitudinaux forment avec l'axe de la largeur barreau un angle de plus de 45 et de moins de 135 . Au moins la couche supérieure prévue sur sa face supérieure pour le montage du HDB se compose d'une matière à très haute conductibilité thermique, afin de maintenir une faible résistance thermique du support de montage.

La couche centrale continue se compose d'une matiere à haute conductibilité thermique avec un coefficient de dilatation supérieur à celui barreau laser. Au point de vue thermique, il est avantageux réaliser le support de montage, par sa géométrie et ses propriétés de couches, d'une façon telle que l'épaisseur de la couche centrale soit plus faible que la somme des épaisseurs des couches supérieure et inférieure. Il faut souligner que la définition de la très haute conductibilité thermique concerne exclusivement des matières, dont les coefficients de dilatation sont inférieurs à celui de l'arséniure de gallium. La solution conforme à l'invention permet une structure pratiquement symétrique au point de vue mécanique le long de l'axe d'épaisseur du système de couches et ainsi la faible courbure requise. Si la couche supérieure et la couche inférieure sont constituées des mêmes matières et si elles possèdent les mêmes ouvertures de réduction des contraintes symétriquement par rapport à la couche centrale aux mêmes endroits alors la structure conforme à l'invention présente une symétrie mécanique absolue. la multiple réalisation d'ouvertures dans la couche inférieure et supérieure en matière à très haute conductibilité thermique, la solution conforme à l'invention permet, pour l'adaptation de la dilatation, l'utilisation d'une couche centrale seulement relativement mince, dont l'influence thermiquement défavorable sur le composant à refroidir peut être maintenue faible. La couche centrale de la solution conforme à l'invention peut ainsi dépasser en dimensions latérales la couche supérieure et couche inférieure. Une telle réalisation de la couche centrale est avantageuse, si elle est utilisée comme couche de recouvrement pour un corps de refroidissement à refroidissement convectif montage d'un IDB sur un support de montage conforme à l'invention peut se faire avant l'assemblage du support de montage avec un corps refroidissement désiré. Au point de vue de la technique de production, cette solution est avantageuse du fait que différents puits de chaleur spécifiques aux applications peuvent être réalisés avec seul et même support de montage en combinaison avec différents corps de refroidissement et qu'ainsi le support de montage acquiert une universalité d'emploi. En particulier lorsque la couche inférieure du support de montage également composée d'une matière à très haute conductibilité thermique. L'épaisseur de la couche supérieure du support de montage conforme à 'invention peut, à cause de sa très haute conductibilité thermique, être suffisamment grande pour dépasser la moitié du diamètre d'une lentille utilisée pour la collimation de la lumière laser sortante. Ainsi, une telle lentille peut être montée sur la couche centrale dépassant de la couche supérieure. Pour le refroidissement conductif de la face du support de montage conforme à l'invention située à l'opposé du HDB, on peut appliquer la face inférieure un support métallique conducteur de la chaleur servant de corps de refroidissement. Ceci se fait de préférence après le montage du HDB sur le support de montage avec un métal de brasage, quia un point de fusion plus bas que le métal de brasage pour le montage du HDB. cet endroit, on peut utiliser un métal de brasage tendre à haute plasticité, de sorte qu'une action réciproque des propriétés thermomécaniques entre le support métallique et le support de montage soit largement contrariée. Il ne s'exerce ainsi, lors de cette seconde étape de montage, aucune contrainte mécanique additionnelle sur le HDB, ni une courbure nette. Pour le refroidissement convectif, les ouvertures dans la couche inférieure peuvent être réalisées de façon telle qu'elles puissent recevoir un agent de refroidissement.

Dans le cas du refroidissement par évaporation, les ouvertures fonctionnent comme des canaux capillaires de transport et d'évaporation pour le liquide de refroidissement. Pour le dégagement d'un canal de vapeur, la face inférieure de la couche inférieure reste libre de tout contact. Seule la couche centrale est assemblée par son bord au corps de refroidissement, qui est dans ce cas un tube d'échange de chaleur ouvert et qui reçoit ses canaux d'évaporation et est fermé avec support de montage. Une influence thermomécanique sur le HDB est minimale avec cette technique d'assemblage. Dans le cas du refroidissement par un liquide, ouvertures fonctionnent comme des microcanaux avec un transfert de chaleur de leurs parois vers le liquide qui y circule. Etant donné que le transfert de chaleur se passe sur les faces intérieures des ouvertures, le support de montage peut dans ce cas être collé dans le corps de refroidissement avec un adhésif qui durcit à la température ambiante, sans que le processus de refroidissement soit influencé défavorablement. Le collage est avantageux pour la diminution de l'action thermomécanique réciproque entre le corps de refroidissement et le support de montage.

Pour des corps de refroidissement à refroidissement convectif, le constituant important pour le refroidissement (évaporation hors de microcapillaires, transfert de chaleur forcé dans des microcanaux) est déjà intégré dans le support de montage. Ainsi, des constituants du corps de refroidissement à très forte influence mécanique et thermique (zone du transfert de chaleur convectif, couche de recouvrement et de finition du corps de refroidissement) sont également déjà des constituants du support de montage à dilatation adaptée. Un assemblage du support de montage avec le constituant important pour l'alimentation mais sans action thermique significative du corps de refroidissement à refroidissement convectif peut être réalisé par une brasure ou un collage réduisant l'action mécanique réciproque. La conductivité thermique de cet assemblage ne j à cet égard aucune rôle. De même, la conductibilité thermique du constituant important pour l'alimentation ne joue plus un grand rôle à cause de séparation structurelle des constituants du corps de refroidissement importants pour le refroidissement et importants pour l'alimentation. Il peut étre sélectionné essentiellement selon des points de vue mécaniques.

L'invention sera expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide de trois exemples de réalisation. A cet effet, Figure 1 montre un premier exemple de réalisation pour un support de montage et un corps de refroidissement pour refroidissement conductif en une vue éclatée; Figure 2 montre un deuxième exemple de réalisation pour un support de montage et un corps de refroidissement pour refroidissement convectif en une vue éclatée; et Figure 3 montre un troisième exemple de réalisation pour un support de montage et un corps de refroidissement pour refroidissement convectif en une vue éclatée, premier exemple de réalisation représenté dans la Figure 1 comprend le support de montage, se composant essentiellement d'une couche supérieure 2, d'une couche inférieure 4, les deux composées de diamant d'une épaisseur de 300 #im, d'une largeur de 10 mm et d'une longueur de 3 mm et d'une couche centrale 3, un LDB 1 et un corps de refroidissement 5. Dans les deux couches 2 et 4, on a pratiqué au moyen d'un laser des ouvertures allongées 2a et 4a qui, dans cet exemple de réalisation, sont constitutées par des rainures disposées décalées les unes par rapport aux autres qui entaillent la couche en profondeur jusqu'à environ de son épaisseur sur toute sa longueur. Les deux couches 2 et 4 sont entièrement recouvertes d'un revêtement métallisé brasable. La couche centrale 3 est une couche continue, composée de cuivre de 300 #tm d'épaisseur, 10 mm de largeur et 3 mm de longueur et est pourvue des deux côtés d'une brasure dure à haute teneur en or 3a. Les trois couches 2, 3 et 4 sont toutes assemblées les unes aux autres dans une première opération de brasage et forment le support de montage à dilatation adaptée pour le montage du HDB. Celui-ci est porté avec de l'or à épaisseur de conducteur nécessaire dans un procédé galvanique, pour conduire les courants électriques forts circulant pendant le fonctionnement du HDB. Ensuite, on dépose sur la face supérieure du support de montage un second métal de brasage 2c, qui sert pour le brasage d'un HDB sur le support de montage au cours d'une seconde opération de brasage.

Comme corps de refroidissement 5 pour le refroidissement conductif, on utilise un support métallique conducteur de la chaleur, ici spécifiquement un bloc de cuivre 5.1, qui peut porter sur sa face inférieure un ou plusieurs éléments Peltier pour l'évacuation de la chaleur. Sur ce bloc de cuivre 5.1 est déposé, à l'endroit prévu à cet effet, un troisième métal brasage 5c, de préférence un métal de brasage tendre très plastique. Le support de montage y est brasé par une troisième opération de brasage.

support de montage conforme à l'invention et le corps de refroidissement 5 pour le refroidissement conductif forment ensemble un puits chaleur pour HDB conforme à l'invention.

variante de la première forme de réalisation consiste en l'utilisation d'un corps de refroidissement fermé ' refroidissement convectif -libre ou forcé -, au lieu du corps de cuivre massif. Une telle variante avantageuse au point de vue de l'économie de poids et de volume pour le puits de chaleur et permet un empilage.

Le deuxième exemple de réalisation représenté dans la Figure 2 se distingue premier essentiellement par l'utilisation d'un corps de refroidissement pour le refroidissement convectif passif et d'une autre structure des couches supérieure et inférieure 2 et 4 en résulte. Les couches supérieure et inférieure 2 et 4 sont constituées de diamant et ont #tm d'épaisseur, 10 mm de largeur et 4 mm de longueur et présentent, à partir des côtés larges des couches parallèlement à l'axe longitudinal des couches, en alternance sur les 4I5 de la longueur de la couche, des canaux taillés à travers la couche sous forme d'ouvertures allongées 2a et 4a. La couche centrale 3 est une couche continue en cuivre de 100 #tm d'épaisseur, de largeur et 8 mm de longueur et elle est pourvue sur les deux faces d'une couche de métal de brasage activée 3a. Les trois couches 2, 3 et sont toutes assemblées les unes aux autres dans une première opération de brasage, de sorte que les deux couches 2 et 4 soient placées au milieu chacune sur une face de la couche centrale 3. Le système ` trois couches brasées forme le support de montage à dilatation adaptée pour le montage du Sur la face supérieure du support de montage, projette une couche d'or d'épaisseur nécessaire pour conduire le courant, ainsi qu'un second métal de brasage 2c, de préférence un métal de brasage dur à haute teneur en or, qui sert pour le brasage du HDB 1 au cours d'une deuxième opération de brasage.

Un constituant important pour l'alimentation et un réservoir d'agent de refroidissement d'un corps de refroidissement 5 pour le refroidissement convectif passif est formé par un tube d'échange de chaleur ouvert en cuivre, pas encore rempli, avec une structure capillaire incomplète. La structure capillaire et le corps de refroidissement 5 sont complétés par la couche inférieure de diamant 4 du support de montage, dans laquelle un liquide à évaporer peut être aspiré de façon capillaire dans les ouvertures allongées 4a à partir des deux côtés larges, et la couche centrale 3 du support de montage servant de couche de recouvrement. Le corps de refroidissement 5 est fermé en posant le support de montage par collage au moyen d'une couche de colle 5c le long du bord de cuivre libre de l'ouverture vers la chambre de vapeur 5d du tube d'échange de chaleur à la face inférieure de la couche centrale de cuivre, il est ensuite rempli et obturé. Le liquide peut s'évaporer par les ouvertures allongées 4a dans la couche inférieure de diamant 4 en cas d'apport chaleur.

Le support de montage conforme à l'invention forme avec le corps de refroidissement 5 pour le refroidissement convectif passif un puits de chaleur conforme à l'invention.

Une variante de la deuxième forme réalisation consiste à remplacer la couche inférieure de diamant 4 du support de montage par une couche de silicium. Le silicium permet d'autres géométries de la microstructure et présente d'autres propriétés mouillabilité. Les deux aspects peuvent conduire à une amélioration des propriétés de refroidissement du puits de chaleur.

Le troisième exemple de réalisation représenté dans la Figure 3 se distingue des exemples de réalisation précédents l'utilisation d'un corps de refroidissement pour le refroidissement convectif actif et d'une autre structure des couches supérieure et inférieure 2 et qui en résulte.

Dans la couche supérieure 2 composée diamant, de 300 #tm d'épaisseur, 10 mm de largeur et 3 mm de longueur, les ouvertures allongées 2a sont pratiquées d'un seul côté à partir d'un côté large de la couche parallèlement à l'axe longitudinal de couche, sur les 7/8 de la longueur de la couche, sous la forme de canaux taillés dans la couche. Le quart partiellement non entaillé de la longueur la couche supérieure 2 est aminci transversalement aux canaux jusqu'à environ la moitié de son épaisseur. Cette mince plage d'assemblage 2b sert de zone de rupture pour la division de la structure en doigts de diamant créée en couches partielles non assemblées correspondantes après l'assemblage avec la couche centrale 3. Dans la couche inférieure 4, composée de silicium, de 400 pm d'épaisseur, 10 mm de largeur et 5 mm de longueur, on a ménagé cent canaux 4a de 50 p,m de largeur et 300 #tm de profondeur au moyen d'une attaque chimique anisotrope (structure de microcanaux). La couche inférieure 4 est revêtue par projection, sur sa face continue, de la couche d'or d'épaisseur nécessaire pour le brasage, la couche 2 en plus sur sa face supérieure. La couche centrale 3 se compose d'argent 200 #tm d'épaisseur, 12 mm de largeur et 7 mm de longueur, elle est continue et elle est pourvue sur ses deux faces d'une couche de métal de brasage dur 3a. Les trois couches 2, 3 et 4 sont toutes assemblées les unes autres dans première opération de brasage, d'une façon telle la couche inférieure 4 s'aligne d'un côté en direction verticale avec la couche supérieure 2 et déborde la couche supérieure 2 de 2 mm sur autre côté. La plage d'assemblage 2b, qui tient encore la structure en doigts de diamant assemblée sur un côté large, est rompue aux zones de rupture. Le système à trois couches brasées forme le support de montage à dilatation adaptée pour montage du HDB. Sur la face supérieure du support de montage, on dépose par voie galvanique une couche d'or de l'épaisseur nécessaire pour conduire le courant ainsi que par projection un second métal de brasage 2c, de préférence un métal de brasage dur à haute teneur en or, sert pour le brasage du HDB 1 sur l'extrémité antérieure de la couche supérieure 2 au cours d'une deuxième opération de brasage. Etant donné la couche inférieure 4 déborde au-delà de l'extrémité antérieure de la couche supérieure 2, il peut se produire une dispersion de la chaleur et un refroidissement également dans la direction d'émission du 1.

Un constituant important pour l'alimentation corps de refroidissement 5 pour le refroidissement convectif actif forme un corps de refroidissement plat 5 structuré d'une hauteur d'environ 1,5 mm en acier inoxydable pour le guidage de l'agent de refroidissement avec des entrées et sorties 5b pour l'agent de refroidissement. Les constituants importants pour le refroidissement du corps de refroidissement 5 pour le refroidissement actif, la structure de microcanaux pour augmenter la surface d'entrée de chaleur, sont fournis par la couche inférieure 4 du support de montage, dont le côté large antérieur peut par exemple servir d'entrée pour l'agent de refroidissement dans la structure de microcanaux et dont le côté large postérieur peut servir de sortie pour l'agent de refroidissement. Le placement du support de montage dans les corps de refroidissement 5 se fait par collage avec une couche de colle 5c, par laquelle les bords de la couche centrale 3 débordant au-delà de la couche inférieure 4 sont collés au bord du support en acier, aussi la face inférieure de la couche inférieure 4 avec la surface opposée 5a du corps de refroidissement 5 en vue d'augmenter la stabilité. Le support de montage conforme à l'invention forme avec le corps de refroidissement 5 pour le refroidissement convectif actif un puits de chaleur conforme à l'invention.

Une variante de la troisième forme de réalisation consiste à réaliser la couche inférieure 4 en diamant au lieu de silicium avec la même géométrie que la couche supérieure 2 du support de montage. Cette variante est avantageuse parce qu'elle permet une construction entièrement symétrique au point de vue thermomécanique.

Les exemples de réalisation exposés ne donnent 'un bref aperçu des multiples possibilités de réalisation suivant l'invention du support de montage et d'un puits de chaleur comportant ce support montage. On peut imaginer une série d'autres dispositions présentant la caractéristique conforme à l'invention.

En particulier, d'une part la couche centrale 3 peut être constituée d'une pluralité de sous-couches, qui peuvent à leur tour comporter à nouveau des ouvertures réduisant partiellement les contraintes. Il essentiel pour l'invention que le coefficient de dilatation thermique résultant dans le composite stratifié de la couche centrale soit supérieur celui barreau laser. 'autre part, les couches supérieures et inférieures 2 et 4 éprouvées avec des ouvertures allongées, peuvent porter sur leur face supérieure inférieure d'autres couches (préformes de brasage, couches de diffusion ou couches conductrices de recouvrement), dont l'influence mécanique sur l'action conforme à l'invention d'adaptation de la dilatation du support de montage est négligeable et qui supportent essentiellement des fonctions techniques d'assemblage et des fonctions électriques. On pourrait ainsi remplacer la couche d'or conductrice de l'électricité déposée par voie galvanique sur la face supérieure de la couche supérieure 2 par un film de cuivre continu brasé, dont les propriétés électriques et thermiques dépassent encore celles de l'or.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. - Support de montage pour barreau laser à diodes ` haute puissance (HDB) (1), composé d'une couche supérieure (2), qui sert de face de montage pour le HDB (1), d'une couche centrale (3) d'une couche inférieure (4), qui sert de face de montage pour un corps de refroidissement (5) ou qui est un constituant important pour le refroidissement d'un corps de refroidissement (5), caractérisé en que la couche supérieure (2) et la couche inférieure (4) sont constituées de matières ayant un coefficient de dilatation thermique qui est inférieur à celui du HDB (1) et en ce qu'il existe dans celles-ci des ouvertures allongées (2a, 4a), qui sont essentiellement orientées transversalement par rapport à la direction de la largeur du barreau, et en ce qu'au moins la couche supérieure (2) est composée d'une matière ayant une tres haute conductibilité thermique, et en ce que la couche centrale (3) est constituée d'une matiere ou d'un ensemble de matières dont le coefficient de dilatation thermique est supérieur à celui du HDB (1). 2. - Support de montage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche centrale (3) est plus mince que la somme des épaisseurs de couche de couche supérieure (2) et de la couche inférieure (4). 3. - Support de montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les ouvertures allongées (2a) de la couche supérieure (2) sont pratiquées le long des résonateurs du HDB à monter (1) et sont accordées périodiquement à la distance d'émetteur dans le HDB (1). 4. - Support de montage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les ouvertures allongées (4a) de la couche inférieure (4) sont également pratiquées le long des résonateurs du HDB à monter (1) et sont accordées périodiquement à la distance d'émetteur dans le HDB (1). 5. - Support de montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche centrale (3) est constituée cuivre. 6. - Support de montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche supérieure (2) est constituée diamant. 7. - Support de montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche supérieure (2) et la couche inférieure ( ) sont constituées de la même matière. 8. - Support de montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche centrale (3) présente dimensions latérales plus grandes que la couche supérieure (2) et la couche inférieure (4). 9. - Puits de chaleur pour le refroidissement d'un HDB avec un support de montage et un corps de refroidissement (5), caractérisé en ce que le support de montage correspond à l'une des revendications 1 à 8. 10. - Puits de chaleur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les ouvertures allongées (4a) servent de capillaires pour le liquide à évaporer et le corps de refroidissement (5) est un corps de refroidissement pour le refroidissement convectif passif. 11. - Puits de chaleur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les ouvertures allongées (4a) servent de microcanaux de refroidissement pour l'agent de refroidissement en circulation et le corps de refroidissement (5) est un corps de refroidissement pour le refroidissement convectif actif.