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CN110809841B - 半导体激光装置 - Google Patents

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CN110809841B
CN110809841B CN201880044051.0A CN201880044051A CN110809841B CN 110809841 B CN110809841 B CN 110809841B CN 201880044051 A CN201880044051 A CN 201880044051A CN 110809841 B CN110809841 B CN 110809841B
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Abstract

具备：第1散热部件(10)，在内部相互独立地设置有制冷剂流过的第1流路(11)与第2流路(12)；第2散热部件(20)，与该第1散热部件(10)的上表面接触设置，包含在内部具有与第1流路(11)连通的第3流路(23)的绝缘部件；下部电极块(60)，被设置于第2散热部件(20)的上表面的一部分；辅助支架(30)，包含被设置于第2散热部件(20)的上表面的剩余部分的导电材料；半导体激光元件(40)，被配设于辅助支架(30)的上表面；和上部电极块(61)，被设置为与第2散热部件(20)夹着辅助支架(30)以及半导体激光元件(40)，第2流路(12)被设置于下部电极块(60)的配设区域的下方。

Description

半导体激光装置
技术领域
这里公开的技术涉及半导体激光装置。
背景技术
近年来，使用激光的金属加工的需要提高。此外，要求激光装置的高输出化、使用光-电转换效率高的半导体激光元件的半导体激光装置正在被关注。但是，若使半导体激光装置高输出化，则流过半导体激光元件的电流量变大。这样，担心由于焦耳热导致半导体激光元件的温度上升，引起性能的降低、元件的劣化、故障等。
因此，以往，提出如下构造：在配设有半导体激光元件和辅助支架的散热器内设置用于流过冷却水的流路，对半导体激光元件进行冷却(例如，参照专利文献1、2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2008-172141号公报
专利文献2：JP专利第3951919号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但是，在上述现有的结构中，被冷却水冷却的是辅助支架和安装于该部件的半导体激光元件的下表面侧，难以对半导体激光元件的上表面侧进行冷却。
这里公开的技术鉴于该方面而作出，其目的在于，提供一种能够提高半导体激光元件的上表面侧的冷却效率、可出射高输出的激光的半导体激光装置。
-解决课题的手段-
本公开的一方式所涉及的半导体激光装置的特征在于，具备：第1散热部件，在内部相互独立地设置有制冷剂流过的第1流路与第2流路；第2散热部件，与该第1散热部件的上表面接触设置，包含在内部具有与所述第1流路连通的第3流路的绝缘部件；下部电极块，被设置于该第2散热部件的上表面的一部分；辅助支架，被设置于所述第2散热部件的上表面的剩余部分，包含与该下部电极块电连接的导电材料；半导体激光元件，被配设于该辅助支架的上表面，与所述辅助支架以及所述下部电极块电连接；和上部电极块，被设置为与所述第2散热部件夹着所述辅助支架以及所述半导体激光元件，与所述半导体激光元件电连接，另一方面，通过可导热的绝缘层而与所述下部电极块电绝缘，所述第2流路被设置于所述下部电极块的配设区域的下方。
-发明效果-
根据本公开的一方式所涉及的半导体激光装置，能够高效地冷却半导体激光元件的上下表面，能够实现高输出的半导体激光装置。
附图说明
图1是表示本公开的一方式所涉及的半导体激光装置的结构的剖视图。
图2是对水冷套的制造方法进行说明的图。
图3是对散热器的制造方法进行说明的图。
图4A是对本公开的一方式所涉及的半导体激光装置的制造方法的一工序进行说明的图。
图4B是对图4A的后续的工序进行说明的图。
图4C是对图4B的后续的工序进行说明的图。
图4D是对图4C的后续的工序进行说明的图。
图4E是对图4D的后续的工序进行说明的图。
图4F是对图4E的后续的工序进行说明的图。
图4G是对图4F的后续的工序进行说明的图。
图5是表示变形例1所涉及的半导体激光装置的结构的剖视图。
图6是表示变形例2所涉及的半导体激光装置的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图来对本实施方式详细进行说明。以下的优选的实施方式的说明在本质上仅仅是示例，完全不意图限制本发明、其应用物或者其用途。
(实施方式)
[半导体激光装置1的结构以及动作]
图1是表示本实施方式所涉及的半导体激光装置的结构的剖视图。另外，为了方便说明，针对几个部件省略图示乃至说明。此外，在以下的说明中，可能将半导体激光装置1中的配置有水冷套(water cooling jacket)10的一侧称为“下”，将配置有上部电极块61的一侧称为“上”。此外，有时将散热器20中的配设有半导体激光元件40的一侧称为“前”，将配设有下部电极块60的一侧称为“后”。如图1所示，半导体激光装置1从下方起依次具备水冷套10(第1散热部件)、散热器20(第2散热部件)、辅助支架30、半导体激光元件40、上部电极块61。此外，半导体激光装置1具备在散热器20的上表面被配设于与辅助支架30不同的区域的下部电极块60和绝缘层70。下部电极块60与上部电极块61相互具有夹着绝缘层70而在上下方向层叠的部分。以下，对半导体激光装置1的各结构部件进行说明。
如图2所示，水冷套10(第1散热部件)以包含铜的金属块13(以下，有时称为铜块)为母材，具有使冷却水(未图示)通过内部的流路11(第1流路)以及流路12(第2流路)。此外，在金属块13的侧面，具有流路11中的冷却水的流入口11a以及排出口11b、流路12中的冷却水的流入口12a以及排出口12b。换句话说，流路11与流路12被相互独立设置，通过各自内部的冷却水也通过未图示的冷却器等而被独立提供。此外，如图1所示，在水冷套10的上表面，设置用于将流路11(第1流路)与设置于散热器20的内部的流路23(第3流路)连通的开口11c、11d。另外，金属块13的构成材料并不特别限定于铜。若是热传导率高、耐受冷却水通过时的压力、耐腐蚀性高的材料，则也可以是其他金属系材料，或者也可以使用绝缘材料。
如图3所示，散热器20(第2散热部件)是以陶瓷板材或者耐热树脂片为母材，在包含氮化铝的绝缘部件21的上下表面设置作为导电层的铜层22a、22b而成的。此外，如后面所述，绝缘部件21是多个绝缘板24～26被层叠而成的。被设置于绝缘部件21的下表面的铜层22a具有使水冷套10与散热器20热耦合以及机械耦合的功能。此外，设置于绝缘部件21的上表面的铜层22b具有使设置于散热器20的上表面的辅助支架30以及下部电极块60与散热器20热耦合以及机械耦合的功能。进一步地，铜层22b具有将辅助支架30与下部电极块60电连接的功能。另外，铜层22a、22b也可以被置换为其他导电材料。此外，若另外具有将辅助支架30与下部电极块60电连接的部件，则铜层22a、22b也可以被置换为绝缘材料。但是，在该情况下，作为绝缘材料，优选使用热传导率高的材料，例如使用氮化铝等。
如图4A～图4G所示，散热器20在内部具有流路23(第3流路)。流路23被设置于载置有半导体激光元件40的辅助支架30的配设区域S1(参照图4A)的下方。此外，流路23具有用于与水冷套10的流路11连通的开口23a、23b(参照图1)。另外，散热器20通过绝缘部件21包含氮化铝而具有更高的热量传导性，但并不特别限定于此。构成绝缘部件21的材料是绝缘性且热传导率高、热量膨胀系数接近于半导体激光元件40、耐腐蚀性高的材料即可。例如，优选是热传导率比半导体激光元件40高的材料。
辅助支架30包含例如铜钨(Cu：W)等的导电材料，被设置于散热器20的上表面并且前方的区域S1(散热器20的上表面的剩余部分)。辅助支架30如前面所述，经由铜层22b而与散热器20接合，此外，与下部电极块60电连接。在辅助支架30的上表面，金锡(Au-Sn)层(未图示)通过蒸镀等的气相生长法或者软钎焊而形成。半导体激光元件40的下侧电极(未图示)与辅助支架30通过金锡层而相互接合从而被电连接。
另外，辅助支架30的材料并不特别限定于铜钨。辅助支架30的材料是导电性、热传导率高、热量膨胀系数被调整为使得接合后向半导体激光元件40的变形变小的材料即可。例如，也可以使用铜钼合金(Cu：Mo)，也可以是通过金刚石薄膜对包含铜系材料的金属块表面进行涂层的结构。此外，金锡层不必是必须的，也可以取代金锡层而使用导电性、热传导率高的材料。此外，也可以不设置金锡层而将半导体激光元件40直接与辅助支架30接合。
半导体激光元件40是端面放射型的半导体激光元件。此外，半导体激光元件40在下表面具有下侧电极，在上表面具有上侧电极(均未图示)。下侧电极经由辅助支架30的金锡层(未图示)而与辅助支架30接合，与辅助支架30电连接。另外，如前面所述，也可以辅助支架30的上表面与半导体激光元件40的下侧电极直接相接。此外，在上侧电极的上表面设置多个凸块50。半导体激光元件40的谐振器(未图示)在前后方向被延伸设置，半导体激光元件40的前方的侧面相当于激光出射端面40a。此外，半导体激光元件40被设置于辅助支架30上以使得激光出射端面40a与辅助支架30的前方侧面几乎一致。另外，在本实施方式中，下侧电极是正极(+)，上侧电极是负极(-)，但这些的极性也可以反过来。此外，半导体激光元件40中的谐振器的数量也可以是多个。例如，也可以具有在与图1中的纸面垂直的方向被分离设置的多个谐振器。
凸块50例如是使以金(Au)为材料的引线熔融而形成的金凸块。由于金比其他金属柔软，因此在连接半导体激光元件40与上部电极块61时凸块50变形。因此，能够在对半导体激光元件40和上部电极块61几乎不赋予机械性损伤的情况下，将两者间良好地电连接。另外，凸块50的材料并不局限于金，是导电性、能够确保半导体激光元件40的上侧电极与上部电极块61的电连接的材料即可。此外，如图1所示，也可以在凸块50与上部电极块61之间插入金箔等的金属片51。通过插入金属片51，能够使凸块50与金属片51的接触面积增加，能够使凸块50与上部电极块61之间的接触电阻减少。另外，金属片51并不局限于金箔，也可以使用包含其他导电材料的片。此外，插入到凸块50与上部电极块61之间的金属片51也可以是多片，若凸块50与上部电极块61之间的电连接充分良好，则也可以不插入金属片51。
下部电极块60例如是包含铜的板状的导电部件。下部电极块60在散热器20的上表面并且后方的区域S2(散热器20的上表面的一部分，参照图4B)，与辅助支架30以及半导体激光元件40分离地被配设。下部电极块60的下表面的一部分经由散热器20的铜层22b而与散热器20接合，在下部电极块60的上表面的一部分设置绝缘层70。
上部电极块61例如是包含铜的板状的导电部件。上部电极块61被设置为与散热器20夹着半导体激光元件40以及辅助支架30。上部电极块61经由凸块50以及金属片51而与半导体激光元件40的上侧电极电连接。此外，上部电极块61夹着绝缘层70并在上下方向与下部电极块60层叠。另外，如后面所述，下部电极块60以及上部电极块61也具有作为将半导体激光元件40中产生的热量向周围的环境中或者散热器20散热的散热部件的功能。此外，下部电极块60以及上部电极块61的构成材料并不特别限定于铜，也可以是其他金属材料、导电材料。
绝缘层70例如是包含氮化铝的陶瓷粉末的耐热树脂片。绝缘层70被设置为下表面与下部电极块60相接，上表面与上部电极块61相接。绝缘层70具有将下部电极块60与上部电极块61电绝缘的功能以及将两者可导热地结合的功能。另外，绝缘层70的构成材料并不特别限定于上述，优选是具有高热传导率的材料，例如优选是热传导率比半导体激光元件40高的材料。
以上那样构成的半导体激光装置1的动作如以下那样进行。
首先，在水冷套10的流路11、12以及散热器20的流路23中流过冷却水的状态下，向下部电极块60与上部电极块61之间施加规定的电压。这样，经由散热器20的铜层22b、辅助支架30、凸块50、金属片51，开始在半导体激光元件40的下侧电极与上侧电极之间流过电流。若该电流超过半导体激光元件40的振荡阈值电流，则谐振器内产生激光振荡，从激光出射端面40a向前方出射激光。
[关于半导体激光装置1的热量排出]
接下来，对半导体激光装置1的冷却水(制冷剂)的流动进行说明。
从设置于水冷套10的后方侧面的流入口11a向流路11内提供的冷却水在流路11之中的位于下方且与水冷套10的上表面大致平行地延伸的平行部11e内向前方流动。进一步地，从配设有辅助支架30的区域S1的下方向上方向流动，通过开口11c而被提供给与流路11连通的散热器20内的流路23内。冷却水在流路23内朝向半导体激光元件40的激光出射端面40a流向上方，在绝缘部件21的上表面附近向后方折弯流动。在下部电极块60的前方的侧面附近，冷却水进一步向下折弯流动，通过开口11d而被提供给流路11。冷却水在向下方向流动之后，在流路11之中的位于上方且与水冷套10的上表面大致平行地延伸的平行部11f内向后方流动，从排出口11b向未图示的冷却器等提供。此外，从设置于水冷套10的后方侧面的流入口12a向流路12内提供的冷却水在流路12之中，沿着与水冷套10的上表面大致平行地延伸的平行部12c向前方流动到半导体激光元件40的激光出射端面40a附近的下方。冷却水沿着在激光出射端面40a附近的下方向纸面的纵深方向折弯的流路12流动。进一步地，冷却水沿着在规定的位置向后方折弯的流路12，在平行部12d内流动，从排出口12b提供给未图示的其他冷却器等。
另外，流路11的平行部11e、11f与流路12的平行部12c、12d的延伸方向并不特别限定于上述，电可以具有相对于水冷套10的上表面以规定的角度倾斜的部分。
接下来，对半导体激光装置1的热量排出路径进行说明。
如图1所示，半导体激光元件40中产生的热量主要从四个路径向外部排出。第1热量排出路径T1是从半导体激光元件40的下表面侧经由辅助支架30以及散热器20而向位于辅助支架30的配设区域S1的下方的流路23排出的路径。第2热量排出路径T2是从上部电极块61向周围的环境中排出的路径。第3热量排出路径T3是从半导体激光元件40的上表面侧所连接的上部电极块61经由绝缘层70、下部电极块60和散热器20而向水冷套10排出的路径。第4热量排出路径T4是经由下部电极块60以及散热器20而向水冷套10排出的路径。
其中，通过第1热量排出路径T1的热量通过流路11以及23中流动的冷却水而从半导体激光装置1向外部排出。另一方面，在上部电极块61的附近不设置冷却水流过的流路。如前所述，在现有的结构中，从半导体激光元件40流入到上部电极块61的热量通过第2热量排出路径T2而被向外部排出，但其量较小，容易蓄积于上部电极块61内。因此，在本实施方式中，夹着热量传导性高的绝缘层70而将上部电极块61的一部分与下部电极块60的一部分层叠，将下部电极块60的下表面的一部分与散热器20相接。此外，在散热器20中的下部电极块60的配设区域S2的下方，在水冷套10内设置流路12，通过与流路11独立地提供的冷却水，高效地冷却散热器20。通过设为这样的结构，如第3热量排出路径T3所示，半导体激光元件40中产生并蓄积于上部电极块61内的热量经由绝缘层70以及下部电极块60而被向散热器20排出。进一步地，如上述那样，通过流过流路12内的冷却水，热量被向半导体激光装置1的外部排出。通过第4热量排出路径T4的热量也同样地，经由散热器20，通过流过流路12内的冷却水而被向半导体激光装置1的外部排出。
如以上说明那样，通过本实施方式，使与半导体激光元件40的上表面侧连接的上部电极块61经由下部电极块60而与散热器20以及水冷套10热耦合。此外，在水冷套10内，将主要冷却半导体激光元件40的下表面侧、换句话说散热器20上的辅助支架30的配设区域S1的流路11、和主要冷却散热器20上的下部电极块60的配设区域S2的流路12这两个系统的流路独立设置。由此，能够高效地排出从半导体激光元件40排出的热量、特别是蓄积于半导体激光元件40的上表面侧所连接的上部电极块61的热量。其结果，能够增加流过半导体激光元件40的电流量，能够使半导体激光装置1高输出化。
此外，在流路11中，通过如上述那样规定冷却水的流动，能够以短距离对半导体激光元件40的激光出射端面40a的下方提供冷却水。在半导体激光装置1中，由于发热量最大的是激光出射端面40a附近，因此为了高效地冷却该部分，优选从冷却水的流入口11a到达激光出射端面40a的下方的流路尽量短。
此外，优选图1所示的流路12的平行部12c、12d被设置于比流路11的平行部11e、11f更靠上方、换句话说接近于散热器20的一侧，特别优选被设置于比平行部11f更靠上方的位置。如上述那样，流路23内的冷却水在通过激光出射端面40a的下方时最暖，因此在包含平行部11f的以下的流路中，基于冷却水的散热器20的冷却效率降低。另一方面，通过如上述那样设定流路12的平行部12c、12d的配置，能够将从冷却水的流入口12a提供且未变热的冷却水流向相对于散热器20较近的位置。利用通过流路12的冷却水，下部电极块60可被更加高效地冷却，能够提高半导体激光装置1的冷却效率。由此，能够使半导体激光装置1高输出化。
[半导体激光装置1以及其结构部件的制造方法]
图2是对水冷套10的制造方法进行说明的图。如图2所示，水冷套10是铜块13与铜板16贴合而形成的。铜块13具有：包含制冷剂的流入口11a、排出口11b的流路11、孔14a、14b、槽15a、15b。孔14a、14b相当于水冷套10的开口11c、11d，槽15a、15b相当于水冷套10的流路12的平行部12c、12d。
此外，铜板16具有相当于水冷套10的流路11的开口11c、11d的贯通孔17a、17b。铜块13与铜板16被贴合为孔14a与贯通孔17a重合，此外，孔14b与贯通孔17b重合。此外，通过将这些贴合，形成包含制冷剂的流入口12a、排出口12b的流路12，通过调整铜板16的厚度，能够将平行部12c、12d设置为位于水冷套10的上表面附近。另外，铜块13与铜板16例如通过钎焊而贴合，但粘合材料的构成材料并不特别限定于此，也可以是金属的薄箔等。另外，也可以在制冷剂的流入口11a、12a、排出口11b、12b为了防止冷却水的漏水而设置O型环等的密封部件。
图3是对散热器20的制造方法进行说明的图。如图3所示，散热器20通过将绝缘板24～26与铜层22a、22b层叠贴合以使得在规定的位置设置槽28、孔29而形成。
绝缘板24～26是包含氮化铝的陶瓷板材或者包含氮化铝的耐热树脂片。通过将这些绝缘板贴合为在被分别设置的槽28a、槽28b和槽28c所对应的位置重合，此外，在孔29a和孔29b对应的位置重合，从而形成在内部具有流路23的绝缘部件21。另外，设置于绝缘板24的槽28a被设置于流路23的开口23a所对应的位置，孔29a被设置于开口23b所对应的位置。
铜层22a、22b由铜箔或者含有规定量铜粉末的导电性树脂片构成。在铜层22a设置相当于流路23的开口23a、23b的贯通孔22c、22d。
将绝缘板24～26通过上述的方法层叠而成的绝缘部件21与铜层22a贴合，以使得绝缘板24的槽28a与铜层22a的贯通孔22c重合，此外绝缘板24的孔29a与铜层22a的贯通孔22d重合。进一步地，在绝缘部件21贴合铜层22b从而散热器20完成。
另外，将铜层22a、22b分别贴合于绝缘部件21的顺序也可以与上述不同。此外，绝缘板24～26的构成材料并不特别限定于上述，也可以是其他绝缘材料。构成绝缘板24～26的材料是热传导率高、热量膨胀系数接近于半导体激光元件40、耐腐蚀性高的材料即可。例如，优选是热传导率比半导体激光元件40高的材料。
另外，绝缘板24～26之间的贴合、或者绝缘部件21与铜层22a、22b的贴合例如通过包含有机系材料的粘合材料来进行，但粘合材料的构成材料并不特别限定于此。另外，流路23的开口23a、23b所对应的绝缘板24的槽28a以及孔29a与铜层22a的贯通孔22c、22d的连接中，为了防止冷却水的漏水，也可以在连接部分设置O型环等的密封部件。
如以上那样，通过将设置有流路11、12的一部分的部件层叠来形成水冷套10，能够使流路11、12的加工简单化。同样地，通过将设置有流路23的一部分的部件层叠来形成散热器20，能够使流路23的加工简单化。
图4A～图4G是对半导体激光装置1的制造方法进行说明的图。
在通过图3所示的方法而形成的散热器20的上表面的区域S1隔着铜层22b而配置辅助支架30，将散热器20与辅助支架30接合(图4A)。
在散热器20的上表面的区域S2隔着铜层22b来配置下部电极块60，将散热器20与下部电极块60连接(图4B)。在辅助支架30的上表面设置金锡层，进一步将半导体激光元件40配置为下侧电极与金锡层相接，将辅助支架30与半导体激光元件40接合(图4C)。在半导体激光元件40的上侧电极形成凸块50(图4D)。
这里，对凸块50的形成方法进行说明。
例如，提供超声波并且将金引线与半导体激光元件40的上侧电极接合。通过在提供超声波的状态下对金引线赋予规定的张力，从而残留与上侧电极接合的前端并将金引线断裂，形成前端尖出形状的凸块50。但是，也可以是其他方法，例如将前端尖出形状的电极转印于上侧电极来形成凸块50。
接下来，在下部电极块60的上表面设置绝缘层70(图4E)。在绝缘层70是树脂片的情况下，例如使用包含有机系材料的粘合材料来在下部电极块60贴付绝缘层70。在凸块50以及半导体激光元件40的上表面设置金属片51之后，将上部电极块61配置于凸块50以及半导体激光元件40和绝缘层70的上表面。将上部电极块61与金属片51以及凸块50接合，并且固定于绝缘层70(图4F)。向绝缘层70的固定例如使用包含有机系材料的粘合材料来进行。
接下来，在通过图2所示的方法而形成的水冷套10的上表面，配置散热器20。使设置于水冷套10的上表面的开口11c、11d与设置于散热器20的下表面的开口23a、23b重合来将水冷套10与散热器20连接。使流路11与流路23连通从而半导体激光装置1完成(图4F)。另外，为了防止冷却水的漏水，也可以在开口11c、23a的连接部分以及开口11d、23b的连接部分设置O型环等的密封部件。
[效果等]
如以上那样，在本实施方式中，半导体激光装置1将主要冷却半导体激光元件40的流路11、23和主要冷却与半导体激光元件40连接的上部电极块61的流路12独立设置于水冷套10、散热器20。具体而言，半导体激光装置1具备：水冷套10，制冷剂流过的流路11与流路12在内部相互独立地设置；散热器20，与水冷套10的上表面接触，包含在内部具有与第1流路11连通的流路23的绝缘部件21；下部电极块60，被设置于散热器20的上表面的一部分；辅助支架30，被设置于散热器20的上表面的剩余部分，包含与下部电极块60电连接的导电材料；半导体激光元件40，被配设于辅助支架30的上表面，与辅助支架30以及下部电极块60电连接；和上部电极块61，被设置为与散热器20夹着辅助支架30以及半导体激光元件40，与半导体激光元件40电连接，另一方面，通过可导热的绝缘层70而与下部电极块60电绝缘，流路12被设置于下部电极块60的配设区域的下方。
通过该结构，能够使连接于半导体激光元件40的上表面侧的上部电极块61夹着可导热的绝缘层70而与下部电极块60、进一步与水冷套10以及散热器20热耦合。此外，通过在水冷套10独立设置流路11和对下部电极块60的配设区域的下方进行冷却的流路12这两个系统的流路，能够经由下部电极块60来将蓄积于上部电极块61的热量高效地排出。由此，能够增加流过半导体激光元件40的电流量，能够使半导体激光装置1高输出化。
此外，优选流路23被设置于辅助支架30的配设区域S1的下方。
通过该结构，通过流过流路11以及流路23的制冷剂，能够将辅助支架30以及半导体激光元件40的下表面侧处蓄积的热量高效地排出。
优选流路11、12分别具有与水冷套10的上表面大致平行地延伸的平行部11e、11f、12c、12d，流路12的平行部12c、12d被设置于比流路11的平行部11e、11f更靠近散热器20的一侧。
通过该结构，能够在不受到主要冷却半导体激光元件40的流路11、23中流过的制冷剂的温度上升的影响的情况下，对下部电极块60以及上部电极块61进行冷却。
优选水冷套10是将设置有流路11、12的一部分的多个部件13、16层叠而成的。
通过该结构，能够使水冷套10中的流路11、12的加工简单化。优选散热器20是将设置有流路23的一部分的多个部件24、25、26层叠而成的。
通过该结构，能够使散热器20中的流路23的加工简单化。此外，优选绝缘部件21以及绝缘层70的热传导率比半导体激光元件40高。
(变形例1)
[半导体激光装置2的结构]
图5是表示变形例1所涉及的半导体激光装置2的结构的剖视图。
实施方式所示的结构与本变形例所示的结构的不同在于，在本变形例的下部电极块60a，设置沿着散热器20的后方侧面向下方延伸并与水冷套10的上表面相接的延长部。
通过如图5所示设置下部电极块60a，可缩短下部电极块60a与流路12、特别是与平行部12c、12d的距离，通过流过流路12的冷却水，可更加高效地冷却下部电极块60a。此外，夹着绝缘层70而被层叠于下部电极块60a的上部电极块61的冷却效率也能够提高。由此，能够使实施方式的半导体激光装置1更加高输出化。特别是在半导体激光元件40是具有几十根谐振器的多发射极类型的情况下，在下部电极块60a与上部电极块61之间流过100A～几百A的大电流。在这样的情况下，需要下部电极块60a、上部电极块61都充分冷却来抑制半导体激光元件40的温度上升，因此本变形例所示的结构有效。
另外，虽未图示，但在图5所示的结构中，下部电极块60a与水冷套10直接相接。因此，为了强化下部电极块60a与上部电极块61的绝缘，也可以在与下部电极块60a对置的辅助支架30的侧面设置绝缘层。此外，也可以在水冷套10的上表面与下部电极块60a的下表面之间设置绝缘层(未图示)。绝缘层的厚度可在不会较大地阻碍来自下部电极块60a的热量排出的范围内适当地选择。此外，构成该绝缘层的材料当然优选热传导率高、耐腐蚀性高的材料。例如，优选是热传导率比半导体激光元件40高的材料。
[效果等]
如以上那样，优选下部电极块60a具有沿着散热器20的侧面延伸并与水冷套10的上表面相接的延长部。
通过该结构，下部电极块60a直接被流过流路12的制冷剂冷却，可提高下部电极块60a以及上部电极块61的冷却效率。
(变形例2)
图6是表示变形例2所涉及的半导体激光装置3的结构的剖视图。
实施方式所示的结构与本变形例所示的结构的不同在于，在本变形例的散热器20a的绝缘部件的内部，与流路23独立地设置流路27(第4流路)，该流路27与本变形例的水冷套10a内的流路19(第2流路)连通。
通过如图6所示在散热器20a内的下部电极块60的配置区域S2的下方设置流路27，使其与水冷套10a的流路19连通，可缩短下部电极块60与流路27的距离。其结果，通过流过流路19、27的冷却水，下部电极块60可更加高效地冷却，此外，夹着绝缘层70而与下部电极块60层叠的上部电极块61的冷却效率也能够提高。由此，能够使实施方式的半导体激光装置1更加高输出化。与变形例1同样地，在半导体激光元件40是具有几十根谐振器的多发射极类型的情况下，本变形例所示的结构在能够抑制半导体激光元件40的温度上升这方面有效。
另外，半导体激光装置2中的水冷套10a以及散热器20a也能够通过与实施方式所示的相同的方法来形成。换句话说，通过将设置有流路11、19的一部分的部件层叠来形成水冷套10a，能够使流路11、19的加工简单化。同样地，通过将设置有流路23、27的一部分的部件层叠来形成散热器20a，能够使流路23、27的加工简单化。
[效果等]
如以上那样，优选在散热器20a的绝缘部件的内部，与流路19连通的流路27与流路23被独立设置。
此外，优选流路27被设置于下部电极块60的配设区域S2的下方。通过该结构，由于下部电极块60与连通于流路19的流路27的距离变近，因此可提高下部电极块60以及上部电极块61的冷却效率。
(其他的实施方式)
在图6所示的半导体激光装置3中，也可以使下部电极块60的形状以及配置与图5所示的半导体激光装置2相同。能够进一步提高实施方式的半导体激光装置1的冷却效率。
另外，在包含变形例1、2的上述的实施方式中，将流路11中的制冷剂的流入口11a以及排出口11b设置于水冷套10的后方侧面，但也可以设置于除此以外的面。但是，若在与激光的出射方向相同的一侧即前方侧面设置制冷剂的流入口11a以及排出口11b，则可能对与这些连接的冷却水配管(未图示)的设置场所受到制约。针对流路12、19中的制冷剂的流入口12a、19a以及排出口12b、19b的配置也相同。
此外，虽表示了使用冷却水作为制冷剂的例子，但也可以使用水以外的制冷剂、例如防冻液等。另外，若将半导体激光元件40过度冷却，例如冷却到几℃，则担心激光出射端面40a等处凝结。若产生这样的凝结，则担心不产生激光振荡，或者根据情况导致半导体激光装置1破损。此外，若半导体激光元件40的温度较大超过60℃则可能光输出特性变化，不能得到所希望的输出。因此，优选选择制冷剂的种类或者进行制冷剂的温度管理，以使得能够将动作中的半导体激光元件40维持于10℃～40℃左右的温度。
产业上的可利用性
通过本公开的半导体激光装置，能够高效地将半导体激光元件的上下表面的两方冷却，可得到高输出的半导体激光装置，因此在应用于激光加工装置等上在产业上有用。
-符号说明-
1～3 半导体激光装置
10、10a 水冷套
11 流路(第1流路)
11a、12a、19a 制冷剂的流入口
11b、12b、19b 制冷剂的排出口
11e、11f 流路11的平行部
12、19 流路(第2流路)
12c、12d 流路12的平行部
13 金属块(铜块)
16 铜板
20、20a 散热器
21 绝缘部件
23 流路(第3流路)
24～26 绝缘板
27 流路(第4流路)
30 辅助支架
40 半导体激光元件
50 凸块
51 金属片
60、60a 下部电极块
61 上部电极块
70 绝缘层
S1 辅助支架30的配设区域
S2 下部电极块60、60a的配设区域

Claims (9)

1.一种半导体激光装置，具备：
第1散热部件，在内部相互独立地设置有制冷剂流过的第1流路与第2流路；
第2散热部件，与该第1散热部件的上表面接触设置，包含在内部具有与所述第1流路连通的第3流路的绝缘部件；
下部电极块，被设置于该第2散热部件的上表面的一部分；
辅助支架，被设置于所述第2散热部件的上表面的剩余部分，包含与该下部电极块电连接的导电材料；
半导体激光元件，被配设于该辅助支架的上表面，与所述辅助支架以及所述下部电极块电连接；和
上部电极块，被设置为与所述第2散热部件夹着所述辅助支架以及所述半导体激光元件，与所述半导体激光元件电连接，另一方面，通过可导热的绝缘层而与所述下部电极块电绝缘，
所述第2流路被设置于所述下部电极块的配设区域的下方。
2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，
所述第3流路被设置于所述辅助支架的配设区域的下方。
3.根据权利要求1或者2所述的半导体激光装置，其中，
所述下部电极块具有沿着所述第2散热部件的侧面延伸并与所述第1散热部件的上表面相接的延长部。
4.根据权利要求1或者2所述的半导体激光装置，其中，
所述第1流路以及所述第2流路分别具有与所述第1散热部件的上表面大致平行地延伸的平行部，
所述第2流路的平行部被设置于比所述第1流路的平行部更靠近所述第2散热部件的一侧。
5.根据权利要求1或者2所述的半导体激光装置，其中，
在所述第2散热部件的绝缘部件的内部，与所述第2流路连通的第4流路被与所述第3流路独立地设置。
6.根据权利要求5所述的半导体激光装置，其中，
所述第4流路被设置于所述下部电极块的配设区域的下方。
7.根据权利要求1或者2所述的半导体激光装置，其中，
所述第1散热部件是将设置有所述第1流路以及所述第2流路的一部分的多个部件层叠而成的。
8.根据权利要求1或者2所述的半导体激光装置，其中，
所述第2散热部件是将设置有所述第3流路的一部分的多个部件层叠而成的。
9.根据权利要求1或者2所述的半导体激光装置，其中，
所述绝缘部件以及所述绝缘层的热传导率比所述半导体激光元件高。
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