JP5381353B2 - レーザダイオード装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーザダイオードとヒートシンクとが互いに電気的に絶縁されたレーザダイオード装置に関するものである。

従来の、レーザダイオード（以下では、略してＬＤと称する）とヒートシンクとが互いに電気的に絶縁されたレーザダイオード装置（以下では、略してＬＤ装置と称する）では、ＬＤの電極は直接ヒートシンクに固定されていた。そして、ヒートシンク上に固定されたセラミック板上に、ＬＤが固定された導体板が固定され、ＬＤの電極とＬＤとはワイヤボンディングにより接続されていた。（例えば、特許文献１参照）

米国特許第６９７５０３４号公報（第２頁右覧第４５行〜第４頁左覧第４０行、ＦＩＧ．５〜６）

このようなＬＤ装置にあっては、ＬＤは、ヒートシンクに固定された電極とワイヤボンディングによって接続されており、ＬＤ装置の製造後は、ＬＤや電極などの構成部品に損傷を与えることなくＬＤを着脱することが困難であった。このため、ＬＤとヒートシンクのいずれか一方のみが故障したときでも、ＬＤ装置全体を廃棄しなければならないという問題点があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、構成部品に損傷を与えることなくＬＤとヒートシンクとを着脱できるＬＤ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るＬＤ装置は、ヒートシンクと、ヒートシンクとは電気的に絶縁されたレーザダイオードモジュール（以下では、略してＬＤモジュールと称する）とを備えたものであり、このＬＤモジュールは、絶縁板と、絶縁板上に載置されたＬＤと、絶縁板上に形成されＬＤと電気的に接続されたＬＤの電極とを備え、ＬＤモジュールとヒートシンクとの取り付けに用いられるろう接剤の融点は、ＬＤモジュールの形成に用いられるろう接剤の融点よりも低くし、第一の絶縁板のヒートシンクと対向する面は少なくともレーザダイオードが載置された領域の背面にあたる領域には平板が取り付けられたものである。

この発明によれば、絶縁板上にＬＤとＬＤの電極とを備え、ＬＤモジュールとヒートシンクとの取り付けに用いられるろう接剤の融点は、ＬＤモジュールの形成に用いられるろう接剤の融点よりも低くしたＬＤモジュールを形成したことにより、ＬＤモジュールとヒートシンクの取り付けに用いたろう接剤だけが融ける温度まで加熱することで、ＬＤモジュールとヒートシンクとを構成部品に損傷を与えることなく着脱することができる。このため、ＬＤとヒートシンクのいずれか一方のみが故障したときには、故障したもののみ交換することが可能となり、ＬＤ装置全体を廃棄する必要がなくなる。

この発明の実施の形態１におけるＬＤ装置を示す側面図である。 この発明の実施の形態１におけるＬＤ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるＬＤモジュールを示す上面図である。 この発明の実施の形態１におけるＬＤモジュールを示す正面図である。 この発明の実施の形態１におけるＬＤモジュールを示す側面図である。 この発明の実施の形態１における第一の複合板を分解して示す側面図である。 この発明の実施の形態１における第一の複合板を分解して示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における第二の複合板を分解して示す側面図である。 この発明の実施の形態１における第二の複合板を分解して示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における第一の複合板の製造工程を示す図である。 この発明の実施の形態１における第二の複合板の製造工程を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるサブマウントにＬＤを取り付ける工程を示す図である。 この発明の実施の形態１における第二の複合板に第二の電極を取り付ける工程を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるＬＤモジュールの製造工程を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるヒートシンクにＬＤモジュールを取り付ける工程を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるＬＤモジュールを示す上面図である。 図１６におけるＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態３におけるＬＤ装置を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態４におけるＬＤ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４におけるヒートシンクを示す斜視図である。 この発明の実施の形態５におけるＬＤモジュールを示す側面図である。 この発明の実施の形態６におけるＬＤモジュールを示す側面図である。 この発明の実施の形態６におけるＬＤモジュールを示す上面図である。 この発明の実施の形態７におけるＬＤ装置を示す側面図である。 この発明の実施の形態７におけるヒートシンクを示す側面図である。 この発明の実施の形態８におけるＬＤ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態８におけるＬＤ装置を分解して示す斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるＬＤ装置１ａを示す側面図であり、図２はこの発明の実施の形態１におけるＬＤ装置１ａを示す斜視図である。まず、この発明の実施の形態１におけるＬＤ装置１ａの構成の概略を説明する。図１、図２において、ＬＤ装置１ａは、ヒートシンク２０ａを備え、ヒートシンク２０ａとは電気的に絶縁されたＬＤモジュール３０ａがヒートシンク２０ａに載置された構成となっている。ヒートシンク２０ａとＬＤモジュール３０ａとは、半田付けやろう付けなどのろう接によって取り付けられる。

次に、ヒートシンク２０ａの構成について説明する。図１、図２において、ヒートシンク２０ａは、例えば銅やアルミニウムのような熱伝導率の高い金属によって形成され、表面は金などのめっきが施されている。ヒートシンク２０ａの内部には、複数の流路２１が通っており、水などの冷媒を流すことにより、冷却を行っている。また、流路２１同士の間の壁２２の厚さおよび流路２１とヒートシンク２０ａの側面２３との間の壁２４の厚さは、１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上とし、流路２１が侵食や腐食に対して充分な寿命を持つ構造としている。

次に、ＬＤモジュール３０ａの構成について説明する。図３はこの発明の実施の形態１におけるＬＤモジュール３０ａを示す上面図、図４はこの発明の実施の形態１におけるＬＤモジュール３０ａを示す正面図、図５はこの発明の実施の形態１におけるＬＤモジュール３０ａを示す側面図である。

図３〜図５において、ＬＤモジュール３０ａは、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとを電気的に絶縁するための第一の複合板３１ａを備えている。第一の複合板３１ａの前端部３２には、サブマウント３３に載置されたＬＤ３４が載置され、第一の複合板３１ａの後端部３５には、ＬＤ３４の第一の電極３６が形成され、第一の複合板３１ａの中央部３７には、第二の複合板３８が載置されている。第二の複合板３８に、ＬＤ３４の第二の電極３９が形成されることにより、第一の電極３６と第二の電極３９とは互いに電気的に絶縁されている。各構成部品同士は半田付けやろう付けなどのろう接によって取り付けられている。ＬＤ３４と第二の複合板３８とは、結線４０によってワイヤボンディングされ、ＬＤ３４と第二の電極３９が電気的に接続されている。

図６はこの発明の実施の形態１における第一の複合板３１ａを分解して示す側面図、図７はこの発明の実施の形態１における第一の複合板３１ａを分解して示す斜視図である。図６、図７において、第一の複合板３１ａは、第一の絶縁板４５の互いに対向する一方の面に導電面である金属板４６ａ、他方の面に金属板４７が、半田付け、ろう付け、蒸着、めっきなどによって取り付けられている。金属板４６ａと金属板４７とは互いに電気的に絶縁されている。

第一の絶縁板４５としては、例えばＡｌＮやダイヤモンドなどの熱伝導率が高い絶縁体が用いられ、その厚さを１ｍｍ以下、典型的には０．４ｍｍとすることにより、ＬＤ３４から発生する熱を高効率に排熱できる。第一の絶縁板４５の厚さをさらに薄くしても、金属板４６ａと金属板４７を厚く、表裏対称に取り付けることによって、充分な強度を持たせることが可能である。

金属板４６ａ、金属板４７には、例えば銅のような熱伝導率が高いものや、第一の絶縁板４５と熱膨張率が近い材料、例えば第一の絶縁板４５としてＡｌＮを用いたときにはＣｕＷやＣｕＭｏなどが用いられる。その厚さは、数十μｍ以上、典型的には５０〜１００μｍとすることによって、数十〜百Ａの電流を流してもジュール熱による発熱がＬＤ３４の発熱に比べて無視できる程度に抑えられる。また、金属板４６ａ、金属板４７の表面に金めっきなどを施せば、半田やろうなどのろう接剤の濡れ性を高めることができる。

図８はこの発明の実施の形態１における第二の複合板３８を分解して示す側面図であり、図９はこの発明の実施の形態１における第二の複合板３８を分解して示す斜視図である。図８、図９において、第二の複合板３８は、第二の絶縁板５０の互いに対向する一方の面に金属板５１、他方の面に金属板５２が、半田付け、ろう付け、蒸着、めっきなどによって取り付けられている。金属板５１と金属板５２とは互いに電気的に絶縁されている。

各部品の材料としては、第一の複合板３１ａと同じものを用いてもよいが、第二の複合板３８には発熱源を搭載しないので、特に熱伝導率が高い材料を用いる必要は無い。そのため、第二の絶縁板５０として、Ａｌ_２Ｏ_３のような安価な材料を用いてもよい。また、金属板５１、金属板５２の表面に金めっきなどを施せば、半田やろうなどのろう接剤の濡れ性を高めることができ、ワイヤボンディングの接合性を高めることができる。

ＬＤ３４はＧａＡｓを主材料とし、その発光部はＧａＡｓＩｎＰやＧａＡｌＡｓなどで構成されている。このＬＤ３４は、その長さが約１ｃｍで出力が数十ワットであり、発光部を複数持つ、いわゆるバー型のＬＤである。そして、サブマウント３３には、ＬＤ３４に用いられるＧａＡsと熱膨張率が近い材料、例えばＣｕＷなどが用いられる。

図５において、ＬＤ３４は、ｐサイド５５がサブマウント３３と対向するように載置され、サブマウント３３と第一の複合板３１ａの金属板４６ａを介して第一の電極３６と電気的に接続されている。また、ｎサイド５６と第二の複合板３８の金属板５１とが例えば金ワイヤなどの結線４０によってワイヤボンディングされることにより、第二の電極３９と電気的に接続されている。このため、第一の電極３６はプラス電極に、第二の電極３９はマイナス電極に対応している。

次に、この発明の実施の形態１におけるＬＤ装置１ａの製造方法について図１０〜図１５を用いて説明する。ここでは、ＬＤ装置１ａの製造方法を、第一の複合板３１ａと第二の複合板３８を形成する第一工程と、ＬＤモジュール３０ａを形成する第二工程と、ヒートシンク２０ａにＬＤモジュール３０ａを取り付ける第三工程に分けて説明する。

まず、第一工程について説明する。図１０はこの発明の実施の形態１における第一の複合板３１ａの製造工程を示す図、図１１はこの発明の実施の形態１における第二の複合板３８の製造工程を示す図である。図１０、図１１において、まず、半田付け、ろう付け、蒸着、めっきなどによって、第一の絶縁板４５の一方の面に金属板４６ａ、他方の面に金属板４７がそれぞれ取り付けられ、第一の複合板３１ａが形成され、第二の絶縁板５０の一方の面に金属板５１、他方の面に金属板５２がそれぞれ取り付けられ、第二の複合板３８が形成される。半田付けやろう付けで取り付けられる場合、第一の複合板３１ａに用いられるろう接剤の融点をＡ１、第二の複合板３８に用いられるろう接剤の融点をＡ２とする。

次に、第二工程について説明する。図１２はこの発明の実施の形態１におけるサブマウント３３にＬＤ３４を取り付ける工程を示す図、図１３はこの発明の実施の形態１における第二の複合板３８に第二の電極３９を取り付ける工程を示す図である。図１２において、融点がＢ１のろう接剤によってサブマウント３３にＬＤ３４が、図１３において、融点がＢ２のろう接剤によって第二の複合板３８に第二の電極３９が取り付けられる。

図１４はこの発明の実施の形態１におけるＬＤモジュール３０ａの製造工程を示す図である。図１４において、ＬＤ３４を取り付けたサブマウント３３、第二の電極３９が金属板５１上に取り付けられた第二の複合板３８、第一の電極３６がそれぞれ第一の複合板３１ａの金属板４６ａ上に融点がＣのろう接剤を用いて取り付けられる。その後、ＬＤ３４のｎサイド５６と第二の複合板３８の金属板５１とが結線４０によってワイヤボンディングされる。ここでＬＤモジュール３０ａが完成する。

最後に、第三工程について説明する。図１５はこの発明の実施の形態１におけるヒートシンク２０ａにＬＤモジュール３０ａを取り付け、ＬＤ装置１ａ組み立てる工程を示す図である。図１５において、ＬＤモジュール３０ａが、第一の複合板３１ａのＬＤ３４などが載置された金属板４６ａの面５７と対向する金属板４７の面５８がヒートシンク２０ａの表面と接するように、融点がＤのろう接剤を用いて取り付けられ、ＬＤ装置１ａが完成する。

このような手順でＬＤ装置１ａを製造するには、前工程で取り付けた部品が後工程のろう接の際の加熱によって外れてしまわないように、製造工程が進むにつれて用いるろう接剤の融点が低くなっていかなければならない。よって、ろう接剤の融点の関係は、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２＞Ｃ＞Ｄとなっている。具体的な一例としては、融点がＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のろう接剤としてはＡｕＳｎ半田、融点がＣのろう接剤としてはＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ半田やＰｂＳn半田、融点がＤのろう接剤としてはＳｎ−５８Ｂｉ半田やＩｎ半田などが挙げられる。また、融点がＡ１、Ａ２のろう接剤として、融点がより高いろうを用いてもよい。

この発明の実施の形態１では、以上のような構成としたことにより、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとが最も融点が低いろう接剤で取り付けられることを利用して、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａの取り付けに用いたろう接剤だけが融ける温度まで加熱することにより、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとを構成部品に損傷を与えることなく着脱することができるという効果がある。これにより、例えばＬＤ３４が故障したときには、ＬＤモジュール３０ａを取り外して交換することができ、ヒートシンク２０ａの流路２１が故障したときも同様にヒートシンク２０ａを交換することができる。このためＬＤ装置１ａ全体を廃棄する必要がなくなる。

また、第一の複合板３１ａにおいて、第一の絶縁板４５の互いに対向する両面に金属板４６ａと金属板４７を表裏対称に取り付けたことにより、第一の絶縁板４５の厚さを薄くしても充分な強度が得られ、材料間の熱膨張率の差に起因する反りや歪みも小さくできる。そして、金属板４６ａ、金属板４７を用いない場合と比べて、ヒートシンク２０ａ、サブマウント３３、第二の複合板３８、第一の電極３６を取り付ける際のろう接剤の濡れ性がよくなるという効果もある。

第二の複合板３８においても、第二の絶縁板５０の互いに対向する両面に金属板５１と金属板５２を表裏対称に取り付けたことにより上述の第一の複合板３１ａと同様の効果が得られる。さらに金属板５１を用いない場合と比べて、結線４０のワイヤボンディングの接合性が上がる効果も得られる。

また、ＬＤ３４を直接第一の複合板３１ａに取り付けず、ＬＤ３４と第一の複合板３１ａとの間にサブマウント３３を設けたことにより、熱膨張、収縮などによってＬＤ３４にかかる機械的な応力を軽減することができ、ＬＤ３４の損傷を防ぐ効果がある。

さらに、ＬＤとヒートシンクが互いに電気的に絶縁されたものではないが、従来用いられていたＣＳパッケージと呼ばれるＬＤ装置を例に取ると、ＬＤの幅約１０ｍｍに対して幅約２５ｍｍのヒートスプレッダを備え、このヒートスプレッダとヒートシンクとをねじ止めにより固定していた。

これに対して、このＬＤ装置１ａでは、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとをろう接により取り付けていることと、第一の複合板３１ａの厚さを薄くしていることなどによって、熱抵抗が低減しており、高効率に排熱を行うことができる。

これにより、ＬＤモジュール３０ａの幅をＣＳパッケージの約半分の１３ｍｍ程度まで狭くしても、マイクロチャネルなどを持たないヒートシンク２０ａを使用して、ＬＤ３４を実用的な出力で使用することができる。つまり、ＬＤモジュール３０ａの小型化を図ることができる。また、マイクロチャネルを持たないヒートシンク２０ａでよいためコストを下げることができる。

尚、この発明の実施の形態１では、第一の複合板３１ａにおいて、金属板４６ａと金属板４７は第一の絶縁板４５の端まで達する構成とした。しかし、金属板４６ａと金属板４７のサイズを少し小さくして、第一の絶縁板４５の端から少し後退させる構成としてもよい。これにより、金属板４６ａ、金属板４７をろう接によって取り付ける場合、ろう接剤のはい上がりや垂れ下りによって金属板４６ａと金属板４７とが短絡してしまうことを防ぐことができる。

また、金属板４６ａは導電性を有していれば金属製である必要は無く、導電性樹脂など他の導電性材料を用いてもよい。さらに、ＬＤ３４と第一の電極３６を電気的に接続していれば必ずしも板状の部材である必要も無い。金属板４７については、導電性を有している必要も無く、第一の絶縁板４５の強度が充分確保できるならば、金属板４７を用いない構成でもよい。また、金属板４６ａと金属板４７は同じ材料、形状である必要は無いが、熱膨張などによる第一の複合板３１ａの反りや歪みを防ぐという観点から表裏対称に同じ材料、形状であることが好ましい。

第二の複合板３８でも上述の第一の複合板３１ａと同様のことが言えるが、第二の複合板３８においては、結線４０によってＬＤ３４と第二の電極３９とを直接ワイヤボンディングすれば、金属板５１も導電性の部材である必要がなくなる。さらには、第二の絶縁板５０の強度が充分確保できるならば、金属板５１と金属板５２を取り付ける必要も無い。

この発明の実施の形態１では、第一の複合板３１ａの前端部３２にサブマウント３３を、後端部３５に第一の電極３６を、中央部３７に第二の複合板３８を取り付けたが、この配置に限ることは無く、他の配置でもよい。

尚、この発明の実施の形態１では、結線４０によってＬＤ３４と金属板５１とをワイヤボンディングした。しかし、銅箔などを適切な融点を持つろう接剤で取り付けてもよい。これにより、ワイヤボンディングの場合よりも電流容量を大きくできる。

また、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとの取り付けに用いるろう接剤を、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ系合金の柔軟な半田とすれば、ＬＤモジュール３０ａの構造に大きな歪みをもたらさず取り付けを行うことができる。

この発明の実施の形態１では、ヒートシンク２０ａを水などの冷媒を流路２１に流すことによって冷却した。しかし、必ずしも冷媒で冷却する必要は無く、ペルチェ素子などで冷却してもよい。

また、この発明の実施の形態１では、ヒートシンク２０ａの流路２１がマイクロチャネルを用いなくても実用的な出力でＬＤ３４を使用できる構成としたが、マイクロチャネルを用いると冷却効率がさらに向上することは言うまでもない。

加えて、ヒートパイプなどを用いて熱をヒートシンク２０ａ全体に拡散させる構成とすれば、ＬＤモジュール３０ａの幅をより小さくすることができ、より小型化が図れる。

さらに、この発明の実施の形態１では、各構成部品はろう接により取り付けた。しかし、これに限ることは無く、熱伝導グリースや接着剤、ねじ止めなどによって取り付けてもよい。

実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２におけるＬＤモジュール３０ｂを示す上面図であり、図１７は図１６におけるＡ−Ａ断面図である。図１６、図１７において、図３、図５と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。実施の形態１とは、第一の複合板３１ａの代わりに第一の複合板３１ｂを用い、これ伴い、第二の複合板３８を省略した構成が相違している。

図１６、図１７において、第一の複合板３１ｂは、金属板４６ｂが互いに電気的に絶縁された第一の導電部６０と第二の導電部６１を備えている。第一の導電部６０には、サブマウント３３に載置されたＬＤ３４と第一の電極３６が載置されている。第二の導電部６１には第二の電極３９が載置され、ＬＤ３４と第二の導電部６１とは結線４０によってワイヤボンディングされている。

第一の導電部６０と第二の導電部６１の形成方法としては、第一の導電部６０と第二の導電部６１に対応する２枚の金属板を第一の絶縁板４５に取り付けて形成してもよいが、全面に金属板４６ｂを取り付けた後にエッチングにより第二の導電部６１の周辺部６２の金属を除去する方法や、マスクを用いた蒸着によって形成する方法を用いるとコストを抑えることができる。

この発明の実施の形態２では、以上のような構成としたことにより、第二の複合板３８を省略でき、部品点数が減って構造が簡単になるためコストを下げることができる。

実施の形態３．
図１８はこの発明の実施の形態２におけるＬＤ装置１ｃを示す正面断面図である。図１８において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１では、一つのヒートシンク２０ａに単一のＬＤモジュール３０ａが載置されているのに対し、この発明の実施の形態３では、一つのヒートシンク２０ｃの水平な面上に複数のＬＤモジュール３０ａがレーザ光の出射方向を同一にして載置された構成が相違している。また、それぞれのＬＤモジュール３０ａは図示しない結線により、電気的に直列に接続されている。図１８では一例として３個のＬＤモジュール３０ａが載置され、直列接続された場合を示している。

この発明の実施の形態３では、ＬＤモジュール３０ａをヒートシンク２０ｃから構成部品に損傷を与えることなく着脱することができるため、複数あるＬＤモジュール３０ａのうち一つが故障した場合、故障したＬＤモジュール３０ａのみを取り外して新しいものに交換できる。よって、ＬＤ装置１ｃ全体を廃棄する必要がなくなる。

また、このＬＤモジュール３０ａは、上述のように従来のＣＳパッケージと呼ばれる幅約２５ｍｍのＬＤ装置と比べて幅が約半分の１３ｍｍ程度に小型化されている。そのため、同じ幅により多くのＬＤモジュールを並べることができ、これを例えばロッド型側面励起固体レーザの励起に用いると、より高い励起密度を得ることができる。

実施の形態４．
図１９はこの発明の実施の形態４におけるＬＤ装置１ｄを示す斜視図であり、図２０はこの発明の実施の形態４におけるヒートシンク２０ｄを示す斜視図である。図１９、図２０において、図１８と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態３では、ヒートシンク２０ｃのＬＤモジュール３０ａが載置される面が単一の水平な面であるのに対し、この発明の実施の形態４では、ヒートシンク２０ｄのＬＤモジュール３０ａが載置される面６５ｄが、高さの異なる複数の水平な面６６を備えた構成が相違している。この高さの異なる複数の水平な面６６には、それぞれＬＤモジュール３０ａがレーザ光の出射方向が同一となるよう載置され、それぞれのＬＤモジュール３０ａ同士は図示しない結線により電気的に直列に接続されている。

この発明の実施の形態４では、以上のような構成としたことにより、出射方向は同一で出射高さが異なる複数のレーザ光を出射することが可能となる。これを例えばロッド型側面励起固体レーザの励起に用いると、固体レーザ結晶をより均一に励起することができる。

実施の形態５．
図２１はこの発明の実施の形態５におけるＬＤモジュール３０ｅを示す側面図である。図２１において、図５と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、第一の複合板３１ａのヒートシンク２０ａと対向する面６７の全面に平板６８ｅをさらに備えた構成が相違している。

平板６８ｅの取り付け手順としては、平板６８ｅを取り付けることによって生じる第一の複合板３１ａの反りや歪みを防止、軽減するため、第一の複合板３１ａの形成後に、平板６８ｅをヒートシンク２０ａと対向する面６７に取り付けることが好ましい。

また、ろう接によって平板６８ｅを取り付ける場合は、取り付けの際の加熱によって第一の複合板３１ａの金属板４６ａと金属板４７が外れてしまわないように、第一の複合板３１ａの形成に用いるろう接剤よりも融点が低いろう接剤を用いる。さらに、このろう接剤は、ＬＤモジュール３０ｅとヒートシンク２０ａを着脱する際に、平板６８ｅが外れてしまわないように、ＬＤモジュール３０ｅとヒートシンク２０ａの取り付けに用いるろう接剤よりも融点が高い必要もある。

平板６８ｅとしては、例えば銅のような熱伝導率が高いものや、第一の絶縁板４５と熱膨張率が近い材料、例えば第一の絶縁板４５としてＡｌＮを用いた場合、ＣｕＷやＣｕＭｏなどが用いられる。

この発明の実施の形態５では、以上のような構成としたことにより、ＬＤモジュール３０ｅをヒートシンク２０ａに取り付けた際に、平板６８ｅの厚みだけヒートシンク２０ａと第一の複合板３１ａを構成する金属板４６ａとの間隔が大きくなっている。これにより、ＬＤモジュール３０ｅとヒートシンク２０ａとの取り付けの際にろう接剤のはい上がりが少し生じても、ろう接剤が金属板４６ａまで達しないため、金属板４６ａと金属板４７とが短絡することを防ぐことができる。また、第一の複合板３１ａの強度を増す効果もある。

尚、この発明の実施の形態５では、第一の複合板３１ａにおいて、第一の複合板３１ａのヒートシンク２０ａと対向する面６７の全面に平板６８ｅを取り付けた。しかし、平板６８ｅのサイズを少し小さくして、第一の複合板３１ａの端から少し後退させる構成としてもよい。これにより、平板６８ｅをろう接によって取り付ける場合、ろう接剤のはい上がりによって金属板４６ａと金属板４７とが短絡してしまうことを防ぐことができる。さらに、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとの取り付けの際にろう接剤のはい上がりによる金属板４６ａと金属板４７との短絡を防ぐ効果も増す。

また、この発明の実施の形態５では、平板６８ｅを取り付けた。しかし、平板６８ｅを取り付ける代わりに金属板４７ａの厚さをより厚くしてもよい。

実施の形態６．
図２２はこの発明の実施の形態６におけるＬＤモジュール３０ｆを示す側面図であり、図２３はこの発明の実施の形態６におけるＬＤモジュール３０ｆを示す上面図である。図２２において、図２１と同じ符号を付けたもの、図２３において図３と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。実施の形態５とは、第一の複合板３１ａのヒートシンク２０ａと対向する面６７であって、図２３の破線で囲まれたＬＤ３４が載置された領域７０の背面にあたる領域７１に平板６８ｆを、第一の複合板３１ａの後端部３５に平板６８ｇを備えた構成が相違している。

ＬＤ３４が載置された領域７０の背面にあたる領域７１は、ＬＤ３４から発生した熱がヒートシンク２０ａへ排熱される主な経路となっており、この部分について平板６８ｆがろう接により取り付けられている。さらに、ＬＤモジュール３０ｆに傾きが生じないように、第一の複合板３１ａの後端部３５に平板６８ｇを設けている。これにより、ヒートシンク２０ａにＬＤモジュール３０ｆを取り付けたときに、ヒートシンク２０ａとＬＤモジュール３０ｆとが接触しない箇所が生じるが、排熱の主な経路は平板６８ｆを介してヒートシンク２０ａと接触しているため、排熱性能に大きく影響することはない。

この発明の実施の形態６では、以上のような構成としたことにより、この発明の実施の形態５で説明した、平板６８ｅを第一の複合板３１ａのヒートシンク２０ａと対向する面６７の全面に取り付ける場合と比べて、小さな部材を取り付けるため、より均一にろう接を行うことができる。また、平板６８ｆ、平板６８ｇを取り付けることによる第一の複合板３１ａの反りや歪みも、平板６８ｅを取り付けた場合と比べてより小さくできる。

さらに、ＬＤモジュール３０ｆとヒートシンク２０ａとが接触しない箇所があるため、ＬＤモジュール３０ｆとヒートシンク２０ａとを取り付ける際に、ろう接剤の流れる空間が生じ、ろう接剤のはい上がりや垂れ下りを軽減する効果も得られる。

尚、この発明の実施の形態６では、第一の複合板３１ａのヒートシンク２０ａと対向する面６７の２か所のみに平板６８ｆおよび平板６８ｇを設けたが、より多くの箇所に平板を設けてもよい。これにより、ＬＤモジュール３０ｆを支える面積が増えるため、ＬＤモジュール３０ｆの反りや曲がりを軽減することができる。

実施の形態７．
図２４はこの発明の実施の形態７におけるＬＤ装置１ｇを示す側面図であり、図２５はこの発明の実施の形態７におけるヒートシンク２０ｇを示す側面図である。図２４において、図２２と同じ符号を付けたもの、図２５において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態６とは、ヒートシンク２０ｇのＬＤモジュール３０ｆが載置される面６５ｇが、ＬＤモジュール３０ｆのヒートシンク２０ｇと対向する面７５の第一の複合板３１ａと平板６８ｆおよび平板６８ｇによって形成された凹部７６と嵌合する凸部７７を備えた構成が相違している。

この発明の実施の形態７では、以上のような構成としたことにより、この発明の実施の形態６の構成と比べて、ＬＤモジュール３０ｆとヒートシンク２０ｇとの接触面積が大きくなるため、より高い排熱効果が得られる。また、ＬＤモジュール３０ｆを安定に載置することができる。

実施の形態８．
図２６はこの発明の実施の形態８におけるＬＤ装置１ｈを分解して示す斜視図、図２７はこの発明の実施の形態８におけるＬＤ装置１ｈを示す斜視図である。図２６、図２７において、図２と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとの取り付けにろう接を用いる代わりに、押さえジグ８０がねじ８１によってマニホルド８２に固定され、ＬＤモジュール３０ａを押さえつけるようにした構成が相違している。また、熱伝導を良くするために熱伝導グリース、インジウムシート、熱伝導シートなどの充填材８３がＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａの間に挟まれている。

この発明の実施の形態８では、以上のような構成としたことにより、何度でも容易にＬＤモジュールの３０ａを取り外し、再度取り付けることができる。このため、故障したときに交換することが可能である。

また、容易に着脱することが可能であるため、この構成により試験を行って、良品、不良品の選別をした後、ＬＤモジュール３０ａとヒートシンク２０ａとをろう接してＬＤ装置１ａを構成することもできる。

以上、この発明の実施の形態１〜８について説明した。これらのこの発明の実施の形態１〜８で説明した構成は、互いに組合せることができる。

１ａ、１ｃ、１ｄ、１ｇ ＬＤ装置
２０ａ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｇ ヒートシンク
３０ａ、３０ｂ、３０ｅ、３０ｆ ＬＤモジュール
３４ ＬＤ
３６ ＬＤの第一の電極
３９ ＬＤの第二の電極
４０ 結線
４５ 第一の絶縁板
４６ａ、４６ｂ 金属板
５０ 第二の絶縁板
５７ 第一の複合板のＬＤなどが載置された面
５８ 第一の複合板のＬＤなどが載置された面と対向する面
６０ 第一の導電部
６１ 第二の導電部
６５ｄ、６５ｇ ヒートシンクのＬＤモジュールが載置される面
６６ ヒートシンクのＬＤモジュールが載置される面の水平な面
６７ 第一の複合板のヒートシンクと対向する面
６８ｅ、６８ｆ 平板
７０ 第一の複合板のＬＤが載置された領域
７１ 第一の複合板のＬＤが載置された領域の背面にあたる領域
７５ ＬＤモジュールのヒートシンクと対向する面
７６ ＬＤモジュールのヒートシンクと対向する面の凹部
７７ ヒートシンクのＬＤモジュールが載置される面の凸部

Claims (5)

1. ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに載置され、前記ヒートシンクと電気的に絶縁されたレーザダイオードモジュールと、
   を備えたレーザダイオード装置であって、
   前記レーザダイオードモジュールは、
   互いに対向する少なくとも一方の面に導電面が形成された第一の絶縁板と、
   前記導電面に載置されたレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードが載置された前記導電面に形成された前記レーザダイオードの第一の電極と、
   前記レーザダイオードが載置された前記導電面に、前記第一の電極とは電気的に絶縁されて形成された前記レーザダイオードの第二の電極と、
   前記レーザダイオードと前記第二の電極とを電気的に接続する結線と、
   を備え、
   前記レーザダイオードモジュールは、前記第一の絶縁板の前記レーザダイオードが載置された面と対向する面がヒートシンクに対向するように載置され、
   前記導電面と前記第二の電極との間に第二の絶縁板を設けることにより、前記第一の電極と前記第二の電極とを電気的に絶縁し、
   前記レーザダイオードモジュールと前記ヒートシンクとの取り付けに用いられるろう接剤の融点は、前記レーザダイオードモジュールの形成に用いられるろう接剤の融点よりも低く、
   前記第一の絶縁板の前記ヒートシンクと対向する面は、少なくとも、前記レーザダイオードが載置された領域の背面にあたる領域には、平板が取り付けられた
   ことを特徴とするレーザダイオード装置。
2. 前記ヒートシンクの前記レーザダイオードモジュールが載置される面は、高さの異なる複数の水平な面を備え、
   前記水平な面には、前記レーザダイオードモジュールがそれぞれ載置されることにより、複数のレーザ光を出射方向は同一で出射高さが異なるように出射できるようにし、
   前記レーザダイオードモジュールはそれぞれ電気的に直列に接続されたことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード装置。
3. 前記レーザダイオードモジュールの前記ヒートシンクと対向する面は、前記第一の絶縁板と平板によって形成された凹部を備え、
   前記ヒートシンクの前記レーザダイオードモジュールが載置される面は、前記凹部と嵌合する凸部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザダイオード装置。
4. 前記第一の絶縁板は、互いに対向する両面に金属板が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザダイオード装置。
5. 前記第二の絶縁板は、互いに対向する両面に金属板が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザダイオード装置。

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