DE3021140C2

DE3021140C2 - Verfahren zur Herstellung von Kühlblöcken für Halbleiterlaser und Halbleiterlaser mit einem nach diesem Verfahren hergestellten Kühlblock

Info

Publication number: DE3021140C2
Application number: DE3021140A
Authority: DE
Inventors: Anthony Hendrik Deunhouwer; Henrikus Gerardus Eindhoven Kock
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1985-01-17
Also published as: NL7904550A; IT1131523B; FR2458922A1; JPS6237896B2; JPS562695A; DE3021140A1; GB2050896B; FR2458922B1; CA1143463A; GB2050896A; US4348795A; JPS611082A; IT8022639A0; NL180365B; NL180365C

Description

eben einer Zerspanungsbearbeitung unterworfen wird, um eine weitere flache Oberfläche zu erhalten, wobei bei dieser Zerspanungsbearbeitung durch das Vorhandensein des gehärteten Klebers eine Verformung und Gratbildung der Körper in der Nähe der genannten zu bildenden Schnittlinie vermieden werden, und daß, gegebenenfalls nach Bearbeitung weiterer Oberflächen, der Kleber entfernt wird.

Die Anwendung des verhärtbaren Klebers bewirkt, daß bei der spanabhebenden Bearbeitung, wie Fräsen oder Sägen, keine Möglichkeit zur Verformung, Gratbildunj» oder zum Ausbröckeln des Materials des Kühlblocks an der Stelle der zu bildenden Schnittlinie auftritt Auf diese Weise wird eine Kante mit einem äußerst geringen Verrundungsradius gebildet.

Eine günstige weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Metallstäben mit zwei einander gegenüberliegenden parallelen flachen Oberflächen versehen werden, daß die Metallstäbe mit Hilfe eines härtbaren Klebers entlang ihrer parallelen Oberflächen aneinander befestigt werden, und daß quer zu den Befestigungsflächen durch eine Zerspanungsbearbeitung zwei weitere einander gegenüberliegende parallele flache Oberflächen gebildet werden, wonach das Gebilde von Metallstäben quer zu seiner Längsrichtung durch eine Sägebearbeitung in Teile aufgeteilt wird.

Dabei werden eine Anzahl von Kühlblöcken gleichzeitig hergestellt, wobei jeder Kühlblock eine Anzahl von Schnittlinien mit einem Verrundungsradius von weniger als 2 μπι aufweist

Eine für eine industrielle Großserienfertigung günstige Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aufteilung in Teile eine Anzahl der genannten Gebilde von Metallstäben aufeinander gestapelt und mit Hilfe eines härtbaren Klebers aneinander befestigt werden, wobei alle Stäbe parallel verlaufen, daß der so gebildete Körper durch eine Sägebearbeitung in Teile aufgeteilt wird, daß die Teile einer quer zu der Sägerichtung durchführten spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, und das dann der Kleber gelöst wird.

Auf diese Weise können in einer Massenfertigung Kühlbiöcke z. B. in Form von Kuben mit Kanten hergestellt werden, die einen Verrundungsradius von weniger als 2 μπι aufweisen.

Als härtbarer Kleber kann vorzugsweise ein Epoxidharz verwendet werden. Ein Epoxidharz auf Basis von Acryinitrilbutadien-styrol hat sich als besonders geeignet erwiesen.

Die Erfindung bezieh· sich weiterhin auf einen Halbleiterlaser mit einem Kühlblock, hergestellt nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, wobei ein Halbleiterlaserelement auf dem Kühlblock befestigt und mit Anschlußleitern versehen ist, über die dem Halbleiterlaserelement Spannung zugeführt wird. Nach der Erfindung ist dabei das Kühlelement als prismatischer Block ausgebildet, von dem wenigstens eine Kante einen Verrundungsradius von weniger als 2 μηι aufweist, wobei das Halbleiterlaserelement mit einer seiner Spiegelflächen parallel zu der Kante in einem Abstand von weniger als 5 μπι von dem Rand des Kühlblocks befestigt ist, wobei auf der Befestigungsfläche ein Stützblock aus Isoliermaterial angeordnet ist und wobei ein bandförmiger Anschlußleiter mit einem Ende an dem Halbleiterlaserelement befestigt ist und von dem Stützblock abgestützt ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Anzahl von Stäben, aus denen Kühlblöcke hergestellt werden;

F i g. 2 ein Gebilde miteinander verbundener und gefräster Stäbe;

F i g. 3 ein Paket von Gebilden nach F i g. 2,

F i g. 4 eine aus dem Paket nach F i g. 3 gesägte Scheibe,

F i g. 5 einen Kühlblock zur Kühlung eines Halbleiterlasers, und

F i g. 6 einen Kühlblock, der mit einem Lasereiement und einem streifenförmigen Leiter versehen ist

Fig. 1 zeigt eine Anzahl von Stäben 1, die z. B. aus einem Kupferdraht gebildet sind, der flachgedrückt ist. Die flachen Seiten der Stäbe 1 sind genau geebnet, was ζ. B. durch eine Fräsbearbeitung erreicht werden kann. Die Stäbe 1 sind mit ihren flachen Seiten 2 einander zugewandt und werden mit Hilfe eines Klebers zwischen den flachen Seiten 2 zu einem Ganzen zusammengefügt Vorzugsweise wird dazu ein Epoxidkleber verwendet Ein Epoxidkleber auf Basis ν -,π Acrylnitrilbutadien-styrol hat sich ais besonders geeignet erwiesen. Der Kleber wird unter Druck bei einer Temperatur von z.B. 150⁰C ausgehärtet Die Dicke der Kleberschicht wird vorzugsweise klein gehalten und kann, abhängig von de- Glätte der Oberflächen und dem angewandten Druck, einige μπι betragen.

Die so miteinander verbundenen Stäbe werden einer spanabhebenden Bearbeitung, wie Fräsen, in einer Richtung senkrecht zu den miteinander verklebten Flächen 2 unterworfen. Dann wird ein Gebilde nach F i g. 2 erhalten. Wenn beim Fräsen alle Stäbe einzeln behandelt wären, hätte der Radius der zwischen den oberen und den Seitenflächen bzw. den unteren und Seitenflächen gebildeten Schnittlinien einen verhältnismäßig großen Wert von mehr als 20 μπι, wobei weiter Materialteilchen ausgebröckelt wären und Gratbildung aufgetreten wäre. Der gehärtete Kleber zwischen den Stäben bewirkt, daß das gestapelte Gebilde von Stäben 'όγ der Fräsebearbeitung ein homogenes Ganzes zu sein scheint, wobei die Fräse keinen Übergang zwischen den Stäben fühlt Die zu fräsende Oberfläche wird denn auch völlig glatt; Ausbröckeln und Gratbildung an den Schnittlinien treten nicht auf. Wenn der X leber zwisehen den Stäben nun aufgelöst werden würde, würde sich herausstellen, daß die gebildeten Schnittlinien sehr scharf sind und einen Verrundungsradius von weniger als 2 μπι aufweisen. Es hat sich sogar als möglich erwiesen, einen Verrundungsradius von 0,2 μπι zu erzielen.
Das in F i g. 2 dargestellte Gebilde kann nun in Scheiben gesägt werden, wonach der Kleber gelöst werden kann. Dann würden Blöcke entstehen, von denen eine Anzahl Schnittlinien einen äußerst kleinen Radius aufweisen. Es ist aber zu bevorzugen, eine Anzahl der in F i g. 2 dargestellten Gebilde unter Zwischenfügung eines härtbaren Klebers zu einem Paket nach F i g. 3 zu stapeln. Der Stapel wird unter Druck gebracht, wobei der Kleber bei e'.ner Temperatur von z. B. 150⁰C ausgehärtet wird.

Die gestapelten Stäbe werden anschließend in Scheiben geäägt, wie in F i g, 4 dargestellt ist, Gegebenenfalls werden die Scheiben nach dem Sägen noch nachgefräst, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Die Scheiben enthalten eine Anzahl noch miteinander verklebter Blöcke. Die Kanten dieser Blöcke, die durch eine spanabhebende Bearbeitung miteinander verklebter Körper erhalten sind, weisen alle einen sehr kleinen Verrundungsradius von weniger als 2 μπι auf. Die Blöcke wei-

sen am Außenrand einige Kanten auf, die nicht durch die spanabhebende Bearbeitung miteinander verleimter Körper erhalten sind; diese Kanten weisen einen größeren Verrundungsradius auf. Gegebenenfalls können diese äußeren Blöcke markiert werden, wonach der Kleber s mit Hilfe eines Lösungsmittels entfernt wird. Dann werden Blöcke erhalten, von denen einer in F i g. 5 dargestellt ist Die Blöcke 3 weisen eine besonders glatte Oberfläche auf; einander gegenüber liegende Flächen 2 sind genau parallel und die Kanten 4 besitzen einen äußerst kleinen Verrundungsradius.

Ein Beispiel der Anwendung des so gebildeten Kühlblocks ist in F i g. 6 dargestellt; diese Anwendung ist für optische Faserkommunikation geeignet Die Befestigung des Halbleiterlasers und eines Stromleiters ist der- art, daß eine günstige Kühlung und eine niedrige elektrische Induktanz auftreten.

Auf dem Kühlblock 3 ist ein Halbleiterlaserelement S angeordnet Die Befestigung kann z. B. mit Hilfe von Indiumlot erfolgen. Eine Spiegelfläche 6 des Laserelements liegt dabei in einem Abstand von höchstens einigen μΐπ von dem Rand des Kühlkörpers. Dies kann notwendig sein, um eine zweckmäßige optische Kopplung des Lasers mit einer optischen Faser zu erhalten. Auch kann dies erforderlich sein, um Reflexionen des Laser- 2s IichIs an der Metalloberfläche des Kühlblocks zu vermeiden. Da die Kanten des Kühlblocks 3 einen Verrundungsradius von weniger als 2 μπι aufweisen, wird das Laserelement 5 über seine ganze untere Fläche mit dem Kühlkörper verbunden sein, und zwar auch mit demje- jo nigen Teil der unteren Fläche, der am Rande des Kühlblocks liegt Dadurch wird das Laserelement optimal gekühlt

Auf dem Kühlblock 3 ist weiter ein keramischer Stützblock 7 z.B. mittels eines Epoxidklebers angebracht. Ein streifenförmiger Leiter 8 erstreckt sich über dem Kühibiock 3 von der oberen Räche des Lasereiements 5 über den isolierenden Stützblock 7 zu der Seitenkante des Kühlblocks 3. Durch die dargestellte Ausführung tritt nur eine geringe Induktanz auf, was bei Anwendung des Lasers für optische Kommunikation günstig ist.

Es ist einleuchtend, daß der Kühlblock nicht nur bei Lasern für optische Kommunikation anwendbar ist. Es wird nahezu stets erwünscht sein, das Laserelement möglichst nahe bei dem Rand eines Kühlelements zu befestigen, und dazu eignet sich der Kühlblock nach der Erfindung gerade besonders gut. Eine günstige weitere Anwendung liegt z. B. beim Abtasten von Aufzeichnungsträgern mit optisch auslesbaren Informations- so strukturen vor. Die Informationsstrukturen können sich 2. B. auf Bild- oder Toninformation beziehen. Bei einer derartigen Anwendung wird das Laserelement auch mit einer Spiegelfläche in einem Abstand von einigen μπι vom Rande des Kühlblocks angeordnet Weiter wird auf der Fläche, auf der sich das Laserelement befindet, außerdem eine Regeldiode angeordnet Zum Erhalten einer geeigneten Befestigungsfläche der Diode auf dem Kühibiock kann es zweckmäßig sein, die Diode kubusförmig zu gestalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kühlblöcken für Halbleiterlaser, wobei diese Kühl blocke mindestens zwei Oberflächen aufweisen, die sich gemäß einer geraden Linie schneiden, und wobei der Verrundungsradius zwischen diesen beiden Oberflächen eine geringe Größe aufweist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Metallstäbe mit je einer flachen Oberfläche versehen werden, daß diese flachen Oberflächen mit Hilfe eines härtbaren Klebers aneinander befestigt werden, daß eine Seite der aneinander befestigten Metallstäbe quer zu den zwei aneinander befestigten Oberflächen einer Zerspanungsbearbeitung unterworfen wird, um eine weitere flache Oberfläche zu erhalten, wobei bei dieser Zerspanungsbearbeitung durch das Vorhandensein des gehärteten Klebers eine Verformung und Gratbildung der Körper in der Nähe der genannten zu bildenden Schnittlinie vermieden werden, und daß, gegebenenfalls r.sch Bearbeitung weiterer Oberflächen, der Kleber entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Metallstäben mit zwei einander gegenüberliegenden parallelen flachen Oberflächen versehen werden, daß die Metallstäbe mit Hilfe eines härtbaren Klebers entlang ihrer parallelen Oberflächen aneinander befestigt werden, und daß quer zu den Befestigungsflächen durch eine Zerspanungsbearbeitung zwei weitere einander gegenüberliegende parallele flache Oberflächen gebildet werden, wonach das Gebilde von Metallstäben quer zu seiner Längsrichtung durch eine Sägebearbeitung in Teile aufgeteilt ν ird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aufteilung in Teile eine Anzahl der genannten Gebilde von Metallstäben aufeinander gestapelt und mit Hilfe eines härtbaren Klebers aneinander befestigt werden, wobei alle Stäbe parallel verlaufen, daß der so gebildete Körper durch eine Sägebearbeitung in Teile aufgeteilt wird, daß die Teile einer quer zu der Sägerichtung durchgeführten spanabhängigen Bearbeitung unterworfen werden, und daß dann der Kleber gelöst wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als härtbarer Kleber ein Epoxidharz verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber ein Epoxidharz auf Basis von Acrylnitrilbutadien-styrol verwendet wird.

6. Halbleiterlaser mit einem Kühlblock hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Halbleiterlaserelement auf dem Kühlblock befestigt und mit Anschlußleitern versehen ist, über die dem Halbleiterlaserelement Spannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement als prismatischer Block ausgebildet ist, von dem wenigstens eine Kante einen Verrundur.gsradius von weniger als 2 μιτι aufweist, daß das Halbleiterlaserelement (5) mit einer seiner Spiegelflächen (6) parallel zu der Kante in einem Abstand von weniger als 5 μπι von dem Rand des Kühlblocks (3) befestigt ist, daß auf der Befestigungsfläche ein Stützblock (7) aus Isoliermaterial angeordnet ist, und daß ein bandförmiger Anschlußleiter (8) mit einem Ende an dem Halbleiterlaserelement befestigt ist und von dem Stützblock abgestützt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kühlblöcken für Halbleiterlaser, wobei diese Kühlblöcke mindestens zwei Oberflächen aufweisen, die sich gemäß einer geraden Linie schneiden, und wos bei der Verrundungsradius zwischen diesen zwei Oberflächen eine geringe Größe besitzt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf Halbleiterlaser mit einem Kühlblock, hergestellt nach diesem Verfahren, wobei ein Halbleitsrlaserelement auf dew Kühl- block befestigt und mit Anschlagleitern versehen ist, über die dem Halbleiterlaserelement Spannung zugeführt wird.

Es ist bekannt, daß Halbleiterlaserelemente sehr gut gekühlt werden müssen, um eine genügend lange Lets bensdauer zu erzielen. Dazu muß das Laserelement über seine ganze Länge über einen niedrigen thermischen Widerstand an einem Kühlblock befestigt werden.

Bei vielen Anwendungen von Halbleiterlasern ist es

wünschenswert, daß das Laserelement sehr nahe dem Rand des Kühlbiockes angeordnet wird, d. h. daß ein Laserspiegel höchstens einige μπι von einer Seitenfläche des Kühlblocks entfernt ist. Dies ist z. B. notwendig, um eine zweckmäßige optische Kopplung mit einer Ein modenfaser zur Anwendung bei optischer Kommunika tion zu erhalten. Auch zur Vermeidung von Reflexionen an der Oberfläche ass Kühlblocks ist diese Anordnung erforderlich. Bei sehr genauen Bearbeitungstechniken, wie Fun kenzerspanung, wird der Radius der Kante eines z. B. kubusförmigen Kühlblocks noch immer eine Größe von 20 μπι oder mehr besitzen. Bei mechanischer Zerspanungsbearbeitung ist der Radius größer, während weiter die Kante etwas abbröckeln und Gratbildung auftre- ten kann.

Wenn bei einem Kühlblock, bei dem der Verrundungsradius der Kante 20 μπι oder größer ist, ein Spiegel des Laserelements in einem Abstand von einigen μπι von der Seitenwand entfernt ist, wir,-* <ün Teil des Laser elements keinen oder einen schlechten thermischen Kontakt mit dem Kühlblock bilden, wodurch die Lebensdauer beeinträchtigt wird.

In IBM Technical Disclosure Bulletin, 17 (1974), Nr. 1, Juni, Seite 282) wird ein Verfahren der eingangs genann ten Art beschrieben, bei dem ein Kühlblock für ein Halbleiterlaserelement mittels Ätzen geformt wird. Obwohl hierbei eine Kante mit einem geringen Verrundungsradius gebildet werden kann, tritt der Nachteil auf, daß diese Herstellungsweise aufwendig und zeitraubend

5u ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung von Kühlblöcken für Halbleiterlaserelemente derart zu verbessern, daß wenigstens die Schnittlinie, die durch die Trag- fläche für das Laserelement und die Seitenfläche gebildet wird, in deren Nähe eine der Spiegelflächen des Laserelements angeordnet werden wird, einen äußerst kleinen Verrundungsradius, vorzugsweise kleiner als 2 μιτι, aufweist, wobei die Kühlblöcke in einer für eine Großserienfertigung geeigneten Weise hergestellt werden und die Schnittlinie mittels einer Zerspanungsbearbeitung, wie z. B. Sägen erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Metallstäbe mit je einer flachen Oberfläche versehen werden, daß diese flachen Oberflächen mit Hilfe eines härtbaren Klebers aneinander befestigt werden, daß eine Seite der aneinander befestigten Metallstäbe quer zu den zwei aneinander befestigten Oberflä-