JP2008034640A - 半導体装置及び該半導体装置における放熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させる。
【解決手段】半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置において、前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記半導体レーザ素子からのレーザ光の発光動作を制御するためのレーザ駆動基板に接するように固定し、前記レーザ駆動基板の前記端面と接する位置を含む所定の領域に前記ヒートシンクからの熱を放熱させるための金属膜部を設けることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置及び該半導体装置における放熱方法に係り、特に、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させるための半導体装置及び該半導体装置における放熱方法に関する。

従来、半導体装置は、例えば半導体レーザ素子の場合、半導体基板の主面に互いに分離領域で電気的に分離された複数の半導体レーザ部がアレイ状に形成され、その半導体基板の主面側を下にしてサブマウントの主面の素子搭載領域上に搭載される。また、サブマウントの素子搭載領域には、半導体レーザ素子のそれぞれの素子の電極と対向した位置に複数の電極が配置され、その複数の電極のそれぞれの主面上には半田層が形成される。

つまり、サブマウントの素子搭載領域上に配置された複数の電極のそれぞれには、半田層を介在して半導体レーザ素子の複数の電極が、サブマウントに配置された対応する電極上に電気的且つ機械的に接続される。

また、上述したサブマウントの素子搭載領域と異なる他の領域上には、複数のボンディングワイヤを接続するためのボンディングパッドがボンディングワイヤ装着時にレーザ光を遮断しない位置に形成される。それらが、ボンディングワイヤの他端側を素子パッケージのステムを貫通して設けられ、ステムと電気的に分離された複数のリードの一端側にそれぞれ接続することによりパッケージ外部からの素子への通電を可能にしている。

更に、上述したサブマウントは、半導体レーザ素子の発熱を抑えるため、熱伝導性の良い材質で作られたヒートシンクと接合されており、更にヒートシンクは、ステムとロウ付けで接合される。

上記に示したような従来の構造において、レーザの高出力化や長寿命化を図るためには、半導体レーザ素子の発熱を抑えることが有効であることが知られており、これまでに半導体レーザ素子の放熱手法について幾つか提案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。

ここで、特許文献１〜３に示されている技術は、例えばヒートシンクをステムから貫通させ、ステムの端面からヒートシンク部を露出させ、その端面を直接放熱器に接触し放熱させたり、端面にリードを取り付けて、リードから放熱をさせる構成等が提案されている。

また、特許文献４に示されている技術は、半導体レーザ素子を板上のヒートシンク板に取り付け、ヒートシンク板はパッケージ下面から突出するように延設した放熱板を形成する構成が提案されている。

更に、特許文献５においては、ヒートシンク及びステムに貫通穴を設け、この貫通穴に熱伝導バイパス経路となる熱伝導性の良い条材又は線材からなるワイヤの一端を半田固定し、他端をケースに設置し、放熱のバイパス経路を設ける構成が提案されている。
特開平４−２４９７８号公報 特開平６−３０２９１２号公報 実開平７−２７１７７号公報 実開昭６３−１７２１４３号公報 特開平５−２９１６９３号公報

ところで、上述したように、半導体装置において発熱を抑えることは、高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制に有効であり、如何に放熱性の良いパッケージを用いているか否かで、レーザの性能が左右される。

ここで、上述した特許文献１〜３に記載の方法においては、半導体レーザ素子の発熱をヒートシンクから具体的な放熱方法に関しては開示されていない。例えば、特許文献１、２に示すように外部放熱器に接触するだけでは効率的な放熱ができず、また半導体レーザ素子におけるリードがヒートシンク側から出ており、これを避けるように放熱器を設置する必要があるため、ヒートシンクとの接触面積や放熱器の放熱面積が十分に取れない問題がある。

一方、特許文献３に記載の実施例では、ヒートシンクから直接リードが出ており、そのリードから放熱を積極的に実施することが提案されているが、リードが駆動基板に半田固定され、ここから放熱が進むと基板の銅箔パターンを介して基板に熱が伝導して基板全体を発熱してしまう恐れがある。

また、特許文献４に記載の方法においては、平板を用いて直接冷却する場合、半導体レーザ素子と接合している平板自体の熱容量が小さく、外部までの熱抵抗も高くなるため、放熱性が決して良好でなく、半導体レーザ素子の放熱には好ましくない。

更に、特許文献５記載の方法においては、リードを介してケースから放熱を行う場合、リードの径は、Φ１以下が一般であり、断面積が小さいため、効率的な放熱が行われるとは限られず、またケース側に放熱することでケース自体も温度が上昇するため、半導体レーザ素子の熱低減には効果的ではない。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させるための半導体装置及び該半導体装置における放熱方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。

請求項１に記載された発明は、半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置において、前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記半導体レーザ素子からのレーザ光の発光動作を制御するためのレーザ駆動基板に接するように固定し、前記レーザ駆動基板の前記端面と接する位置を含む所定の領域に前記ヒートシンクからの熱を放熱させるための金属膜部を設けることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上を実現させることができる。

請求項２に記載された発明は、前記ヒートシンクの端面と前記金属膜部とは、固定部材により着脱可能に固定されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、ヒートシンクと放熱部である金属膜部とが着脱可能になるため、半導体装置を含むアプリケーションが金属膜部を必要としない場合でも容易に対応することができる。更に、故障時に交換される装置の部位構成を少なくすることができる。

請求項３に記載された発明は、前記レーザ駆動基板は、両面の所定領域に前記金属膜部を有し、両面の金属膜部と同等の材質で形成され、両面の金属膜部と熱伝導可能に接続されている開口部を少なくとも１つ有することを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、レーザ駆動基板の表裏面の金属膜部をその金属膜部と同等の材質により熱伝導可能に接続することで、放熱効果を更に向上させることができる。

請求項４に記載された発明は、前記金属膜部に対して送風し、前記金属膜部の熱を放熱させるための放熱手段を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、送風により金属膜部からの放熱効果を更に向上させることができる。

請求項５に記載された発明は、半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置において、前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記ヒートシンクからの熱を放熱するための放熱部材に接するように固定することを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させることができる。

請求項６に記載された発明は、前記ヒートシンクの端面と前記放熱部材とは、固定部材により着脱可能に固定されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明によれば、ヒートシンクの端面と放熱部材とが着脱可能になるため、故障時に交換される装置の部位構成を少なくすることができる。

請求項７に記載された発明は、前記放熱部材に対して送風し、前記放熱部材の熱を放熱させるための放熱手段を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明によれば、放熱手段からの送風により放熱部材の放熱効果を更に向上させることができる。

請求項８に記載された発明は、半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置における放熱方法において、前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記半導体レーザ素子からのレーザ光の発光動作を制御するためのレーザ駆動基板に接するように固定し、前記レーザ駆動基板の前記端面と接する位置を含む所定の領域に金属膜部を設け、前記金属膜部により前記ヒートシンクからの熱を放熱させることを特徴とする。

請求項８記載の発明によれば、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させることができる。

請求項９に記載された発明は、半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置における放熱方法において、前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を放熱部材に接するように固定し、前記放熱部材により前記ヒートシンクからの熱を放熱させることを特徴とする。

請求項９記載の発明によれば、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させることができる。

本発明によれば、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させることができる。

以下に、本発明における半導体装置及び該半導体装置における放熱方法を好適に実施した形態について、図を用いて説明する。なお、本発明においては、半導体装置の一例として半導体レーザ装置を用いて説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明における半導体レ−ザ装置のパッケージ部の一例を示す分解斜視図である。また、図２は、半導体レ−ザ装置のパッケージ部を裏側から見た一例の分解斜視図のである。更に、図３は、実施例１における半導体レ−ザ装置を示す斜視図である。図１乃至図３を参酌して実施例１における半導体レ−ザ装置の構成を以下に説明する。

図１に示す半導体レーザ装置のパッケージ部１０は、半導体レーザ素子１１と、サブマウント１２と、ヒートシンク１３と、ステム１４と、リード１５とを有するよう構成されている。

半導体レーザ素子１１は、例えばＧａＡｓ（ガリウム砒素）等からなる半導体基板の主面に互いに分離領域で電気的に分離された複数の半導体レーザ部（図示せず）がアレイ状に形成され、半導体基板の主面側を下にしてサブマウント１２の主面にある所定の素子搭載領域上に搭載されている。

更に、図３に示すように、半導体レーザ装置２０には、サブマウント１２の素子搭載領域に、半導体レーザ素子１１のそれぞれの素子の電極と対向した位置に複数の電極２１が配置されており、複数の電極のそれぞれの主面上には半田層が形成される。つまり、サブマウント１２の素子搭載領域上に配置された複数の電極２１のそれぞれには、半田層を介在して半導体レーザ素子１１の複数の電極が、サブマウント１２に配置された対応する所定の電極上に電気的且つ機械的に接続される。

また、図３に示すように半導体レーザ装置２０のサブマウント１２の素子搭載領域と異なる他の領域上には、複数のボンディングワイヤ２２を接続するためのボンディングパッドが、ボンディングワイヤ２２の装着時にレーザ光を遮断しない位置に形成されている。また、ボンディングワイヤ２２の他端側は、ステム１４を貫通しステム１４とは電気的に分離された複数のリード１５の一端側にそれぞれ接続される。これにより、パッケージ外部から半導体レーザ素子１１への通電を可能にしている。

ここで、図１に示すリード１５は、ステム１４の裏面にロウ付けされているコモンリード１５ａと、ステム１４に予め設けられた開口部を貫通してなる４本のリード１５ｂ〜１５ｅとを有している。コモンリード１５ａは、サブマウント１２とヒートシンク１３、及びヒートシンク１３と半導体レーザ素子１１とのコモン面を接続するボンディングワイヤ２２を介して、半導体レーザ素子１１のコモン面と電気的に接続されている。

また、サブマウント１２は、半導体レーザ素子１１の発熱を抑えるために、熱伝導性の良いＣｕ（銅）、ＣｕＷ（銅タングステン）、Ａｇ（銀）、ダイヤモンド等の材質で作られたヒートシンク１３と接合されている。更に、ヒートシンク１３は、ステム１４とロウ付け等により接合している。

ここで、本実施例において、ヒートシンク１３には、突部１３ａが設けられている。ステム１４には、半導体レーザ素子１１をマウントしたヒートシンク１３の突部１３ａを貫通するため、突部１３ａの形状に対応した開口部１４ａがステム１４の一部の領域に設けられている。

また、ステム１４に設けられた開口部１４ａを貫通した突部１３ａの端面１３ｂは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光の発光動作を制御しレーザ駆動させるためのレーザ駆動基板１６と接するように取り付けられ固定されている。

ここで、突部１３ａとレーザ駆動基板１６との取り付け方としては、例えば図２に示すようにステム１４に設けられた開口部１４ａを貫通した突部１３ａの端面１３ｂに、ネジ等の固定部材によりヒートシンク１３の突部１３ａとレーザ駆動基板１６とを固定するための開口穴１３ｃを設け、例えばタッピンネジをレーザ駆動基板１６の裏側から開口穴１３ｃと螺着させることにより端面１３ｂとレーザ駆動基板１６とを接するように固定することができる。

なお、上述した開口穴１３ｃはネジ穴でもよく、タッピンネジの代わりにネジを用いて、ヒートシンクの端面１３ｂとレーザ駆動基板１６とが接するように固定させてもよい。また、ネジではなくビスにより固定して接触させてもよい。

ここで、上述の内容について図を用いて説明する。図４は、実施例１におけるヒートシンクとレーザ駆動基板との固定の様子を説明するための一例の断面図である。上述したように、ヒートシンク１３の端面１３ｂには、図４に示すようにネジ２３と螺着させるための形状を有する開口穴１３ｃを有している。

また、レーザ駆動基板１６には、ネジ２３を通過させるための開口部２４を少なくとも１つ有している。そのため、固定部材であるネジ２３は、その開口部２４を介してヒートシンク１３の開口穴１３ｃと螺着することにより、ヒートシンク１３と、レーザ駆動基板１６とを固定する。

上述したように固定部材を用いることで、ヒートシンク１３と放熱部であるレーザ起動基板に設けられた金属膜部１６ａとが着脱可能になるため、半導体レーザ装置２０を含むアプリケーションが金属膜部１６ａを必要としない場合にも容易に対応することができる。更に、故障時に交換される装置の部位構成を少なくすることができる。

なお、ヒートシンク１３と、レーザ駆動基板１６との固定手法については、これに限定されるものではなく、例えば溶接したり、熱伝導性が良好で耐熱性のある接着剤等により接着させて固定してもよい。

更に、実施例１において、図３に示すようにレーザ駆動基板１６には、ヒートシンク１３の突部１３ａとレーザ駆動基板１６との接触面の領域以上の領域に放熱性のある金属膜が形成された金属膜部１６ａを有している。図３の例では、接触面の領域以上の大きさの領域として接触面の半面を接触面の領域以上の所定の大きさの領域に金属膜部１６ａを有し、他の領域には図示しないメタル配線等からなる回路部１６ｂを有している。

このように、ヒートシンク１３と接触するレーザ駆動基板１６の所定の領域に金属膜部１６ａを有することにより、ヒートシンク１３の突部１３ａから受ける熱を金属膜部１６ａから放熱することができる。

なお、金属膜部１６ａの金属膜としては、例えば銅や銀、金等を用いることができ、これらを箔状にすることで金属膜を形成することができるが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば放熱性のある材質であればよく、その材質の寸法（面積、厚さ）等は、ヒートシンクの端面１３ｂの表面と接触する面積や接触する位置、ヒートシンクの端面１３ｂからの熱の温度、熱伝導率、半導体レーザ素子１１やヒートシンク１３、レーザ駆動基板１６の材質等に等により任意に設定することができる。

更に、実施例１では、片面半分に金属膜部が形成されているが、例えばヒートシンクの端面１３ｂに対して接触しない裏の面にも金属膜部を形成し、なおかつレーザ駆動基板１６の表裏面に形成した金属膜部間で熱を効率的に伝導させるためにレーザ駆動基板１６に開口部を形成し、その開口部の内面にも金属膜部を形成したり、あるいは、金属膜部１６ａ近傍のレーザ駆動基板１６の側面にも金属膜部を設けること等により、表裏の金属膜が接続され、放熱効果を更に向上させることができる。

ここで、上述の内容について図を用いて説明する。図５は、実施例１におけるレーザ駆動基板の一例を示す図である。なお、図５（ａ）は、レーザ駆動基板１６の斜視図を示し、図５（ｂ）は、レーザ駆動基板１６の側断面図を示し、図５（ｃ）は、他の開口部の例を説明するためのレーザ駆動基板１６の斜視図を示している。

まず、図５（ａ）に示すように、レーザ駆動基板１６には上述した金属膜部１６ａと回路部１６ｂとを有している。ここで、金属膜部１６ａは、表裏面に金属膜を有している。また、金属膜部１６ａには、固定部材であるネジ２３を通過させるための開口部２４を有しており、更に図５（ｂ）に示すように表裏面の金属膜をその金属膜と同等の材質により熱伝導可能に接続させるための開口部２５を有し、開口部２５の内面にも例えばメッキ加工等により金属膜部が形成されている。

なお、上述の開口部２５は、例えばプリント基板等において多層のメタル配線間を縦方向に電気的に接続するためのスルーホールを用いることもできる。なお、開口部２５の穴径については特に限定されず、例えばΦ数μｍ程度の穴を形成する。

更に、図５（ｃ）に示すように、開口部２５として上述したようにネジ２３を通す開口部２４と口径の開口部を複数形成してもよい。これにより、レーザ駆動基板１６の表裏面の金属膜をその金属膜と同等の材質により熱伝導可能に接続させて、放熱効果を向上させることができると共に、ヒートシンク１３の突部１３ａとの接続位置を複数の開口部から選択することができる。

また、本発明では、放熱効果を向上させるため、上述した開口部を有する構成以外にも、金属膜部１６ａ近傍のレーザ駆動基板１６の側面にも金属膜部を設けてもよく、更に上述した開口部とを組み合わせた構成にしてもよい。

なお、レーザ駆動基板１６の金属膜部１６ａは、回路部１６ｂと、電気的に絶縁されている必要がある。なぜなら、絶縁されていない場合には、回路部１６ｂの銅箔パターンを介して回路上の電子部品に熱が伝導し、レーザ駆動回路の動作を不安定にさせてしまうだけでなく、回路部１６ｂに接続されているリード１５を介して、半導体レーザ素子１１にも熱が還流してしまうからである。したがって、金属膜部１６ａと回路部１６ｂとは、切り離され、それぞれが別体として構成されていてもよい。その場合、金属膜部１６ａは、上述した基板を用いなくてもよく例えば金属板等を用いることができる。

また、ヒートシンク１３の端面１３ｂとレーザ駆動基板１６の金属膜部１６ａとの間には、熱伝導性の良いグリス、シリコーン、シート等を介在させてもよい。

また、上述した実施例１では、コモンリード１５ａを含む複数のリード１５ａ〜１５ｅの全てが、ステム１４においてヒートシンク１３から離れた位置に配置される。これにより、放熱手段としてのレーザ駆動基板の金属膜部１６ａとの干渉を避けることができる。

更に、実施例１においては、レーザ駆動基板１６の金属膜部１６ａに対してより早く放熱させるために、ファンやブロア等の放熱手段を用いて金属膜部１６ａを空冷させてもよく、またレーザ駆動基板１６の金属膜部１６ａにヒートパイプ（図示せず）等の熱輸送手段を固着させ、熱を外部へ輸送する構成を形成することもできる。これらの手段を用いることにより、金属膜部１６ａからの放熱効果を更に向上させることができる。

ここで、上述した内容について図を用いて説明する。図６は、本発明における放熱手段を有する半導体レーザ装置の一構成例を示す図である。なお、図６において、上述した半導体レーザ装置２０と略同様の構成についてはここでの説明は省略する。

図６に示すように、半導体レーザ装置２０には、第２の放熱手段としてのファン３１を有している。なお、ファン３１は、例えば半導体レーザ装置のパッケージ部１０を収容する外部ケース等に、ファン３１により発生する風がレーザ駆動基板１６の金属膜部１６ａに送られるような位置に設置される。このように、金属膜部１６ａ以外にも放熱手段からの送風により金属膜部１６ａによる熱の放熱効果を更に向上させることができる。

上述したように、実施例１の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子から発生した熱を効率良く放熱させることができる。具体的には、半導体レーザ素子で発生した熱は、熱伝導性の良い材質にて形成されたサブマウントを経てヒートシンクへと伝わるが放熱手段であるレーザ駆動基板の金属膜部はヒートシンクの端面に対して接触して固定されるため、半導体レーザ素子から発生した熱を効率良く放熱させることができる。

また、ヒートシンクはステムを貫通しているため、放熱部分を半導体レーザ装置の後方側、すなわち半導体レーザ素子とはステムを挟んで反対側に設けることができる。ここで、通常では、半導体レーザ装置の前方側、すなわち半導体レーザ素子側にはレンズ等の光学素子を配置して使用されることが多い。このため、放熱部分が前方側に存在すると光学系の設計自由度が低下してしまう。しかしながら、本発明に示すように装置の後方側に放熱部を設ける構成にすることで光学系の設計に影響を及ぼすことはない。

更に、実施例１では、放熱手段としてレーザ駆動基板１６に金属膜部１６ａを設けることにより部品点数を削減することができる。

＜実施例２＞
次に、本発明における半導体レーザ装置の他の実施例（実施例２）について図を用いて説明する。図７は、実施例２における半導体レ−ザ装置の一例を示す斜視図である。なお、図７に示す半導体レーザ装置のパッケージ部については、上述した実施例１と略同様であるため、ここでの説明は省略する。

図７に示す実施例２としての半導体レーザ装置４０は、半導体レーザ装置のパッケージ部１０が上述した実施例１に示すレーザ駆動基板１６ではなく放熱部材としてのフィン４１と接続されている。

ここで、ステム１４に設けられた開口部１４ａを貫通したヒートシンク１３の突部１３ａの端面１３ｂがフィン４１の表面と接するように取り付けられ固定されている。なお、取り付け方としては、フィン４１に開口部を設け、上述した実施例１と同様に、ヒートシンク１３の開口穴１３ｃに対してフィン４１の裏側からタッピンネジやネジ、ビス等の固定部材を用いて、ヒートシンクの端面１３ｂとフィン４１とを接触して固定させる。

ここで、図８は、実施例２におけるヒートシンクとフィンとの固定の様子を説明するための一例の断面図である。上述したように、ヒートシンク１３の端面１３ｂには、図８に示すように固定部材としてのネジ４２と螺着させるための形状を有する開口穴１３ｃを有している。

また、フィン４１には、ネジ４２を通過させるための開口部４３を少なくとも１つ有している。そのため、ネジ４２は、フィン４１の開口部４３を介してヒートシンク１３の開口穴１３ｃと螺着することにより、ヒートシンク１３の端面１３ｂとフィン４１とを接するように固定することができる。したがって、ヒートシンク１３の端面１３ｂと放熱部材とが固定部材を用いることで、着脱可能になるため、半導体レーザ装置４０を含むアプリケーションがフィン４１を必要としない場合にも容易に対応することができる。更に、故障時に交換される装置の部位構成を少なくすることができる。

なお、ヒートシンク１３と、フィン４１との固定手法については、これに限定されるものではなく、例えば溶接したり、熱伝導性が良好で耐熱性のある接着剤等により接着して固定してもよい。また、上述したフィン４１の形状や大きさについてはこれに限定されるものではない。

更に、実施例２においては、放熱部材であるフィン４１に対して、上述したファン３１やブロア等の放熱手段から送風することにより空冷する構成や、ヒートシンク１３の端面１３ｂに設けられた開口穴１３ｃにヒートパイプ（図示せず）等の熱輸送手段を固着させ、熱を外部へ輸送する構成を設けてもよい。これらの手段を用いることにより、放熱部材の放熱効果を更に向上させることができる。

また、実施例２では、コモンリード１５ａを含む複数のリード１５ａ〜１５ｅの全てが、ステム１４において、ヒートシンク１３から離れた位置に配置されている。これは、放熱部材であるフィン４１との干渉を避けるためである。

このように、実施例２の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子で発生した熱は、熱伝導性の良い材質にて形成されたサブマウントを経てヒートシンクへと伝わり、ヒートシンクの端面は放熱部材であるフィンと接触して固定されるため、半導体レーザ素子から発生した熱を効率良く放熱させることができる。

また、ヒートシンクはステムを貫通しているため、放熱部分を半導体レーザ装置の後方側、すなわち半導体レーザ素子とはステムを挟んで反対側に設けることができる。したがって、上述した実施例１と同様に光学系の設計に影響を及ぼすことはない。更に、実施例２では、放熱部材にフィン４１を用いているが、放熱部材が後方側にあることにより、大型のフィンを用いることも可能となる。したがって、半導体レーザ素子１１から発生した熱を更に効率良く放熱させることができる。

上述したように本発明によれば、効率良く放熱することで、半導体装置における高出力化や寿命の向上、熱による光出力変動の抑制を実現させることができる。具体的には、ステム上に半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクを貫通するための穴をステムの一部の領域内に設け、貫通したヒートシンクの端面に開口穴を設け、ステム下面のヒートシンクとは分離したエリア内には複数個のリードが設けられ、ヒートシンクのステムから貫通した部位と放熱部分とがネジ又はビス等の固定部材により接触して固定させることにより、半導体レーザ素子から発生した熱を効率良く放熱させることができる。

また、半導体レーザ素子の寿命は、高温下における動作時間にも起因しているため、本発明により半導体装置の稼動時の温度の上昇を防止することで、半導体レーザ素子の寿命を延長させることができる。

なお、本発明における半導体装置は、光走査装置を有するレーザプリンタやデジタルコピア等の画像形成装置、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体のピックアップ手段を有する記録再生装置等に適用することができる。更に、光通信等に用いられる光送信器に組み込まれた半導体レーザ素子の放熱方法に適用することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明における半導体レ−ザ装置のパッケージ部の一例を示す分解斜視図である。 半導体レ−ザ装置のパッケージ部を裏側から見た一例の分解斜視図のである。 実施例１における半導体レ−ザ装置を示す斜視図である。 実施例１におけるヒートシンクとレーザ駆動基板との固定の様子を説明するための一例の断面図である。 実施例１におけるレーザ駆動基板の一例を示す図である。 本発明における放熱手段を有する半導体レーザ装置の一構成例を示す図である。 実施例２における半導体レ−ザ装置の一例を示す斜視図である。 実施例２におけるヒートシンクとフィンとの固定の様子を説明するための一例の断面図である。

符号の説明

１０ パッケージ部
１１ 半導体レーザ素子
１２ サブマウント
１３ ヒートシンク
１３ａ 突部
１３ｂ 端面
１３ｃ 開口穴
１４ ステム
１５ リード
１６ レーザ駆動基板
１６ａ 金属膜部
１６ｂ 回路部
２０，４０ 半導体レーザ装置
２１ 電極
２２ ボンディングワイヤ
２３，４２ ネジ
１４ａ，２４，２５，４３ 開口部
３１ ファン
４１ フィン

Claims (9)

1. 半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置において、
   前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記半導体レーザ素子からのレーザ光の発光動作を制御するためのレーザ駆動基板に接するように固定し、前記レーザ駆動基板の前記端面と接する位置を含む所定の領域に前記ヒートシンクからの熱を放熱させるための金属膜部を設けることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ヒートシンクの端面と前記金属膜部とは、固定部材により着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記レーザ駆動基板は、
   両面の所定領域に前記金属膜部を有し、両面の金属膜部と同等の材質で形成され、両面の金属膜部と熱伝導可能に接続されている開口部を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記金属膜部に対して送風し、前記金属膜部の熱を放熱させるための放熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体装置。
5. 半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置において、
   前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記ヒートシンクからの熱を放熱するための放熱部材に接するように固定することを特徴とする半導体装置。
6. 前記ヒートシンクの端面と前記放熱部材とは、固定部材により着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記放熱部材に対して送風し、前記放熱部材の熱を放熱させるための放熱手段を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
8. 半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置における放熱方法において、
   前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を前記半導体レーザ素子からのレーザ光の発光動作を制御するためのレーザ駆動基板に接するように固定し、前記レーザ駆動基板の前記端面と接する位置を含む所定の領域に金属膜部を設け、前記金属膜部により前記ヒートシンクからの熱を放熱させることを特徴とする半導体装置における放熱方法。
9. 半導体レーザ素子をマウントしたヒートシンクをステムに取り付けた構成からなる半導体装置における放熱方法において、
   前記ステムの予め設定された部分に前記ヒートシンクを貫通するための開口部を形成し、前記ヒートシンクの一部を前記開口部から通過させ、通過させた前記ヒートシンクの端面を放熱部材に接するように固定し、前記放熱部材により前記ヒートシンクからの熱を放熱させることを特徴とする半導体装置における放熱方法。

Images