JP2019067981A - Heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートシンクに関する。 The present invention relates to a heat sink.
特許文献1には、レーザダイオードアレイを冷却するためのヒートシンクが記載されている。このヒートシンクは、冷却水が流れる水路が形成された放熱体を備えている。水路には、レーザダイオードアレイが載置される領域において、冷却水の乱流を生じさせる屈曲部が形成されている。これにより、水路内を流れる冷却水の温度分布の均一化が図られている。 Patent Document 1 describes a heat sink for cooling a laser diode array. The heat sink is provided with a heat dissipating body in which a water channel through which cooling water flows is formed. In the water channel, a bend is formed in the region where the laser diode array is mounted, which causes turbulent flow of the cooling water. Thereby, the temperature distribution of the cooling water flowing in the water channel is made uniform.
特許文献2には、電子部品を冷却するための冷却プレートが記載されている。この冷却プレートは、冷媒が貫流する流通路を有する良熱伝導部材からなる。流通路においては、電子部品の表面に対向する部分の断面積が、他の部分の断面積よりも小さくなるように、当該電子部品に対向する部分の内壁に突起部材が設けられている。
上述したように、ヒートシンク等の冷却部材にあっては、冷媒に乱流を生じさせたり、流路の断面積を部分的に小さくしたりする等、効率的な冷却が図られている。これに対して、本発明者らは、互いに断面積が異なる流路が屈曲して接続されている部分においては、流路を形成する部材の劣化が促進されるおそれがあるとの問題点を見出した。 As described above, in the case of a cooling member such as a heat sink, efficient cooling is achieved, such as causing turbulent flow in the refrigerant or partially reducing the cross-sectional area of the flow path. On the other hand, the inventors of the present invention have a problem that deterioration of members forming the flow path may be promoted in a portion where the flow paths having different cross-sectional areas are bent and connected. I found it.
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、効率的な冷却を実現しつつ劣化の促進を抑制可能なヒートシンクを提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, and it aims at providing a heat sink which can control promotion of degradation, realizing efficient cooling.
本発明者らは、上記の問題点を勘案してさらなる検討を進めた結果、互いに断面積が異なる流路が屈曲して接続されている部分にあっては、屈曲方向の冷媒の流れと、断面積が拡大する方向への冷媒の流れといったように、複数の方向への冷媒の流れが生じることに起因して意図せず乱流が生じることにより、当該部分において流路を形成する部材の劣化が促進されるとの知見を得るに至った。本発明は、そのような知見に基づいてなされたものである。 As a result of further investigations in consideration of the above problems, the inventors of the present invention have found that the flow of the refrigerant in the bending direction is in the portion where the flow paths having different cross-sectional areas are bent and connected. An unintended turbulent flow caused by the flow of the refrigerant in a plurality of directions, such as the flow of the refrigerant in the direction in which the cross-sectional area is expanded We came to find that deterioration is promoted. The present invention has been made based on such findings.
すなわち、本発明に係るヒートシンクは、半導体レーザ素子を冷却するためのヒートシンクであって、第1方向及び第1方向に交差する第2方向に沿って延びる主面と、冷媒が流通する冷媒流路と、を備え、主面は、第1方向及び第2方向に交差する第3方向からみて半導体レーザ素子が載置される載置エリアを含み、冷媒流路は、冷媒が導入される導入部と、冷媒が導出される導出部と、第1方向に沿って導入部から載置エリアに向かうように延びる第1流路部と、第1方向に沿って載置エリアから導出部に至るように延びる第2流路部と、第3方向からみて載置エリアに重複する位置において第1流路部から第2流路部に向かうように第2方向に沿って延びる第3流路部と、第2方向における第3流路部の端部と第1方向における第2流路部の端部とを接続する屈曲部と、を含み、第3流路部の断面積は、第3方向についての第3流路部の深さが第3方向についての第1流路部及び第2流路部の深さよりも浅いことにより、第1流路部及び第2流路部の断面積よりも小さくされており、屈曲部は、第1方向における第3流路部の端部に対応する位置から第2流路部に向かって延び、第3方向についての深さが第2流路部よりも浅くされた浅部領域を含む。 That is, the heat sink according to the present invention is a heat sink for cooling a semiconductor laser device, and a main surface extending in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and a refrigerant flow path through which a refrigerant flows And the main surface includes a mounting area on which the semiconductor laser device is mounted as viewed from a third direction intersecting the first direction and the second direction, and the refrigerant flow path is an introduction portion into which the refrigerant is introduced A lead-out portion from which the refrigerant is drawn, a first flow-path portion extending from the introduction portion to the placement area along the first direction, and the placement area to the lead-out portion along the first direction And a third flow passage extending in the second direction from the first flow passage to the second flow passage at a position overlapping the mounting area as viewed from the third direction. An end portion of the third flow passage portion in the second direction and a second flow in the first direction The third flow path portion has a cross-sectional area such that the depth of the third flow path portion in the third direction is the first flow path portion in the third direction; By making the depth smaller than the depth of the second flow path portion, the cross-sectional area of the first flow path portion and the second flow path portion is made smaller, and the bent portion is an end portion of the third flow path portion in the first direction. And a shallow region having a depth in the third direction which is shallower than the second flow passage portion.
このヒートシンクは、冷却対象である半導体レーザ素子が載置される載置エリアを含む主面と冷媒流路とを有する。冷媒流路は、第1方向に沿って延びる第1流路部及び第2流路部と、第1流路部から第2流路部に向かうように第2方向に沿って延びる第3流路部と、第2流路部と第3流路部とを接続する屈曲部と、を含む。第1流路部は冷媒の導入部に接続されており、第2流路部は冷媒の導出部に接続されている。したがって、ここでは、冷媒は、第1流路部、第3流路部、屈曲部、及び、第2流路部の順に流通する。 The heat sink has a main surface including a mounting area on which the semiconductor laser element to be cooled is mounted, and a coolant channel. The refrigerant flow path includes a first flow path portion and a second flow path portion extending along the first direction, and a third flow extending along the second direction from the first flow path portion toward the second flow path portion. It includes a passage portion and a bent portion connecting the second flow passage portion and the third flow passage portion. The first flow path portion is connected to the refrigerant introduction portion, and the second flow path portion is connected to the refrigerant discharge portion. Therefore, here, the refrigerant flows in the order of the first channel portion, the third channel portion, the bending portion, and the second channel portion.
特に、第3流路部は、載置エリアに重複する位置に設けられており、且つ、相対的に浅く断面積が小さくされている。このため、冷媒の流速が第3流路部を流通する際に増大され、載置エリアでの効率的な冷却が実現される。ここで、第2流路部と第3流路部とを接続する屈曲部は、第1方向における第3流路部の端部に対応する位置から第2流路部に向かって延び、相対的に浅い浅部領域を含む。このため、第3流路部を流通した冷媒が、この浅部領域において少なくとも部分的に屈曲して流通してから、相対的に深く断面積が大きな第2流路部に至る。したがって、当該屈曲部において、屈曲方向への冷媒の流れと、深さ方向(第3方向)への冷媒の流れとが混在しにくく、乱流の発生が抑制される。この結果、当該屈曲部において劣化の促進を抑制できる。 In particular, the third channel portion is provided at a position overlapping the mounting area, and is relatively shallow and has a small cross-sectional area. Therefore, the flow velocity of the refrigerant is increased when flowing through the third flow path portion, and efficient cooling in the mounting area is realized. Here, the bending portion connecting the second flow path portion and the third flow path portion extends from the position corresponding to the end portion of the third flow path portion in the first direction toward the second flow path portion, and is relatively Including shallow shallow regions. For this reason, the refrigerant flowing through the third flow passage portion is bent at least partially in the shallow portion region and flows, and then reaches the second flow passage portion having a relatively large cross-sectional area relatively deep. Therefore, in the bending portion, the flow of the refrigerant in the bending direction and the flow of the refrigerant in the depth direction (third direction) are less likely to be mixed, and the generation of the turbulent flow is suppressed. As a result, it is possible to suppress the promotion of deterioration in the bent portion.
本発明に係るヒートシンクにおいては、第1方向についての浅部領域の幅は、第1方向についての第3流路部の幅以下であってもよい。浅部領域の幅をこのように設定することにより、乱流の発生を十分に抑制し、劣化の促進を抑制できる。 In the heat sink according to the present invention, the width of the shallow region in the first direction may be equal to or less than the width of the third flow passage in the first direction. By setting the width of the shallow region in this manner, the occurrence of turbulent flow can be sufficiently suppressed and acceleration of deterioration can be suppressed.
本発明に係るヒートシンクにおいては、第1方向についての浅部領域の幅は、第1方向についての第3流路部の幅の1/2以上2/3以下であってもよい。この場合には、浅部領域の幅が第3流路部の幅と同等である場合と比較して、圧力損失を抑制できる。 In the heat sink according to the present invention, the width of the shallow region in the first direction may be 1/2 or more and 2/3 or less of the width of the third flow passage portion in the first direction. In this case, the pressure loss can be suppressed as compared with the case where the width of the shallow region is equal to the width of the third flow passage.
本発明に係るヒートシンクにおいては、浅部領域と第2流路部との間には、第1方向の反対方向に向かうにつれて第3方向についての深さが漸増する漸増領域が設けられていてもよい。この場合、深さ方向(第3方向)について、乱流の発生をより確実に抑制できる。 In the heat sink according to the present invention, the gradual increase region in which the depth in the third direction gradually increases toward the opposite direction to the first direction is provided between the shallow region and the second flow passage portion. Good. In this case, the occurrence of turbulent flow can be more reliably suppressed in the depth direction (third direction).
本発明に係るヒートシンクにおいては、屈曲部の端部は曲面状に形成されていてもよい。この場合にも、乱流の発生をより確実に抑制できる。また、冷媒の流通方向の急変を抑制することにより、直接的に劣化を抑制できる。 In the heat sink according to the present invention, the end of the bent portion may be formed in a curved shape. Also in this case, the occurrence of turbulent flow can be suppressed more reliably. Moreover, deterioration can be directly suppressed by suppressing a sudden change in the flow direction of the refrigerant.
本発明によれば、効率的な冷却を実現しつつ劣化の促進を抑制可能なヒートシンクを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat sink capable of suppressing the promotion of deterioration while realizing efficient cooling.
以下、図面を参照して半導体レーザ装置の一実施形態について説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図においては、第1方向D1、第1方向に交差(例えば直交)する第2方向D2、及び、第1方向D1及び第2方向D2に交差(例えば直交)する第3方向D3を示す座標系Sを記す。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor laser device will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements or corresponding elements may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted. In each drawing, a first direction D1, a second direction D2 intersecting (for example, orthogonal) to the first direction, and a third direction D3 intersecting (for example, orthogonal) to the first direction D1 and the second direction D2. Note the coordinate system S shown.
図1は、本実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。図2は、図1のII−II線に沿っての概略断面図である。図1,2に示されるように、半導体レーザ装置1は、ヒートシンク2と、基板3と、レーザユニット4と、を備えている。レーザユニット4は、一対のサブマウント5と、サブマウント5の間に配置された半導体レーザバー(半導体レーザ素子)6と、を有している。基板3は、絶縁層7を介して、第3方向D3に沿ってヒートシンク2上に積層されている。基板3は、例えば銅といった金属からなる。
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the line II-II of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor laser device 1 includes a
絶縁層7は、例えば窒化アルミニウム(AlN)などの伝熱性及び電気絶縁性を有する材料によって板状に形成されている。絶縁層7の他の形成材料としては、炭化珪素(SiC)、ダイヤモンドなどが挙げられる。絶縁層7の両面は、ヒートシンク2と基板3との接合のため、メタライズ層が形成されている(メタライズされている)。基板3のヒートシンク2側の面は、全面にわたって絶縁層7を介してヒートシンク2に接合されている。ヒートシンク2と絶縁層7との接合には、鉛フリーの観点から、例えばインジウム(In)ハンダ、SnAgCuハンダなどが用いられる。
The
メタライズ層は、例えば絶縁層7の表面側から順に積層されたチタン(Ti)/銅(Cu)/ニッケル(Ni)/金(Au)の4層の金属層によって構成されている。メタライズ層は、例えば蒸着によって形成される。メタライズ層の厚さは、絶縁層7の両面において互いに等しい。メタライズ層の形成に起因する反りを抑えることができる。
The metallized layer is formed of, for example, four metal layers of titanium (Ti) / copper (Cu) / nickel (Ni) / gold (Au) stacked sequentially from the surface side of the
レーザユニット4は、基板3上に設置されている。サブマウント5は、例えば銅タングステン(CuW)などの熱導電性及び電気伝導性を有する材料によって板状に形成されている。サブマウント5の他の構成材料としては、窒化アルミニウム(AlN)、炭化珪素(SiC)、タングステン(W)、銅モリブデン(MoCu)複合材料、銅ダイヤモンド複合材料などが挙げられる。サブマウント5の表面には、ニッケル(Ni)/金(Au)による2層のめっき層、或いはクロム(Cr)/白金(Pt)/金(Au)による3層のめっき層が形成されていてもよい。各サブマウント5は、基板3に対してハンダ接合されている。各サブマウント5と基板3との接合には、例えばインジウム(In)ハンダが用いられる。
The
半導体レーザバー6は、例えば板状をなしている。半導体レーザバー6の先端面は、複数の発光領域を有する出射端面となっている。半導体レーザバー6は、サブマウント5に接合されている。半導体レーザバー6とサブマウント5との接合には、ヒートシンク2と基板3との接合に用いられるハンダよりも高融点のハンダが用いられる。このようなハンダとしては、例えば金錫ハンダが挙げられる。
The
半導体レーザバー6は、化合物半導体からなる基板を有しており、発光領域に対応する位置に活性層が位置し、活性層の両側にクラッド層が位置している。基板の材料としては、ヒ化ガリウム(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)、リン化ガリウム(GaP)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、リン化インジウム(InP)などが挙げられる。本実施形態では、例えば基板の主成分はヒ化ガリウム(GaAs)である。活性層にはヒ化ガリウムに加えてインジウム(In)が含まれ、クラッド層にはヒ化ガリウムに加えてアルミニウム(Al)が含まれている。
The
以上のような半導体レーザ装置1を駆動する場合、サブマウント5に接続されている基板3に駆動電圧を印加する。これにより、半導体レーザバー6に駆動電流が供給され、その出射端面の複数の発光領域からそれぞれレーザ光が発振する。レーザ発振時に半導体レーザバー6で発生した熱は、サブマウント5から基板3に伝わり、ヒートシンク2側に放熱される。すなわち、半導体レーザバー6は、一方のサブマウント5、基板3、及び絶縁層7を介してヒートシンク2に熱的に接続されており、レーザ発振時に発生した熱がヒートシンク2を介して放出されるようになっている。
When driving the semiconductor laser device 1 as described above, a driving voltage is applied to the
引き続いて、図1,2に示されたヒートシンクの一実施形態について説明する。図3は、図1,2に示されたヒートシンクを示す図である。図3の(a)は平面図であり、図3の(b)は(a)のIII−III線に沿っての断面図である。図4は、図3に示された冷媒流路を示す図である。図4の(a)は斜視図であり、(b)は平面図である。図3,4に示されるヒートシンク2は、例えば、銅等の金属といった高い伝熱性を有する材料によって肉厚の矩形板状に形成されている。ヒートシンク2は、上述したように、半導体レーザバー6を冷却するためのものである。ヒートシンク2は、第1方向D1及び第2方向D2に沿って延びる矩形状の主面2sを有している。
Subsequently, an embodiment of the heat sink shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 3 is a diagram showing the heat sink shown in FIGS. (A) of FIG. 3 is a plan view, and (b) of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of (a). FIG. 4 is a view showing the refrigerant flow path shown in FIG. (A) of FIG. 4 is a perspective view and (b) is a plan view. The
主面2sは、第3方向D3からみて半導体レーザバー6(レーザユニット4)が載置される載置エリア2aを含む。載置エリア2aは、例えば、第3方向D3に沿って半導体レーザバー6に重複する矩形状のエリアである。
The
ヒートシンク2には、冷媒(例えば水等の冷却液)が流通する冷媒流路20が形成されている。冷媒流路20は、第3方向D3からみて、全体としてU字状に屈曲して形成されている。具体的には、冷媒流路20は、導入部21、導出部22、第1流路部23、第2流路部24、第3流路部25、及び、屈曲部26を含む。第1流路部23、第2流路部24、及び、第3流路部25は、直方体状を呈している。導入部21は、冷媒流路20に冷媒を導入する(導入部21から冷媒が導入される)。導出部22は、冷媒流路20から冷媒を導出する(導出部22から冷媒が導出される)。
The
第1流路部23は、第1方向D1に沿って導入部21から載置エリア2aに向かうように延びている。第1流路部23は、一端部23aにおいて導入部21に接続されており、他端部23bにおいて第3流路部25に接続されている。第1流路部23は、第3方向D3についての深さD23を有し、第1方向D1に交差(直交)する断面における断面積S23を有している。
The first
第2流路部24は、第1方向D1に沿って載置エリア2aから導出部22に至るように延びている。第2流路部24は、一端部24aにおいて屈曲部26に接続されており、他端部24bにおいて導出部22に接続されている。第2流路部24は、第3方向D3についての深さD24を有し、第1方向D1に交差(直交)する断面における断面積S24を有している。ここでは、一例として、深さD23と深さD24とは互いに略同一であり、断面積S23と断面積S24とは互いに略同一である。
The second
第3流路部25は、主面2s近傍において、第1流路部23から第2流路部24に向かうように第2方向D2に沿って延びている。第3流路部25は、第3方向D3からみて載置エリア2aに重複するように位置している。換言すれば、第3流路部25は、レーザユニット4(半導体レーザバー6)の直下に位置している。第3流路部25は、一端部25aにおいて第1流路部23の他端部23bに接続されており、他端部25bにおいて屈曲部26に接続されている。
The third
第3方向D3からみて、第1流路部23は、第1方向における第3流路部25の側端部25rに対応する位置まで至っている(すなわち、第1方向における冷媒流路20の端部まで延在している)。一方、第3方向D3からみて、第2流路部24は、第3流路部25の側端部25rに対応する位置まで至っておらず、第3流路部25の側端部25rと反対側の側端部25pに対応する位置でとどまっている(すなわち、第1方向D1における冷媒流路20の端部まで至っていない)。これにより、第2流路部24の一端部24aと第3流路部25の他端部25bとは、互いに離間する。屈曲部26は、この一端部24aと他端部25bとを接続することにより、第2流路部24と第3流路部25とを互いに接続している。
When viewed from the third direction D3, the first
第3流路部25は、第3方向D3についての深さD25と、第2方向D2に交差(直交)する断面における断面積S25と、を有している。第3流路部25の断面積S25は、深さD25が深さD23,D24よりも浅いことにより、断面積S23,S24よりも小さくされている。ただし、第3流路部25の第1方向についての幅W25は、断面積S25が断面積S23,S24よりも小さくなる範囲において、第1流路部23及び第2流路部24の第2方向についての幅よりも大きくてもよい。
The third
屈曲部26の第3方向D3についての深さは、ここでは、第2方向D2に沿って(ここでは2段階に)変化している。すなわち、屈曲部26は、第3方向D3についての深さD26aと、第3方向D3についての別の深さD26bと、を有している。深さD26aは、深さD26bよりも小さい。深さD26bは、ここでは、深さD24と略同一である。これにより、屈曲部26は、第3方向D3についての深さ(深さD26a)が第2流路部24よりも浅くされた浅部領域26Aを含むことになる。
Here, the depth of the bending
浅部領域26Aは、第1方向D1における第3流路部25の側端部25rに対応する位置から第2流路部24に向かって延びている。浅部領域26Aは、第2方向D2における第2流路部24の側端部24rに対応する位置まで至っている(すなわち、第2方向D2における冷媒流路20の端部まで至っている)。第1方向D1についての浅部領域26Aの幅W26Aは、第1方向D1についての第3流路部25の幅以下(幅W25以下)である。ここでは、幅W26Aは、幅W25の1/2以上2/3以下であり、一例として1/2程度である。
The
以上のような冷媒流路20においては、導入部21から導入された冷媒は、まず、第1流路部23の一端部23aから他端部23bに向けて第1方向D1に流通する。第1流路部23の他端部23bに至った冷媒は、第2方向D2に向けて屈曲しつつ第3流路部25に流入し、第3流路部25の一端部25aから他端部25bに向けて第2方向D2に流通する。このとき、断面積の減少に応じて、冷媒の流速が増大される。第3流路部25の他端部25bに至った冷媒は、屈曲部26を流通する過程で第1方向D1の反対方向に向けて屈曲され、第2流路部24に流入する。
In the
このとき、第3流路部25から屈曲部26の浅部領域26Aにわたって深さが浅い状態が維持されることから、少なくとも浅部領域26Aを流通する冷媒は、深さ方向(第3方向D3)への流れが生じない状態において第1方向D1の反対方向へ屈曲する。その後、浅部領域26Aを通過した冷媒に対して、第2流路部24に向かうに際して深さ方向への流れが生じる。第2流路部24に流入した冷媒は、第2流路部24の一端部24aから他端部24bに向けて第1方向D1の反対方向に流通し、導出部22に至って導出部22から導出される。
At this time, since the shallow state is maintained from the
以上説明したように、ヒートシンク2においては、冷却対象である半導体レーザバー6が載置される載置エリア2aを含む主面2sと冷媒流路20とを有する。冷媒流路20は、第1方向D1に沿って延びる第1流路部23及び第2流路部24と、第1流路部23から第2流路部24に向かうように第2方向D2に沿って延びる第3流路部25と、第2流路部24と第3流路部25とを接続する屈曲部26と、を含む。第1流路部23は冷媒の導入部21に接続されており、第2流路部24は冷媒の導出部22に接続されている。したがって、ここでは、冷媒は、第1流路部23、第3流路部25、屈曲部26、及び、第2流路部24の順に流通する。
As described above, the
特に、第3流路部25は、載置エリア2aに重複する位置に設けられており、且つ、相対的に浅く断面積が小さくされている。このため、冷媒の流速が第3流路部25を流通する際に増大され、載置エリア2aでの効率的な冷却が実現される。ここで、第2流路部24と第3流路部25とを接続する屈曲部26は、第1方向D1における第3流路部25の側端部25rに対応する位置から第2流路部24に向かって延び、相対的に浅い浅部領域26Aを含む。このため、第3流路部25を流通した冷媒が、この浅部領域26Aにおいて少なくとも部分的に屈曲して流通してから、相対的に深く断面積が大きな第2流路部24に至る。したがって、当該屈曲部26において、屈曲方向への冷媒の流れと、深さ方向(第3方向D3)への冷媒の流れとが混在しにくく、乱流の発生が抑制される。この結果、当該屈曲部26において劣化の促進を抑制できる。
In particular, the third
また、ヒートシンク2においては、第1方向D1についての浅部領域26Aの幅W26Aは、第1方向D1についての第3流路部25の幅W25以下である。浅部領域26Aの幅W26Aをこのように設定することにより、乱流の発生を十分に抑制し、劣化の促進を抑制できる。
In the
特に、ヒートシンク2においては、第1方向D1についての浅部領域26Aの幅W26Aは、第1方向D1についての第3流路部25の幅W25の1/2以上2/3以下である。このため、浅部領域26Aの幅W26Aが第3流路部25の幅W25と同等である場合と比較して、圧力損失が抑制される。
In particular, in the
以上の実施形態は、本発明に係るヒートシンクの一例について説明したものである。したがって、本発明に係るヒートシンクは、上述したヒートシンク2を任意に変更したものとすることが可能である。
The above embodiment describes an example of the heat sink according to the present invention. Therefore, the heat sink according to the present invention can be obtained by arbitrarily changing the
引き続いて、ヒートシンク2における冷媒流路20の変形例について説明する。図5は、変形例に係る冷媒流路を示す図である。図5の(a)は斜視図であり、(b)は平面図である。図5に示される例のように、冷媒流路20においては、第1方向D1についての浅部領域26Aの幅W26Aは、第1方向D1についての第3流路部25の幅W25と略同一であってもよい。この場合、屈曲部26の全体が浅部領域26Aとなる。このような構成によれば、冷媒が屈曲部26において屈曲して流通するときに、深さ方向(第3方向D3)への流れが生じないため、より確実に乱流の発生を抑制できる。
Subsequently, a modification of the
図6は、別の変形例に係る冷媒流路を示す図である。図6の(a)は斜視図であり、(b)は平面図である。図6に示される例のように、冷媒流路20においては、浅部領域26Aと第2流路部24との間に、第1方向D1の反対方向に向かうにつれて第3方向D3についての深さが漸増する漸増領域26Bが設けられている、ここでは、第3方向D3についての漸増領域26Bの深さD26bは、浅部領域26Aの深さD26aから第2流路部24の深さD24に至るまで一定の割合で(すなわち直線的に)漸増しているが、曲線的に漸増してもよい。このように漸増領域26Bを設けた場合、深さ方向(第3方向)について、乱流の発生をより確実に抑制できる。
FIG. 6 is a view showing a refrigerant flow path according to another modification. (A) of FIG. 6 is a perspective view, and (b) is a plan view. As in the example shown in FIG. 6, in the
図7は、さらに別の変形例に係る冷媒流路を示す図である。図7の(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。図7に示される例では、屈曲部26の端部が曲面状に面取りされている。より具体的には、屈曲部26のうち、浅部領域26Aのエッジ26rが部分的な円筒面状に面取りされており、且つ、浅部領域26Aと漸増領域26Bとの境界が部分的な円筒面状にされている。この場合には、乱流の発生をより確実に抑制できる。さらに、この場合には、冷媒の流通方向の急変を抑制することにより、直接的に劣化を抑制できる。
FIG. 7 is a view showing a refrigerant flow path according to still another modification. (A) of FIG. 7 is a perspective view, and (b) is a side view. In the example shown in FIG. 7, the end of the bending
2…ヒートシンク、2a…載置エリア、2s…主面、6…半導体レーザバー(半導体レーザ素子)、20…冷媒流路、21…導入部、22…導出部、23…第1流路部、24…第2流路部、25…第3流路部、26…屈曲部、26A…浅部領域、26B…漸増領域。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第1方向及び前記第1方向に交差する第2方向に沿って延びる主面と、
冷媒が流通する冷媒流路と、を備え、
前記主面は、前記第1方向及び前記第2方向に交差する第3方向からみて前記半導体レーザ素子が載置される載置エリアを含み、
前記冷媒流路は、冷媒が導入される導入部と、前記冷媒が導出される導出部と、前記第1方向に沿って前記導入部から前記載置エリアに向かうように延びる第1流路部と、前記第1方向に沿って前記載置エリアから前記導出部に至るように延びる第2流路部と、前記第3方向からみて前記載置エリアに重複する位置において前記第1流路部から前記第2流路部に向かうように前記第2方向に沿って延びる第3流路部と、前記第2方向における前記第3流路部の端部と前記第1方向における前記第2流路部の端部とを接続する屈曲部と、を含み、
前記第3流路部の断面積は、前記第3方向についての前記第3流路部の深さが前記第3方向についての前記第1流路部及び前記第2流路部の深さよりも浅いことにより、前記第1流路部及び前記第2流路部の断面積よりも小さくされており、
前記屈曲部は、前記第1方向における前記第3流路部の端部に対応する位置から前記第2流路部に向かって延び、前記第3方向についての深さが前記第2流路部よりも浅くされた浅部領域を含む、
ヒートシンク。 A heat sink for cooling a semiconductor laser device;
A major surface extending along a first direction and a second direction intersecting the first direction;
A refrigerant flow path through which the refrigerant flows;
The main surface includes a mounting area on which the semiconductor laser device is mounted when viewed from a third direction intersecting the first direction and the second direction,
The refrigerant flow path is a first flow path portion that extends from the introduction portion toward the placement area along the first direction from the introduction portion into which the refrigerant is introduced, the discharge portion from which the refrigerant is drawn, and the first direction And a second flow passage portion extending from the placement area to the lead-out portion along the first direction, and the first flow passage portion at a position overlapping the placement area as viewed from the third direction A third flow passage extending along the second direction from the second flow direction toward the second flow passage, an end of the third flow passage in the second direction, and the second flow in the first direction And a bend connecting the end of the passage,
Regarding the cross-sectional area of the third flow passage portion, the depth of the third flow passage portion in the third direction is greater than the depths of the first flow passage portion and the second flow passage portion in the third direction. By being shallow, the cross-sectional area of the first flow path portion and the second flow path portion is made smaller,
The bent portion extends from a position corresponding to an end of the third flow passage in the first direction toward the second flow passage, and the depth in the third direction is the second flow passage Including shallower regions that are shallower than
heatsink.
請求項1に記載のヒートシンク。 The width of the shallow region in the first direction is equal to or less than the width of the third flow passage in the first direction.
The heat sink according to claim 1.
請求項2に記載のヒートシンク。 The width of the shallow region in the first direction is not less than 1/2 and not more than 2/3 of the width of the third flow passage in the first direction.
The heat sink according to claim 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のヒートシンク。 A gradually increasing region is provided between the shallow region and the second flow passage portion, in which the depth in the third direction gradually increases in the direction opposite to the first direction.
The heat sink as described in any one of Claims 1-3.
請求項1〜4のいずれか一項に記載のヒートシンク。 The end of the bent portion is formed in a curved shape.
The heat sink as described in any one of Claims 1-4.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH042156A (en) * | 1990-04-19 | 1992-01-07 | Fuji Electric Co Ltd | Power semiconductor device |
US6480514B1 (en) * | 1999-10-21 | 2002-11-12 | Jenoptik Aktiengesellschaft | Device for cooling diode lasers |
WO2004076952A1 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-10 | Laserfront Technologies, Inc. | Heat sunk, laser module, laser device, and laser-processing device |
CN102097401A (en) * | 2009-11-12 | 2011-06-15 | 丰田自动车株式会社 | Semiconductor element cooling apparatus |
JP2013012591A (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-17 | Kyocera Corp | Circuit board |
JP2014187170A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Toyota Motor Corp | Cooler |
-
2017
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH042156A (en) * | 1990-04-19 | 1992-01-07 | Fuji Electric Co Ltd | Power semiconductor device |
US6480514B1 (en) * | 1999-10-21 | 2002-11-12 | Jenoptik Aktiengesellschaft | Device for cooling diode lasers |
WO2004076952A1 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-10 | Laserfront Technologies, Inc. | Heat sunk, laser module, laser device, and laser-processing device |
CN102097401A (en) * | 2009-11-12 | 2011-06-15 | 丰田自动车株式会社 | Semiconductor element cooling apparatus |
JP2013012591A (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-17 | Kyocera Corp | Circuit board |
JP2014187170A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Toyota Motor Corp | Cooler |
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