JP3643328B2 - ２次元ｌｄアレイ発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザダイオードアレイを用いた２次元発光装置に関し、特に多量の熱を発生するＬＤバーを実装した平板状の冷却パッケージを多数積層した構造を有する２次元ＬＤアレイ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＤ（レーザダイオード；半導体レーザとも呼ばれる。以下、同じ。）を発光源に用いた面発光装置が注目を集めており、例えばＹＡＧレーザのような固体レーザ発生装置の励起光源に用いられ、高い励起効率の実現に貢献している。また、従来のキセノンランプ等の放電ランプと比べて装置の小型化も容易であり、寿命も長い等の利点も有している。
【０００３】
良く知られているように、ＬＤを発光源に用いて面発光装置を構成する場合には、多数のＬＤ素子を各々の発光領域が直線状に整列するように構成された１次元アレイが利用される。このＬＤの１次元アレイは棒状の形状を有し、一般に「ＬＤバー」と呼ばれている。このＬＤバーを複数本並べて配列することで２次元ＬＤアレイ発光装置が構成される。
【０００４】
ところでＬＤを駆動すると当然熱を発生し、ＬＤバー全体が高温となる。特に、面状光源の発光面にできるだけ隙間（非発光部）を作らないために隣同士のＬＤバーを接近して配置した場合、その熱の効率的な除去が重要な課題となる。例えば、高出力固体レーザの励起用光源として２次元ＬＤアレイ発光装置を用いる場合、面光源としての平均出力パワーは１００〜２００Ｗ／ｃｍ2 に達し、それに伴う発熱量は２００〜４００Ｗ／ｃｍ2 程度にもなる。
【０００５】
そこで、このような多量の熱を逃がしてＬＤバーの昇温を抑制するために、ＬＤバーを水冷式の冷却アセンブリを備えた平板状の冷却パッケージに実装し、これを多数積層して面発光装置を構成する手法が採用されている。図５は、この手法に従って構成された面発光装置の従来構造を説明する部分断面図である。
【０００６】
面発光装置全体は多数（例えば数百個）の冷却パッケージの積層体で構成されており、図５には、積層体の１方の端部から数えてｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋１番目（但し、ｎは２以上の整数）の冷却パッケージＲn-1 、Ｒn 及びＲn+1 の断面が示されている。図示は省略されているが、図５において冷却パッケージＲn-1 の下側には冷却パッケージＲn-2 が連なり、冷却パッケージＲn+1 の上側には冷却パッケージＲn+2 が連なっている。
【０００７】
各冷却パッケージは基本的に同じものなので、冷却パッケージＲn を例にとってその構造と作用を簡単に記す。符号１０は冷却パッケージＲn に装備される冷却アセンブリで、図４に分解斜視図で示したような３枚の金属薄板１１、１２、１３を結合した構造を有している。各金属薄板１１、１２、１３の所定位置には冷却水流入／排出のための水路となる開口１６、１７が設けられている。
【０００８】
本例では、開口１６は冷却水流入用に用いられ、開口１７は冷却水排出用に用いられる。冷却水は開口１６から、金属薄板１１、１２、１３の相互間に形成される冷却水路１５を通って流通し、開口１７へ排出される。
【０００９】
冷却水路１５は、ＬＤバー６０から熱を効率的に除去するために、図５に示した如く、ＬＤバー６０の直下位置を通っている。なお、図示は省略したが、各冷却パッケージの冷却アセンブリ間等において、冷却水が開口１６、１７の周辺あるいは冷却水路１５から漏れ出すことを防止するために、オーリング（Ｏ−リング）、ラバーシート等の封止手段が適所に用いられている。
【００１０】
ＬＤバー６０は、金属薄板１３の縁部の近くに固定（ハンダ付け）された導電性のダイスペーサ５５上に、ＬＤバー６０の一方の極側（例えば陰極側）の端子部と導通する状態で搭載されている。ＬＤバー６０の他方の極側（例えば陽極側）の端子部には、金線などのボンディングワイヤ５３の一端がハンダ付けされている。符号５４は、ハンダ付けされたボンディング部を表わしている。
【００１１】
これに対して、ダイスペーサ５５と所定の間隔をとって金属薄板１３上には絶縁シート５１が設けられ、更にこの絶縁シート５１上に導電性の接続基板５２が設けられている。そして、接続基板５２のＬＤバー６０に比較的近い位置には、ボンディングワイヤ５３の他端がハンダ付けされている。また、接続基板５２の一部には、必要に応じて凸部５２ａが設けられ、この凸部５２ａと隣の冷却パッケージＲn+1 の冷却アセンブリ１０の金属薄板１１と導通するようになっている。同様に、冷却パッケージＲn の金属薄板１１は冷却パッケージＲn-1 の接続基板５２no凸部５２ａと導通している。
【００１２】
このようにして、各冷却パッケージにおいて、冷却アセンブリ１０が一方の電極（第１の電極；例えば接地される陰極）を提供し、接続基板５２が他方の電極（第２の電極；例えば陽極）を提供する。そして、多数の冷却パッケージは各ＬＤバー６０を駆動電流が流れるように直列に接続されている。なお、一方の端部側の冷却パッケージＲ1 の冷却アセンブリ１０が電源（図示せず）の一方の極（例えば陰極）に接続され、他方の端部側の冷却パッケージＲN （Ｎは積層冷却パッケージ数）の接続基板５２が電源（図示せず）の他方の極（例えば陽極）に接続されることは言うまでもない。
【００１３】
また、絶縁シート５１及び接続基板５２にも、金属薄板１１〜１３の開口１６、１７と対応する位置に同サイズの開口（図示省略）が設けられており、これにより、冷却水の流入路及び排出路は、積層された冷却パッケージを貫いて形成されることになる。冷却水の流入路及び排出路の一端あるいは両端は、例えば循環ポンプの吐出側及び吸入側に接続される。
【００１４】
以上のような構造を採用した場合、冷却アセンブリの部分については製造コストのかなりの低コスト化が可能であることが報告されている。これに伴い、残る冷却パッケージ内の配線部品等の部材コストや取り付けコスト、あるいは冷却パッケージを積層して面発光化するための組立コストなどが、面発光装置の原価中に占める割合が相対的に大きくなってきている。従って、面発光装置の原価の一層の低廉化の要求が強まる中、このような実装関連コストの低下を可能にする構造の改良が望まれている。
【００１５】
この観点で上述の従来構造を見た時、第２の電極（非接地側の電極）から金（Ａｕ）等からなるワイヤを延ばしてボンディングを行い、また、そのための配線を取り出すために、冷却アセンブリ１０から絶縁された接続基板５２を設ける必要があるという点に難点がある。先ず、絶縁シート５１により絶縁された接続基板５２を設け、更にそこにＡｕワイヤ５３等でボンディングすると、少なくとも絶縁シート５１、金属板を含む接続基板５２及びワイヤ５３が、部品として必要となる。冷却パッケージの使用総数は一般に多数（例えば数百）にのぼるので、部品数が一つでも多いとそれだけ関連部材費と組立工数が大きくなる。
【００１６】
更に、上述の冷却パッケージ構造では、特殊な構造や形状の部品（特に、細い金線など）を使用することでも部材費は高くなる。部材費を安くするために量産品を使用すると厚さが変更できない等の制約が出ることが多く、何らかの手段でその制約をなくすことが必要である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、簡素な構成でＬＤバーを実装した冷却パッケージを積層して、低コスト化が容易な面発光装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＬＤバー（１次元ＬＤアレアイ）と熱的に接続された平板状の冷却パッケージを複数個積層して構成され、該各冷却パッケージには、冷却アセンブリと、前記ＬＤバーに電気的に接続された第１及び第２の電極手段とが含まれており、前記複数個の冷却パッケージは互いに電気的に直列接続されている、２次元ＬＤアレイ発光装置に適用され、上記課題を解決するように改良された構造を有する。
【００１９】
同改良に係る構造の基本的な特徴に従えば、前記第１の電極手段は、前記冷却アセンブリの少なくとも一部又は前記冷却アセンブリの表面の少なくとも一部に形成された導電性の層によって提供されており、導電層と絶縁層から成るＴＡＢテープが、前記冷却アセンブリの前記ＬＤバーを配置する側の表面に前記絶縁層が対向するように設けられいる。
【００２０】
このＴＡＢテープの前記導電層は、前記第２の電極手段を提供するとともに、該第２の電極手段を前記ＬＤバーに電気的に接続するためのウェブ状の延在部を含む。そして、前記ＴＡＢテープの前記絶縁層によって前記第１の電極手段と前記第２の電極手段との間が電気的に絶縁される。
【００２１】
ここで、冷却アセンブリは典型的には水冷式のものであり、冷却液の流入用貫通穴及び流出用貫通穴に繋がった冷却液流路が形成されている。そして、前記ＴＡＢテープには、前記冷却液の流入用貫通穴及び前記流出用貫通穴に対応した位置に各々前記冷却液を通過させる開口が設けられている。
【００２２】
また、前記ＴＡＢテープと前記冷却アセンブリの間には、諸要素間の水準調整のために、第１のスペーサ薄板が挿入されていても良い。この第１のスペーサ薄板は、例えば熱作用により接着力が現われる部材（例えば表面にハンダ層を設けた金属薄板）で構成することが出来る。
【００２３】
また、前記ＴＡＢテープの前記導電層の上には、金属薄板、あるいは、導電層が表面に形成された絶縁物の薄板が設置されていても良い。この金属薄板の典型例としては、銅板、あるいは、ハンダメッキされた銅板がある。
【００２４】
次に、諸要素間の水準調整のために、前記ＬＤバーと前記冷却アセンブリの間に第２のスペーサ薄板が挿入されても良い。この第２のスペーサ薄板は、電導性材料、あるいは、表面に導電性薄層を形成した絶縁性材料で構成することが出来る。ここで、典型的な電導性材料としては、銅、銅とタングステンからなる材料がある。更に、前記第２のスペーサ薄板の少なくとも冷却アセンブリ側と前記ＬＤバー側にはハンダメッキが施されていても良い。
【００２５】
一方、前記ＴＡＢテープの前記延在部の前記ＬＤアレイとの電気的接続部分にはハンダが形成され、更にこのハンダ上に金メッキが施されていても良い。前記冷却アセンブリの表面についても、金メッキが施されていても良い。
【００２６】
前記ＴＡＢテープは、前記ＬＤバーとの電気的接続部分の近傍に、スリット状の切欠き部を有していても良い。スリット状の切欠き部は、ＬＤバーにストレスがかからないようにするためのものであり、延在部がウェブ状の形態を失わないように形成される。
【００２７】
以上の本発明の構成を従来構造（図５参照）とを比較して直ちに判ることは、本発明では、接続基板、前記絶縁シート及びＡｕワイヤ等でボンディングしていた従来の配線構造全体をウェブ状の延在部（導電性）を持つＴＡＢテープで置き換えているということである。この基本的な特徴により、配線構造全体が大幅に簡素化されている。
【００２８】
ここで、ＴＡＢテープは一般には、例えば銅製の導電路を絶縁材（通常、ポリイミド樹脂）からなる薄膜で一部を残して覆った構造を有するテープ状乃至ストリップ状の部材として知られ、シリコンチップへの配線工程で使用されている。使用の際には、ポリイミド（絶縁材）が欠落して銅（導電材）が露出した部分を、半導体チップなどの素子の端子部にハンダ付けし、電気的結合を得ている。
【００２９】
但し、従来のＴＡＢテープの使用態様では、シリコンチップのチャンネル数に対応した多数の端子に個別に接続するものであり、いわば多チャンネルの信号線を一括担持する集合線路部材として使用されていたに過ぎない。
【００３０】
従って、当然、ＴＡＢテープの導電路は多数形成され、銅（導電材）の露出部分も多数の線状部分に分かれている。これに対して本発明では、この使用態様に簡単な修正を加えることで、ＬＤバーへのいわば単チャンネルの電流供給路を提供するようにしている。
【００３１】
即ち、本発明で用いられるＴＡＢテープは、その導電路部分、絶縁材部分のいずれも板状乃至層状で良く、その露出部をＬＤバーとの橋渡しをするウェブ状の延在部として利用出来るようにしている。本発明で用いられるＴＡＢテープの銅板（導電材）は、従来構造における冷却アセンブリから絶縁された金属板（配線基板５２）に対応し、ポリイミド膜は絶縁シート５１に対応する。従来構造においてボンディングワイヤ（金線）５３に対応する部分は、本発明ではＴＡＢテープの延在部（導電性）に対応する。なお、ＬＤバーに対向する延在部の先端付近には予備ハンダを施しておけば、ボンディングは容易である。あるいは、ＴＡＢテープの銅板部分全体がハンダメッキされていても構わない。
【００３２】
このようなＴＡＢテープは更に構造簡素で、量産性に富んでいる。また、金線などに比べて非常に大きな断面積を持つ導電路を形成出来るので、銅などの比較的安価な材料で低い電気抵抗が実現出来る。従って、従来の接続基板、前記絶縁シート及びＡｕワイヤ等でボンディングしていた従来の配線構造全体をウェブ状の延在部（導電性）を持つＴＡＢテープで置き換えることで、配線構造全体の簡素化と、低コスト化が同時に実現可能になる。
【００３３】
本発明による構造を別の観点から見ると、ＴＡＢテープの銅板（一般には、導電性の板状部）は、その一部が前記接続基板の役割も果たしており、ＬＤバーと接続基板を直接電気的に結合させたような形状が実現されており、配線構造全体の低抵抗化にも寄与していると言うことが出来る。
【００３４】
なお、ＴＡＢテープは量産性に富む部材であるため、コスト面の利点を保持することを考慮すると、厚さが一定で自由には選べない等の制約を受け易い。金型により成形することにより、成形形状の選択性には自由度があるが厚さを変更することは難しい。
【００３５】
本発明は、このような事情に対しても、スペーサ薄板を設けて諸部材間の水準調整（高さ合わせ）を行なうことで容易に対処出来る。ここで、スペーサ薄板を冷却アセンブリとＴＡＢテープの間に挿入する場合（第２のスペーサ薄板）の材料には導電性の有無は問われないが、ＴＡＢテープの上にスペーサ薄板（第１のスペーサ薄板）を挿入する場合には、スタックする際に上に来る冷却パッケージ（ＬＤバーモジュール）と電気的に結合する必要があるので導電性材料を使用する必要がある。第２のスペーサ薄板としては、加熱により接着力が発生する導電性フィルムや導電性の両面テープを用いると良い。
【００３６】
本発明では、冷却アセンブリにメッキを施しても良く、これはＬＤバーのボンディングを安定したものにする上で有利な一策である。このメッキは、金メッキでも良いが、高価であるためハンダメッキの方がコスト的に望ましい。なお、ここでいうハンダメッキの材料は、極く一般的な、「鉛と錫の合金」でも良いし、錫単体のハンダ及び銀錫銅合金等でも構わない。
【００３７】
なお、冷却アセンブリとＬＤバーの間にＬＤバーに熱膨張率が近く、熱伝導率が高い材料をダイスペーサとして挟み込んでも良い。これは、冷却アセンブリとＬＤバーの間のボンディングによるストレスを回避する上で好ましい措置である。この場合、ダイスペーサは、冷却アセンブリ側とＬＤバー側の双方について電気的結合を必要とするので、その固着にはハンダを使用すれば良い。ダイスペーサ自身の材料については、バリが少なく平面度の良い加工が容易なＳｉＣやＡ１Ｎ及びダイヤモンドなどは好ましいが、これらは絶縁物であるため表面（側面）をメタライズする。ＣｕＷのような材料を用いる場合には、導電性があるのでその必要はない。銅を使用すればコスト的に有利になる。
【００３８】
ＴＡＢテープのＬＤバー側近傍にスリットを入れることは、ＬＤバーとＴＡＢテープ間のボンディングによるストレスを低減させる上で好ましい。スリットはＬＤバー側の端まで入れても構わないし、途中まででも構わない。最終的に冷却パッケージ（ＬＤバーモジュール）はスタックされて２次元ＬＤアレイとなる。その際にＬＤバーモジュールに位置決め用ガイドやピン穴を設けておくことでスタックが容易になる。そのためにＴＡＢテープにも位置決め用ガイドやピン穴を設けておいて良い。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る２次元ＬＤアレイ面発光装置について説明する図で、ＬＤが実装されて多数積層される冷却パッケージの断面構造を、３つの順次隣合う冷却パッケージに代表させて表わした部分断面図である。図５の場合と同様、３つの冷却パッケージＰn-1 、Ｐn 及びＰn+1 は、積層体の１方の端部から数えてｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋１番目（但し、ｎは２以上の整数）の冷却パッケージであり、冷却パッケージＰn-1 の下側には冷却パッケージＰn-2 が連なり、冷却パッケージＰn+1 の上側には冷却パッケージＰn+2 が連なっている。
【００４０】
各冷却パッケージは基本的に同じものなので、冷却パッケージＰn を例にとってその構造と作用を説明する。符号１０は冷却パッケージＰn に装備される冷却アセンブリで、従来と同様の構成が採用されている。即ち、図４に分解斜視図で示したような３枚の金属薄板１１、１２、１３を結合した構造を有し、それらのの所定位置には冷却水流入／排出のための水路となる開口１６、１７が設けられている。本例では、開口１６は冷却水流入用に用いられ、開口１７は冷却水排出用に用いられる。冷却水は開口１６から、金属薄板１１、１２、１３の相互間に形成される冷却水路１５を通って流通し、開口１７へ排出される。
【００４１】
冷却水路１５は、ＬＤバー６０から熱を効率的に除去するために、図１に示した如く、ＬＤバー６０の直下位置を通っている。なお、図示は省略したが、各冷却パッケージの冷却ブリ間等において、冷却水が開口１６、１７の周辺あるいは冷却水路１５から漏れ出すことを防止するために、オーリング（Ｏ−リング）、ラバーシート等の封止手段が適所に用いられている。これら冷却水のシーリングに関連した構成は、本発明と特に関連がないので詳しい説明及び図示は省略する。
【００４２】
ＬＤバー６０は、金属薄板１３の縁部の近くに固定（ハンダ層４３）された導電性のダイスペーサ４１上に、ＬＤバー６０の一方の極側（例えば陰極側）の端子部と導通する状態で搭載（ハンダ層４２）されている。ＬＤバー６０の他方の極側（例えば陽極側）の端子部の電気的接続には、ＴＡＢテープ２０が利用されている。
【００４３】
なお、ダイスペーサ４１を構成する材料には、ＬＤバー６０に熱膨張率が近く、熱伝導率が高い材料が用いられることが好ましい。これは、冷却アセンブリ１０とＬＤバー６０の間のボンディングによるストレスを回避するためである。ダイスペーサの具体的な材料の例としては、バリが少なく平面度の良い加工が容易なＳｉＣやＡ１Ｎ及びダイヤモンドなどがあるが、これらを使用する場合には絶縁物であるため表面（側面）をメタライズする。ＣｕＷのような材料を用いる場合には、導電性があるのでその必要はない。銅を使用すればコスト的に有利になる。
【００４４】
さて、ここで用いられるＴＡＢテープ２０は、その概要を既述したように、銅版２１とその一部を覆うポリイミド樹脂層２８で構成されている。図２には、このＴＡＢテープ２０を銅板２１側から見た様子が平面図で例示されている。図２に示したように、ＴＡＢテープ２０の基部側には、冷却アセンブリ１０に設けられる開口１６、１７に対応して、開口２７、２８が、銅板２１とポリイミド樹脂層２８を貫いて形成されている。ＴＡＢテープ２０のＬＤバー６０に近い側は途中からやや幅が狭くなっており、そこにはスリット２４、２５が数本形成されている。ここで、スリット２４はテープ先端まで届かない切欠部を形成し、スリット２５はテープ先端まで届く切欠部を形成している。
【００４５】
ＴＡＢテープ２０は、このスリット形成部分から適当な範囲が、図１に示したように、ポリイミド樹脂層２８で被覆されていない延在部２２を形成している。この延在部２２の先端側（ＬＤバー６０側）にスリット２４、２５が形成され、延在部２２の先端がＬＤバー６０に接続される電気的接続部２３として使用される。延在部２２を含む銅板２１の全面あるいは一部表面には、ハンダメッキが施されていることが好ましい。特に、電気的接続部２３については、ハンダメッキに加えて金メッキを施し、より良好な導通を確保する場合もある。
【００４６】
なお、冷却アセンブリ（ＬＤバーモジュール）に位置決め用ガイドやピン穴を設けらておくことでスタックが容易になるが、それに対応して、ＴＡＢテープ２０にも位置決め用ガイド２９やピン穴を設けておいて良い。
【００４７】
本実施形態では、図１に示した通り、ポリイミド樹脂層２８が冷却アセンブリ１０の金属薄板１３側を向くようにＴＡＢテープ２０が配設され、ＴＡＢテープ２０と金属薄板１３の間には、スペーサ薄板３１が介挿されている。このスペーサ薄板３１はＴＡＢテープ２０の水準を調整してＬＤバー６０との水準の不整合を解消するために用いられるもので、水準調整の必要が無ければ省かれる。ここで、水準調整は、ＬＤバー６０の上に位置するＴＡＢテープの電気的接続部２３がスタックした際に隣の冷却アセンブリＰn+1 の冷却アセンブリ１０と押し付け合ってＬＤバー６０に外力が加わらないように（両者間に隙間が出来るように）行なわれる。
【００４８】
スペーサ薄板３１の使用に有無に関わらず、銅板２１と冷却アセンブリ１０（金属薄板１３）は少なくともポリイミド樹脂層２８を挟んで電気的に隔てられることになり、従来構造（図５参照）で使用されていた絶縁シート５１の配設は不要になる。また、第１のスペーサ薄板３１を用いる場合、その導電性の有無は問われないが、特段の固着手段を用いなくとも安定した配設状態を得るために、熱作用により接着力が現われる部材で構成されていることが好ましい。例えば、金属板の表面に適当な軟化点を有するハンダ層を設けたものを使用すれば、熱作用により接着力が現われる。
【００４９】
一方、銅板２１のポリイミド樹脂層２８と反対側の面は、隣の冷却パッケージＰn+1 の冷却アセンブリ１０の金属薄板１１と電気的に接触し、これと導通している。なお、より良い導通状態を確保するために、冷却アセンブリ１０の表面（金属薄板１１、１３の表面）の全部または一部にハンダメッキが施されていても良い。
【００５０】
このようにして、各冷却パッケージにおいて、冷却アセンブリ１０が一方の電極（第１の電極；例えば接地される陰極）を提供し、ＴＡＢテープ２０の銅板２１が他方の電極（第２の電極；例えば陽極）を提供する。そして、多数の冷却パッケージは積層された状態で、各ＬＤバー６０を駆動電流が流れるように直列に接続される。
【００５１】
なお、一方の端部側の冷却パッケージＰ1 の冷却アセンブリ１０が電源（図示せず）の一方の極（例えば陰極）に接続され、他方の端部側の冷却パッケージＰN （Ｎは積層冷却パッケージ数）の銅板２１が電源（図示せず）の他方の極（例えば陽極）に接続されることは言うまでもない。
【００５２】
また、スペーサ薄板３１にも、金属薄板１１〜１３の開口１６、１７と対応する位置に同サイズの開口（図示省略）が設けられており、これにより、冷却水の流入路及び排出路は、積層された冷却パッケージを貫いて形成されることになる。冷却水の流入路及び排出路の一端あるいは両端は、例えば循環ポンプの吐出側及び吸入側に接続される。
【００５３】
以上のように、第１の実施形態では、ＴＡＢテープ２０をポリイミド層２８が冷却アセンブリ１０側に来るような向きで用い、水準調整のためのスペーサ薄板３１を冷却アセンブリ１０との間に介挿した構造を採用しているが、水準調整のためのスペーサ薄板をＬＤ６０を実装する側で隣接する冷却パッケージ側に配設することも出来る。その例を第２の実施形態として、図１と同様の描示形式で図３に示した。
【００５４】
図３において、３つの順次隣合う冷却パッケージＱn-1 、Ｑn 及びＱn+1 は、積層体の１方の端部から数えてｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋１番目（但し、ｎは２以上の整数）の冷却パッケージであり、冷却パッケージＱn-1 の下側には冷却パッケージＱn-2 が連なり、冷却パッケージＱn+1 の上側には冷却パッケージＱn+2 が連なっている。
【００５５】
各冷却パッケージは基本的に同じものなので、冷却パッケージＱn を例にとってその構造と作用を説明する。符号１０は冷却パッケージＱn に装備される冷却アセンブリで、従来構造あるいは第１の実施形態で用いたものと同じ構成が採用されている。即ち、所定位置には冷却水流入／排出のための水路となる開口１６、１７が設けられた３枚の金属薄板１１、１２、１３が結合され、冷却水路１５が内部に形成されている。その他、冷却アセンブリ１０に関する事項は、第１の実施形態と同様なので、冷却アセンブリ１０自体の詳しい説明は省略する。
【００５６】
ＬＤバー６０は、第１の実施形態と同様、金属薄板１３の縁部の近くに固定（ハンダ層４３）された導電性のダイスペーサ４１上に、ＬＤバー６０の一方の極側（例えば陰極側）の端子部と導通する状態で搭載（ハンダ層４２）されている。ダイスペーサ４１の材料等については、第１の実施形態で説明した通りである。
【００５７】
ＬＤバー６０の他方の極側（例えば陽極側）の端子部の電気的接続には、ＴＡＢテープ２０が利用される。ここで用いられるＴＡＢテープ２０は、第１の実施形態で用いたものと同じものであって良い。即ち、ＴＡＢテープ２０は、銅版２１とその一部を覆うポリイミド樹脂層２８で構成され、銅板２１側から見た様子は図２に示した通りである。開口２７、２８は、銅板２１とポリイミド樹脂層２８を貫いて形成された冷却水流入／流出用のものである。スリット２４、２５についても、第１の実施形態の説明中で述べた通りである。
【００５８】
また、図３に示したように、ポリイミド樹脂層２８で一部が被覆されている銅版２１の延在部２２は、その先端部がＬＤバー６０に接続される電気的接続部２３として使用される点も同様である。延在部２２を含む銅板２１の全面あるいは一部表面には、ハンダメッキが施されていることが好ましい。特に、電気的接続部２３については、ハンダメッキに加えて金メッキを施し、より良好な導通を確保する場合もある。
【００５９】
本実施形態の特徴は、ＴＡＢテープ２０の銅板２１と、隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０の金属薄板１１の間に、スペーサ薄板（第２のスペーサ薄板）３２が介挿されている点にある。このスペーサ薄板３２は、ＴＡＢテープの電気的接続部２３が隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０にぶつからないように水準調整を行なうために配設される。水準調整の必要が無ければ省かれて良い。
【００６０】
本実施形態では、スペーサ薄板３２の使用に有無に関わらず、ポリイミド樹脂層２８は冷却アセンブリ１０とスペーサなしで対向するが、ポリイミド樹脂の高い絶縁性により、両者は電気的に隔てられる。従って、第１の実施形態と同様、従来構造（図５参照）で使用されていた絶縁シート５１の配設は不要になる。
【００６１】
また、スペーサ薄板３２を用いる場合、スペーサ薄板３２には銅板２１と隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０との間の導通を確保する機能が要求される。そのために、スペーサ薄板３２は電導性材料、あるいは、表面に導電性薄層を形成した絶縁性材料で構成される。典型的な電導性材料としては、銅や銅とタングステンからなる材料がある。また、その一部、特に隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０側とＬＤバー６０側には、ハンダメッキが施されていれば導通の確保がより容易になる。
【００６２】
このようにして、本実施形態においても、各冷却パッケージの冷却アセンブリ１０が一方の電極（第１の電極；例えば接地される陰極）を提供し、ＴＡＢテープ２０の銅板２１が他方の電極（第２の電極；例えば陽極）を提供する。そして、多数の冷却パッケージは積層された状態で、各ＬＤバー６０を駆動電流が流れるように直列に接続される。
【００６３】
なお、一方の端部側の冷却パッケージＱ1 の冷却アセンブリ１０が電源（図示せず）の一方の極（例えば陰極）に接続され、他方の端部側の冷却パッケージＱN （Ｎは積層冷却パッケージ数）の銅板２１が電源（図示せず）の他方の極（例えば陽極）に接続されることは言うまでもない。
【００６４】
また、スペーサ薄板３２についても、金属薄板１１〜１３の開口１６、１７と対応する位置に同サイズの開口（図示省略）が設けられており、これにより、冷却水の流入路及び排出路は、積層された冷却パッケージを貫いて形成されることになる。冷却水の流入路及び排出路の一端あるいは両端は、例えば循環ポンプの吐出側及び吸入側に接続される。
【００６５】
なお、いずれの実施形態においても、冷却アセンブリ１０の表面の全体あるいは所要部分に金メッキやハンダメッキを施すことが安定したボンディングを得る上で有利である。ここで、ハンダの材料（即ち、ハンダ合金）には例えばＰｂＳｎハンダやＳｎ単体のものを使用出来るが、ＬＤバー６０のボンディングの際に融解しないようにＳｉあるいはＰｂの組成比率の高いハンダ（融点が高い）を使用することが好ましい。組成比率で８０％程度のＳｎを含むＰｂＳｎハンダメッキは、一般的に良く利用されており、安価である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明においては、従来の構造で配線に使用する絶縁シート、接続基板、ボンディングワイヤが、安価で量産性に富んだＴＡＢテープで置き換えられるため、部材費、組立工数の低減が容易に実現出来る。
また、ワイヤ等でボンディングした場合と比較して、ＴＡＢテープは配線部分の断面積が大きく、接続基板に相当する部分（ＴＡＢテープの導電材料板）と直接に電気的な結合がなされるので、抵抗も低くすることが出来る。それに伴い、動作電圧を低くすることも可能になり、電気から光への変換効率の向上ももたらされる。
【００６７】
ＴＡＢテープの厚さの自由度の制約に対しても、水準調整用のスペーサ薄板を追加する簡単な構成で対応出来るので、支障なくＴＡＢテープの高い量産性を活かすことが出来る。また、必要に応じて、金メッキやハンダメッキを施すことにより、安定したボンディングや所要部分間の良好な導通確保等を図る上で、本発明の提案する構造は何の妨げにもならない。
【００６８】
ボンディングワイヤに代えてウェブ状の導体を用いたことによりＬＤバーにかかり得るストレスについても、スリット状の切欠を設けることでボンディングストレスを容易に小さく出来る。更に付帯的な利点としては、ＴＡＢテープに位置決め用ガイドやピン穴を設ければ、スタックが容易になることが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態について説明する図で、積層される冷却パッケージの断面構造が抽出描示されている。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態に使用されるＴＡＢテープを、銅板側から見た平面図で表わしたものである。
【図３】本発明の第２の実施形態について説明する図で、積層される冷却パッケージの断面構造が抽出描示されている。
【図４】従来構造及び本発明の第１及び第２の実施形態で使用されている冷却アセンブリについて説明する分解斜視図である。
【図５】従来技術について説明する図で、積層される冷却パッケージの断面構造が抽出描示されている。
【符号の説明】
１０ 冷却アセンブリ
１１、１２、１３ 冷却アセンブリの構成に用いられる金属薄板
１５ 冷却水路
１６、１７ 開口
２０ ＴＡＢテープ
２１ 銅板
２２ 銅板の延在部
２３ ＬＤバ−への接続部
２４、２５ スリット
２６、２７ 開口
２８ ポリイミド層
２９ 位置決め用ガイド
３１、３２ スペーサ薄板
４１、５５ ダイスペーサ
４２ ハンダ層
５１ 絶縁シート
５２ 配線基板（金属板）
５２ａ 突起部
６０ ＬＤバー
Ｐn-1 、Ｐn 、Ｐn+1 冷却パッケージ（第１の実施形態）
Ｑn-1 、Ｑn 、Ｑn+1 冷却パッケージ（第２の実施形態）
Ｒn-1 、Ｒn 、Ｒn+1 冷却パッケージ（従来構造）
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザダイオードアレイを用いた２次元発光装置に関し、特に多量の熱を発生するＬＤバーを実装した平板状の冷却パッケージを多数積層した構造を有する２次元ＬＤアレイ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＤ（レーザダイオード；半導体レーザとも呼ばれる。以下、同じ。）を発光源に用いた面発光装置が注目を集めており、例えばＹＡＧレーザのような固体レーザ発生装置の励起光源に用いられ、高い励起効率の実現に貢献している。また、従来のキセノンランプ等の放電ランプと比べて装置の小型化も容易であり、寿命も長い等の利点も有している。
【０００３】
良く知られているように、ＬＤを発光源に用いて面発光装置を構成する場合には、多数のＬＤ素子を各々の発光領域が直線状に整列するように構成された１次元アレイが利用される。このＬＤの１次元アレイは棒状の形状を有し、一般に「ＬＤバー」と呼ばれている。このＬＤバーを複数本並べて配列することで２次元ＬＤアレイ発光装置が構成される。
【０００４】
ところでＬＤを駆動すると当然熱を発生し、ＬＤバー全体が高温となる。特に、面状光源の発光面にできるだけ隙間（非発光部）を作らないために隣同士のＬＤバーを接近して配置した場合、その熱の効率的な除去が重要な課題となる。例えば、高出力固体レーザの励起用光源として２次元ＬＤアレイ発光装置を用いる場合、面光源としての平均出力パワーは１００〜２００Ｗ／ｃｍ2 に達し、それに伴う発熱量は２００〜４００Ｗ／ｃｍ2 程度にもなる。
【０００５】
そこで、このような多量の熱を逃がしてＬＤバーの昇温を抑制するために、ＬＤバーを水冷式の冷却アセンブリを備えた平板状の冷却パッケージに実装し、これを多数積層して面発光装置を構成する手法が採用されている。図５は、この手法に従って構成された面発光装置の従来構造を説明する部分断面図である。
【０００６】
面発光装置全体は多数（例えば数百個）の冷却パッケージの積層体で構成されており、図５には、積層体の１方の端部から数えてｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋１番目（但し、ｎは２以上の整数）の冷却パッケージＲn-1 、Ｒn 及びＲn+1 の断面が示されている。図示は省略されているが、図５において冷却パッケージＲn-1 の下側には冷却パッケージＲn-2 が連なり、冷却パッケージＲn+1 の上側には冷却パッケージＲn+2 が連なっている。
【０００７】
各冷却パッケージは基本的に同じものなので、冷却パッケージＲn を例にとってその構造と作用を簡単に記す。符号１０は冷却パッケージＲn に装備される冷却アセンブリで、図４に分解斜視図で示したような３枚の金属薄板１１、１２、１３を結合した構造を有している。各金属薄板１１、１２、１３の所定位置には冷却水流入／排出のための水路となる開口１６、１７が設けられている。
【０００８】
本例では、開口１６は冷却水流入用に用いられ、開口１７は冷却水排出用に用いられる。冷却水は開口１６から、金属薄板１１、１２、１３の相互間に形成される冷却水路１５を通って流通し、開口１７へ排出される。
【０００９】
冷却水路１５は、ＬＤバー６０から熱を効率的に除去するために、図５に示した如く、ＬＤバー６０の直下位置を通っている。なお、図示は省略したが、各冷却パッケージの冷却アセンブリ間等において、冷却水が開口１６、１７の周辺あるいは冷却水路１５から漏れ出すことを防止するために、オーリング（Ｏ−リング）、ラバーシート等の封止手段が適所に用いられている。
【００１０】
ＬＤバー６０は、金属薄板１３の縁部の近くに固定（ハンダ付け）された導電性のダイスペーサ５５上に、ＬＤバー６０の一方の極側（例えば陰極側）の端子部と導通する状態で搭載されている。ＬＤバー６０の他方の極側（例えば陽極側）の端子部には、金線などのボンディングワイヤ５３の一端がハンダ付けされている。符号５４は、ハンダ付けされたボンディング部を表わしている。
【００１１】
これに対して、ダイスペーサ５５と所定の間隔をとって金属薄板１３上には絶縁シート５１が設けられ、更にこの絶縁シート５１上に導電性の接続基板５２が設けられている。そして、接続基板５２のＬＤバー６０に比較的近い位置には、ボンディングワイヤ５３の他端がハンダ付けされている。また、接続基板５２の一部には、必要に応じて凸部５２ａが設けられ、この凸部５２ａと隣の冷却パッケージＲn+1 の冷却アセンブリ１０の金属薄板１１と導通するようになっている。同様に、冷却パッケージＲn の金属薄板１１は冷却パッケージＲn-1 の接続基板５２no凸部５２ａと導通している。
【００１２】
このようにして、各冷却パッケージにおいて、冷却アセンブリ１０が一方の電極（第１の電極；例えば接地される陰極）を提供し、接続基板５２が他方の電極（第２の電極；例えば陽極）を提供する。そして、多数の冷却パッケージは各ＬＤバー６０を駆動電流が流れるように直列に接続されている。なお、一方の端部側の冷却パッケージＲ1 の冷却アセンブリ１０が電源（図示せず）の一方の極（例えば陰極）に接続され、他方の端部側の冷却パッケージＲN （Ｎは積層冷却パッケージ数）の接続基板５２が電源（図示せず）の他方の極（例えば陽極）に接続されることは言うまでもない。
【００１３】
また、絶縁シート５１及び接続基板５２にも、金属薄板１１〜１３の開口１６、１７と対応する位置に同サイズの開口（図示省略）が設けられており、これにより、冷却水の流入路及び排出路は、積層された冷却パッケージを貫いて形成されることになる。冷却水の流入路及び排出路の一端あるいは両端は、例えば循環ポンプの吐出側及び吸入側に接続される。
【００１４】
以上のような構造を採用した場合、冷却アセンブリの部分については製造コストのかなりの低コスト化が可能であることが報告されている。これに伴い、残る冷却パッケージ内の配線部品等の部材コストや取り付けコスト、あるいは冷却パッケージを積層して面発光化するための組立コストなどが、面発光装置の原価中に占める割合が相対的に大きくなってきている。従って、面発光装置の原価の一層の低廉化の要求が強まる中、このような実装関連コストの低下を可能にする構造の改良が望まれている。
【００１５】
この観点で上述の従来構造を見た時、第２の電極（非接地側の電極）から金（Ａｕ）等からなるワイヤを延ばしてボンディングを行い、また、そのための配線を取り出すために、冷却アセンブリ１０から絶縁された接続基板５２を設ける必要があるという点に難点がある。先ず、絶縁シート５１により絶縁された接続基板５２を設け、更にそこにＡｕワイヤ５３等でボンディングすると、少なくとも絶縁シート５１、金属板を含む接続基板５２及びワイヤ５３が、部品として必要となる。冷却パッケージの使用総数は一般に多数（例えば数百）にのぼるので、部品数が一つでも多いとそれだけ関連部材費と組立工数が大きくなる。
【００１６】
更に、上述の冷却パッケージ構造では、特殊な構造や形状の部品（特に、細い金線など）を使用することでも部材費は高くなる。部材費を安くするために量産品を使用すると厚さが変更できない等の制約が出ることが多く、何らかの手段でその制約をなくすことが必要である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、簡素な構成でＬＤバーを実装した冷却パッケージを積層して、低コスト化が容易な面発光装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＬＤバー（１次元ＬＤアレアイ）と熱的に接続された平板状の冷却パッケージを複数個積層して構成され、該各冷却パッケージには、冷却アセンブリと、前記ＬＤバーに電気的に接続された第１及び第２の電極手段とが含まれており、前記複数個の冷却パッケージは互いに電気的に直列接続されている、２次元ＬＤアレイ発光装置に適用され、上記課題を解決するように改良された構造を有する。
【００１９】
同改良に係る構造の基本的な特徴に従えば、前記第１の電極手段は、前記冷却アセンブリの少なくとも一部又は前記冷却アセンブリの表面の少なくとも一部に形成された導電性の層によって提供されており、導電層と絶縁層から成るＴＡＢテープが、前記冷却アセンブリの前記ＬＤバーを配置する側の表面に前記絶縁層が対向するように設けられいる。
【００２０】
このＴＡＢテープの前記導電層は、前記第２の電極手段を提供するとともに、該第２の電極手段を前記ＬＤバーに電気的に接続するためのウェブ状の延在部を含む。そして、前記ＴＡＢテープの前記絶縁層によって前記第１の電極手段と前記第２の電極手段との間が電気的に絶縁される。
【００２１】
ここで、冷却アセンブリは典型的には水冷式のものであり、冷却液の流入用貫通穴及び流出用貫通穴に繋がった冷却液流路が形成されている。そして、前記ＴＡＢテープには、前記冷却液の流入用貫通穴及び前記流出用貫通穴に対応した位置に各々前記冷却液を通過させる開口が設けられている。
【００２２】
また、前記ＴＡＢテープと前記冷却アセンブリの間には、諸要素間の水準調整のために、第１のスペーサ薄板が挿入されていても良い。この第１のスペーサ薄板は、例えば熱作用により接着力が現われる部材（例えば表面にハンダ層を設けた金属薄板）で構成することが出来る。
【００２３】
また、前記ＴＡＢテープの前記導電層の上には、金属薄板、あるいは、導電層が表面に形成された絶縁物の薄板が設置されていても良い。この金属薄板の典型例としては、銅板、あるいは、ハンダメッキされた銅板がある。
【００２４】
次に、諸要素間の水準調整のために、前記ＬＤバーと前記冷却アセンブリの間に第２のスペーサ薄板が挿入されても良い。この第２のスペーサ薄板は、電導性材料、あるいは、表面に導電性薄層を形成した絶縁性材料で構成することが出来る。ここで、典型的な電導性材料としては、銅、銅とタングステンからなる材料がある。更に、前記第２のスペーサ薄板の少なくとも冷却アセンブリ側と前記ＬＤバー側にはハンダメッキが施されていても良い。
【００２５】
一方、前記ＴＡＢテープの前記延在部の前記ＬＤアレイとの電気的接続部分にはハンダが形成され、更にこのハンダ上に金メッキが施されていても良い。前記冷却アセンブリの表面についても、金メッキが施されていても良い。
【００２６】
前記ＴＡＢテープは、前記ＬＤバーとの電気的接続部分の近傍に、スリット状の切欠き部を有していても良い。スリット状の切欠き部は、ＬＤバーにストレスがかからないようにするためのものであり、延在部がウェブ状の形態を失わないように形成される。
【００２７】
以上の本発明の構成を従来構造（図５参照）とを比較して直ちに判ることは、本発明では、接続基板、前記絶縁シート及びＡｕワイヤ等でボンディングしていた従来の配線構造全体をウェブ状の延在部（導電性）を持つＴＡＢテープで置き換えているということである。この基本的な特徴により、配線構造全体が大幅に簡素化されている。
【００２８】
ここで、ＴＡＢテープは一般には、例えば銅製の導電路を絶縁材（通常、ポリイミド樹脂）からなる薄膜で一部を残して覆った構造を有するテープ状乃至ストリップ状の部材として知られ、シリコンチップへの配線工程で使用されている。使用の際には、ポリイミド（絶縁材）が欠落して銅（導電材）が露出した部分を、半導体チップなどの素子の端子部にハンダ付けし、電気的結合を得ている。
【００２９】
但し、従来のＴＡＢテープの使用態様では、シリコンチップのチャンネル数に対応した多数の端子に個別に接続するものであり、いわば多チャンネルの信号線を一括担持する集合線路部材として使用されていたに過ぎない。
【００３０】
従って、当然、ＴＡＢテープの導電路は多数形成され、銅（導電材）の露出部分も多数の線状部分に分かれている。これに対して本発明では、この使用態様に簡単な修正を加えることで、ＬＤバーへのいわば単チャンネルの電流供給路を提供するようにしている。
【００３１】
即ち、本発明で用いられるＴＡＢテープは、その導電路部分、絶縁材部分のいずれも板状乃至層状で良く、その露出部をＬＤバーとの橋渡しをするウェブ状の延在部として利用出来るようにしている。本発明で用いられるＴＡＢテープの銅板（導電材）は、従来構造における冷却アセンブリから絶縁された金属板（配線基板５２）に対応し、ポリイミド膜は絶縁シート５１に対応する。従来構造においてボンディングワイヤ（金線）５３に対応する部分は、本発明ではＴＡＢテープの延在部（導電性）に対応する。なお、ＬＤバーに対向する延在部の先端付近には予備ハンダを施しておけば、ボンディングは容易である。あるいは、ＴＡＢテープの銅板部分全体がハンダメッキされていても構わない。
【００３２】
このようなＴＡＢテープは更に構造簡素で、量産性に富んでいる。また、金線などに比べて非常に大きな断面積を持つ導電路を形成出来るので、銅などの比較的安価な材料で低い電気抵抗が実現出来る。従って、従来の接続基板、前記絶縁シート及びＡｕワイヤ等でボンディングしていた従来の配線構造全体をウェブ状の延在部（導電性）を持つＴＡＢテープで置き換えることで、配線構造全体の簡素化と、低コスト化が同時に実現可能になる。
【００３３】
本発明による構造を別の観点から見ると、ＴＡＢテープの銅板（一般には、導電性の板状部）は、その一部が前記接続基板の役割も果たしており、ＬＤバーと接続基板を直接電気的に結合させたような形状が実現されており、配線構造全体の低抵抗化にも寄与していると言うことが出来る。
【００３４】
なお、ＴＡＢテープは量産性に富む部材であるため、コスト面の利点を保持することを考慮すると、厚さが一定で自由には選べない等の制約を受け易い。金型により成形することにより、成形形状の選択性には自由度があるが厚さを変更することは難しい。
【００３５】
本発明は、このような事情に対しても、スペーサ薄板を設けて諸部材間の水準調整（高さ合わせ）を行なうことで容易に対処出来る。ここで、スペーサ薄板を冷却アセンブリとＴＡＢテープの間に挿入する場合（第２のスペーサ薄板）の材料には導電性の有無は問われないが、ＴＡＢテープの上にスペーサ薄板（第１のスペーサ薄板）を挿入する場合には、スタックする際に上に来る冷却パッケージ（ＬＤバーモジュール）と電気的に結合する必要があるので導電性材料を使用する必要がある。第２のスペーサ薄板としては、加熱により接着力が発生する導電性フィルムや導電性の両面テープを用いると良い。
【００３６】
本発明では、冷却アセンブリにメッキを施しても良く、これはＬＤバーのボンディングを安定したものにする上で有利な一策である。このメッキは、金メッキでも良いが、高価であるためハンダメッキの方がコスト的に望ましい。なお、ここでいうハンダメッキの材料は、極く一般的な、「鉛と錫の合金」でも良いし、錫単体のハンダ及び銀錫銅合金等でも構わない。
【００３７】
なお、冷却アセンブリとＬＤバーの間にＬＤバーに熱膨張率が近く、熱伝導率が高い材料をダイスペーサとして挟み込んでも良い。これは、冷却アセンブリとＬＤバーの間のボンディングによるストレスを回避する上で好ましい措置である。この場合、ダイスペーサは、冷却アセンブリ側とＬＤバー側の双方について電気的結合を必要とするので、その固着にはハンダを使用すれば良い。ダイスペーサ自身の材料については、バリが少なく平面度の良い加工が容易なＳｉＣやＡ１Ｎ及びダイヤモンドなどは好ましいが、これらは絶縁物であるため表面（側面）をメタライズする。ＣｕＷのような材料を用いる場合には、導電性があるのでその必要はない。銅を使用すればコスト的に有利になる。
【００３８】
ＴＡＢテープのＬＤバー側近傍にスリットを入れることは、ＬＤバーとＴＡＢテープ間のボンディングによるストレスを低減させる上で好ましい。スリットはＬＤバー側の端まで入れても構わないし、途中まででも構わない。最終的に冷却パッケージ（ＬＤバーモジュール）はスタックされて２次元ＬＤアレイとなる。その際にＬＤバーモジュールに位置決め用ガイドやピン穴を設けておくことでスタックが容易になる。そのためにＴＡＢテープにも位置決め用ガイドやピン穴を設けておいて良い。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る２次元ＬＤアレイ面発光装置について説明する図で、ＬＤが実装されて多数積層される冷却パッケージの断面構造を、３つの順次隣合う冷却パッケージに代表させて表わした部分断面図である。図５の場合と同様、３つの冷却パッケージＰn-1 、Ｐn 及びＰn+1 は、積層体の１方の端部から数えてｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋１番目（但し、ｎは２以上の整数）の冷却パッケージであり、冷却パッケージＰn-1 の下側には冷却パッケージＰn-2 が連なり、冷却パッケージＰn+1 の上側には冷却パッケージＰn+2 が連なっている。
【００４０】
各冷却パッケージは基本的に同じものなので、冷却パッケージＰn を例にとってその構造と作用を説明する。符号１０は冷却パッケージＰn に装備される冷却アセンブリで、従来と同様の構成が採用されている。即ち、図４に分解斜視図で示したような３枚の金属薄板１１、１２、１３を結合した構造を有し、それらのの所定位置には冷却水流入／排出のための水路となる開口１６、１７が設けられている。本例では、開口１６は冷却水流入用に用いられ、開口１７は冷却水排出用に用いられる。冷却水は開口１６から、金属薄板１１、１２、１３の相互間に形成される冷却水路１５を通って流通し、開口１７へ排出される。
【００４１】
冷却水路１５は、ＬＤバー６０から熱を効率的に除去するために、図１に示した如く、ＬＤバー６０の直下位置を通っている。なお、図示は省略したが、各冷却パッケージの冷却ブリ間等において、冷却水が開口１６、１７の周辺あるいは冷却水路１５から漏れ出すことを防止するために、オーリング（Ｏ−リング）、ラバーシート等の封止手段が適所に用いられている。これら冷却水のシーリングに関連した構成は、本発明と特に関連がないので詳しい説明及び図示は省略する。
【００４２】
ＬＤバー６０は、金属薄板１３の縁部の近くに固定（ハンダ層４３）された導電性のダイスペーサ４１上に、ＬＤバー６０の一方の極側（例えば陰極側）の端子部と導通する状態で搭載（ハンダ層４２）されている。ＬＤバー６０の他方の極側（例えば陽極側）の端子部の電気的接続には、ＴＡＢテープ２０が利用されている。
【００４３】
なお、ダイスペーサ４１を構成する材料には、ＬＤバー６０に熱膨張率が近く、熱伝導率が高い材料が用いられることが好ましい。これは、冷却アセンブリ１０とＬＤバー６０の間のボンディングによるストレスを回避するためである。ダイスペーサの具体的な材料の例としては、バリが少なく平面度の良い加工が容易なＳｉＣやＡ１Ｎ及びダイヤモンドなどがあるが、これらを使用する場合には絶縁物であるため表面（側面）をメタライズする。ＣｕＷのような材料を用いる場合には、導電性があるのでその必要はない。銅を使用すればコスト的に有利になる。
【００４４】
さて、ここで用いられるＴＡＢテープ２０は、その概要を既述したように、銅版２１とその一部を覆うポリイミド樹脂層２８で構成されている。図２には、このＴＡＢテープ２０を銅板２１側から見た様子が平面図で例示されている。図２に示したように、ＴＡＢテープ２０の基部側には、冷却アセンブリ１０に設けられる開口１６、１７に対応して、開口２７、２８が、銅板２１とポリイミド樹脂層２８を貫いて形成されている。ＴＡＢテープ２０のＬＤバー６０に近い側は途中からやや幅が狭くなっており、そこにはスリット２４、２５が数本形成されている。ここで、スリット２４はテープ先端まで届かない切欠部を形成し、スリット２５はテープ先端まで届く切欠部を形成している。
【００４５】
ＴＡＢテープ２０は、このスリット形成部分から適当な範囲が、図１に示したように、ポリイミド樹脂層２８で被覆されていない延在部２２を形成している。この延在部２２の先端側（ＬＤバー６０側）にスリット２４、２５が形成され、延在部２２の先端がＬＤバー６０に接続される電気的接続部２３として使用される。延在部２２を含む銅板２１の全面あるいは一部表面には、ハンダメッキが施されていることが好ましい。特に、電気的接続部２３については、ハンダメッキに加えて金メッキを施し、より良好な導通を確保する場合もある。
【００４６】
なお、冷却アセンブリ（ＬＤバーモジュール）に位置決め用ガイドやピン穴を設けらておくことでスタックが容易になるが、それに対応して、ＴＡＢテープ２０にも位置決め用ガイド２９やピン穴を設けておいて良い。
【００４７】
本実施形態では、図１に示した通り、ポリイミド樹脂層２８が冷却アセンブリ１０の金属薄板１３側を向くようにＴＡＢテープ２０が配設され、ＴＡＢテープ２０と金属薄板１３の間には、スペーサ薄板３１が介挿されている。このスペーサ薄板３１はＴＡＢテープ２０の水準を調整してＬＤバー６０との水準の不整合を解消するために用いられるもので、水準調整の必要が無ければ省かれる。ここで、水準調整は、ＬＤバー６０の上に位置するＴＡＢテープの電気的接続部２３がスタックした際に隣の冷却アセンブリＰn+1 の冷却アセンブリ１０と押し付け合ってＬＤバー６０に外力が加わらないように（両者間に隙間が出来るように）行なわれる。
【００４８】
スペーサ薄板３１の使用に有無に関わらず、銅板２１と冷却アセンブリ１０（金属薄板１３）は少なくともポリイミド樹脂層２８を挟んで電気的に隔てられることになり、従来構造（図５参照）で使用されていた絶縁シート５１の配設は不要になる。また、第１のスペーサ薄板３１を用いる場合、その導電性の有無は問われないが、特段の固着手段を用いなくとも安定した配設状態を得るために、熱作用により接着力が現われる部材で構成されていることが好ましい。例えば、金属板の表面に適当な軟化点を有するハンダ層を設けたものを使用すれば、熱作用により接着力が現われる。
【００４９】
一方、銅板２１のポリイミド樹脂層２８と反対側の面は、隣の冷却パッケージＰn+1 の冷却アセンブリ１０の金属薄板１１と電気的に接触し、これと導通している。なお、より良い導通状態を確保するために、冷却アセンブリ１０の表面（金属薄板１１、１３の表面）の全部または一部にハンダメッキが施されていても良い。
【００５０】
このようにして、各冷却パッケージにおいて、冷却アセンブリ１０が一方の電極（第１の電極；例えば接地される陰極）を提供し、ＴＡＢテープ２０の銅板２１が他方の電極（第２の電極；例えば陽極）を提供する。そして、多数の冷却パッケージは積層された状態で、各ＬＤバー６０を駆動電流が流れるように直列に接続される。
【００５１】
なお、一方の端部側の冷却パッケージＰ1 の冷却アセンブリ１０が電源（図示せず）の一方の極（例えば陰極）に接続され、他方の端部側の冷却パッケージＰN （Ｎは積層冷却パッケージ数）の銅板２１が電源（図示せず）の他方の極（例えば陽極）に接続されることは言うまでもない。
【００５２】
また、スペーサ薄板３１にも、金属薄板１１〜１３の開口１６、１７と対応する位置に同サイズの開口（図示省略）が設けられており、これにより、冷却水の流入路及び排出路は、積層された冷却パッケージを貫いて形成されることになる。冷却水の流入路及び排出路の一端あるいは両端は、例えば循環ポンプの吐出側及び吸入側に接続される。
【００５３】
以上のように、第１の実施形態では、ＴＡＢテープ２０をポリイミド層２８が冷却アセンブリ１０側に来るような向きで用い、水準調整のためのスペーサ薄板３１を冷却アセンブリ１０との間に介挿した構造を採用しているが、水準調整のためのスペーサ薄板をＬＤ６０を実装する側で隣接する冷却パッケージ側に配設することも出来る。その例を第２の実施形態として、図１と同様の描示形式で図３に示した。
【００５４】
図３において、３つの順次隣合う冷却パッケージＱn-1 、Ｑn 及びＱn+1 は、積層体の１方の端部から数えてｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋１番目（但し、ｎは２以上の整数）の冷却パッケージであり、冷却パッケージＱn-1 の下側には冷却パッケージＱn-2 が連なり、冷却パッケージＱn+1 の上側には冷却パッケージＱn+2 が連なっている。
【００５５】
各冷却パッケージは基本的に同じものなので、冷却パッケージＱn を例にとってその構造と作用を説明する。符号１０は冷却パッケージＱn に装備される冷却アセンブリで、従来構造あるいは第１の実施形態で用いたものと同じ構成が採用されている。即ち、所定位置には冷却水流入／排出のための水路となる開口１６、１７が設けられた３枚の金属薄板１１、１２、１３が結合され、冷却水路１５が内部に形成されている。その他、冷却アセンブリ１０に関する事項は、第１の実施形態と同様なので、冷却アセンブリ１０自体の詳しい説明は省略する。
【００５６】
ＬＤバー６０は、第１の実施形態と同様、金属薄板１３の縁部の近くに固定（ハンダ層４３）された導電性のダイスペーサ４１上に、ＬＤバー６０の一方の極側（例えば陰極側）の端子部と導通する状態で搭載（ハンダ層４２）されている。ダイスペーサ４１の材料等については、第１の実施形態で説明した通りである。
【００５７】
ＬＤバー６０の他方の極側（例えば陽極側）の端子部の電気的接続には、ＴＡＢテープ２０が利用される。ここで用いられるＴＡＢテープ２０は、第１の実施形態で用いたものと同じものであって良い。即ち、ＴＡＢテープ２０は、銅版２１とその一部を覆うポリイミド樹脂層２８で構成され、銅板２１側から見た様子は図２に示した通りである。開口２７、２８は、銅板２１とポリイミド樹脂層２８を貫いて形成された冷却水流入／流出用のものである。スリット２４、２５についても、第１の実施形態の説明中で述べた通りである。
【００５８】
また、図３に示したように、ポリイミド樹脂層２８で一部が被覆されている銅版２１の延在部２２は、その先端部がＬＤバー６０に接続される電気的接続部２３として使用される点も同様である。延在部２２を含む銅板２１の全面あるいは一部表面には、ハンダメッキが施されていることが好ましい。特に、電気的接続部２３については、ハンダメッキに加えて金メッキを施し、より良好な導通を確保する場合もある。
【００５９】
本実施形態の特徴は、ＴＡＢテープ２０の銅板２１と、隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０の金属薄板１１の間に、スペーサ薄板（第２のスペーサ薄板）３２が介挿されている点にある。このスペーサ薄板３２は、ＴＡＢテープの電気的接続部２３が隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０にぶつからないように水準調整を行なうために配設される。水準調整の必要が無ければ省かれて良い。
【００６０】
本実施形態では、スペーサ薄板３２の使用に有無に関わらず、ポリイミド樹脂層２８は冷却アセンブリ１０とスペーサなしで対向するが、ポリイミド樹脂の高い絶縁性により、両者は電気的に隔てられる。従って、第１の実施形態と同様、従来構造（図５参照）で使用されていた絶縁シート５１の配設は不要になる。
【００６１】
また、スペーサ薄板３２を用いる場合、スペーサ薄板３２には銅板２１と隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０との間の導通を確保する機能が要求される。そのために、スペーサ薄板３２は電導性材料、あるいは、表面に導電性薄層を形成した絶縁性材料で構成される。典型的な電導性材料としては、銅や銅とタングステンからなる材料がある。また、その一部、特に隣の冷却アセンブリＱn+2 の冷却アセンブリ１０側とＬＤバー６０側には、ハンダメッキが施されていれば導通の確保がより容易になる。
【００６２】
このようにして、本実施形態においても、各冷却パッケージの冷却アセンブリ１０が一方の電極（第１の電極；例えば接地される陰極）を提供し、ＴＡＢテープ２０の銅板２１が他方の電極（第２の電極；例えば陽極）を提供する。そして、多数の冷却パッケージは積層された状態で、各ＬＤバー６０を駆動電流が流れるように直列に接続される。
【００６３】
なお、一方の端部側の冷却パッケージＱ1 の冷却アセンブリ１０が電源（図示せず）の一方の極（例えば陰極）に接続され、他方の端部側の冷却パッケージＱN （Ｎは積層冷却パッケージ数）の銅板２１が電源（図示せず）の他方の極（例えば陽極）に接続されることは言うまでもない。
【００６４】
また、スペーサ薄板３２についても、金属薄板１１〜１３の開口１６、１７と対応する位置に同サイズの開口（図示省略）が設けられており、これにより、冷却水の流入路及び排出路は、積層された冷却パッケージを貫いて形成されることになる。冷却水の流入路及び排出路の一端あるいは両端は、例えば循環ポンプの吐出側及び吸入側に接続される。
【００６５】
なお、いずれの実施形態においても、冷却アセンブリ１０の表面の全体あるいは所要部分に金メッキやハンダメッキを施すことが安定したボンディングを得る上で有利である。ここで、ハンダの材料（即ち、ハンダ合金）には例えばＰｂＳｎハンダやＳｎ単体のものを使用出来るが、ＬＤバー６０のボンディングの際に融解しないようにＳｉあるいはＰｂの組成比率の高いハンダ（融点が高い）を使用することが好ましい。組成比率で８０％程度のＳｎを含むＰｂＳｎハンダメッキは、一般的に良く利用されており、安価である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明においては、従来の構造で配線に使用する絶縁シート、接続基板、ボンディングワイヤが、安価で量産性に富んだＴＡＢテープで置き換えられるため、部材費、組立工数の低減が容易に実現出来る。
また、ワイヤ等でボンディングした場合と比較して、ＴＡＢテープは配線部分の断面積が大きく、接続基板に相当する部分（ＴＡＢテープの導電材料板）と直接に電気的な結合がなされるので、抵抗も低くすることが出来る。それに伴い、動作電圧を低くすることも可能になり、電気から光への変換効率の向上ももたらされる。
【００６７】
ＴＡＢテープの厚さの自由度の制約に対しても、水準調整用のスペーサ薄板を追加する簡単な構成で対応出来るので、支障なくＴＡＢテープの高い量産性を活かすことが出来る。また、必要に応じて、金メッキやハンダメッキを施すことにより、安定したボンディングや所要部分間の良好な導通確保等を図る上で、本発明の提案する構造は何の妨げにもならない。
【００６８】
ボンディングワイヤに代えてウェブ状の導体を用いたことによりＬＤバーにかかり得るストレスについても、スリット状の切欠を設けることでボンディングストレスを容易に小さく出来る。更に付帯的な利点としては、ＴＡＢテープに位置決め用ガイドやピン穴を設ければ、スタックが容易になることが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態について説明する図で、積層される冷却パッケージの断面構造が抽出描示されている。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態に使用されるＴＡＢテープを、銅板側から見た平面図で表わしたものである。
【図３】本発明の第２の実施形態について説明する図で、積層される冷却パッケージの断面構造が抽出描示されている。
【図４】従来構造及び本発明の第１及び第２の実施形態で使用されている冷却アセンブリについて説明する分解斜視図である。
【図５】従来技術について説明する図で、積層される冷却パッケージの断面構造が抽出描示されている。
【符号の説明】
１０ 冷却アセンブリ
１１、１２、１３ 冷却アセンブリの構成に用いられる金属薄板
１５ 冷却水路
１６、１７ 開口
２０ ＴＡＢテープ
２１ 銅板
２２ 銅板の延在部
２３ ＬＤバ−への接続部
２４、２５ スリット
２６、２７ 開口
２８ ポリイミド層
２９ 位置決め用ガイド
３１、３２ スペーサ薄板
４１、５５ ダイスペーサ
４２ ハンダ層
５１ 絶縁シート
５２ 配線基板（金属板）
５２ａ 突起部
６０ ＬＤバー
Ｐn-1 、Ｐn 、Ｐn+1 冷却パッケージ（第１の実施形態）
Ｑn-1 、Ｑn 、Ｑn+1 冷却パッケージ（第２の実施形態）
Ｒn-1 、Ｒn 、Ｒn+1 冷却パッケージ（従来構造）
Claims (15)
- ＬＤバーと熱的に接続された平板状の冷却パッケージを複数個積層して構成され、該各冷却パッケージには、冷却アセンブリと、前記ＬＤバーに電気的に接続された第１及び第２の電極手段とが含まれており、前記複数個の冷却パッケージは互いに電気的に直列接続されている、２次元ＬＤアレイ発光装置において、
前記第１の電極手段は、前記冷却アセンブリの少なくとも一部又は前記冷却アセンブリの表面の少なくとも一部に形成された導電性の層によって提供されており、
導電層と絶縁層から成るＴＡＢテープが、前記冷却アセンブリの前記ＬＤバーを配置する側の表面に前記絶縁層が対向するように設けられ、
前記ＴＡＢテープの前記導電層は前記第２の電極手段を提供するとともに、該第２の電極手段を前記ＬＤバーに電気的に接続するためのウェブ状の延在部を含み、
前記ＴＡＢテープの前記絶縁層によって前記第１の電極手段と前記第２の電極手段との間が電気的に絶縁されている、前記２次元ＬＤアレイ発光装置。 - 前記冷却アセンブリには、冷却液の流入用貫通穴及び流出用貫通穴に繋がった冷却液流路が形成されており、
前記ＴＡＢテープには、前記冷却液の流入用貫通穴及び前記流出用貫通穴に対応した位置に各々前記冷却液を通過させる開口が設けられている、請求項１に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。 - 前記ＴＡＢテープと前記冷却アセンブリの間に第１のスペーサ薄板が挿入されている、請求項１または請求項２に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記第１のスペーサ薄板が熱作用により接着力が現われる部材で構成されている、請求項３に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記ＴＡＢテープの前記導電層の上に、金属薄板、あるいは導電層が表面に形成された絶縁物の薄板が設置されている、請求項１または請求項２に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記導電層の上に設置される薄板が銅板である、請求項５に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記導電層の上に設置される薄板が、ハンダメッキされた銅板である、請求項５に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記ＬＤバーと前記冷却アセンブリの間に第２のスペーサ薄板が挿入されている、請求頃１乃至請求項７の何れか１項に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記第２のスペーサ薄板が電導性材料、あるいは、表面に導電性薄層を形成した絶縁性材料で構成されている、請求項８に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記第２のスペーサ薄板が銅で構成されている、請求項８に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記第２のスペーサ薄板が銅とタングステンからなる材料で構成されている、請求項８に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記第２のスペーサ薄板の少なくとも冷却アセンブリ側と前記ＬＤバー側にはハンダメッキが施されている、請求項１０、又は請求項１１に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記ＴＡＢテープの前記延在部の前記ＬＤアレイとの電気的接続部分にはハンダが形成され、更に前記ハンダ上に金メッキが施されている、請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記冷却アセンブリの表面に金メッキが施されている、請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
- 前記ＴＡＢテープは、前記ＬＤバーとの電気的接続部分の近傍に、スリット状の切欠き部を有している、請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載された２次元ＬＤアレイ発光装置。
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