JP4795739B2 - レーザパッケージ及びレーザモジュール - Google Patents

Description

本発明は、レーザ素子がパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージ、及び該レーザパッケージを備えたレーザモジュールに関するものである。

レーザ素子がパッケージベースと光出射用の透光性窓を備えたキャップとからなるパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージがある。レーザパッケージでは、通常、レーザ素子がパッケージベースに固定され、パッケージベースからレーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出された構造を有する。

パッケージベース及びキャップは互いに溶接固定され、これらの材質としては、溶接容易性、溶接熱のレーザ素子への熱伝導抑制性等の観点から、低熱伝導性材料のステンレス（ＳＵＳ）等のＦｅ系材料が一般に使用されている。ステンレスは熱伝導率が１６Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

レーザ素子としては、従来、発振波長９８０ｎｍ／出力９０ｍＷの赤外半導体レーザ素子など、比較的低出力のレーザ素子が用いられていた。赤外半導体レーザ素子の電気／光変換効率は４０〜６０％であり、出力９０ｍＷ時のレーザ素子からの発熱は６０〜１３５ｍＷと見積もられる。

近年、上記レーザ素子として、より高出力、例えば出力２００ｍＷ程度のＧａＮ系等の紫外半導体レーザ素子を用いることが検討されている。ＧａＮ系等の紫外半導体レーザ素子は、電気／光変換効率が２０〜２５％であり、出力２００ｍＷ時のレーザ素子からの発熱は０．６〜０．８Ｗと見積もられる。この放熱は赤外系の約５〜６倍と大きいため、熱伝導性の低いステンレス（ＳＵＳ）製のホルダではレーザ素子からの発熱を充分に放熱することができない。レーザ素子からの発熱が充分に放熱されないと、レーザ素子等の熱劣化によるレーザパッケージの低寿命化を招いてしまう。

レーザ素子からの発熱を放熱する放熱構造としては、図７（ａ）に示す如く、レーザパッケージ１１０のパッケージベース１１１の底面に、複数の配線ピン１１４が共に挿通される１個の挿通孔１３１を有する、熱伝導性が良好な放熱板１３０を取り付けることが提案されている。かかる放熱構造では、パッケージベース１１１と放熱板１３０との接触抵抗を下げるため、パッケージベース１１１と放熱板１３０とをシリコングリース等（図示略）を介して接合し密着性を高めることがなされている。図７（ａ）はレーザパッケージの側面図であり、放熱板１３０については断面図で示してある。符号１１２はレーザパッケージ１１０のキャップである。

特許文献１には、レーザパッケージを絶縁性の外部ケース（７）に収納すると共に、パッケージベースの底面外周部の一部と当接し、レーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピン（１１−１）と絶縁性の外部ケース（７）とを接続し、コンデンサ（９）が取り付けられた放熱板（８）を設ける放熱構造が記載されている。

また、図７（ｂ）に示す如く、レーザパッケージ１１０のパッケージベース１１１の底面に、複数の配線ピン１１４が各々挿通される挿通孔１５１が開孔されたペルチェ素子（冷却素子）１５０を取り付けることも提案されている。
特開平9-307162号公報

例外もあるが、熱伝導性が良好な材料は電気伝導性が良好な傾向にある。図７（ａ）に示す放熱構造では、放熱板としてＣｕやＡｌ等が使用されており、配線ピン間ショートを避けるため、放熱板に開孔する挿通孔の径は、複数の配線ピンが挿通孔の内面に接触しないよう、大きく確保する必要がある。したがって、従来は、パッケージベースの底面外周部のみが放熱板に当接する構成を採らざるを得ず、レーザパッケージと放熱板との接触面積を充分に確保することが難しい。しかも、パッケージベースの底面においては、外周部よりも複数の配線ピンに囲まれた中央部の温度が高くなる傾向にあるが、温度が高くなる中央部は放熱板と接触させることができない。以上の理由から、図７（ａ）の放熱構造は放熱効率が良くなく、ＧａＮ系等の高出力レーザ素子の使用には充分に対応することができない。

特許文献１の記載の放熱構造でも、特に温度が高くなるパッケージベースの底面中央部に放熱板（８）をつけることができないという状況は、図７（ａ）に示す放熱構造と同じである。

図７（ｂ）に示す放熱構造は、ペルチェ素子を取り付けるため、放熱板を用いるよりも放熱性は良好となるが、ペルチェ素子内の配線とのショートを避けるため、ペルチェ素子に開孔する挿通孔の径は配線ピンが挿通孔の内面に接触しないよう大きく確保する必要があり、特に温度が高くなるパッケージベースの底面中央部とペルチェ素子とを良好に接触させることができない点は、図７（ａ）の放熱構造と同様である。

配線ピンの径を大きくすることで、配線ピンから放熱させることも考えられるが、パッケージとして特殊パッケージを用いる必要があり、高コスト化に繋がる。

レーザパッケージの側面及び／又は上面に放熱板等を取り付けて、放熱面積を大きくすることも考えられるが、発熱量の大きいパッケージベースの底面中央部から離れた位置に放熱板等を取り付けても、ステンレス等の低熱伝導性材料からなるパッケージでは、パッケージ自身が抵抗となって良好な放熱性は得られない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特に温度が高くなるパッケージベースの底面中央部の放熱性を高めて、レーザパッケージ全体の放熱性を高めることができ、ＧａＮ系等の高出力レーザ素子の使用にも対応可能なレーザパッケージ、及びこれを用いたレーザモジュールを提供することを目的とするものである。

本発明のレーザパッケージは、単数又は複数のレーザ素子が、パッケージベースと光出射用の透光性窓を備えたキャップとからなるパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージにおいて、
前記レーザ素子が前記パッケージベースに固定され、該パッケージベースから、前記レーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出され、少なくとも１本の前記配線ピンの前記パッケージベースから外部に引き出された部分に対して、表面絶縁処理が施されたことを特徴とするものである。

本発明のレーザパッケージにおいて、前記表面絶縁処理が施された前記配線ピンは、絶縁樹脂チューブ又は絶縁樹脂層により被覆されたものであることが好ましい。前記絶縁樹脂チューブ又は前記絶縁樹脂層が、ポリイミド樹脂からなることが好ましい。

本発明のレーザパッケージにおいて、前記パッケージベースの底面に、前記配線ピンが挿通される単数又は複数の挿通孔を有する、前記パッケージベースよりも熱伝導性の高い可撓性放熱部材が取り付けられたことが好ましい。

本明細書において、「パッケージベースの底面」は、パッケージベースのキャップと反対側の面である。

特に、すべての前記配線ピン、若しくは前記複数の配線ピンのうち任意の１本を除く残りのすべての配線ピンに対して、前記表面絶縁処理が施されており、前記可撓性放熱部材は、前記挿通孔が、前記配線ピンの数及び位置に対応して、前記配線ピンとの間に実質的に隙間が形成されない径で開孔されており、前記パッケージベースの前記底面の前記配線ピンの取付け箇所を除く略全体を覆うものであることが好ましい。

本明細書において、「実質的に隙間が形成されない」とは、基本的には隙間がないように設計を行うが、部材間の寸法精度を考慮して多少余裕を見て挿通孔の径を設定してもよいことを意味している。また、「略全体を覆う」とは、パッケージベースの底面において、配線ピンの取付箇所より外側の外周部については、多少覆われていない部分があってもよいことを意味している。

前記可撓性放熱部材の熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。前記可撓性放熱部材としては、導電性カーボンからなるものが好ましい。

本発明のレーザパッケージは、前記レーザ素子が、ＧａＮ系半導体レーザ素子である場合に有効である。

本発明のレーザモジュールは、単数又は複数のレーザ素子が、パッケージベースと光出射用の透光性窓を備えたキャップとからなるパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージと、前記レーザパッケージの前記パッケージベースを底面側から支持する、該パッケージベースよりも熱伝導性の高い放熱支持体とを備えたレーザモジュールにおいて、
前記レーザパッケージは、前記レーザ素子が前記パッケージベースに固定され、該パッケージベースから、前記レーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出されたものであり、
前記放熱支持体は、前記配線ピンが挿通される単数又は複数の挿通孔を有するものであり、
少なくとも１本の前記配線ピンの前記パッケージベースから外部に引き出された部分、及び／又は少なくとも１個の前記挿通孔の内面に対して、表面絶縁処理が施されていることを特徴とするものである。

本発明のレーザモジュールにおいて、前記表面絶縁処理が施された前記配線ピン及び／又は前記挿通孔は、絶縁樹脂チューブ又は絶縁樹脂層により被覆されたものであることが好ましい。

本発明のレーザモジュールにおいて、前記放熱支持体は、前記挿通孔が、前記配線ピンの数及び位置に対応して、前記配線ピンとの間に実質的に隙間が形成されない径で開孔されており、前記パッケージベースの前記底面の前記配線ピンの取付け箇所を除く略全体を覆うものであることが好ましい。

本発明のレーザモジュールにおいて、前記パッケージベースは、前記配線ピンが挿通される単数又は複数の挿通孔を有する、前記パッケージベースよりも熱伝導性の高い可撓性放熱部材を介して、前記放熱支持体に支持されたことが好ましい。

特に、前記放熱支持体は、前記パッケージベースの前記底面を支持し、該底面より大きい面積のベース板と、該ベース板の前記レーザパッケージから離間する位置に、該レーザパッケージに対向して配置された側壁とを備えてなり、前記可撓性放熱部材は、前記パッケージベースの前記底面と前記ベース板との間に介在する部分と、該部分から延びて前記側壁に接続された部分とから構成されたものが好ましい。

本発明のレーザパッケージは、パッケージベースからレーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出され、少なくとも１本の配線ピンのパッケージベースから外部に引き出された部分に対して、表面絶縁処理が施されたものである。

本発明のレーザパッケージでは、表面絶縁処理が施された配線ピンについては配線ピン間ショートを考慮せずに、レーザパッケージに放熱支持体（放熱板等）や冷却素子（ペルチェ素子等）などの放熱部材を取り付けることができる。表面絶縁処理が施された配線ピンについては、放熱部材との間に隙間を設けなくてもよいので、従来に比して、レーザパッケージと放熱部材との接触面積を広く確保でき、しかも特に温度が高くなるパッケージベースの底面中央部の放熱性を高めることができるので、レーザパッケージ全体の放熱性を高めることができる。

本発明のレーザモジュールは、レーザパッケージと、レーザパッケージのパッケージベースを底面側から支持する、パッケージベースよりも熱伝導性の高い放熱支持体とを備えたものである。本発明のレーザモジュールは、レーザパッケージが、そのパッケージベースからレーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出されたものであり、放熱支持体が、配線ピンが挿通される単数又は複数の挿通孔を有するものであり、少なくとも１本の配線ピンのパッケージベースから外部に引き出された部分、及び／又は少なくとも１個の挿通孔の内面に対して、表面絶縁処理が施されたものである。

本発明のレーザモジュールでは、表面絶縁処理が施された部分については配線ピン間ショートを考慮する必要がなく、配線ピンとこれが挿通される挿通孔との間に隙間を設けなくてもよいので、従来に比して、レーザパッケージと放熱支持体との接触面積を広く確保でき、しかも特に温度が高くなるパッケージベースの底面中央部の放熱性を高めることができるので、レーザパッケージ全体の放熱性を高めることができる。

図面を参照して、本発明に係る実施形態のレーザパッケージ、及びこれを備えたレーザモジュールの構造について説明する。図１（ａ）はレーザパッケージの斜視図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は底面図、図１（ｄ）はレーザパッケージの中心軸を通る縦断面図（配線ピンについては省略）である。図２は配線ピンの断面構造を示す概略図である。図２では、缶パッケージについては側面図で示し、配線ピンについては配線ピンの中心軸を通る断面図で示してある。なお、図２では、視認しやすくするため、実際には同一断面上にない３本の配線ピンを同一断面上に図示してある。図３は、レーザモジュールの概略図である。図３は図２に対応する図であり、缶パッケージについては側面図で示し、配線ピン及び放熱支持体については断面図で示してある。

図１に示す如く、レーザパッケージ１は、缶パッケージ１０内に１個のレーザ素子２０が気密封止されたものである。缶パッケージ１０は、円板状のパッケージベース１１と光出射用の透光性窓１２ａを備えた断面視略コ字状のキャップ１２とからなり、パッケージベース１１とキャップ１２とは互いに気密に抵抗溶接（シーム溶接）されている。

レーザ素子２０は、缶パッケージ１０のパッケージベース１１に突設された放熱ブロック１３に、公知方法にてろう材（ＡｕＳｎやＩｎ等）を介して実装され固定されている。レーザ素子２０は、光出射面が缶パッケージ１０の透光性窓１２ａと対向するよう配置されている。図中、レーザ出射光に符号Ｌを付してある。

レーザ素子２０としては特に制限なく、ＧａＮ系（３７０〜４５０ｎｍ）、ＡｌＧａＩｎＰ系（５８０〜６９０ｎｍ）、ＩｎＧａＰ系（６５０〜１０００ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓ系（７００〜１０００ｎｍ）、ＧａＡｓＰ系（７００〜１０００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓ系（１０００〜３５００ｎｍ）、ＩｎＡｓＰ系（１０００〜３５００ｎｍ）等の半導体レーザ素子等が挙げられる。（）内の数字は発振波長域を示す。

本実施形態のレーザモジュール１は、従来一般に使用されている比較的低出力の赤外半導体レーザ素子はもちろんのこと、高出力の紫外半導体レーザ素子（ＧａＮ系等、発振波長３５０〜５００ｎｍ、例えば出力２００ｍＷ程度）の使用にも対応可能なものである。

パッケージベース１１の材質としては、パッケージベース１１とキャップ１２との溶接時の熱拡散を抑えるために、熱伝導率が低く配線ピン１４〜１６の封止材料と熱膨張係数が近い低熱膨張係数のものが使用され、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱伝導率：１０Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｆｅ−Ｎｉ合金（熱伝導率：１０Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｃｕ−Ｗ合金（熱伝導率：２００Ｗ／ｍ・Ｋ）等が使用される。キャップ１２の材質としては、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱伝導率：１４Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｆｅ−Ｎｉ合金（Ｆｅ含有量４２％、熱伝導率：１４Ｗ／ｍ・Ｋ）等が使用される。透光性窓１２ａの材質はガラス等が使用される。放熱ブロック１３の材質としては、Ｃｕ（熱伝導率：３９５Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｌ（熱伝導率：２３８Ｗ／ｍ・Ｋ）等が使用される。

図１及び図２に示す如く、パッケージベース１１から計３本の配線ピン１４〜１６が引き出されている。３本の配線ピン１４〜１６はパッケージベース１１の中心から略等距離にあり、略同一円周上に離間配置されている。

配線ピン１４はパッケージ１０と同電位になる固定用配線ピンである。パッケージ製造上の制約、レーザパッケージ１と後記放熱支持体３０との実装容易性等から、配線ピン１４においては、パッケージ１０内部に繋がるパッケージベース１１からの引出し箇所及びその近傍部分１４Ｑが、それよりも先の部分１４Ｐより径が大きくされている。符号１４Ｐ、１４Ｑで示す部分を各々、細径部、太径部と称す。

配線ピン１５は、レーザ素子２０に駆動電流を供給する給電用配線ピンである。配線ピン１６は、放熱ブロック１３に搭載された、レーザ素子２０の光量を検出するフォトダイオード等の光検出素子用の配線ピンである。配線ピン１５、１６は、パッケージ１０内からパッケージベース１１を貫通してパッケージ１０の外部に引き出されており、パッケージ１０内においてレーザ素子２０あるいは光検出素子と電気的に導通されている。

本実施形態では、配線ピン１４を除く残りのすべての配線ピン１５、１６について、パッケージベース１１から外部に引き出された部分に表面絶縁処理が施されている。具体的には、配線ピン１５、１６は、導電性配線部１５Ａ、１６Ａとその表面を覆う絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂとから構成されており、絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂによる表面絶縁処理が施されている。導電性配線部１５Ａ、１６Ａが、従来の配線ピンである。

配線ピン１５、１６には、パッケージベース１１から外部に引き出された部分であって、配線ピン１５、１６の実装側先端部１５Ｘ、１６Ｘ（レーザパッケージ１が各種モジュール等に実装される際に、半田等を介して実装固定される部分）を除く略全体に上記表面絶縁処理が施されている。

ただし、実装側先端部１５Ｘ、１６Ｘについても絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂにより被覆し、実装時又は実装前に実装側先端部１５Ｘ、１６Ｘの絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂを除去して導電性配線部１５Ａ、１６Ａを露出させるようにしても差し支えない。

絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂはパッケージベース１１の底面１１Ａに当接することが好ましいが、後記する放熱支持体３０と可撓性放熱部材４０を介した配線ピン間のショートが問題にならない範囲であれば、絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂとパッケージベース１１の底面１１Ａとの間には微小間隙があってもよい。

絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂとしては特に制限なく、絶縁樹脂チューブ又は絶縁樹脂層が好ましい。絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂをなす絶縁樹脂としては特に制限されない。ただし、配線ピン１５、１６の先端部１５Ｘ、１６Ｘを半田実装等する際に必要な耐熱性を有することが好ましい。具体的には、ガラス転移点（Ｔｇ）が２２０℃以上の樹脂が好ましい。かかる絶縁樹脂としては、ポリイミド樹脂（Ｔｇ：２２０〜４００℃）等が挙げられる。

ポリイミド樹脂は、テトラカルボン酸又はその酸無水物とジアミンとの重縮合物等のポリイミドを１種又は２種以上含む樹脂である。ポリイミドは、カルボン酸又はその酸無水物成分とジアミン成分との組合せにより、種々のタイプがある。ポリイミドとしては、ピロメリット酸二無水物と４，４’―ジアミノジフェニルエーテルの重縮合物等が挙げられる。ポリイミド樹脂は、必要に応じてポリイミド以外の樹脂や各種添加剤等の任意成分を含むものであってもよい。

導電性配線部１５Ａ、１６Ａ（従来の配線ピン）の絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂによる被覆は、導電性配線部１５Ａ、１６Ａを絶縁樹脂チューブに挿通することで実施できる。

導電性配線部１５Ａ、１６Ａの絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂによる被覆はまた、導電性配線部１５Ａ、１６Ａを１種又は２種以上のポリイミド及び／又はその前駆体であるポリアミド酸を含む溶液に浸漬させ、電着を実施するなどして、導電性配線部１５Ａ、１６Ａの表面にポリイミド樹脂からなる絶縁樹脂層を成膜することでも、実施できる。

配線ピン１４〜１６が、半田実装等の熱処理工程を経ずに、ソケット等に先端部が挿入されて実装される場合には、配線ピン１４〜１６の先端部にそれ程高い耐熱性は要求されないので、絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂとして任意の絶縁樹脂を用いることができる。

例えば、導電性配線部１５Ａ、１６Ａに、硬化性モノマー及び／又は硬化性プレポリマーと重合開始剤とを含む光硬化型又は熱硬化型の硬化性接着剤を塗布し、未硬化膜を形成した後、光照射又は加熱により未硬化膜を硬化することで、絶縁樹脂層からなる絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂを形成することができる。用いて好適な光硬化型接着剤としては、Epoxy Technology社製「UVO−114」（硬化後のＴｇ：５０℃）等が挙げられる。用いて好適な熱硬化型接着剤としては、Epoxy Technology社製「353ND」（硬化後の劣化開始温度４００℃）等が挙げられる。

図３に示す如く、本実施形態のレーザモジュール２は、上記レーザパッケージ１が、そのパッケージベース１１を底面１１Ａ側から支持する、パッケージベース１１よりも熱伝導性が高く、パッケージベース１１より大きい面積の板状の放熱支持体３０（放熱板）に取り付けられたものである。

レーザモジュール２において、レーザパッケージ１は、パッケージベース１１よりも熱伝導性の高い、パッケージベース１１と略同一平面形状を有し、放熱支持体３０よりも柔軟な、放熱シートや放熱フィルム等の可撓性放熱部材４０を介して、放熱支持体３０に支持されている。

可撓性放熱部材４０は、パッケージベース１１の底面１１Ａと配線ピン１４の太径部１４Ｑの底面に沿って配置され、配線ピン１４〜１６の数及び位置に対応して開孔された挿通孔Ｈ１〜Ｈ３を有する部材である。配線ピン１４に対応する挿通孔Ｈ１の径は、配線ピン１４の細径部１４Ｐの外径に略等しく設定され、配線ピン１５、１６に対応する挿通孔Ｈ２、Ｈ３の径は、配線ピン１５、１６の絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂで被覆された部分の外径に略等しく設定されている。すなわち、可撓性放熱部材４０は、配線ピン１４〜１６との間に実質的に隙間なく配設され、パッケージベース１１の底面１１Ａの配線ピン１４〜１６の取付け箇所を除く略全体を覆うよう、設計されている。

可撓性放熱部材４０の材質としては、パッケージベース１１よりも熱伝導性が高く、シート成形又はフィルム成形が可能であれば特に制限なく、Ｃｕ（熱伝導率：３９５Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｌ（熱伝導率：２３８Ｗ／ｍ・Ｋ）、及びこれらの合金等の金属、導電性カーボン（６００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋ）、ダイヤモンド等が挙げられる。

可撓性放熱部材４０の材質としては、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましく、導電性カーボン等が好ましい。導電性カーボンとしては、アモルファスカーボン、アモルファス部とグラファイト部とが混在した微結晶性又は多結晶性カーボン、グラファイトのいずれを用いてもよい。中でも、熱伝導性が良好なグラファイトが好ましく用いられる。

放熱支持体３０は、配線ピン１４〜１６の数及び位置に対応して開孔された挿通孔Ｈ１〜Ｈ３を有する放熱板である。同じ箇所に開孔された放熱支持体３０の挿通孔と可撓性放熱部材４０の挿通孔とは、互いに繋がった略同一径の挿通孔であるので、同じ符号を付してある。

放熱支持体３０のレーザパッケージ１側の面には、配線ピン１４の太径部１４Ｑの形状に合わせた凹部Ｈ４が形成されている。すなわち、放熱支持体３０は、可撓性放熱部材４０及び配線ピン１４〜１６との間に実質的に隙間なく配設され、パッケージベース１１の底面１１Ａの配線ピン１４〜１６の取付け箇所を除く略全体を覆うよう、設計されている。

放熱支持体３０の材質としては、パッケージベース１１よりも熱伝導性が高いものであれば特に制限なく、Ｃｕ（熱伝導率：３９５Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｌ（熱伝導率：２３８Ｗ／ｍ・Ｋ）、及びこれらの合金等が挙げられる。

本実施形態のレーザパッケージ１及びレーザモジュール２は、以上のように構成されている。

本実施形態のレーザパッケージ１は、配線ピン１４を除く残りのすべての配線ピン１５、１６について、パッケージベース１１から外部に引き出された部分に表面絶縁処理（具体的には絶縁性被覆材１５Ｂ、１６Ｂによる被覆処理）が施されたものである。

本実施形態のレーザパッケージ１では、配線ピン間が上記表面絶縁処理によって互いに絶縁されるので、配線ピン間ショートを考慮せずに、レーザパッケージ１に放熱支持体３０を取り付けて、レーザモジュール２を構成することができる。本実施形態では、配線ピン１４〜１６と放熱支持体３０との間に隙間を設けなくてもよいので、従来に比して、レーザパッケージ１と放熱支持体３０との接触面積を広く確保でき、しかも特に温度が高くなるパッケージベース１１の底面中央部１１Ｃ（図１（ｃ）参照）の放熱性を高めることができるので、レーザパッケージ１全体の放熱性を高めることができる。

本実施形態では、配線ピン間を互いに絶縁しつつ、固定用配線ピンである配線ピン１４については、上記表面絶縁処理を行わず、可撓性放熱部材４０及び放熱支持体３０と直接接触させる構成としている。したがって、温度が高くなるパッケージベース１１の底面中央部１１Ｃに近い位置にある配線ピン１４からも、放熱を効率よく実施することができ、好ましい。

なお、配線ピン１４〜１６のうち任意の１本を除く残りの配線ピンに対して、上記表面絶縁処理を施す構成とすれば、配線ピン間を互いに絶縁しつつ、表面絶縁処理を施さない配線ピンからの放熱効果が得られる。ただし、放熱効率の点で、太径部１４Ｑを有する配線ピン１４に対して表面絶縁処理を施さず、可撓性放熱部材４０及び放熱支持体３０と直接接触させることが好ましい。

本実施形態ではさらに、レーザパッケージ１０と放熱性支持体３０とを柔軟な可撓性放熱部材４０を介して接合する構成としている。可撓性放熱部材４０はそれ自身の熱伝導性が良好であり、しかも可撓性を有するので、レーザパッケージ１０と放熱性支持体３０との密着性を高める部材としても機能する。本実施形態では、かかる可撓性放熱部材４０を介在させることで、レーザパッケージ１０から放熱性支持体３０への熱伝導性を高め、より放熱性を高めている。

（設計変更）
本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。

上記実施形態では、固定用配線ピンである配線ピン１４については、上記表面絶縁処理を行わない場合について説明した。

本発明はかかる構成に制限されず、すべての配線ピン１４〜１６に対して表面絶縁処理を施す構成としてもよい。図４（ａ）に例示するレーザパッケージ３は、パッケージベース１１の底面と絶縁処理前の配線ピン１４の太径部１４Ｑの側面及び底面とを絶縁樹脂１７により被覆してから、絶縁処理前の配線ピン１４の細径部１４Ｐ、配線ピン１５、１６に各々、ポリイミド樹脂等の絶縁樹脂チューブを被覆するなどして、すべての配線ピン１４〜１６に対して表面絶縁処理を施したものである。図４（ｂ）に、レーザパッケージ３を用いたレーザモジュール４を示しておく。レーザモジュール４の基本構成は、上記実施形態のレーザモジュール２と同様である。図４中、符号１４Ａは配線ピン１４の導電性配線部（１５Ａ、１６Ａに対応）、符号１４Ｂは絶縁性被覆材である（１５Ｂ、１６Ｂに対応）。

また、少なくとも１本の配線ピンについて上記表面絶縁処理を行う構成とすれば、表面絶縁処理が施された配線ピンについては、配線ピン間ショートを考慮せずに、レーザパッケージに放熱支持体を取り付けることができるので、従来よりも放熱性が向上されたレーザパッケージ及びレーザモジュールを提供することができる。

少なくとも１本の配線ピンについて上記表面絶縁処理を行う構成について説明したが、レーザモジュール２、４では、放熱支持体３０の少なくとも１個の挿通孔の内面に対して、表面絶縁処理を施す構成としても、同様の効果が得られる。

上記実施形態では、放熱支持体３０が放熱板からなり、可撓性放熱部材４０がパッケージベース１１と略同一平面形状である場合について説明した。特に、図５に示す如く、放熱支持体３０を、パッケージベース１１の底面を支持し、該底面より大きい面積のベース板３１と、ベース板３１のレーザパッケージ１（３）から離間する位置に、レーザパッケージ１（３）に対向して配置された側壁３２とを備える構成とし、可撓性放熱部材４０を、パッケージベース１１の底面とベース板３１との間に介在する部分４１と、部分４１から延びて放熱支持体３０の側壁３２に接続された部分４２とからなる構成とすることが好ましい。図５に示すレーザモジュール５では、レーザパッケージ１（３）の発熱を、可撓性放熱部材４０のレーザパッケージ１（３）から引き出された部分４２及び放熱支持体３０の側壁３２からも効率よく熱拡散させて放熱させることができ、好ましい。側壁３２はベース板３１の外周に沿って円筒状に設けることが最も好ましいが、その形成範囲は適宜設計できる。

なお、可撓性放熱部材４０をレーザパッケージ１、３の構成要素に含めない説明としたが、可撓性放熱部材４０をレーザパッケージ１、３の構成要素に含めることは差し支えない。

上記実施形態では、レーザパッケージ１、３を放熱板等の放熱支持体３０に取り付ける場合についてのみ説明したが、レーザパッケージ１、３を放熱支持体（放熱板等）３０や冷却素子（ペルチェ素子等）などの任意の放熱部材に取り付けて、レーザモジュールを構成することができる。小型化の点では、レーザパッケージ１、３を放熱支持体（放熱板等）３０に取り付けることが好ましい。本発明では、冷却素子を用いることなく、良好な放熱性が得られる。

上記実施形態では、レーザ素子２０を１個備えたレーザパッケージ１、３について説明したが、本発明は複数のレーザ素子２０を使用して、複数のレーザ素子２０を備えたレーザパッケージにも適用可能である。複数のレーザ素子２０を使用する場合には、レーザ素子２０を各々異なる放熱ブロック１３に実装して、缶パッケージ１０内に複数の放熱ブロック１３を並べて配置することが好ましい。

配線ピンの数はレーザ素子２０の数等に応じて適宜設計される。放熱支持体３０及び可撓性放熱部材４０に開孔する挿通孔の数は配線ピンの数より少なくてもよく、複数の配線ピンを同じ挿通孔に挿通させてもよい。この場合も、表面絶縁処理された部分については挿通孔と配線ピンとの隙間を小さくできるので、従来よりも放熱性が向上されたレーザパッケージ及びレーザモジュールを提供することができる。

本発明のレーザパッケージ及びレーザモジュールは放熱性が良好であるので、レーザ素子２０として出力２００ｍＷ程度のＧａＮ系半導体レーザ素子等の高出力レーザ素子を用いる場合など、レーザパッケージ内の発熱量が多い系に有効である。本発明では、高出力レーザ素子を用いる場合にも、レーザ素子２０の熱劣化が抑えられるので、長期安定性に優れ、安定した出力が持続して得られる。

本発明に係る実施例及び比較例について説明する。

（比較例１、実施例１）
パッケージベース及びキャップの材質がステンレス（ＳＵＳ３０４、熱伝導率：１６Ｗ／ｍ・Ｋ）である５．６ｍｍφの缶パッケージに、出力２００ｍＷのＧａＮ系半導体レーザ素子が１個気密封止され、パッケージベースから計３本の配線ピン（外径０．５ｍｍφ）が引き出されたレーザパッケージの放熱性を評価した。

比較例１では、配線ピンのパッケージベースから外部に引き出された部分に表面絶縁処理は行わず、駆動開始からのパッケージベースの底面中央部の温度変化を、熱電対を用いて測定した。そのときの出力光量の変化を、レーザパッケージ内のフォトダイオードで検出した。なお、レーザ素子の素子温度とパッケージベース底面の温度とは、略一定の温度差を保って同様の挙動を示すため、パッケージベース底面の温度変化を測定することで、レーザ素子温度の変化を間接的に評価することができる。

実施例１では、固定用配線ピンを除く残りの２本の配線ピンについて、パッケージベースから外部に引き出された部分に６０μｍ厚のポリイミド樹脂チューブ（Ｔｇ：２２０℃）を被覆して表面絶縁処理を施し、上記実施形態のレーザパッケージ１を得た。このレーザパッケージ１に、可撓性放熱部材であるグラファイトシート（熱伝導率：５００Ｗ／ｍ・Ｋ、１００μｍ厚）と放熱支持体であるＡｌ放熱板（熱伝導率：２３８Ｗ／ｍ・Ｋ、５ｍｍ厚）とを取り付け、上記実施形態のレーザパッケージ２を得た。

実施例１のレーザモジュールに対して、比較例１と同様に、出力光量の変化を測定した。なお、実施例１では、可撓性放熱部材等を取り付けたので、パッケージベース底面の温度変化については測定していない。

（結果）
結果を図６に示す。図６（ａ）に示す如く、配線ピンの表面絶縁処理を実施しなかった比較例１のレーザパッケージでは、駆動開始後直ちにレーザ素子温度が上昇して、レーザ素子からの出力光量が低下した。これに対して、図６（ｂ）に示す如く、実施例１のレーザモジュールでは安定した出力光量が得られた。このことは、実施例１のレーザモジュールでは、レーザパッケージからの発熱が良好に放熱され、レーザ素子温度の上昇が抑えられたことを示している。

上記評価から、本発明によれば、高出力で電気／光変換効率が低く発熱量が大きな２００ｍＷ程度のレーザ素子を用いる場合にも、良好な放熱性が得られることが確認された。

本発明のレーザモジュールは、光通信、レーザ加工機、固体レーザ励起用光源、高輝度照明等の用途に好ましく利用できる。

（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る実施形態のレーザパッケージの構造を示す図 図１のレーザパッケージの配線ピンの断面構造を示す概略図 本発明に係る実施形態のレーザモジュールの構造を示す図 （ａ）、（ｂ）は設計変更例を示す図 設計変更例を示す図 （ａ）、（ｂ）は各々、比較例１、実施例１の評価結果を示すグラフ （ａ）、（ｂ）は従来のレーザパッケージの構造を示す図

符号の説明

１、３ レーザパッケージ
２、４、５ レーザモジュール
１０ 缶パッケージ
１１ パッケージベース
１１Ａ 底面
１２ キャップ
１２ａ 透光性窓
１４ 配線ピン
１５ 配線ピン（給電用配線ピン）
１６ 配線ピン
２０ レーザ素子
３０ 放熱支持体
３１ ベース板
３２ 側壁
４０ 可撓性放熱部材
４１ パッケージベースの底面と放熱支持体のベース板との間に介在する部分
４２ 部分４１から延びて放熱支持体の側壁に接続された部分
Ｈ１〜Ｈ３ 挿通孔

Claims (10)

1. 単数又は複数のレーザ素子が、パッケージベースと光出射用の透光性窓を備えたキャップとからなるパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージにおいて、
   前記レーザ素子が前記パッケージベースに固定され、該パッケージベースから、前記レーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出され、該複数の配線ピンのうち任意の１本を除く残りすべての該配線ピンの前記パッケージベースから外部に引き出された部分に対して、表面絶縁処理が施されており、
   前記パッケージベースの底面に、前記配線ピンが挿通される複数の挿通孔を有する、前記パッケージベースよりも熱伝導性の高い導電性の可撓性放熱部材が取り付けらており、
   該可撓性放熱部材は、前記挿通孔が、前記配線ピンの数及び位置に対応して、前記配線ピンとの間に実質的に隙間が形成されない径で開孔されており、前記パッケージベースの前記底面の前記配線ピンの取り付け箇所を除く略全体を覆うものであることを特徴とするレーザパッケージ。
2. 前記表面絶縁処理が施された前記配線ピンは、絶縁樹脂チューブ又は絶縁樹脂層により被覆されたものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザパッケージ。
3. 前記絶縁樹脂チューブ又は前記絶縁樹脂層が、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項２に記載のレーザパッケージ。
4. 前記可撓性放熱部材の熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１に記載のレーザパッケージ。
5. 前記可撓性放熱部材が、導電性カーボンからなることを特徴とする請求項４に記載のレーザパッケージ。
6. 前記レーザ素子が、ＧａＮ系半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザパッケージ。
7. 単数又は複数のレーザ素子が、パッケージベースと光出射用の透光性窓を備えたキャップとからなるパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージと、
   前記レーザパッケージの前記パッケージベースを底面側から支持する、該パッケージベースよりも熱伝導性の高い導電性の放熱支持体とを備えたレーザモジュールにおいて、
   前記レーザパッケージは、前記レーザ素子が前記パッケージベースに固定され、該パッケージベースから、前記レーザ素子に駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが引き出されたものであり、
   前記放熱支持体は、前記配線ピンが挿通される複数の挿通孔を有するものであり、
   該複数の配線ピンのうち任意の１本を除く残りすべての該配線ピンの前記パッケージベースから外部に引き出された部分、及び／又は前記複数の配線ピンのうち任意の１本を除く残りすべての該配線ピンが挿通される前記挿通孔の内面に対して、表面絶縁処理が施されており、
   前記放熱支持体は、前記挿通孔が、前記配線ピンの数及び位置に対応して、前記配線ピンとの間に実質的に隙間が形成されない径で開孔されており、前記パッケージベースの前記底面の前記配線ピンの取り付け箇所を除く略全体を覆うものであることを特徴とするレーザモジュール。
8. 前記表面絶縁処理が施された前記配線ピン及び／又は前記挿通孔は、絶縁樹脂チューブ又は絶縁樹脂層により被覆されたものであることを特徴とする請求項７に記載のレーザモジュール。
9. 前記パッケージベースは、前記配線ピンが挿通される単数又は複数の挿通孔を有する、前記パッケージベースよりも熱伝導性の高い可撓性放熱部材を介して、前記放熱支持体に支持されたことを特徴とする請求項７〜８のいずれかに記載のレーザモジュール。
10. 前記放熱支持体は、前記パッケージベースの前記底面を支持し、該底面より大きい面積のベース板と、該ベース板の前記レーザパッケージから離間する位置に、該レーザパッケージに対向して配置された側壁とを備えてなり、
    前記可撓性放熱部材は、前記パッケージベースの前記底面と前記ベース板との間に介在する部分と、該部分から延びて前記側壁に接続された部分とから構成されたことを特徴とする請求項９に記載のレーザモジュール。

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