JPH0613717A - レーザダイオードバー用の担体及び実装アセンブリ - Google Patents
レーザダイオードバー用の担体及び実装アセンブリInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱除去性能に優れており、組立の容易なレー
ザダイオードアレーを実装するための担体及びアセンブ
リを提供する。 【構成】 レーザダイオードバー１０は、高い熱伝導率
を有する誘電材料から形成された一般に長方形のブロッ
クを含んでいる。該ブロックはブロック内に形成された
段状凹部を含み、該段状凹部は、その上部に実装される
べきレーザダイオードバー２６の高さのほぼ半分に等し
い高さを有する。レーザダイオードバー用実装アセンブ
リは、互いに接触し且つ段状凹部が互いに対面するよう
状態で対向するように配列された１対の担体を含んでい
る。レーザダイオードバーは、担体間で、担体の組み合
わされた段状凹部によって残された空間内に配置され
る。複数のアセンブリが互いに接触するか又は離れて配
置される。
ザダイオードアレーを実装するための担体及びアセンブ
リを提供する。 【構成】 レーザダイオードバー１０は、高い熱伝導率
を有する誘電材料から形成された一般に長方形のブロッ
クを含んでいる。該ブロックはブロック内に形成された
段状凹部を含み、該段状凹部は、その上部に実装される
べきレーザダイオードバー２６の高さのほぼ半分に等し
い高さを有する。レーザダイオードバー用実装アセンブ
リは、互いに接触し且つ段状凹部が互いに対面するよう
状態で対向するように配列された１対の担体を含んでい
る。レーザダイオードバーは、担体間で、担体の組み合
わされた段状凹部によって残された空間内に配置され
る。複数のアセンブリが互いに接触するか又は離れて配
置される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザダイオードアレー
に関する。本発明は特にレーザダイオードアレーを実装
するための担体及び実装アセンブリに関する。
に関する。本発明は特にレーザダイオードアレーを実装
するための担体及び実装アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】大抵のレーザダイオード、特に高電力で
動作するレーザダイオードは通常、レーザダイオード又
はレーザダイオードアレーを、ダイヤモンド又は銅のよ
うな熱伝導性材料から形成されたヒートスプレッダには
んだ付けすることによって実装される。ヒートスプレッ
ダ自体は、銅のような熱伝導性材料から形成されたサブ
マウントに固定されている。この最終アセンブリはひれ
のついたヒートシンク又は熱電気冷却器に取り付けられ
る。種々の部品及びアセンブリ全体の寸法形状は用途に
よって変わり得る。
動作するレーザダイオードは通常、レーザダイオード又
はレーザダイオードアレーを、ダイヤモンド又は銅のよ
うな熱伝導性材料から形成されたヒートスプレッダには
んだ付けすることによって実装される。ヒートスプレッ
ダ自体は、銅のような熱伝導性材料から形成されたサブ
マウントに固定されている。この最終アセンブリはひれ
のついたヒートシンク又は熱電気冷却器に取り付けられ
る。種々の部品及びアセンブリ全体の寸法形状は用途に
よって変わり得る。
【０００３】特定の方法についての設計上の配慮の大半
は、組立ての容易さ及び熱除去の効率に関係している。
個々のレーザダイオードの光出力ではなく、直流電気特
性のみをウェーハ形態で試験することができるので、個
々のレーザダイオードは通常ヒートスプレッダ及び／又
はサブマウント上に実装され、且つ最終組立てに入る前
に試験を受ける。この２段階の組立て方法は、許容範囲
の生産量を維持するには重要である。レーザダイオード
アレーの個々のレーザダイオードの不良又は動作不能の
ために必要とされる再処理を最終組立ての後に行うとコ
スト高となる。従って、実装用部品及び実装方法は、レ
ーザができるだけ早く光学的に試験され、且つレーザ自
体のその後の処理が最小限になるように考えられてい
る。アラインメント及び安定性が重要な光ファイバ通信
のような用途では、部品の相対及び絶対熱膨張が重要で
ある。
は、組立ての容易さ及び熱除去の効率に関係している。
個々のレーザダイオードの光出力ではなく、直流電気特
性のみをウェーハ形態で試験することができるので、個
々のレーザダイオードは通常ヒートスプレッダ及び／又
はサブマウント上に実装され、且つ最終組立てに入る前
に試験を受ける。この２段階の組立て方法は、許容範囲
の生産量を維持するには重要である。レーザダイオード
アレーの個々のレーザダイオードの不良又は動作不能の
ために必要とされる再処理を最終組立ての後に行うとコ
スト高となる。従って、実装用部品及び実装方法は、レ
ーザができるだけ早く光学的に試験され、且つレーザ自
体のその後の処理が最小限になるように考えられてい
る。アラインメント及び安定性が重要な光ファイバ通信
のような用途では、部品の相対及び絶対熱膨張が重要で
ある。
【０００４】集中（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ）高強度
レーザ放射源を必要とするダイオード励起型ＹＡＧレー
ザ（例えば単一の１ｃｍｘ０．０８ｃｍのバーに多数
（５０〜１００）の放出区域を有し得るレーザダイオー
ドアレー）のような高電力用途では、高熱流量を除去す
るのに極めて効果的な“ラック”アンド“スタック”ア
プローチがしばしば使用されている。
レーザ放射源を必要とするダイオード励起型ＹＡＧレー
ザ（例えば単一の１ｃｍｘ０．０８ｃｍのバーに多数
（５０〜１００）の放出区域を有し得るレーザダイオー
ドアレー）のような高電力用途では、高熱流量を除去す
るのに極めて効果的な“ラック”アンド“スタック”ア
プローチがしばしば使用されている。
【０００５】レーザダイオードアレーは、熱を除去する
ヒートシンクとして作用する冷却されたバックプレーン
に装置からの熱を運ぶヒートスプレッダにはんだ付けさ
れる。ユニットを相互に積み重ねることによって、基本
的なラックアンドスタックユニットが繰り返され、それ
によって非常に高い熱除去性能を有する極めてコンパク
トな集中高電力レーザ光源が得られる。時折絶縁スペー
サが、組立てを容易にし且つワイヤボンディングパッド
として作用するためにヒートスプレッダの上部に取付け
られている。従来の実装方法に関して前述したように、
レーザダイオードアレーはまず、最終組立て前の光学試
験を容易にするヒートスプレッダ又はサブマウントに取
り付けられる。一旦レーザダイオードアレーの光学性能
が確認されると、次にバーがヒートシンクに取り付けら
れる。これは多数のバーが相互に積み重ねられていると
きには難しい方法である。更には、電流はレーザダイオ
ードアレーを通じて上から下に流れるので、レーザダイ
オードアレーを電気的に短絡させず且つレーザダイオー
ドアレーを他のレーザダイオードアレー及びヒートシン
クから適切に離すように注意せねばならない。
ヒートシンクとして作用する冷却されたバックプレーン
に装置からの熱を運ぶヒートスプレッダにはんだ付けさ
れる。ユニットを相互に積み重ねることによって、基本
的なラックアンドスタックユニットが繰り返され、それ
によって非常に高い熱除去性能を有する極めてコンパク
トな集中高電力レーザ光源が得られる。時折絶縁スペー
サが、組立てを容易にし且つワイヤボンディングパッド
として作用するためにヒートスプレッダの上部に取付け
られている。従来の実装方法に関して前述したように、
レーザダイオードアレーはまず、最終組立て前の光学試
験を容易にするヒートスプレッダ又はサブマウントに取
り付けられる。一旦レーザダイオードアレーの光学性能
が確認されると、次にバーがヒートシンクに取り付けら
れる。これは多数のバーが相互に積み重ねられていると
きには難しい方法である。更には、電流はレーザダイオ
ードアレーを通じて上から下に流れるので、レーザダイ
オードアレーを電気的に短絡させず且つレーザダイオー
ドアレーを他のレーザダイオードアレー及びヒートシン
クから適切に離すように注意せねばならない。
【０００６】これらの用途で使用されるレーザダイオー
ドアレーは多量の熱を小さな区域内に散逸させるので、
ヒートスプレッダは良好な熱的性質を示すと共に試験及
び実装を容易にせねばならない。実装されたレーザダイ
オードアレーが取り付けられるヒートシンク又は冷却さ
れたバックプレーンは、小さな区域から多量の熱を除去
できねばならない。これらの用途で使用される先進のヒ
ートシンクは通常インピングメントクーラ（ｉｍｐｉｎ
ｇｅｍｅｎｔ ｃｏｏｌｅｒｓ）又はマイクロチャネル
クーラである。インピングメントクーラはバックプレー
ンに直接冷却流体を噴霧し、次に他の冷却段階を通じて
再循環される。概略的に説明したマイクロチャネルクー
ラは、シリコンのような材料でエッチングされた狭管を
通じて流体を循環させる。適切に設計されたこれらの装
置はかなりの熱流量を処理することができる。
ドアレーは多量の熱を小さな区域内に散逸させるので、
ヒートスプレッダは良好な熱的性質を示すと共に試験及
び実装を容易にせねばならない。実装されたレーザダイ
オードアレーが取り付けられるヒートシンク又は冷却さ
れたバックプレーンは、小さな区域から多量の熱を除去
できねばならない。これらの用途で使用される先進のヒ
ートシンクは通常インピングメントクーラ（ｉｍｐｉｎ
ｇｅｍｅｎｔ ｃｏｏｌｅｒｓ）又はマイクロチャネル
クーラである。インピングメントクーラはバックプレー
ンに直接冷却流体を噴霧し、次に他の冷却段階を通じて
再循環される。概略的に説明したマイクロチャネルクー
ラは、シリコンのような材料でエッチングされた狭管を
通じて流体を循環させる。適切に設計されたこれらの装
置はかなりの熱流量を処理することができる。
【０００７】例えば、Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｌｉｖｅｒｍ
ｏｒｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙでは、レーザダイオード
アレーが取り付けられるヒートシンク自体がマイクロチ
ャネルクーラであるラックアンドスタック実装方法が開
発された。従って、ラックアンドスタック方法では、レ
ーザダイオードアレーは個々のマイクロチャネルクーラ
上に実装され、このアセンブリが積み重ねられる。この
方法では、高圧冷却流体を全てのクーラで有効に得る方
法、及び電流をクーラ自体を通じて流す方法に関する設
計上の複雑な問題を解決する必要がある。
ｏｒｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙでは、レーザダイオード
アレーが取り付けられるヒートシンク自体がマイクロチ
ャネルクーラであるラックアンドスタック実装方法が開
発された。従って、ラックアンドスタック方法では、レ
ーザダイオードアレーは個々のマイクロチャネルクーラ
上に実装され、このアセンブリが積み重ねられる。この
方法では、高圧冷却流体を全てのクーラで有効に得る方
法、及び電流をクーラ自体を通じて流す方法に関する設
計上の複雑な問題を解決する必要がある。
【０００８】技術の現況を考慮すると、組立てが困難な
ためにコストがかかり、且つ生産量が少なく、またラッ
クアンドスタック部品形成用の熱伝導率の高い材料の加
工が困難であるという従来技術の欠点を克服するレーザ
ダイオードエミッタのアレーを実装するための構造及び
方法を提供する必要がある。
ためにコストがかかり、且つ生産量が少なく、またラッ
クアンドスタック部品形成用の熱伝導率の高い材料の加
工が困難であるという従来技術の欠点を克服するレーザ
ダイオードエミッタのアレーを実装するための構造及び
方法を提供する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】レーザダイオードアレ
ーからの熱除去を改善することが本発明の目的である。
ーからの熱除去を改善することが本発明の目的である。
【００１０】レーザダイオードアレーの組立ての複雑さ
を少なくし且つレーザダイオードアレー組立て中の歩留
まりを改善することが本発明の他の目的である。
を少なくし且つレーザダイオードアレー組立て中の歩留
まりを改善することが本発明の他の目的である。
【００１１】レーザダイオードアレーの機械的アライン
メント精度を改善し、且つレーザダイオードアレー用給
電金属化パターンの複雑さを少なくすることが本発明の
他の目的である。
メント精度を改善し、且つレーザダイオードアレー用給
電金属化パターンの複雑さを少なくすることが本発明の
他の目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザダイオー
ドバー担体は、レーザダイオードアレーを収容するため
の段状凹部を組み込む一般に長方形の誘電材料ブロック
を含んでいる。段状凹部は、その上部に実装されるべき
レーザダイオードアレーの厚さのほぼ半分であることが
好ましい。本発明の好ましい実施例によれば、レーザダ
イオードアレーは、１対のレーザダイオードバー担体の
段状凹部部分の２つの対向面上に実装される。レーザダ
イオードアレーは、共融結合、接着結合のような適切な
結合技術又は他の方法を使用して誘電レーザバー担体に
取り付けられる。バー担体上に置かれた金属化パターン
は、レーザダイオードバー上のダイオードエミッタに給
電電圧電位を提供する。レーザバー担体の厚さはレーザ
の垂直方向の積み重ね密度と側方熱抵抗とのバランスを
最適化するために変えることができる。
ドバー担体は、レーザダイオードアレーを収容するため
の段状凹部を組み込む一般に長方形の誘電材料ブロック
を含んでいる。段状凹部は、その上部に実装されるべき
レーザダイオードアレーの厚さのほぼ半分であることが
好ましい。本発明の好ましい実施例によれば、レーザダ
イオードアレーは、１対のレーザダイオードバー担体の
段状凹部部分の２つの対向面上に実装される。レーザダ
イオードアレーは、共融結合、接着結合のような適切な
結合技術又は他の方法を使用して誘電レーザバー担体に
取り付けられる。バー担体上に置かれた金属化パターン
は、レーザダイオードバー上のダイオードエミッタに給
電電圧電位を提供する。レーザバー担体の厚さはレーザ
の垂直方向の積み重ね密度と側方熱抵抗とのバランスを
最適化するために変えることができる。
【００１３】本発明のレーザバー担体は多様な材料から
製造され得る。優れた熱伝導体及び電気絶縁体である材
料が望まれるが、ダイヤモンド及び酸化ベリリウムの２
つがこのような材料である。ダイヤモンドは熱的性質及
び熱機械安定性の見地から最適な材料である。多様な形
状のレーザアレーへの給電を可能とするために、レーザ
アレーへの給電用金属化パターンがレーザバー担体の面
上に形成され得る。レーザバーの構成によっては、金属
化トレースをレーザバーからバックプレーン又は冷却プ
レート区域まで導くことによってダイオードを個々に給
電することが可能である。これは、ユニット毎のばらつ
きを補正するために個々のダイオードに異なった電力を
供給することを可能にする。
製造され得る。優れた熱伝導体及び電気絶縁体である材
料が望まれるが、ダイヤモンド及び酸化ベリリウムの２
つがこのような材料である。ダイヤモンドは熱的性質及
び熱機械安定性の見地から最適な材料である。多様な形
状のレーザアレーへの給電を可能とするために、レーザ
アレーへの給電用金属化パターンがレーザバー担体の面
上に形成され得る。レーザバーの構成によっては、金属
化トレースをレーザバーからバックプレーン又は冷却プ
レート区域まで導くことによってダイオードを個々に給
電することが可能である。これは、ユニット毎のばらつ
きを補正するために個々のダイオードに異なった電力を
供給することを可能にする。
【００１４】
【実施例】本発明の以下の説明が単に例示的であって、
本発明を何等限定するものではないことは当業者には自
明である。本発明の他の実施例がこのような当業者によ
り容易に提案されるであろう。
本発明を何等限定するものではないことは当業者には自
明である。本発明の他の実施例がこのような当業者によ
り容易に提案されるであろう。
【００１５】まず図１ａ及び図１ｂは、２つの異なる給
電金属化パターンを例示する本発明のレーザダイオード
バー担体の２つの斜視図である。図１ａ及び図１ｂから
分かるように、本発明のレーザダイオードバー担体は好
ましくは、熱伝導率の高い誘電材料のブロック１０を含
んでいる。本発明で使用するのに適した材料はダイヤモ
ンド及び酸化ベリリウムを含んでいる。ブロック１０は
一般に長方形であるが、他の形状が可能であることは当
業者には自明である。
電金属化パターンを例示する本発明のレーザダイオード
バー担体の２つの斜視図である。図１ａ及び図１ｂから
分かるように、本発明のレーザダイオードバー担体は好
ましくは、熱伝導率の高い誘電材料のブロック１０を含
んでいる。本発明で使用するのに適した材料はダイヤモ
ンド及び酸化ベリリウムを含んでいる。ブロック１０は
一般に長方形であるが、他の形状が可能であることは当
業者には自明である。
【００１６】ブロック１０は段状部分１２を備えてい
る。本発明の好ましい実施例によれば、段状部分１２
は、段の高さがレーザダイオードエミッタバーの高さの
半分に実質的に等しくなるように選択されるような寸法
とされる。担体１０の段状部分１２は、レーザダイオー
ドバーを受容するように構成されている。段状部分１２
は、レーザダイオードバーを実装するために、上部に実
装面１４を有する。担体１０は更に整合面１６を含んで
いる。
る。本発明の好ましい実施例によれば、段状部分１２
は、段の高さがレーザダイオードエミッタバーの高さの
半分に実質的に等しくなるように選択されるような寸法
とされる。担体１０の段状部分１２は、レーザダイオー
ドバーを受容するように構成されている。段状部分１２
は、レーザダイオードバーを実装するために、上部に実
装面１４を有する。担体１０は更に整合面１６を含んで
いる。
【００１７】採用可能な多数の技術の１つを使用して１
つの給電電圧電位を伝導性接着剤を介して共通に接続さ
れているエミッタに供給するために、伝導材料の層が担
体１０の面上に形成され且つパターン化される。このよ
うな給電金属化の２つの変形例がそれぞれ図１ａ及び図
１ｂに示されている。
つの給電電圧電位を伝導性接着剤を介して共通に接続さ
れているエミッタに供給するために、伝導材料の層が担
体１０の面上に形成され且つパターン化される。このよ
うな給電金属化の２つの変形例がそれぞれ図１ａ及び図
１ｂに示されている。
【００１８】図１ａでは、好ましくはチタン−白金−金
又はクロム−金のサンドイッチのような金属から又は他
の標準的半導体金属化材料から形成される伝導性ストリ
ップ１８が実装面１４上に形成される。伝導性ストリッ
プ１８は、接続場所を形成するために、担体１０の側面
の一方の縁部の周りに巻かれた部分２０を有する。伝導
性ストリップ１８は２つの目的を果たす。伝導性ストリ
ップはレーザダイオードバーの取り付け用結合支持体と
して機能し、更にはダイオードバーの各エミッタの一方
の端末と第１の給電電位との間の共通接続として機能す
る。
又はクロム−金のサンドイッチのような金属から又は他
の標準的半導体金属化材料から形成される伝導性ストリ
ップ１８が実装面１４上に形成される。伝導性ストリッ
プ１８は、接続場所を形成するために、担体１０の側面
の一方の縁部の周りに巻かれた部分２０を有する。伝導
性ストリップ１８は２つの目的を果たす。伝導性ストリ
ップはレーザダイオードバーの取り付け用結合支持体と
して機能し、更にはダイオードバーの各エミッタの一方
の端末と第１の給電電位との間の共通接続として機能す
る。
【００１９】担体１０の整合面１６上には複数の伝導性
ワイヤボンディングパッド２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２
２ｄも備わっている。第２の給電電位をレーザダイオー
ドバー上の各レーザダイオードエミッタの他方の端末に
接続するために、ワイヤボンディング又は他の適切な技
術が使用される。ワイヤボンディングパッドを使用する
このタイプの一般的な例が図２に示されており、この図
２を参照して説明する。
ワイヤボンディングパッド２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２
２ｄも備わっている。第２の給電電位をレーザダイオー
ドバー上の各レーザダイオードエミッタの他方の端末に
接続するために、ワイヤボンディング又は他の適切な技
術が使用される。ワイヤボンディングパッドを使用する
このタイプの一般的な例が図２に示されており、この図
２を参照して説明する。
【００２０】本発明の担体を用いる際に可能な他の接続
例を図１ｂに示す。図１ｂでは、伝導性ストリップ１８
（又は一連のボンディングパッド（図示せず））は、段
を越えて担体１０の整合面１６を横切って伸びている１
つ以上のリード線２４を備えている。給電電位の接続点
として機能するように、リード線２４を整合面１６の縁
部上で折り重ねても良い。
例を図１ｂに示す。図１ｂでは、伝導性ストリップ１８
（又は一連のボンディングパッド（図示せず））は、段
を越えて担体１０の整合面１６を横切って伸びている１
つ以上のリード線２４を備えている。給電電位の接続点
として機能するように、リード線２４を整合面１６の縁
部上で折り重ねても良い。
【００２１】通常の用途では、担体１０は合成ダイヤモ
ンドから形成されるが、窒化硼素のような熱伝導率の高
い任意の絶縁材料から形成してもよい。又は、伝導性リ
ード線が短絡をおこさずにレーザダイオードエミッタに
取り付けられるように担体１０が絶縁材料で被覆される
ならば、担体１０は銅又はアルミニウムような熱伝導率
の高い伝導性材料から形成することができる。
ンドから形成されるが、窒化硼素のような熱伝導率の高
い任意の絶縁材料から形成してもよい。又は、伝導性リ
ード線が短絡をおこさずにレーザダイオードエミッタに
取り付けられるように担体１０が絶縁材料で被覆される
ならば、担体１０は銅又はアルミニウムような熱伝導率
の高い伝導性材料から形成することができる。
【００２２】担体１０は、ダイヤモンドから形成される
ときには長方形ブロックとして形成することができる。
また、段はマスクドプラズマエッチング技術のような方
法又は他のよく知られた技術を使用してエッチングする
ことができる。これに代えて、担体１０は、例えば、参
照すれば本明細書の一部を構成することが明らかである
１９９１年２月２８日に出願された同時係属中の特許出
願第０７／７０４，９９７号に開示されているような段
の特徴を有する形状に粒子状ダイヤモンドを固めること
によって、又は段の特徴の反対の像（ｎｅｇａｔｉｖｅ
ｉｍａｇｅ）を含むシリコンのような支持体上でダイ
ヤモンド生長方法を実施することにより段の特徴を組み
込む幾つかの方法で形成することができる。
ときには長方形ブロックとして形成することができる。
また、段はマスクドプラズマエッチング技術のような方
法又は他のよく知られた技術を使用してエッチングする
ことができる。これに代えて、担体１０は、例えば、参
照すれば本明細書の一部を構成することが明らかである
１９９１年２月２８日に出願された同時係属中の特許出
願第０７／７０４，９９７号に開示されているような段
の特徴を有する形状に粒子状ダイヤモンドを固めること
によって、又は段の特徴の反対の像（ｎｅｇａｔｉｖｅ
ｉｍａｇｅ）を含むシリコンのような支持体上でダイ
ヤモンド生長方法を実施することにより段の特徴を組み
込む幾つかの方法で形成することができる。
【００２３】担体１０は、ダイヤモンドから形成される
ときには通常、約１ｃｍの幅（段に平行な寸法）を有
し、実際には実装されるべきレーザダイオードバーの長
さに依存している。薄い段状部分の厚さは通常約２００
〜３００ミクロンであり、２つの担体が積み重ねられ
て、担体の間にバーが挟まれるならば、その厚さはレー
ザダイオードバーの厚さに依存する。担体１０の段状部
分を超えた側の厚さは通常約３００〜４００ミクロンで
あり、且つ生産コストと適切な伝熱を提供する必要性と
のバランスに依存している。
ときには通常、約１ｃｍの幅（段に平行な寸法）を有
し、実際には実装されるべきレーザダイオードバーの長
さに依存している。薄い段状部分の厚さは通常約２００
〜３００ミクロンであり、２つの担体が積み重ねられ
て、担体の間にバーが挟まれるならば、その厚さはレー
ザダイオードバーの厚さに依存する。担体１０の段状部
分を超えた側の厚さは通常約３００〜４００ミクロンで
あり、且つ生産コストと適切な伝熱を提供する必要性と
のバランスに依存している。
【００２４】図２は、担体１０と、担体の段状部分１２
の実装面１４上に配置されたレーザダイオードエミッタ
バー２６とを含むアセンブリの斜視図である。レーザダ
イオードバー２６は、機械的強度と良好な熱伝導率とを
提供する金／ゲルマニウム共融はんだ又はインジウム合
金はんだのような適切な結合技術又は接着技術を使用し
て、担体１０の段状部分１２の実装面１４に固定するこ
とができる。このような接着技術は更に、担体１０に結
合されるバーの面上に配置されたレーザダイオードエミ
ッタの電力端子に共通の電気接続を提供する。
の実装面１４上に配置されたレーザダイオードエミッタ
バー２６とを含むアセンブリの斜視図である。レーザダ
イオードバー２６は、機械的強度と良好な熱伝導率とを
提供する金／ゲルマニウム共融はんだ又はインジウム合
金はんだのような適切な結合技術又は接着技術を使用し
て、担体１０の段状部分１２の実装面１４に固定するこ
とができる。このような接着技術は更に、担体１０に結
合されるバーの面上に配置されたレーザダイオードエミ
ッタの電力端子に共通の電気接続を提供する。
【００２５】本発明のレーザダイオードバー担体の組立
てを完了させるために、両方の担体の整合面が接触する
ように第２の担体が図２のアセンブリ上に置かれる。第
２の担体は整合面で第１の担体に結合される。レーザダ
イオードバーが第２の担体と接触するように置かれると
レーザダイオードの動作のために電源への適切な電気接
続が行われるように、好ましくは第２の担体が図１ａ及
び図１ｂに示すようなパターン化された導電性材料又は
他の変形材料で被覆される。当業者にはこのような電気
接続を提供する多数の方法が知られている。
てを完了させるために、両方の担体の整合面が接触する
ように第２の担体が図２のアセンブリ上に置かれる。第
２の担体は整合面で第１の担体に結合される。レーザダ
イオードバーが第２の担体と接触するように置かれると
レーザダイオードの動作のために電源への適切な電気接
続が行われるように、好ましくは第２の担体が図１ａ及
び図１ｂに示すようなパターン化された導電性材料又は
他の変形材料で被覆される。当業者にはこのような電気
接続を提供する多数の方法が知られている。
【００２６】当業者には更に、図２に示すように単一の
レーザダイオードバーが使用可能であり、エミッタの接
続端子と電源の他方の端子との間の接続が露出された接
続端子へのワイヤボンディング又は他の適当な技術によ
って行われることが知られている。図２は、ボンディン
グワイヤ２８が、図１ａに示すような担体１０上に実装
されたレーザダイオードバー２６上の複数のダイオード
エミッタの１つの一方の端子に結合されているような状
況を例示している。各ボンディングワイヤの他端はボン
ディングパッド２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの１つ
に結合されている。
レーザダイオードバーが使用可能であり、エミッタの接
続端子と電源の他方の端子との間の接続が露出された接
続端子へのワイヤボンディング又は他の適当な技術によ
って行われることが知られている。図２は、ボンディン
グワイヤ２８が、図１ａに示すような担体１０上に実装
されたレーザダイオードバー２６上の複数のダイオード
エミッタの１つの一方の端子に結合されているような状
況を例示している。各ボンディングワイヤの他端はボン
ディングパッド２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの１つ
に結合されている。
【００２７】図３は、互いに接触した整合面１６ａ，１
６ｂを有する第１の担体１０ａと第２の担体１０ｂとを
含んでいるレーザダイオードバー／担体アセンブリ３０
の斜視図である。レーザダイオードバー２６は、対向す
る整合面１４ａ，１４ｂ上に置かれた金属接点を通じて
対向する整合面１４ａ，１４ｂ及び電気接続部と接触す
るように所定位置に保持されている。図２及び図３を検
討すると、担体１０ａ，１０ｂの実装面１４と整合面１
６とが組立てを容易にするために十分平坦な表面と、要
求される熱伝導率を提供するのに適した厚さとを有する
ことが分る。
６ｂを有する第１の担体１０ａと第２の担体１０ｂとを
含んでいるレーザダイオードバー／担体アセンブリ３０
の斜視図である。レーザダイオードバー２６は、対向す
る整合面１４ａ，１４ｂ上に置かれた金属接点を通じて
対向する整合面１４ａ，１４ｂ及び電気接続部と接触す
るように所定位置に保持されている。図２及び図３を検
討すると、担体１０ａ，１０ｂの実装面１４と整合面１
６とが組立てを容易にするために十分平坦な表面と、要
求される熱伝導率を提供するのに適した厚さとを有する
ことが分る。
【００２８】本発明は、既存の従来技術のレーザダイオ
ード実装技術に比べて多数の利点を提供する。当業者
は、本発明の実装方法が、ダイオードレーザの接合熱源
と熱放出場所との間に最小の熱障壁を置くことを評価す
るであろう。何故ならば、熱は装置の１つ以上の側から
の動作中にレーザダイオードアレーから除去されるの
で、装置の動作温度と熱応力とが低下して、装置の寿
命、光学安定性及び効率に寄与するからである。本発明
は更に、その構造のために、レーザダイオードアレーの
既存の実装方法よりも優れた１組の組立て特性を提供す
る。
ード実装技術に比べて多数の利点を提供する。当業者
は、本発明の実装方法が、ダイオードレーザの接合熱源
と熱放出場所との間に最小の熱障壁を置くことを評価す
るであろう。何故ならば、熱は装置の１つ以上の側から
の動作中にレーザダイオードアレーから除去されるの
で、装置の動作温度と熱応力とが低下して、装置の寿
命、光学安定性及び効率に寄与するからである。本発明
は更に、その構造のために、レーザダイオードアレーの
既存の実装方法よりも優れた１組の組立て特性を提供す
る。
【００２９】本発明のこれらの利点は、図３又は図４を
検討すれば分る。以下に、本発明のアセンブリの横断面
図を示す図４を参照する。該アセンブリは複数のレーザ
ダイオードバー担体アセンブリ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
を備え、各アセンブリはレーザダイオードバー２６ａ，
２６ｂ，２６ｃを有し、各レーザダイオードバーは対面
する対の担体１０ａ−１０ｂ，１０ｃ−１０ｄ，１０ｅ
−１０ｆの実装面に実装されている。担体の対１０ａ−
１０ｂ，１０ｃ−１０ｄ，１０ｅ−１０ｆの結合面３２
（図３に示す）は互いに接触し、好ましくは高い熱伝導
率を有する適当な結合材料を使用することによって互い
に結合される。担体の対１０ａ−１０ｂ，１０ｃ−１０
ｄ，１０ｅ−１０ｆは組立てを完了するためにマスタ担
体３４に結合され得る。
検討すれば分る。以下に、本発明のアセンブリの横断面
図を示す図４を参照する。該アセンブリは複数のレーザ
ダイオードバー担体アセンブリ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
を備え、各アセンブリはレーザダイオードバー２６ａ，
２６ｂ，２６ｃを有し、各レーザダイオードバーは対面
する対の担体１０ａ−１０ｂ，１０ｃ−１０ｄ，１０ｅ
−１０ｆの実装面に実装されている。担体の対１０ａ−
１０ｂ，１０ｃ−１０ｄ，１０ｅ−１０ｆの結合面３２
（図３に示す）は互いに接触し、好ましくは高い熱伝導
率を有する適当な結合材料を使用することによって互い
に結合される。担体の対１０ａ−１０ｂ，１０ｃ−１０
ｄ，１０ｅ−１０ｆは組立てを完了するためにマスタ担
体３４に結合され得る。
【００３０】担体の対１０ａ−１０ｂ及びレーザダイオ
ードバー２６ａ、担体の対１０ｃ−１０ｄ及びレーザダ
イオードバー２６ｂ並びに担体の対１０ｅ−１０ｆ及び
レーザダイオードバー２６ｃを含んでいる図３に示すよ
うな３つのサブアセンブリは個別に組立てられるので、
図４に示すより大きなアセンブリに組み込む前に個別に
試験することができる。これはかなりの利点を提供す
る。何故ならば、図４に示す寸法の従来技術のアセンブ
リは、レーザダイオードアレーが機能するかどうかを決
定するために行われる試験の前に完全に組立てられねば
ならないからである。
ードバー２６ａ、担体の対１０ｃ−１０ｄ及びレーザダ
イオードバー２６ｂ並びに担体の対１０ｅ−１０ｆ及び
レーザダイオードバー２６ｃを含んでいる図３に示すよ
うな３つのサブアセンブリは個別に組立てられるので、
図４に示すより大きなアセンブリに組み込む前に個別に
試験することができる。これはかなりの利点を提供す
る。何故ならば、図４に示す寸法の従来技術のアセンブ
リは、レーザダイオードアレーが機能するかどうかを決
定するために行われる試験の前に完全に組立てられねば
ならないからである。
【００３１】部分的に又は全体的に欠陥のあるレーザダ
イオードバーが、図４に示す寸法の完成されたアセンブ
リ内に１つ以上存在すると、再処理が大掛かりになり且
つ材料費がむだになる。しかしながら本発明によれば、
個々のサブアセンブリの試験が可能となる。更には、欠
陥のあるレーザダイオードバーが図３に示すようなサブ
アセンブリに認められると、欠陥のあるレーザダイオー
ドアレーは、加熱のような適切な方法による結合解除に
よって除去することが可能となり、アセンブリの担体部
分１０ａ，１０ｂは再度使用可能となる。それによっ
て、再処理の時間と浪費される材料とがかなり少なくな
る。
イオードバーが、図４に示す寸法の完成されたアセンブ
リ内に１つ以上存在すると、再処理が大掛かりになり且
つ材料費がむだになる。しかしながら本発明によれば、
個々のサブアセンブリの試験が可能となる。更には、欠
陥のあるレーザダイオードバーが図３に示すようなサブ
アセンブリに認められると、欠陥のあるレーザダイオー
ドアレーは、加熱のような適切な方法による結合解除に
よって除去することが可能となり、アセンブリの担体部
分１０ａ，１０ｂは再度使用可能となる。それによっ
て、再処理の時間と浪費される材料とがかなり少なくな
る。
【００３２】本発明の教示を実行すると、レーザダイオ
ードアレーの組立て中にそれほど複雑ではない部品を使
用することができ、またより大きな機械安定性及び信頼
性を有し且つより低いコストで製造されるアセンブリが
提供される。本発明は更に、アセンブリの歩留まりの向
上に寄与する。レーザダイオードバーは個々のサブユニ
ットとして試験可能であり、不良であれば、コストのか
かる再処理段階が必要となる高価な大型アレーへの導入
の前に放棄することができる。更には、熱伝導性媒体に
多数の細孔、溝又は深溝を作る必要がある実装方法とは
対照的に、本発明のレーザダイオード実装技術では、加
工しにくい材料に脆い細孔を作る必要はない。このよう
な細孔は破損し易く、１つの細孔が破損すると、細孔の
あるパッケージ全体が損なわれる。最後に、本発明を用
いると、あまり機械的に複雑でない組立て作業が可能と
なり、従って組立て中の機械応力のためにレーザダイオ
ードバーの欠陥の確率が低くなる。
ードアレーの組立て中にそれほど複雑ではない部品を使
用することができ、またより大きな機械安定性及び信頼
性を有し且つより低いコストで製造されるアセンブリが
提供される。本発明は更に、アセンブリの歩留まりの向
上に寄与する。レーザダイオードバーは個々のサブユニ
ットとして試験可能であり、不良であれば、コストのか
かる再処理段階が必要となる高価な大型アレーへの導入
の前に放棄することができる。更には、熱伝導性媒体に
多数の細孔、溝又は深溝を作る必要がある実装方法とは
対照的に、本発明のレーザダイオード実装技術では、加
工しにくい材料に脆い細孔を作る必要はない。このよう
な細孔は破損し易く、１つの細孔が破損すると、細孔の
あるパッケージ全体が損なわれる。最後に、本発明を用
いると、あまり機械的に複雑でない組立て作業が可能と
なり、従って組立て中の機械応力のためにレーザダイオ
ードバーの欠陥の確率が低くなる。
【００３３】更には、改善された精度で実装面を製造し
得、且つ得られた精度でレーザダイオードアレーバーを
実装面に整合することができることから、本発明によっ
てレーザバーのアラインメント（重要なパラメータ）を
改善し得る。レーザダイオードアレーを並列、直列又は
その任意の組み合わせによって接続するために金属化パ
ターンがより有利に製造し得る。特に本方法は個々のダ
イオードへの給電に寄与し、それによって個々のダイオ
ードのばらつきの補正が可能となり、また位相又は周波
数変調が可能となる。
得、且つ得られた精度でレーザダイオードアレーバーを
実装面に整合することができることから、本発明によっ
てレーザバーのアラインメント（重要なパラメータ）を
改善し得る。レーザダイオードアレーを並列、直列又は
その任意の組み合わせによって接続するために金属化パ
ターンがより有利に製造し得る。特に本方法は個々のダ
イオードへの給電に寄与し、それによって個々のダイオ
ードのばらつきの補正が可能となり、また位相又は周波
数変調が可能となる。
【００３４】本発明のレーザダイオードアレーの実装構
造及び実装方法によって、熱的に制限されたこれらの装
置から新たなレベルの性能が得られる。出力、装置の寿
命、ビーム品質及びレーザダイオードの他のパラメータ
がこの実装方法を使用することによって改善される。本
発明のレーザダイオードの実装構造及び組立ては、ダイ
オード励起型ソリッドステートレーザのような用途及び
高いレーザダイオード出力を必要とする他の用途で特に
有益である。
造及び実装方法によって、熱的に制限されたこれらの装
置から新たなレベルの性能が得られる。出力、装置の寿
命、ビーム品質及びレーザダイオードの他のパラメータ
がこの実装方法を使用することによって改善される。本
発明のレーザダイオードの実装構造及び組立ては、ダイ
オード励起型ソリッドステートレーザのような用途及び
高いレーザダイオード出力を必要とする他の用途で特に
有益である。
【００３５】本発明の実施態様を図示説明してきたが、
本発明の範囲を逸脱することなく前記実施例よりも多数
の変形例が可能であることは当業者には明白であろう。
従って、本発明は特許請求の範囲を除き制限されること
はない。
本発明の範囲を逸脱することなく前記実施例よりも多数
の変形例が可能であることは当業者には明白であろう。
従って、本発明は特許請求の範囲を除き制限されること
はない。
【図１ａ】本発明の好ましい実施例のレーザダイオード
バー担体の斜視図である。
バー担体の斜視図である。
【図１ｂ】図１ａとは給電金属化の態様が異なっている
本発明の好ましい実施例のレーザダイオードバー担体の
斜視図である。
本発明の好ましい実施例のレーザダイオードバー担体の
斜視図である。
【図２】上部にレーザダイオードバーが実装されてい
る、図１ａのレーザバー担体の斜視図である。
る、図１ａのレーザバー担体の斜視図である。
【図３】第１の担体及びレーザダイオードバーの上部に
配置された第２のレーザダイオードバー担体を更に含ん
でいる、図２のレーザバー担体／レーザダイオードバー
アセンブリの斜視図である。
配置された第２のレーザダイオードバー担体を更に含ん
でいる、図２のレーザバー担体／レーザダイオードバー
アセンブリの斜視図である。
【図４】本発明の応用例としてのレーザダイオードバー
担体とレーザダイオードバーとのアセンブリを含んでい
る積み重ねられたアレーの横断面図である。
担体とレーザダイオードバーとのアセンブリを含んでい
る積み重ねられたアレーの横断面図である。
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０
ｆ 担体 １２ 段状部分 １４，１４ａ，１４ｂ 実装面 １６，１６ａ，１６ｂ 整合面 １８ 伝導性ストリップ ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ ワイヤボンディング
パッド
ｆ 担体 １２ 段状部分 １４，１４ａ，１４ｂ 実装面 １６，１６ａ，１６ｂ 整合面 １８ 伝導性ストリップ ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ ワイヤボンディング
パッド
Claims (10)
- 【請求項１】 高い熱伝導率を有する誘電材料から形成
された一般に長方形のブロックを含んでいるレーザダイ
オードバー用の担体であって、該ブロックが段状凹部を
有し、該段状凹部が、レーザダイオードバーの高さのほ
ぼ半分に等しい高さを有し且つその上部に実装面を有す
ることを特徴とするレーザダイオードバー用の担体。 - 【請求項２】 酸化ベリリウムから形成されることを特
徴とする請求項１に記載の担体。 - 【請求項３】 ダイヤモンドから形成されることを特徴
とする請求項１に記載の担体。 - 【請求項４】 実装面上に実装されたレーザダイオード
バーを更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載
の担体。 - 【請求項５】 実装面と接触するレーザダイオードバー
の一方の側面上に位置するレーザエミッタ用電気端子に
電気接点を提供する手段を更に含んでいることを特徴と
する請求項４に記載の担体。 - 【請求項６】 高い熱伝導率を有する誘電材料から形成
されており、レーザダイオードバーの高さのほぼ半分に
等しい高さを有し且つその第１の側には実装面を有する
段状凹部及び前記第１の側に整合面を、第１の側とは反
対側の第２の側に結合面を有する一般に長方形のブロッ
クを含んでいる第１の担体と、 高い熱伝導率を有する誘電材料から形成されており、レ
ーザダイオードバーの高さのほぼ半分に等しい高さを有
し且つその第１の側には実装面を有する段状及び凹部前
記第１の側に整合面を、第１の側とは反対側の第２の側
に結合面を有する一般に長方形のブロックを含んでいる
第２の担体とを含み、 前記第１及び第２の担体の整合面が熱伝導率の高い結合
材料で互いに結合され、前記第１及び第２の担体が、実
装面の間にレーザダイオードキャビティを形成するため
に段状部分が互いに対面する状態で対向するように配列
されており、 更に、前記レーザダイオードキャビティに配置され且つ
熱伝導率の高い結合材料により第１の担体及び第２の担
体の実装面に結合されるレーザダイオードアレーを含ん
でいることを特徴とするレーザダイオードバー用の実装
アセンブリ。 - 【請求項７】 第１の担体と第２の担体とが酸化ベリリ
ウムから形成されることを特徴とする請求項６に記載の
実装アセンブリ。 - 【請求項８】 第１の担体と第２の担体とがダイヤモン
ドから形成されることを特徴とする請求項６に記載の実
装アセンブリ。 - 【請求項９】 第１の担体及び第２の担体の実装面と接
触するレーザダイオードバーの一方の側面上に位置する
レーザエミッタ用電気端子に電気接点を提供する手段を
更に含んでいることを特徴とする請求項６に記載の実装
アセンブリ。 - 【請求項１０】 請求項６に記載のレーザダイオード実
装アセンブリを少なくとも２つ含んでいるアセンブリで
あって、少なくとも２つの実装アセンブリの第１のアセ
ンブリの第１の担体及び第２の担体の一方の結合面が、
少なくとも２つの実装アセンブリの第２のアセンブリの
第１の担体及び第２の担体の一方の結合面に結合されて
いることを特徴とするアセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US818286 | 1992-01-09 | ||
| US07/818,286 US5325384A (en) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | Structure and method for mounting laser diode arrays |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613717A true JPH0613717A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=25225158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5018059A Pending JPH0613717A (ja) | 1992-01-09 | 1993-01-08 | レーザダイオードバー用の担体及び実装アセンブリ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5325384A (ja) |
| EP (1) | EP0550996B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0613717A (ja) |
| DE (1) | DE69221458T2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5985684A (en) * | 1996-04-30 | 1999-11-16 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Process for manufacturing a laser diode having a heat sink |
| US6310900B1 (en) | 1998-04-30 | 2001-10-30 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Laser diode package with heat sink |
| JP2002232061A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置 |
| US6636538B1 (en) | 1999-03-29 | 2003-10-21 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Laser diode packaging |
| WO2013146646A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | ウシオ電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| WO2023074182A1 (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | パナソニックホールディングス株式会社 | 発光装置、レーザー加工システム、発光装置の製造方法、及び、レーザー加工システムの製造方法 |
Families Citing this family (58)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5394426A (en) * | 1992-11-13 | 1995-02-28 | Hughes Aircraft Company | Diode laser bar assembly |
| US5548608A (en) * | 1993-02-08 | 1996-08-20 | Zhang; Tong | Laser head and telescopic cavity for diode-pumped solid-state lasers |
| US5422901A (en) * | 1993-11-15 | 1995-06-06 | Motorola, Inc. | Semiconductor device with high heat conductivity |
| US5764675A (en) * | 1994-06-30 | 1998-06-09 | Juhala; Roland E. | Diode laser array |
| US5743901A (en) * | 1996-05-15 | 1998-04-28 | Star Medical Technologies, Inc. | High fluence diode laser device and method for the fabrication and use thereof |
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