JPH08242041A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ素子より放出される熱を効率よく放散
できるヒートシンクを提供する。 【解決手段】 アイレット７の第１面７ａから第２面７
ｂへ貫通する貫通孔９を開設し、レーザ素子装着面３ｂ
にレーザ素子２の固着されたレーザ素子支持部材３を上
記貫通孔９へ気密状に挿着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
等の半導体レーザ素子を支持すると共に、半導体レーザ
素子より発される熱を放散するヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤやＬＤ等のレーザピックアップ技術
に用いられる半導体レーザ素子は、数μｍ幅のストライ
プ電極を介して通電するために、発光ダイオード等の発
光素子に比して発熱量が著しく高くなってしまう。そし
て、素子の昇温化が激しい場合には、半導体レーザ素子
の劣化を招いてしまうため、半導体レーザ素子の支持機
能と放熱効果とを期せるヒートシンクに半導体レーザ素
子を装着して用いるのが一般的である。

【０００３】図６に示すのは、上記した従来のヒートシ
ンク２１を示すもので、半導体レーザ素子２２を支持す
る銅製の半導体レーザ素子支持部材２３と、ガラス封着
加工により気密化された一対の気密端子としての第１リ
ード端子２４ａ，第２リード端子２４ｂを、鉄等よりな
る平板状のアイレット２５に設けたものとなっている。
なお、第１，第２リード端子２４ａ，２４ｂはワイヤボ
ンディング等で半導体レーザ素子と導通されていると共
に、アイレット２５にはグランド端子２６が導電性のろ
う材（銀ろう等）でろう付けされており、レーザ光源装
置の一部が構成される。

【０００４】上記のように構成されたヒートシンク２１
の半導体レーザ素子支持部材２３配設側に光透過窓を備
える蓋部材（図示省略）を固着して、蓋部材の内部と外
部とで気密性が保持されるようにする。なお、上記第
１，第２リード端子２４ａ，２４ｂを挿通するためにア
イレット２５に穿設した第１端子通孔２５ａおよび第２
端子通孔２５ｂとの気密を確保するためのガラス封着加
工においては、９８０度程度の加熱処理を行うことで、
各リード端子２４ａ，２４ｂと絶縁ガラスとの間および
アイレット２５の各端子通孔２５ａ，２５ｂと絶縁ガラ
スとの間における封着性を高めることができ、極めて高
い気密性を得られるものとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒート
シンクの放熱機能は主にアイレットのサイズ（直径や厚
み）や形状（表面積の大小）等に左右されるため、従来
のヒートシンクで同じレーザ素子支持部材を用いた場
合、アイレットのサイズ等によって対応可能な半導体レ
ーザ素子の出力がある程度限定されていた。特に近来
は、小型化の要請から、アイレットの径が同じであって
も高出力の半導体レーザ素子に対応することが要求され
ているが、上記した従来のヒートシンクでは良好な放熱
性能を期し難く、高出力の半導体レーザ素子に対応させ
ることができない。すなわち、半導体レーザ素子が装着
される半導体レーザ素子支持部材は銅製であることから
熱伝導性に優れている（２０℃において３００〜３５０
程度）ものの、該半導体レーザ素子支持部材がろう付け
されるアイレットは鉄製であることから熱伝導率が低く
（２０℃において４０〜５０程度）、半導体レーザ素子
支持部材からアイレットへの熱移動およびアイレットか
ら外気への熱移動が不良となって、ヒートシンク自体の
放熱特性は必ずしも高くないのである。なお、レーザ素
子支持部材の形状を改良することにより（例えば扇状台
形等にして）、同サイズのアイレットを使用しながらも
高出力の半導体レーザ素子に対応させる場合もあるが、
レーザ素子支持部材の形状変更のみで放熱性能の大幅な
向上を図ることは困難である。

【０００６】このようなことから、熱伝導性の良好な銅
を用いてアイレットを形成したり、アイレットと半導体
レーザ素子支持部材を一体成型すること等も考えられる
が、銅に対してはガラス封着加工を施すことができない
ので、気密端子の形成方法が問題となる。

【０００７】そこで、本発明は、従来通りのガラス封着
加工による気密端子を備えながらも、アイレットのサイ
ズ等を変更することなく放熱性能を高め得るヒートシン
クの提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、半導体レーザ素子を支持す
る半導体レーザ素子支持部材（３）と、ガラス封着加工
により気密化された気密端子（例えば、第１リードピン
４の端子部４ａ、第２リードピン５の端子部５ａ）と
を、平板状のアイレット（７）に設けてなるヒートシン
ク（１）において、アイレットの一方の平坦面（例えば
第１面７ａ）から他方の平坦面（例えば第２面７ｂ）へ
貫通する貫通孔（９）をアイレットに設け、銅製の半導
体レーザ素子支持部材を上記アイレットの貫通孔へ気密
状に挿着するものとした。

【０００９】斯くすることによって、熱伝導性の良好な
銅製の半導体レーザ素子支持部材をアイレットの貫通孔
に挿着することで、半導体レーザ素子から発された熱の
一部は、アイレットの一方の平坦面から他方の平坦面側
へ、半導体レーザ素子支持部材を介して移動し、半導体
レーザ素子支持部材から放散される。また、半導体レー
ザ素子から発された熱の一部は半導体レーザ素子支持部
材からアイレットへ移動し、アイレットの表面から放散
される。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るヒートシンク
の一実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１に示すのは、本発明の実施形態に係る
ヒートシンク１の斜視図であり、半導体レーザ素子２を
支持する銅製の半導体レーザ素子支持部材３と、例えば
コバール線よりなる第１リードピン４，第２リードピン
５およびグランドピン６を、鉄よりなる平板状のアイレ
ット７に設けたものとしてある。なお、第１，第２リー
ドピン４，５には、夫々一方の端部（図１においては上
端部）をプレス成型加工した端子部４ａ，５ａを形成し
てあり、これら端子部４ａ，５ａと半導体レーザ素子２
とをワイヤボンディングにより接続するものとしてあ
る。また、平板状のアイレットには、一方の平坦面たる
第１面７ａ（図１においては上面）から他方の平坦面た
る第２面７ｂに貫通する第１リードピン挿通孔８ａ，第
２リードピン挿通孔８ｂと、半導体レーザ素子支持部材
３を挿着するための貫通孔９を、各々穿設してある。

【００１２】上記第１，第２リードピン挿通孔８ａ，８
ｂは、各リードピン４，５とアイレットとのアイソレー
ションが確保できる程度の口径に設定してあり、第１，
第２リードピン４，５を第１，第２リードピン挿通孔８
ａ，８ｂへ挿通した状態に絶縁ガラス１０，１０を介し
て保持する。なお、アイレット７の第１面７ａと第２面
７ｂとを貫通する第１，第２リードピン挿通孔８ａ，８
ｂは、第１，第２リードピン４，５を挿通させた状態で
極めて高い気密性を得るために、第１，第２リードピン
挿通孔の内周面と第１，第２リードピン４，５の外周面
に対する封着性の良好なガラス封着加工を施すものとし
てある。

【００１３】一方、第１面７ａから第２面７ｂへ貫通す
る貫通孔９は、半導体レーザ素子支持部材３を嵌合させ
得る所要形状の孔としてあり、半導体レーザ素子支持部
材３を貫通孔９へ圧入すると共に、半導体レーザ素子支
持部材３と貫通孔９とを気密状にする。

【００１４】本実施形態においては、上記半導体レーザ
素子支持部材３を断面円形状の銅線によって形成するも
のとしてあり、例えばニッケルメッキで表面処理したア
イレット７に上記銅線の径と略々等しい貫通孔９を穿設
し、ニッケルメッキの表面処理を少なくとも挿着部３ａ
の周面に施した銅線（例えば、ニッケルメッキで予め表
面処理してある銅線を用いても良い。）を上記貫通孔９
へ圧入した後、銅線を所定の長さにカットし、アイレッ
ト７の第１面７ａより延出している銅線をプレス成型す
ることで例えば相対向する二つの平坦面を形成し、これ
ら平坦面の一方を半導体レーザ素子装着面３ｂとするの
である。なお、半導体レーザ素子支持部材３の形状は本
実施形態に限定されるものではなく、半導体レーザ素子
装着面３ｂを備えるものであれば良い。例えば、断面が
多角形状の長尺材をアイレット７の貫通孔９へ圧入する
ものとすれば、半導体レーザ素子装着面３ｂを別行程と
して形成する必要がない。但し、本実施形態の如く丸銅
線を用いれば、銅線の線径と貫通孔の口径との寸法精度
を高くできるので、銅線等の圧入後に著しく大きな間隙
が生ずることを効果的に防止できる。

【００１５】また、本実施形態においては、半導体レー
ザ素子支持部材３と貫通孔９とを気密状にするために、
銅線の挿着部３ａに施すニッケルメッキにリン等を混入
させることで、メッキ部分の溶融点をガラス封着加工に
必要な加熱処理温度程度まで低下させるようにしてあ
る。斯くすれば、第１，第２リードピン４，５と第１，
第２リードピン挿通孔８ａ，８ｂとの間にガラス封着加
工を施すための加熱処理温度で、ニッケルメッキと銅が
ろう状となり、半導体レーザ素子支持部材３と貫通孔９
との間を良好に封着するので、高い気密性を得ることが
できる。なお、半導体レーザ素子支持部材３と貫通孔９
とを気密状にするのは本実施形態の方法に限定されるも
のではなく、例えば貫通孔９と半導体レーザ素子支持部
材３との間に銀ろう等を流し込んで封着するようにして
も良い。

【００１６】以上説明したように、本発明に係るヒート
シンク１によれば、熱伝導性の良好な銅製の半導体レー
ザ素子支持部材３をアイレット７の貫通孔９に挿着する
ものとしたので、半導体レーザ素子装着面３ｂに装着さ
れた半導体レーザ素子２から発された熱は、半導体レー
ザ素子支持部材３を介してアイレット７の第１面７ａか
ら第２面７ｂへ移動し、半導体レーザ素子支持部材３の
下部端面たる放熱面３ｃから放散されたり、半導体レー
ザ素子支持部材３の挿着部３ａからアイレット７へ移動
し、アイレット７の外表面から放散されることとなる。
従って、鉄製のアイレットに銀ろう付けで固着された銅
製の半導体レーザ素子支持部材からアイレットを介して
放熱する従来のヒートシンクよりも放熱特性を著しく向
上させることが可能となり、アイレットのサイズ（直径
等）を変えることなく放熱量の多い高出力半導体レーザ
素子にも十分対応できるヒートシンクとなる。特に、図
面に示す実施形態の如く、半導体レーザ素子支持部材３
の挿着部３ａとアイレット７との接触面積を、従来のヒ
ートシンクにおける半導体レーザ素子支持部材とアイレ
ットとの接触面積よりも十分に大ならしめた場合には、
半導体レーザ素子支持部材３からアイレット７へ移動し
て放散される熱量のみを単純に比較しただけでも、本発
明に係るヒートシンク１の放熱性が従来のヒートシンク
よりも十分に向上していることが理解できる。

【００１７】しかも、アイレット７は従来通りの鉄製で
よいことから、ガラス封着加工によって、第１，第２リ
ードピン４，５と第１，第２リードピン挿通孔とを気密
化できるので、ヒートシンクの製造を従来よりも困難に
することがない点でも、実用的価値は大である。なお、
本実施形態の如くリン等を混入させて溶融点を低下させ
たニッケルメッキを半導体レーザ素子支持部材３の挿着
部３ａに施すものとすれば、ガラス封着加工の工程のみ
で半導体レーザ素子支持部材３と貫通孔９との気密化も
期せるので、一層利便性の高いものとなる。

【００１８】なお、本実施形態におけるグランドピン６
は、一端部に円盤状の固着部６ａを形成してあり、該固
着部６ａを半導体レーザ素子支持部材３の放熱面３ｃに
ろう付けするものとした。斯くすれば、電気抵抗の低い
銅製の半導体レーザ素子支持部材３へ直接グランドピン
６が導通することにより、ジュール熱の発生を若干抑え
ることが可能となり、僅かながら昇温化の抑制に寄与で
きる。また、アイレット７の第１面７ａ側よりも第２面
７ｂ側が大きくなるような形状に半導体レーザ素子支持
部材３を形成しておけば、放熱面３ｃの有効面積が広く
なるので、半導体レーザ素子支持部材３からの放熱性能
を一層高めることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るヒー
トシンクによれば、熱伝導性の良好な銅製の半導体レー
ザ素子支持部材をアイレットの貫通孔に挿着するものと
したので、半導体レーザ素子から発された熱は、アイレ
ットの一方の平坦面から他方の平坦面側へ、半導体レー
ザ素子支持部材を介して移動し、半導体レーザ素子支持
部材から放散されたり、半導体レーザ素子支持部材から
アイレットへ移動して、アイレットの外表面から放散さ
れることとなる。従って、鉄製のアイレットの平坦面に
ろう付けされた銅製の半導体レーザ素子支持部材からア
イレットを介して放熱する従来のヒートシンクよりも放
熱特性を著しく向上させることが可能となり、アイレッ
トのサイズ等を変えることなく放熱量の多い高出力半導
体レーザ素子にも十分対応できるヒートシンクとなる。

【００２０】しかも、アイレットは従来通りの鉄製でよ
いことから、ガラス封着加工による気密端子の形成が可
能なので、ヒートシンクの製造を従来よりも困難にする
ことがない点でも、実用的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒートシンクの斜視図である。

【図２】ヒートシンクの正面図である。

【図３】ヒートシンクの平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】従来のヒートシンクの斜視図である。

【符号の説明】

１ ヒートシンク ２ 半導体レーザ素子 ３ 半導体レーザ素子支持部材 ４ 第１リードピン ４ａ 第１端子 ５ 第２リードピン ５ａ 第２端子 ７ アイレット ７ａ 第１面 ７ｂ 第２面 ９ 貫通孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子を支持する半導体レー
   ザ素子支持部材と、ガラス封着加工により気密化された
   気密端子とを、平板状のアイレットに設けてなるヒート
   シンクにおいて、 アイレットの一方の平坦面から他方の平坦面へ貫通する
   貫通孔をアイレットに設け、銅製の半導体レーザ素子支
   持部材を上記アイレットの貫通孔へ気密状に挿着したこ
   とを特徴とするヒートシンク。