JPH1041580A - レーザーダイオードパッケージ体及びその製造方法 - Google Patents
レーザーダイオードパッケージ体及びその製造方法Info
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱放散特性が優れ且つ組み立てが容易であ
り、組み立てた後に反射面の洗浄ができ、組み立て前に
個々のレーザダイオードを試験することを可能な、レー
ザダイオードパッケージ体を提供すること。 【解決手段】 レーザダイオードパッケージ体10は、
レーザダイオード12と、吸熱体14と、蓋17とを備
えている。レーザダイオード12は、放出面20と、放
出面に対向する反射面22と、放出面と反射面との間の
第一の面26及び第二の面28とを備えている。吸熱体
14は、内面54と、対向する外面56と、頂面50
と、底面52とを有する。ダイオードの第一の面26
は、第一のはんだ30により吸熱体の内面54に取り付
けられる。吸熱体の底面52は、蓄熱体120に結合さ
れる。蓋17は、第二のはんだ32を介してレーザダイ
オード12の第二の面28に取り付けられる。蓋の下端
42は、典型的に、レーザダイオードの反射面22より
も僅かに下方にある。
り、組み立てた後に反射面の洗浄ができ、組み立て前に
個々のレーザダイオードを試験することを可能な、レー
ザダイオードパッケージ体を提供すること。 【解決手段】 レーザダイオードパッケージ体10は、
レーザダイオード12と、吸熱体14と、蓋17とを備
えている。レーザダイオード12は、放出面20と、放
出面に対向する反射面22と、放出面と反射面との間の
第一の面26及び第二の面28とを備えている。吸熱体
14は、内面54と、対向する外面56と、頂面50
と、底面52とを有する。ダイオードの第一の面26
は、第一のはんだ30により吸熱体の内面54に取り付
けられる。吸熱体の底面52は、蓄熱体120に結合さ
れる。蓋17は、第二のはんだ32を介してレーザダイ
オード12の第二の面28に取り付けられる。蓋の下端
42は、典型的に、レーザダイオードの反射面22より
も僅かに下方にある。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、レーザー
ダイオードに関し、特に、レーザーダイオードと最後の
蓄熱体との接合部間の熱抵抗を低くしたレーザーダイオ
ードのパッケージ体に関する。
ダイオードに関し、特に、レーザーダイオードと最後の
蓄熱体との接合部間の熱抵抗を低くしたレーザーダイオ
ードのパッケージ体に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザーダイオードには、多数の
有利な点がある。これらのダイオードは、小型であり、
その活性領域の幅は典型的に1ミクロン以下から数ミク
ロンに亙り、その高さは、通常、1mmの何分の1以下
であることが多い。その活性領域の長さは、典型的に、
約1mm以下である。一方向への放出光を発生させるた
めに必要とされる内部の反射面は、レーザーダイオード
を製造する元となる基板を裂くことにより形成され、従
って、機械的安定性に富む。
有利な点がある。これらのダイオードは、小型であり、
その活性領域の幅は典型的に1ミクロン以下から数ミク
ロンに亙り、その高さは、通常、1mmの何分の1以下
であることが多い。その活性領域の長さは、典型的に、
約1mm以下である。一方向への放出光を発生させるた
めに必要とされる内部の反射面は、レーザーダイオード
を製造する元となる基板を裂くことにより形成され、従
って、機械的安定性に富む。
【0003】外部量子効率が場合によっては約50%近
くとなるパルス結合レーザーダイオードを有する半導体
レーザーダイオードによれば、より高い効率が可能とな
る。半導体レーザーは、半導体合金の選択により、約2
0乃至0.7ミクロンの範囲の波長の光線を発生させ
る。例えば、アルミニウムでドーピング(不純物制御)
したガリウムヒ素(AlGaAs)で出来たレーザーダ
イオードは、約0.8ミクロン(〜800nm)の光線
を放出する。この波長は、ネオジウムでドーピングした
イットリウム−アルミニウム・ガーネット(Nd:YA
G)及びその他の結晶並びにガラスで出来た、一般的な
固体レーザーのロッド(棒)及びスラブ(圧延板)の吸
収スペクトルに近い。この為、半導体レーザーダイオー
ドは、より大型の固体レーザー装置の光学励起源として
使用することができる。
くとなるパルス結合レーザーダイオードを有する半導体
レーザーダイオードによれば、より高い効率が可能とな
る。半導体レーザーは、半導体合金の選択により、約2
0乃至0.7ミクロンの範囲の波長の光線を発生させ
る。例えば、アルミニウムでドーピング(不純物制御)
したガリウムヒ素(AlGaAs)で出来たレーザーダ
イオードは、約0.8ミクロン(〜800nm)の光線
を放出する。この波長は、ネオジウムでドーピングした
イットリウム−アルミニウム・ガーネット(Nd:YA
G)及びその他の結晶並びにガラスで出来た、一般的な
固体レーザーのロッド(棒)及びスラブ(圧延板)の吸
収スペクトルに近い。この為、半導体レーザーダイオー
ドは、より大型の固体レーザー装置の光学励起源として
使用することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザーダイオ
ードの一般的な普及は、熱に伴う問題点により制限され
ている。これらの問題点は、レーザーダイオードの単位
面積当りの熱放散量が大きく、その結果、接合部に高熱
が生じ、熱サイクルによって応力が惹起されることであ
る。レーザーダイオードの効率及びレーザーダイオード
の有効寿命は、接合部の温度の上昇により低下する。
ードの一般的な普及は、熱に伴う問題点により制限され
ている。これらの問題点は、レーザーダイオードの単位
面積当りの熱放散量が大きく、その結果、接合部に高熱
が生じ、熱サイクルによって応力が惹起されることであ
る。レーザーダイオードの効率及びレーザーダイオード
の有効寿命は、接合部の温度の上昇により低下する。
【0005】更に、レーザーダイオードの放出波長は、
その接合部の温度の関数である。このため、設定された
出力波長が望まれる場合には、接合部の温度を一定に保
つことが必須である。例えば、Nd:YAGロッド又は
スラブを励起させるのに使用されるAlGaAsレーザ
ーダイオードは、808nmの波長の光線を放出しなけ
ればならない(これは、好適な吸収波長がNd:YAG
から出るときの波長であるからである)。しかしなが
ら、AlGaAsレーザーダイオードの接合部の温度が
3.5°C乃至4.0°C、変化する毎に、この波長は
1nm変化する。このため、この接合部の温度を制御す
ること、従って、その熱を適正に放散させることが必須
となる。
その接合部の温度の関数である。このため、設定された
出力波長が望まれる場合には、接合部の温度を一定に保
つことが必須である。例えば、Nd:YAGロッド又は
スラブを励起させるのに使用されるAlGaAsレーザ
ーダイオードは、808nmの波長の光線を放出しなけ
ればならない(これは、好適な吸収波長がNd:YAG
から出るときの波長であるからである)。しかしなが
ら、AlGaAsレーザーダイオードの接合部の温度が
3.5°C乃至4.0°C、変化する毎に、この波長は
1nm変化する。このため、この接合部の温度を制御す
ること、従って、その熱を適正に放散させることが必須
となる。
【0006】固体レーザーロッド又はスラブがレーザー
ダイオードからの放出光により励起されるとき、その熱
の放出は問題となる。個々の各ダイオードが極めて小さ
いため、より大型の固体レーザーロッド又はスラブに必
要とされる量の入力を発生させるため、複数の個々のダ
イオードを緊密に実装して、アレイにすることが必要と
なる。しかしながら、個々のレーザーダイオードの実装
密度が増大すると、当然に、個々のレーザーダイオード
から熱を除去するのに利用可能なスペースが狭くなる。
このことは、個々のダイオードのアレイから熱を除去す
るときの問題点を一層悪化させる。
ダイオードからの放出光により励起されるとき、その熱
の放出は問題となる。個々の各ダイオードが極めて小さ
いため、より大型の固体レーザーロッド又はスラブに必
要とされる量の入力を発生させるため、複数の個々のダ
イオードを緊密に実装して、アレイにすることが必要と
なる。しかしながら、個々のレーザーダイオードの実装
密度が増大すると、当然に、個々のレーザーダイオード
から熱を除去するのに利用可能なスペースが狭くなる。
このことは、個々のダイオードのアレイから熱を除去す
るときの問題点を一層悪化させる。
【0007】こうした熱に伴う問題点を解決しようと試
みる一つの公知のパッケージ体は、酸化ベリリウムのよ
うな肉厚の薄い熱伝導性のセラミック構造体(蓄熱体に
結合されている)を使用することである。このセラミッ
ク構造体には、直線状の溝が形成されており、この溝内
に個々のレーザーダイオードが配置される。金属蒸着層
が溝から溝へと伸長して、電力を伝え、複数のレーザー
ダイオードの各々に電力を供給する。レーザーダイオー
ドは溝内で金属蒸着層にはんだ付けされる。
みる一つの公知のパッケージ体は、酸化ベリリウムのよ
うな肉厚の薄い熱伝導性のセラミック構造体(蓄熱体に
結合されている)を使用することである。このセラミッ
ク構造体には、直線状の溝が形成されており、この溝内
に個々のレーザーダイオードが配置される。金属蒸着層
が溝から溝へと伸長して、電力を伝え、複数のレーザー
ダイオードの各々に電力を供給する。レーザーダイオー
ドは溝内で金属蒸着層にはんだ付けされる。
【0008】しかしながら、この公知のパッケージ体に
は幾つかの問題点がある。例えば、レーザーダイオード
は、典型的に、その製造方法のため僅かに湾曲してい
る。湾曲したレーザーダイオードをこの公知のパッケー
ジ体の直線状の溝内に配置すると、レーザーダイオード
に更なる応力が加わり、レーザーダイオードの長さに沿
ったはんだ結合部が不均一となり、その結果、破損する
可能性がある。また、溝内にあるレーザーダイオードの
底側部分(反射面である)は、取り付けた後に洗浄する
ことができず、その結果、破損する可能性がある。更
に、殆どのセラミック(酸化ベリリウムでさえも)は、
銅又は銀のような導電性金属よりも熱伝導率が小さい。
酸化ベリリウムを使用する場合、これは、有害物質であ
り、又は溝を切るときに空気で運ばれる粒子が生じるた
め、更なる問題点が生じる。最後に、レーザーダイオー
ド自体(即ち、パッケージ体としてではなくて)を試験
することは極めて困難であるため、試験をしないレーザ
ーダイオードを溝内にはんだ付けすることとなり、その
結果、最適な性能の得られないレーザーダイオードを有
するアレイとなる。その場合、性能の劣るレーザーダイ
オードを除去するための余分なコストがかかる。
は幾つかの問題点がある。例えば、レーザーダイオード
は、典型的に、その製造方法のため僅かに湾曲してい
る。湾曲したレーザーダイオードをこの公知のパッケー
ジ体の直線状の溝内に配置すると、レーザーダイオード
に更なる応力が加わり、レーザーダイオードの長さに沿
ったはんだ結合部が不均一となり、その結果、破損する
可能性がある。また、溝内にあるレーザーダイオードの
底側部分(反射面である)は、取り付けた後に洗浄する
ことができず、その結果、破損する可能性がある。更
に、殆どのセラミック(酸化ベリリウムでさえも)は、
銅又は銀のような導電性金属よりも熱伝導率が小さい。
酸化ベリリウムを使用する場合、これは、有害物質であ
り、又は溝を切るときに空気で運ばれる粒子が生じるた
め、更なる問題点が生じる。最後に、レーザーダイオー
ド自体(即ち、パッケージ体としてではなくて)を試験
することは極めて困難であるため、試験をしないレーザ
ーダイオードを溝内にはんだ付けすることとなり、その
結果、最適な性能の得られないレーザーダイオードを有
するアレイとなる。その場合、性能の劣るレーザーダイ
オードを除去するための余分なコストがかかる。
【0009】このため、組み立てが容易であり、取り扱
い及び輸送中、レーザーダイオードに対する構造的支持
体を提供し、また、組み立てた後にレーザーダイオード
の反射面の洗浄を可能にし、アレイに組み立てる前に個
々のレーザーダイオードを試験することを可能にし、更
に、無害で経済的な材料で製造される、極めて導電性で
あるレーザーダイオードパッケージ体が必要とされてい
る。
い及び輸送中、レーザーダイオードに対する構造的支持
体を提供し、また、組み立てた後にレーザーダイオード
の反射面の洗浄を可能にし、アレイに組み立てる前に個
々のレーザーダイオードを試験することを可能にし、更
に、無害で経済的な材料で製造される、極めて導電性で
あるレーザーダイオードパッケージ体が必要とされてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザーダ
イオードパッケージ体は、レーザーダイオードと、吸熱
体と、蓋とを備えている。該レーザーダイオードは、放
出面と、該放出面に対向する反射面と、該放出面と該反
射面との間にある第一及び第二の側面とを備えている。
該レーザーダイオードは、該放出面と該反射面との間で
規定されるダイオード高さを有する。
イオードパッケージ体は、レーザーダイオードと、吸熱
体と、蓋とを備えている。該レーザーダイオードは、放
出面と、該放出面に対向する反射面と、該放出面と該反
射面との間にある第一及び第二の側面とを備えている。
該レーザーダイオードは、該放出面と該反射面との間で
規定されるダイオード高さを有する。
【0011】該吸熱体は、内面と、該内面に対向する外
面と、頂面と、底面とを有する。該吸熱体の高さは、頂
面と底面との間で規定され、レーザーダイオードの高さ
の約4倍よりは低い。該ダイオードの第一の面は、第一
のはんだ層により吸熱体の内面に取り付けられる。該吸
熱体の底面は、蓄熱体に結合される。
面と、頂面と、底面とを有する。該吸熱体の高さは、頂
面と底面との間で規定され、レーザーダイオードの高さ
の約4倍よりは低い。該ダイオードの第一の面は、第一
のはんだ層により吸熱体の内面に取り付けられる。該吸
熱体の底面は、蓄熱体に結合される。
【0012】上記蓋は、第二のはんだ層を介してレーザ
ーダイオードの第二の面に取り付けられる。該蓋の上端
はレーザーダイオードの放出面付近にある。該蓋の下端
は、典型的には、レーザーダイオードの反射面の僅かに
下方にある。吸熱体の上記内面と蓋との間の反射面の下
方の領域には、通常は空気である、不活性気体が充填さ
れている。
ーダイオードの第二の面に取り付けられる。該蓋の上端
はレーザーダイオードの放出面付近にある。該蓋の下端
は、典型的には、レーザーダイオードの反射面の僅かに
下方にある。吸熱体の上記内面と蓋との間の反射面の下
方の領域には、通常は空気である、不活性気体が充填さ
れている。
【0013】該吸熱体及び蓋は、典型的には、導電性材
料で出来ている。レーザーダイオードのパッケージ体に
電力を付与したとき、電磁放射線が、レーザーダイオー
ドの接合部にて発生されて、放出面から放出される。ま
た、相当量の熱が発生する。吸熱体の高さが最小である
ため、該レーザーダイオードパッケージ体は、接合部と
蓄熱体(底面が結合される)との間の熱抵抗値が最小で
ある。その結果、この接合部の温度が最小となる。
料で出来ている。レーザーダイオードのパッケージ体に
電力を付与したとき、電磁放射線が、レーザーダイオー
ドの接合部にて発生されて、放出面から放出される。ま
た、相当量の熱が発生する。吸熱体の高さが最小である
ため、該レーザーダイオードパッケージ体は、接合部と
蓄熱体(底面が結合される)との間の熱抵抗値が最小で
ある。その結果、この接合部の温度が最小となる。
【0014】更に、本発明のレーザーダイオードパッケ
ージ体は、公知のパッケージ体よりも特にその反射面に
てより多くのレーザーダイオードを露出させるが、この
ことは、レーザーダイオードをはんだ付けした後のパッ
ケージ体の洗浄を容易にする。また、該レーザーダイオ
ードパッケージ体は、取り扱い及び輸送中、レーザーダ
イオードに対して構造的一体性を付与する。また、該パ
ッケージ体は、組み立ててアレイ(列状体)にする前に
レーザーダイオードの試験を容易にする。
ージ体は、公知のパッケージ体よりも特にその反射面に
てより多くのレーザーダイオードを露出させるが、この
ことは、レーザーダイオードをはんだ付けした後のパッ
ケージ体の洗浄を容易にする。また、該レーザーダイオ
ードパッケージ体は、取り扱い及び輸送中、レーザーダ
イオードに対して構造的一体性を付与する。また、該パ
ッケージ体は、組み立ててアレイ(列状体)にする前に
レーザーダイオードの試験を容易にする。
【0015】複数のレーザーダイオードパッケージ体が
共にまとめられて1つのアレイを形成し得る。レーザー
ダイオードパッケージ体の各々の吸熱体は、裏当て面に
取り付けられ、その後、該裏当て面は、蓄熱体に接続さ
れる。レーザーダイオードパッケージ体の各々の吸熱体
は、絶縁性裏当て面にはんだ付けするか、又は熱エポキ
シのような非導電性であるが、熱伝導性である材料を介
して導電性の裏当て面に取り付けることができる。ま
た、吸熱体の各々の外面には、はんだを受け入れて該吸
熱体を隣接する蓋と接合するための溝が設けられてい
る。
共にまとめられて1つのアレイを形成し得る。レーザー
ダイオードパッケージ体の各々の吸熱体は、裏当て面に
取り付けられ、その後、該裏当て面は、蓄熱体に接続さ
れる。レーザーダイオードパッケージ体の各々の吸熱体
は、絶縁性裏当て面にはんだ付けするか、又は熱エポキ
シのような非導電性であるが、熱伝導性である材料を介
して導電性の裏当て面に取り付けることができる。ま
た、吸熱体の各々の外面には、はんだを受け入れて該吸
熱体を隣接する蓋と接合するための溝が設けられてい
る。
【0016】本発明の上記の概要は、本発明の各実施の
形態又は各特徴を説明することを目的とするものではな
い。かかる説明は、図面及び以下に記載する詳細な説明
が目的とするところである。
形態又は各特徴を説明することを目的とするものではな
い。かかる説明は、図面及び以下に記載する詳細な説明
が目的とするところである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明は、各種の改変例及び代替
的な形態にて具体化可能であるが、その特別な実施の形
態が図面に一例として図示されており、以下にこの実施
の形態に関して詳細に説明する。しかしながら、このこ
とは、本発明を開示された特別の形態にのみ限定するこ
とを意図するものではないことを理解すべきである。本
発明は、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範
囲に属する全ての改変例、均等物及び代替例を包含する
ものである。
的な形態にて具体化可能であるが、その特別な実施の形
態が図面に一例として図示されており、以下にこの実施
の形態に関して詳細に説明する。しかしながら、このこ
とは、本発明を開示された特別の形態にのみ限定するこ
とを意図するものではないことを理解すべきである。本
発明は、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範
囲に属する全ての改変例、均等物及び代替例を包含する
ものである。
【0018】最初に、図1乃至図4を参照すると、レー
ザーダイオードパッケージ体10が端面図で図示されて
いる。該レーザーダイオードパッケージ体10は、レー
ザーダイオード12と、吸熱体(ヒートシンク)14
と、蓋17とを備えている。該レーザーダイオード12
は、矢印として示した光子を放出するものとして示して
ある。図1に最も良く示すように、該レーザーダイオー
ド12は、吸熱体14と蓋17との間に「サンドイッ
チ」されている。
ザーダイオードパッケージ体10が端面図で図示されて
いる。該レーザーダイオードパッケージ体10は、レー
ザーダイオード12と、吸熱体(ヒートシンク)14
と、蓋17とを備えている。該レーザーダイオード12
は、矢印として示した光子を放出するものとして示して
ある。図1に最も良く示すように、該レーザーダイオー
ド12は、吸熱体14と蓋17との間に「サンドイッ
チ」されている。
【0019】該レーザーダイオード12は、放出面20
(光子が放出する面)と、該放出面20の反対側に位置
する反射面22とを備えている。該レーザーダイオード
12の高さは、放出面20と反射面22との間の距離と
して設定されている。レーザーダイオード12の接合部
(光子が発生される箇所)は、レーザーダイオードパッ
ケージ体10内で吸熱体14に最も近い位置にある。レ
ーザーダイオード12の接合部の所定の領域に隣接して
導電性材料を設け、その領域の外側に導電性のより低い
導電性材料を付与することにより、この接合部の所定の
領域に電力が供給される。従って、レーザーダイオード
12は、電気エネルギが光エネルギに変換される箇所で
あるこれらの領域に対応する複数の放出点24を放出面
20に有している(図4)。電力が付与されると、光子
は接合部を通って進み、反射面22にて反射され、放出
面20においてのみ放出が為される。
(光子が放出する面)と、該放出面20の反対側に位置
する反射面22とを備えている。該レーザーダイオード
12の高さは、放出面20と反射面22との間の距離と
して設定されている。レーザーダイオード12の接合部
(光子が発生される箇所)は、レーザーダイオードパッ
ケージ体10内で吸熱体14に最も近い位置にある。レ
ーザーダイオード12の接合部の所定の領域に隣接して
導電性材料を設け、その領域の外側に導電性のより低い
導電性材料を付与することにより、この接合部の所定の
領域に電力が供給される。従って、レーザーダイオード
12は、電気エネルギが光エネルギに変換される箇所で
あるこれらの領域に対応する複数の放出点24を放出面
20に有している(図4)。電力が付与されると、光子
は接合部を通って進み、反射面22にて反射され、放出
面20においてのみ放出が為される。
【0020】レーザーダイオード12は、吸熱体14及
び蓋17が各々はんだ付けされる第一の面26及び第二
の面28を更に備えている。第一のはんだ層30はレー
ザーダイオード12の第一の面26を吸熱体14に取り
付ける。第二のはんだ層32がレーザーダイオード12
の第二の面28を蓋17に取り付ける。典型的に、第一
及び第二のはんだ層30、32に使用されるはんだは同
じであるが、異なるものとすることもできる。第一及び
第二のはんだ層30、32に使用される共通のはんだと
しては、純粋なインジウム、インジウム・ガリウム合
金、インジウム・スズ合金、及びインジウム・ガリウム
・スズ合金を含む、インジウムを含む各種の材料があ
る。好適な実施の形態においては、純粋なインジウムが
使用され、このインジウムは、熱蒸着技術により付着さ
れる。一般に、第一及び第二のはんだ層30、32の厚
さは約1ミクロン乃至約5ミクロンの範囲にある。
び蓋17が各々はんだ付けされる第一の面26及び第二
の面28を更に備えている。第一のはんだ層30はレー
ザーダイオード12の第一の面26を吸熱体14に取り
付ける。第二のはんだ層32がレーザーダイオード12
の第二の面28を蓋17に取り付ける。典型的に、第一
及び第二のはんだ層30、32に使用されるはんだは同
じであるが、異なるものとすることもできる。第一及び
第二のはんだ層30、32に使用される共通のはんだと
しては、純粋なインジウム、インジウム・ガリウム合
金、インジウム・スズ合金、及びインジウム・ガリウム
・スズ合金を含む、インジウムを含む各種の材料があ
る。好適な実施の形態においては、純粋なインジウムが
使用され、このインジウムは、熱蒸着技術により付着さ
れる。一般に、第一及び第二のはんだ層30、32の厚
さは約1ミクロン乃至約5ミクロンの範囲にある。
【0021】蓋17は、レーザーダイオード12の放出
面20付近の上端40と、少なくともレーザーダイオー
ド12の反射面22を越えて伸長する下端42とを有し
ている。このように、上端40と下端42との間に画成
された蓋17の高さは、レーザーダイオード12の高さ
よりも少なくとも僅かだけ長い。該蓋17は、第二のは
んだ層32が取り付けられる内面44と、外方を向いた
外面46とを有している。
面20付近の上端40と、少なくともレーザーダイオー
ド12の反射面22を越えて伸長する下端42とを有し
ている。このように、上端40と下端42との間に画成
された蓋17の高さは、レーザーダイオード12の高さ
よりも少なくとも僅かだけ長い。該蓋17は、第二のは
んだ層32が取り付けられる内面44と、外方を向いた
外面46とを有している。
【0022】吸熱体14は、頂面50と、底面52とを
有している。該吸熱体14の高さは、頂面50と底面5
2との間の距離として設定されている。該底面52は、
レーザーダイオードパッケージ体10が蓄熱体に直接的
又は間接的に取り付けられる面であり、レーザーダイオ
ード12の接合部にて発生された熱は、図5に関して以
下に説明するように、この蓄熱体に放散される。吸熱体
14は、第一のはんだ層30が取り付けられる内面54
と、該内面54の反対側の外面56とを更に備えてい
る。
有している。該吸熱体14の高さは、頂面50と底面5
2との間の距離として設定されている。該底面52は、
レーザーダイオードパッケージ体10が蓄熱体に直接的
又は間接的に取り付けられる面であり、レーザーダイオ
ード12の接合部にて発生された熱は、図5に関して以
下に説明するように、この蓄熱体に放散される。吸熱体
14は、第一のはんだ層30が取り付けられる内面54
と、該内面54の反対側の外面56とを更に備えてい
る。
【0023】該吸熱体14の高さは、典型的に、レーザ
ーダイオード12の高さの約4倍以下である。一つの実
施の形態においては、該レーザーダイオード12の高さ
は約0.5mm(約0.02インチ)であり、吸熱体1
4の高さは約2.0mm(約0.08インチ)である。
好適な実施の形態においては、吸熱体14の高さはレー
ザーダイオード12の高さの約2倍以下である。高さの
低い吸熱体14を提供することにより、熱が発生する箇
所である接合部と蓄熱体との間の熱抵抗は最小となる。
その結果、レーザーダイオード12の接合部における温
度上昇が抑制される。
ーダイオード12の高さの約4倍以下である。一つの実
施の形態においては、該レーザーダイオード12の高さ
は約0.5mm(約0.02インチ)であり、吸熱体1
4の高さは約2.0mm(約0.08インチ)である。
好適な実施の形態においては、吸熱体14の高さはレー
ザーダイオード12の高さの約2倍以下である。高さの
低い吸熱体14を提供することにより、熱が発生する箇
所である接合部と蓄熱体との間の熱抵抗は最小となる。
その結果、レーザーダイオード12の接合部における温
度上昇が抑制される。
【0024】内面54と外面56との間で測定した吸熱
体14の厚さは、その第一の面26と第二の面28との
間で測定したレーザーダイオード12の厚さよりも全体
として厚い。好適な実施の形態において、該吸熱体14
の厚さは約0.18mm(約0.007インチ)であ
り、レーザーダイオード12の厚さは約0.13mm
(約0.005インチ)である。別の好適な実施の形態
において、吸熱体14の厚さは、その高さの約10%以
上である。吸熱体14の厚さが厚ければ厚い程、熱が流
れる断面積が増大するから、吸熱体14の熱抵抗はより
小さくなる。しかしながら、吸熱体14の厚さが増せ
ば、レーザーダイオードパッケージ体10のアレーの実
装密度が低下する。
体14の厚さは、その第一の面26と第二の面28との
間で測定したレーザーダイオード12の厚さよりも全体
として厚い。好適な実施の形態において、該吸熱体14
の厚さは約0.18mm(約0.007インチ)であ
り、レーザーダイオード12の厚さは約0.13mm
(約0.005インチ)である。別の好適な実施の形態
において、吸熱体14の厚さは、その高さの約10%以
上である。吸熱体14の厚さが厚ければ厚い程、熱が流
れる断面積が増大するから、吸熱体14の熱抵抗はより
小さくなる。しかしながら、吸熱体14の厚さが増せ
ば、レーザーダイオードパッケージ体10のアレーの実
装密度が低下する。
【0025】蓋17の目的は、主として、レーザーダイ
オード12に対して構造体的一体性及び低抵抗値の電気
接点を提供することであり、熱を除去することではな
い。従って、蓋17の厚さは、レーザーダイオード12
よりも薄くてよく、また、蓄熱体に結合する必要はな
い。このように、蓋17は、全体的に、レーザーダイオ
ード12の高さよりも僅かに高く、またその厚さは、レ
ーザーダイオード12よりも一般に薄い。一つの実施の
形態において、蓋17の厚さは約0.05mm(約0.
002インチ)であり、その高さは約0.6mm(約
0.025インチ)である。
オード12に対して構造体的一体性及び低抵抗値の電気
接点を提供することであり、熱を除去することではな
い。従って、蓋17の厚さは、レーザーダイオード12
よりも薄くてよく、また、蓄熱体に結合する必要はな
い。このように、蓋17は、全体的に、レーザーダイオ
ード12の高さよりも僅かに高く、またその厚さは、レ
ーザーダイオード12よりも一般に薄い。一つの実施の
形態において、蓋17の厚さは約0.05mm(約0.
002インチ)であり、その高さは約0.6mm(約
0.025インチ)である。
【0026】蓋17の高さがそれほど高くなく、このた
め、放電が生ずる面積がそれほど大きくない、レーザー
ダイオードパッケージ体10は、吸熱体14と蓋17と
の間に電気的短絡が生ずる可能性を最小にする。レーザ
ーダイオード12の反射面22の下方の内側部54にお
ける吸熱体14と蓋17との間の空隙には、不活性気体
が充填され、この不活性気体は通常は空気である。蓋1
7及び吸熱体14が可撓性の薄片で出来ている場合、そ
の2つの要素が曲がって且つ互いに接触し、その結果、
電気短絡を生じる可能性がある。このため、上述したよ
うに、蓋17及び吸熱体14の高さが低いことが好まし
い。
め、放電が生ずる面積がそれほど大きくない、レーザー
ダイオードパッケージ体10は、吸熱体14と蓋17と
の間に電気的短絡が生ずる可能性を最小にする。レーザ
ーダイオード12の反射面22の下方の内側部54にお
ける吸熱体14と蓋17との間の空隙には、不活性気体
が充填され、この不活性気体は通常は空気である。蓋1
7及び吸熱体14が可撓性の薄片で出来ている場合、そ
の2つの要素が曲がって且つ互いに接触し、その結果、
電気短絡を生じる可能性がある。このため、上述したよ
うに、蓋17及び吸熱体14の高さが低いことが好まし
い。
【0027】また、蓋17及び吸熱体14の高さは、組
み立てた後に、レーザーダイオード12の反射面22を
洗浄するために該反射面22にアクセス可能な形態とも
されている。蓋17及び吸熱体14が可撓性の薄片で出
来ている場合、相当な高さであるならば、その要素の一
方又は双方が反射面22を覆う可能性がある。従って、
この理由によっても、蓋17及び吸熱体14の高さは低
いことが好ましい。
み立てた後に、レーザーダイオード12の反射面22を
洗浄するために該反射面22にアクセス可能な形態とも
されている。蓋17及び吸熱体14が可撓性の薄片で出
来ている場合、相当な高さであるならば、その要素の一
方又は双方が反射面22を覆う可能性がある。従って、
この理由によっても、蓋17及び吸熱体14の高さは低
いことが好ましい。
【0028】ある適用例の場合、蓋17の高さは吸熱体
14の高さに略等しい。このため、蓋17の下端42を
吸熱体14の場合と同様に蓄熱体に結合し、レーザーダ
イオード12により発生された熱の一部を除去すること
ができる。しかしながら、レーザーダイオード12の接
合部は吸熱体14の付近にあるため、蓋17を通じて熱
を除去することは、吸熱体14を通じて熱を除去する場
合程に効果的ではない。
14の高さに略等しい。このため、蓋17の下端42を
吸熱体14の場合と同様に蓄熱体に結合し、レーザーダ
イオード12により発生された熱の一部を除去すること
ができる。しかしながら、レーザーダイオード12の接
合部は吸熱体14の付近にあるため、蓋17を通じて熱
を除去することは、吸熱体14を通じて熱を除去する場
合程に効果的ではない。
【0029】図2乃至図4に示した吸熱体14及び蓋1
7の長さは、レーザーダイオード12の長さの関数であ
る。レーザーダイオード12の製造方法、及び用途に対
応して、その変更が可能であるが、典型的に、レーザー
ダイオード12の長さは約1cmである。
7の長さは、レーザーダイオード12の長さの関数であ
る。レーザーダイオード12の製造方法、及び用途に対
応して、その変更が可能であるが、典型的に、レーザー
ダイオード12の長さは約1cmである。
【0030】レーザーダイオード12の接合部と蓄熱体
との間の全体的な熱抵抗は、主として、吸熱体14に使
用される材料の熱伝導率に依存する。更に、レーザーダ
イオード12の接合部が電気エネルギを放射エネルギに
変換するように、電流は吸熱体14からレーザーダイオ
ード12を通って蓋17内へと流れる必要がある。この
ため、吸熱体14の材料は、一般に熱伝導率が大きく、
典型的に、銅、銀又は金のような導電性を有する。吸熱
体14の厚さが比較的薄いため、吸熱体14の材料は薄
片の形態にて供給される。次に、この材料は、切断又は
エッチングによって吸熱体14の形状にする。
との間の全体的な熱抵抗は、主として、吸熱体14に使
用される材料の熱伝導率に依存する。更に、レーザーダ
イオード12の接合部が電気エネルギを放射エネルギに
変換するように、電流は吸熱体14からレーザーダイオ
ード12を通って蓋17内へと流れる必要がある。この
ため、吸熱体14の材料は、一般に熱伝導率が大きく、
典型的に、銅、銀又は金のような導電性を有する。吸熱
体14の厚さが比較的薄いため、吸熱体14の材料は薄
片の形態にて供給される。次に、この材料は、切断又は
エッチングによって吸熱体14の形状にする。
【0031】これと代替的に、吸熱体14は、ダイヤモ
ンド、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、又は酸化ベリリ
ウムのような熱伝導率の大きい非金属材料で製造しても
よい。かかる吸熱体14は、電流が流れるための経路を
提供すべく、導電性の金属蒸着層を必要とする。この金
属蒸着層は、レーザーダイオード12に近い吸熱体14
の内面54の上、頂面50上、及び外面56上の少なく
とも一部分に付与される。
ンド、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、又は酸化ベリリ
ウムのような熱伝導率の大きい非金属材料で製造しても
よい。かかる吸熱体14は、電流が流れるための経路を
提供すべく、導電性の金属蒸着層を必要とする。この金
属蒸着層は、レーザーダイオード12に近い吸熱体14
の内面54の上、頂面50上、及び外面56上の少なく
とも一部分に付与される。
【0032】蓋17の材料は、レーザーダイオードパッ
ケージ体10の熱的特性にとって吸熱体14の材料の場
合程重要ではない。典型的に、蓋17は銅で出来てい
る。
ケージ体10の熱的特性にとって吸熱体14の材料の場
合程重要ではない。典型的に、蓋17は銅で出来てい
る。
【0033】隣接するレーザーダイオードパッケージ体
10同士の接合を容易にすべく、吸熱体14は溝60を
有することができ、該溝は、頂面50に隣接するその外
面56の上に、吸熱体14の長さの少なくとも実質的な
部分に沿って伸長している。隣接するレーザーダイオー
ドパッケージ体10同士の接合状態は、図5により詳細
に図示されている。該溝60は、典型的には、吸熱体1
4の厚さの約1/2に等しい距離だけ吸熱体14内へと
伸長している。該溝60の高さは、レーザーダイオード
12の高さよりも低い。隣接するレーザーダイオードパ
ッケージ体10同士を接合すべく、吸熱体14が隣接す
るレーザーダイオードパッケージ体10の蓋17と一体
に形成されるように、溝60内にはんだが付与される。
典型的には、該溝60内に付与されるはんだは、第一及
び第二のはんだ層30、32(レーザーダイオード12
を、それぞれ吸熱体14、蓋17に取り付ける層)内に
付与されたはんだとは異なる。同一のはんだが使用され
るならば、溝60内のはんだを流動させるのに必要な温
度は、レーザーダイオード12付近の第一及び第二のは
んだ層30、32内のはんだを再流動させ、レーザーダ
イオードパッケージ体10をばらばらに分解する可能性
がある。従って、溝60用に選択されるはんだは、第一
及び第二のはんだ層30、32において選択されるはん
だの溶融温度よりも低い溶融温度を有する。
10同士の接合を容易にすべく、吸熱体14は溝60を
有することができ、該溝は、頂面50に隣接するその外
面56の上に、吸熱体14の長さの少なくとも実質的な
部分に沿って伸長している。隣接するレーザーダイオー
ドパッケージ体10同士の接合状態は、図5により詳細
に図示されている。該溝60は、典型的には、吸熱体1
4の厚さの約1/2に等しい距離だけ吸熱体14内へと
伸長している。該溝60の高さは、レーザーダイオード
12の高さよりも低い。隣接するレーザーダイオードパ
ッケージ体10同士を接合すべく、吸熱体14が隣接す
るレーザーダイオードパッケージ体10の蓋17と一体
に形成されるように、溝60内にはんだが付与される。
典型的には、該溝60内に付与されるはんだは、第一及
び第二のはんだ層30、32(レーザーダイオード12
を、それぞれ吸熱体14、蓋17に取り付ける層)内に
付与されたはんだとは異なる。同一のはんだが使用され
るならば、溝60内のはんだを流動させるのに必要な温
度は、レーザーダイオード12付近の第一及び第二のは
んだ層30、32内のはんだを再流動させ、レーザーダ
イオードパッケージ体10をばらばらに分解する可能性
がある。従って、溝60用に選択されるはんだは、第一
及び第二のはんだ層30、32において選択されるはん
だの溶融温度よりも低い溶融温度を有する。
【0034】レーザーダイオードパッケージ体10は、
その幾何学的形態に伴う優れた熱的特性以外の幾つかの
顕著な利点がある。レーザーダイオードパッケージ体1
0を組み立てたならば、レーザーダイオード12の反射
面22は、洗浄(典型的に溶剤を使用して行われる)の
ためにアクセスすることができる。蓋17及び吸熱体1
4の幾何学的形態においてはその反射面22に直接的に
付与することを妨害する構造体が存在しないため、溶剤
の塗布は容易である。反射面22を洗浄することによっ
て、放射線が吸収されて反射されないようにしてしまう
はんだ又ははんだ用のフラックスが反射面22の上に確
実に存在しなくなる。吸収された放射線は、局部的な高
温を生じさせ、その結果、レーザーダイオード12を壊
滅的に破損させる可能性がある。
その幾何学的形態に伴う優れた熱的特性以外の幾つかの
顕著な利点がある。レーザーダイオードパッケージ体1
0を組み立てたならば、レーザーダイオード12の反射
面22は、洗浄(典型的に溶剤を使用して行われる)の
ためにアクセスすることができる。蓋17及び吸熱体1
4の幾何学的形態においてはその反射面22に直接的に
付与することを妨害する構造体が存在しないため、溶剤
の塗布は容易である。反射面22を洗浄することによっ
て、放射線が吸収されて反射されないようにしてしまう
はんだ又ははんだ用のフラックスが反射面22の上に確
実に存在しなくなる。吸収された放射線は、局部的な高
温を生じさせ、その結果、レーザーダイオード12を壊
滅的に破損させる可能性がある。
【0035】蓋17及び吸熱体14が相対的に可撓性で
あるため、レーザーダイオード12が本来有する湾曲度
に対応できる。この本来の湾曲度は、基材の上に幾つか
の材料層を蒸着させることを含む、レーザーダイオード
12の製造方法に起因する。幾つかの熱膨張係数を有す
る材料を含む層が高温にて蒸着される。これらの層が冷
却され且つ基材が個々のダイオードバー12を形成する
ように切断又は裂かれたならば、熱膨張率の不一致のた
め、個々のレーザーダイオード12が曲がったり屈曲し
たりする。蓋17及び吸熱体14は、典型的に厚さが約
0.254mm(0.010インチ)以下であり、金属
で出来ているため、これらは可撓性であり、その結果と
して、レーザーダイオード12の湾曲度に適応する。レ
ーザーダイオード12は、堅固なパッケージ体の場合の
ような直線状の位置へと強制されないため加わる応力が
小さいのみならず、第一及び第二のはんだ層30、32
は、レーザーダイオード12の全長に沿って一定の厚さ
を有することができる。このことは、レーザーダイオー
ドパッケージ体10の電気抵抗(主として、第一及び第
二のはんだ層30、32にて使用されるはんだ材料の関
数である)がレーザーダイオード12の長さに亙って一
定であることを確実にする点で重要なことである。この
電気抵抗が一定でないならば、電流の流れは電気抵抗の
小さい領域にて極めて大きくなり、その結果、レーザー
ダイオード12からの光線の分布が不均一となる可能性
がある。更に、レーザーダイオード12の湾曲度に起因
して、その厚さが不均一であるため、はんだ層30、3
2内にボイド(空隙)が存在するならば、はんだ層3
0、32の領域及びレーザーダイオード12の隣接する
領域の過熱が生じる可能性がある。このことは、最終的
に、レーザーダイオード12の有効寿命を短くし、破局
的な破損に至る可能性がある。
あるため、レーザーダイオード12が本来有する湾曲度
に対応できる。この本来の湾曲度は、基材の上に幾つか
の材料層を蒸着させることを含む、レーザーダイオード
12の製造方法に起因する。幾つかの熱膨張係数を有す
る材料を含む層が高温にて蒸着される。これらの層が冷
却され且つ基材が個々のダイオードバー12を形成する
ように切断又は裂かれたならば、熱膨張率の不一致のた
め、個々のレーザーダイオード12が曲がったり屈曲し
たりする。蓋17及び吸熱体14は、典型的に厚さが約
0.254mm(0.010インチ)以下であり、金属
で出来ているため、これらは可撓性であり、その結果と
して、レーザーダイオード12の湾曲度に適応する。レ
ーザーダイオード12は、堅固なパッケージ体の場合の
ような直線状の位置へと強制されないため加わる応力が
小さいのみならず、第一及び第二のはんだ層30、32
は、レーザーダイオード12の全長に沿って一定の厚さ
を有することができる。このことは、レーザーダイオー
ドパッケージ体10の電気抵抗(主として、第一及び第
二のはんだ層30、32にて使用されるはんだ材料の関
数である)がレーザーダイオード12の長さに亙って一
定であることを確実にする点で重要なことである。この
電気抵抗が一定でないならば、電流の流れは電気抵抗の
小さい領域にて極めて大きくなり、その結果、レーザー
ダイオード12からの光線の分布が不均一となる可能性
がある。更に、レーザーダイオード12の湾曲度に起因
して、その厚さが不均一であるため、はんだ層30、3
2内にボイド(空隙)が存在するならば、はんだ層3
0、32の領域及びレーザーダイオード12の隣接する
領域の過熱が生じる可能性がある。このことは、最終的
に、レーザーダイオード12の有効寿命を短くし、破局
的な破損に至る可能性がある。
【0036】また、レーザーダイオードパッケージ体1
0は、更に組み立ててアレイ(列状体)にする前に、容
易な方法で試験することもできる。レーザーダイオード
12の特徴を把握し、1つのアレイ内に配置された各レ
ーザーダイオード12が十分に機能することを確実にす
るために試験が必要とされる。例えば、放射線を発生さ
せる前に、必要とされる入力電流を判断するために電流
閾値が測定される。レーザーダイオード12の出力は、
レーザーダイオード12を1つのアレイ内に配置する前
に知ることが有用であるもう1つのパラメータである。
電流閾値及び出力を使用して、レーザーダイオード12
の効率を判断する。また、各レーザーダイオード12か
ら放出される波長は、正確には同一ではなく、測定が必
要とされる。
0は、更に組み立ててアレイ(列状体)にする前に、容
易な方法で試験することもできる。レーザーダイオード
12の特徴を把握し、1つのアレイ内に配置された各レ
ーザーダイオード12が十分に機能することを確実にす
るために試験が必要とされる。例えば、放射線を発生さ
せる前に、必要とされる入力電流を判断するために電流
閾値が測定される。レーザーダイオード12の出力は、
レーザーダイオード12を1つのアレイ内に配置する前
に知ることが有用であるもう1つのパラメータである。
電流閾値及び出力を使用して、レーザーダイオード12
の効率を判断する。また、各レーザーダイオード12か
ら放出される波長は、正確には同一ではなく、測定が必
要とされる。
【0037】その吸熱体14と共にパッケージ体10
を、試験ステーションの導電性で且つ熱伝導性の面に対
して配置し、また、電気回路を接続する接続具を蓋17
に提供することにより、上述の特性を試験することがで
きる。更に、吸熱体14の材料の比熱及び密度によって
決まる吸熱体14の熱容量は、レーザーダイオードパッ
ケージ体10の低出力(即ち、数ミリ秒間の数ワット)
の試験を行うのに十分である。
を、試験ステーションの導電性で且つ熱伝導性の面に対
して配置し、また、電気回路を接続する接続具を蓋17
に提供することにより、上述の特性を試験することがで
きる。更に、吸熱体14の材料の比熱及び密度によって
決まる吸熱体14の熱容量は、レーザーダイオードパッ
ケージ体10の低出力(即ち、数ミリ秒間の数ワット)
の試験を行うのに十分である。
【0038】更に、吸熱体14及び蓋17が銅で製造さ
れる場合、レーザーダイオード12の全体的な実装コス
トは比較的低廉である。また、これらの材料は危険又は
有毒ではなく、このことは、必要な注意が少なくて済む
ため、組み立てコストを最小にする。
れる場合、レーザーダイオード12の全体的な実装コス
トは比較的低廉である。また、これらの材料は危険又は
有毒ではなく、このことは、必要な注意が少なくて済む
ため、組み立てコストを最小にする。
【0039】図5には、略平行な形態に配置された複数
のレーザーダイオードパッケージ体10を有するレーザ
ーダイオードアレイ100が図示されている。複数のレ
ーザーダイオードパッケージ体10は、第一の端部に位
置するレーザーダイオードパッケージ体10aと、第二
の端部に位置するレーザーダイオードパッケージ体10
bとを含んでいる。第一及び第二の端部キャップ10
2、104(第一及び第二の電線106、108が取り
付けられている)は、レーザーダイオードアレイ100
の両端に位置している。これらの端部キャップ102、
104は、通常、銅である導電性材料で出来ている。電
流は第一の電線106から第一の端部キャップ102、
複数のレーザーダイオードパッケージ体10を通って第
二の端部キャップ104に入り、第二の電線108から
外に出る。
のレーザーダイオードパッケージ体10を有するレーザ
ーダイオードアレイ100が図示されている。複数のレ
ーザーダイオードパッケージ体10は、第一の端部に位
置するレーザーダイオードパッケージ体10aと、第二
の端部に位置するレーザーダイオードパッケージ体10
bとを含んでいる。第一及び第二の端部キャップ10
2、104(第一及び第二の電線106、108が取り
付けられている)は、レーザーダイオードアレイ100
の両端に位置している。これらの端部キャップ102、
104は、通常、銅である導電性材料で出来ている。電
流は第一の電線106から第一の端部キャップ102、
複数のレーザーダイオードパッケージ体10を通って第
二の端部キャップ104に入り、第二の電線108から
外に出る。
【0040】溝60には、はんだが充填されており、該
はんだは、1つのパッケージ体10の吸熱体14を隣接
するパッケージ体10の蓋17に接合する。しかしなが
ら、パッケージ体10のうちの第一の端部に位置するレ
ーザーダイオードパッケージ体10aの溝60には、吸
熱体14を第一の端部キャップ102に取り付けるため
にはんだが充填されている。溝60内のはんだは、各パ
ッケージ体10の間で電力を伝えるのに役立つ。1つの
パッケージ体10の吸熱体14と隣接するパッケージ体
10の蓋17との間に十分な接触圧力が存在するなら
ば、該パッケージ体10はこれらの溝60がなくてもよ
く、該パッケージ体10を通じて電力を伝導する。
はんだは、1つのパッケージ体10の吸熱体14を隣接
するパッケージ体10の蓋17に接合する。しかしなが
ら、パッケージ体10のうちの第一の端部に位置するレ
ーザーダイオードパッケージ体10aの溝60には、吸
熱体14を第一の端部キャップ102に取り付けるため
にはんだが充填されている。溝60内のはんだは、各パ
ッケージ体10の間で電力を伝えるのに役立つ。1つの
パッケージ体10の吸熱体14と隣接するパッケージ体
10の蓋17との間に十分な接触圧力が存在するなら
ば、該パッケージ体10はこれらの溝60がなくてもよ
く、該パッケージ体10を通じて電力を伝導する。
【0041】一つの代替例において、蓋17は、はんだ
を受け入れる溝又は切欠きを含むことができる。この溝
又は切欠きは、上述した溝60の他にすなわち該溝60
と独立的なものとすることとができる。
を受け入れる溝又は切欠きを含むことができる。この溝
又は切欠きは、上述した溝60の他にすなわち該溝60
と独立的なものとすることとができる。
【0042】レーザーダイオードパッケージ体10の各
々の吸熱体14は、裏当て面110に結合され、該裏当
て面110は、蓄熱体120に更に取り付けられ、該蓄
熱体が組み立ての全体を完了する。裏当て面110は、
層122(はんだ接合部又は熱伝導性エポキシとするこ
とができる)により蓄熱体120に取り付けられる。こ
の蓄熱体120は、典型的に、その内部を流体が循環す
る内部フィンを有する熱交換器である。従って、蓄熱体
120は、典型的に、銅のような伝導性金属である。
々の吸熱体14は、裏当て面110に結合され、該裏当
て面110は、蓄熱体120に更に取り付けられ、該蓄
熱体が組み立ての全体を完了する。裏当て面110は、
層122(はんだ接合部又は熱伝導性エポキシとするこ
とができる)により蓄熱体120に取り付けられる。こ
の蓄熱体120は、典型的に、その内部を流体が循環す
る内部フィンを有する熱交換器である。従って、蓄熱体
120は、典型的に、銅のような伝導性金属である。
【0043】裏当て面110は、典型的に、酸化ベリリ
ウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム又はダイヤモンド
のような非導電性で熱伝導性の材料で出来ている。この
材料が非導電性である場合、電力はその材料を貫通して
流れず(即ち、短絡せず)、レーザーダイオードパッケ
ージ体10を迂回する。各吸熱体14の底面52は、裏
当て面110の上の金属蒸着ストリップ112にはんだ
付けされる。このはんだ層114は、約1ミクロン乃至
約0.0508mm(約0.002インチ)の範囲の厚
さと、少なくとも吸熱体14の厚さを覆う幅とを有して
いる。また、端部キャップ102、104の各々と裏当
て面110との間には、はんだ層114及び金属蒸着ス
トリップ112も存在している。しかしながら、これら
の端部キャップ102、104は、エポキシのようなそ
の他の材料で裏当て面110に結合することもできる。
ウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム又はダイヤモンド
のような非導電性で熱伝導性の材料で出来ている。この
材料が非導電性である場合、電力はその材料を貫通して
流れず(即ち、短絡せず)、レーザーダイオードパッケ
ージ体10を迂回する。各吸熱体14の底面52は、裏
当て面110の上の金属蒸着ストリップ112にはんだ
付けされる。このはんだ層114は、約1ミクロン乃至
約0.0508mm(約0.002インチ)の範囲の厚
さと、少なくとも吸熱体14の厚さを覆う幅とを有して
いる。また、端部キャップ102、104の各々と裏当
て面110との間には、はんだ層114及び金属蒸着ス
トリップ112も存在している。しかしながら、これら
の端部キャップ102、104は、エポキシのようなそ
の他の材料で裏当て面110に結合することもできる。
【0044】一つの代替例において、吸熱体14を裏当
て面110から電気的に絶縁するのに十分な保護が為さ
れる限り、裏当て面110は、導電性で且つ熱伝導性と
することができる。このことは、これらの構造体の間の
全てのはんだ接合部を除去して、その代わりに、エポキ
シのような電気絶縁性材料を使用することで実現可能で
ある。このエポキシは、金属を充填したエポキシ又はダ
イヤモンドを充填したエポキシのような熱伝導性エポキ
シであることが好ましい。吸熱体14を金属製裏当て面
110から更に絶縁するため、裏当て面110には、エ
ポキシが付与される前に、酸化ケイ素のような薄い絶縁
体で被覆することができる。0.5ミクロン以上の厚さ
のこの絶縁層は、十分な電気的絶縁効果を提供する。
て面110から電気的に絶縁するのに十分な保護が為さ
れる限り、裏当て面110は、導電性で且つ熱伝導性と
することができる。このことは、これらの構造体の間の
全てのはんだ接合部を除去して、その代わりに、エポキ
シのような電気絶縁性材料を使用することで実現可能で
ある。このエポキシは、金属を充填したエポキシ又はダ
イヤモンドを充填したエポキシのような熱伝導性エポキ
シであることが好ましい。吸熱体14を金属製裏当て面
110から更に絶縁するため、裏当て面110には、エ
ポキシが付与される前に、酸化ケイ素のような薄い絶縁
体で被覆することができる。0.5ミクロン以上の厚さ
のこの絶縁層は、十分な電気的絶縁効果を提供する。
【0045】別の実施の形態においては、裏当て面11
0は省略されて、パッケージ体10は、裏当て面110
として機能する蓄熱体120の上面に直接結合される。
この蓄熱体120が金属製である場合、上述の文節にて
記載した電気的絶縁手段が組み込まれる。この蓄熱体1
20が非導電性であり、また、非導電性の裏当て面11
0に関して上述した材料で出来ているならば、吸熱体1
4は、裏当て面110にはんだ付けした状態で図5に示
したように、蓄熱体120にはんだ付けすることができ
る。
0は省略されて、パッケージ体10は、裏当て面110
として機能する蓄熱体120の上面に直接結合される。
この蓄熱体120が金属製である場合、上述の文節にて
記載した電気的絶縁手段が組み込まれる。この蓄熱体1
20が非導電性であり、また、非導電性の裏当て面11
0に関して上述した材料で出来ているならば、吸熱体1
4は、裏当て面110にはんだ付けした状態で図5に示
したように、蓄熱体120にはんだ付けすることができ
る。
【0046】図6には、レーザーダイオードパッケージ
体10をストリップ112の上の裏当て面110にはん
だ付けする方法が図示されている。これらストリップ1
12は、1つの連続的なストリップ112aとすること
ができる。これと代替的に、ストリップ112は、一連
の不連続なパッド112bとすることができる。これら
の不連続なパッド112bは、円形(図示するような)
又は矩形の形状を含む各種の形状とすることができる。
体10をストリップ112の上の裏当て面110にはん
だ付けする方法が図示されている。これらストリップ1
12は、1つの連続的なストリップ112aとすること
ができる。これと代替的に、ストリップ112は、一連
の不連続なパッド112bとすることができる。これら
の不連続なパッド112bは、円形(図示するような)
又は矩形の形状を含む各種の形状とすることができる。
【0047】図7乃至図10には、図1乃至図4のパッ
ケージ体10と極めて類似したレーザーダイオードパッ
ケージ体210が図示されている。その唯一の相違点
は、図1乃至図4の溝60に代えて、一連の切欠き26
0が形成されている点である。これらの一連の切欠き2
60は、1つのパッケージ体210の吸熱体214を隣
接するパッケージ体210の蓋217に接合する(即
ち、一体に形成する)点で溝60と同一の目的を果た
す。これらの切欠き260は、吸熱体214の長さに沿
って略均一な間隔で形成されている。これらの切欠き2
60の高さは、典型的に、レーザーダイオード212の
高さよりも低い。これらの切欠き260は、典型的に、
吸熱体214の厚さの約1/2に等しい距離だけ吸熱体
214内へと伸長している。
ケージ体10と極めて類似したレーザーダイオードパッ
ケージ体210が図示されている。その唯一の相違点
は、図1乃至図4の溝60に代えて、一連の切欠き26
0が形成されている点である。これらの一連の切欠き2
60は、1つのパッケージ体210の吸熱体214を隣
接するパッケージ体210の蓋217に接合する(即
ち、一体に形成する)点で溝60と同一の目的を果た
す。これらの切欠き260は、吸熱体214の長さに沿
って略均一な間隔で形成されている。これらの切欠き2
60の高さは、典型的に、レーザーダイオード212の
高さよりも低い。これらの切欠き260は、典型的に、
吸熱体214の厚さの約1/2に等しい距離だけ吸熱体
214内へと伸長している。
【0048】上記の実施の形態及びその明らかな変形例
の各々は、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び
範囲に属するものである。
の各々は、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び
範囲に属するものである。
【図1】本発明のレーザダイオードパッケージ体の端面
図である。
図である。
【図2】本発明のレーザダイオードパッケージ体の第一
の側面図である。
の側面図である。
【図3】本発明のレーザダイオードパッケージ体の第二
の側面図である。
の側面図である。
【図4】本発明のレーザダイオードパッケージ体の平面
図である。
図である。
【図5】複数の本発明のレーザダイオードパッケージ体
を内蔵するレーザダイオードアレイの端面図である。
を内蔵するレーザダイオードアレイの端面図である。
【図6】本発明のレーザダイオードパッケージ体を組み
立てて図5のレーザダイオードアレイにする工程を示
す、等角図である。
立てて図5のレーザダイオードアレイにする工程を示
す、等角図である。
【図7】本発明の代替例のレーザダイオードパッケージ
体を示す端面図である。
体を示す端面図である。
【図8】図7の代替例のレーザダイオードパッケージ体
を示す第一の側面図である。
を示す第一の側面図である。
【図9】図7の代替例のレーザダイオードパッケージ体
を示す第二の側面図である。
を示す第二の側面図である。
【図10】図7の代替例のレーザダイオードパッケージ
体を示す平面図である。
体を示す平面図である。
10 レーザダイオードパッケージ体 10a 第一の端部に位置するレーザーダイオードパッ
ケージ体 10b 第二の端部に位置するレーザーダイオードパッ
ケージ体 12 レーザダイオード 14 吸熱体 17 蓋 20 放出面 22 反射面 24 放出点 26 レーザダイオードの第一の面 28 レーザダイオードの第二の面 30 第一のはんだ層 32 第二のはんだ
層 40 蓋の上端 42 蓋の下端 44 蓋の内面 46 蓋の外面 50 吸熱体の頂面 52 吸熱体の底面 54 吸熱体の内面 56 吸熱体の外面 60 溝 100 レーザダイ
オードアレイ 102 第一の端部キャップ 104 第二の端部
キャップ 106 第一の電線 108 第二の電線 110 裏当て面 112 金属蒸着ス
トリップ 114 はんだ層 120 蓄熱体
ケージ体 10b 第二の端部に位置するレーザーダイオードパッ
ケージ体 12 レーザダイオード 14 吸熱体 17 蓋 20 放出面 22 反射面 24 放出点 26 レーザダイオードの第一の面 28 レーザダイオードの第二の面 30 第一のはんだ層 32 第二のはんだ
層 40 蓋の上端 42 蓋の下端 44 蓋の内面 46 蓋の外面 50 吸熱体の頂面 52 吸熱体の底面 54 吸熱体の内面 56 吸熱体の外面 60 溝 100 レーザダイ
オードアレイ 102 第一の端部キャップ 104 第二の端部
キャップ 106 第一の電線 108 第二の電線 110 裏当て面 112 金属蒸着ス
トリップ 114 はんだ層 120 蓄熱体
Claims (32)
- 【請求項1】 レーザーダイオードパッケージ体にし
て、 放出面と、該放出面に対向する反射面と、該放出面と該
反射面との間の第一及び第二の面とを有するレーザーダ
イオードであって、前記放出面と前記反射面との間で規
定されるダイオード高さを有する前記レーザーダイオー
ドと、 内面と、該内面に対向する外面と、頂面と、底面とを有
する吸熱体であって、前記頂面と前記底面との間で規定
される吸熱体の高さを有する前記吸熱体であって、前記
レーザーダイオードの前記第一の面が第一のはんだによ
り前記吸熱体の前記内面に取り付けられ、前記底面が蓄
熱体に結合されて前記レーザーダイオードから熱を放散
させるようになされ、前記吸熱体の高さは前記ダイオー
ドの高さの約4倍以下である、前記吸熱体と、 第二のはんだを通じて前記レーザーダイオードの前記第
二の面に取り付けられた蓋と、 を備えるレーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項2】 請求項1に記載のレーザーダイオードパ
ッケージ体にして、前記蓋が、前記吸熱体の高さに略等
しい高さを有する、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項3】 請求項2に記載のレーザーダイオードパ
ッケージ体にして、前記蓋が、前記蓄熱体に結合された
底面を有する、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項4】 請求項1に記載のレーザーダイオードパ
ッケージ体にして、前記蓋が、前記ダイオードの高さよ
りも高く且つ前記吸熱体の高さよりも低い高さを有す
る、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項5】 請求項1乃至4に記載のレーザーダイオ
ードパッケージ体にして、前記吸熱体が、銅、銀及び金
から成る群から選択された材料で出来ている、レーザー
ダイオードパッケージ体。 - 【請求項6】 請求項1乃至5に記載のレーザーダイオ
ードパッケージ体にして、前記第一のはんだ及び前記第
二のはんだが同一の材料で出来ている、レーザーダイオ
ードパッケージ体。 - 【請求項7】 請求項6に記載のレーザーダイオードパ
ッケージ体にして、前記材料がインジウムを含む、レー
ザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項8】 請求項1乃至4に記載のレーザーダイオ
ードパッケージ体にして、前記吸熱体が、ダイヤモン
ド、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素
から成る群から選択された材料で出来ており、前記吸熱
体が、前記頂面、前記内面及び前記外面の一部に設けら
れた金属蒸着層を更に備える、レーザーダイオードパッ
ケージ体。 - 【請求項9】 請求項1に記載のレーザーダイオードパ
ッケージ体にして、前記吸熱体の高さが前記ダイオード
の高さの約2倍未満である、レーザーダイオードパッケ
ージ体。 - 【請求項10】 請求項1に記載のレーザーダイオード
パッケージ体にして、前記レーザーダイオード、前記吸
熱体、及び前記蓋の各々が、前記レーザーダイオードの
前記長さよりも僅かに長い長さを有する、レーザーダイ
オードパッケージ体。 - 【請求項11】 請求項1に記載のレーザーダイオード
パッケージ体にして、前記吸熱体が、該吸熱体の高さの
約10%を越える厚さを有する、レーザーダイオードパ
ッケージ体。 - 【請求項12】 請求項1に記載のレーザーダイオード
パッケージ体にして、前記蓋が、上端と、下端と、前記
上端と前記下端との間で規定される高さとを備え、前記
上端が前記放出面の近くにあり、前記下端が前記レーザ
ーダイオードの前記反射面の下方にあり、前記レーザー
ダイオードの前記反射面の下方にあり且つ前記吸熱体と
前記蓋との間にある領域が空隙を画成し、該空隙が、前
記レーザーダイオードパッケージ体を組み立てた後に、
前記反射面を洗浄するために露出させることを可能にす
る、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項13】 請求項12に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記蓋の高さ及び前記吸熱体の
高さが、前記レーザーダイオードに取り付けられたと
き、前記レーザーダイオードの前記反射面を露出させる
形態とされた、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項14】 請求項12又は13に記載のレーザー
ダイオードパッケージ体にして、前記蓋の高さが前記吸
熱体の高さよりも低い、レーザーダイオードパッケージ
体。 - 【請求項15】 請求項1に記載のレーザーダイオード
パッケージ体にして、1つのレーザーダイオードアレイ
を形成し得るように他方のレーザーダイオードパッケー
ジ体に関して平行な形態にて配置することができ、前記
レーザーダイオードパッケージ体の各々が、前記レーザ
ーダイオードパッケージ体の少なくとも一方と電気的に
接触し、前記レーザーダイオードパッケージ体の内、第
一のパッケージ体の吸熱体と前記レーザーダイオードパ
ッケージ体の内、隣接する第二のパッケージ体の蓋との
間の接触により、該電気的接触が為される、レーザーダ
イオードパッケージ体。 - 【請求項16】 請求項15に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記レーザーダイオードアレイ
が、前記レーザーダイオードパッケージ体に電力を供給
する手段を更に備える、レーザーダイオードパッケージ
体。 - 【請求項17】 請求項16に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記電力供給手段が、第一及び
第二の端部キャップを備え、前記レーザーダイオードパ
ッケージ体の前記平行な形態が、前記レーザーダイオー
ドパッケージ体のうちの第一の端部に位置するパッケー
ジ体と、第二の端部に位置するパッケージ体とを備え、
前記第一の端部キャップが、前記レーザーダイオードパ
ッケージ体のうちの前記第一の端部に位置するパッケー
ジ体の吸熱体に対して配置され、前記第二の端部キャッ
プが、前記レーザーダイオードパッケージ体の前記第二
の端部に位置するパッケージ体の蓋に対して配置され
る、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項18】 請求項15乃至17に記載のレーザー
ダイオードパッケージ体にして、前記アレイが、前記吸
熱体の前記底面の各々が取り付けられる裏当て面を備
え、該裏当て面が、前記レーザーダイオードパッケージ
体の隣接するパッケージ体の間における電気的短絡を防
止する電気的絶縁手段を備える、レーザーダイオードパ
ッケージ体。 - 【請求項19】 請求項18に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記裏当て面が、前記電気的絶
縁手段を提供し得るように電気的絶縁性材料で出来てお
り、前記裏当て面が複数の金属蒸着ストリップを有し、
前記吸熱体の前記底面の各々が、前記複数の金属蒸着ス
トリップの内、対応する1つにはんだ付けされる、レー
ザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項20】 請求項19に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記複数の金属蒸着ストリップ
の各々が、連続的なストリップ、又は一連の不連続なパ
ッドを備える、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項21】 請求項19又は20に記載のレーザー
ダイオードパッケージ体にして、前記電気的絶縁性材料
が、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及
びダイヤモンドから成る群から選択された材料である、
レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項22】 請求項18に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記裏当て面が、導電性材料で
出来ており、前記電気的絶縁手段が、前記吸熱体の前記
底面の各々を前記裏当て面に取り付ける非導電性の結合
材料を含む、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項23】 請求項22に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記電気的絶縁手段が、絶縁性
被覆又は熱伝導性エポキシ樹脂を更に含む、レーザーダ
イオードパッケージ体。 - 【請求項24】 請求項15に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記吸熱体の各々が、前記頂面
に隣接する溝を有する外面を備え、該溝の各々が、前記
吸熱体の長さに沿って伸長し、前記吸熱体を前記レーザ
ーダイオードパッケージ体の隣接する1つの蓋に接合す
る第三のはんだを受け入れる、レーザーダイオードパッ
ケージ体。 - 【請求項25】 請求項24に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記溝の各々が、前記ダイオー
ドの高さよりも略低い溝高さを有する、レーザーダイオ
ードパッケージ体。 - 【請求項26】 請求項15に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記吸熱体の各々が、前記頂面
に隣接する一連の切欠きが形成された外面を備え、該切
欠きの各々が、前記吸熱体の長さに沿って伸長し、前記
吸熱体を前記レーザーダイオードパッケージ体の隣接す
る1つの蓋に接合する第三のはんだを受け入れる、レー
ザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項27】 請求項26に記載のレーザーダイオー
ドパッケージ体にして、前記切欠きの各々が、前記ダイ
オードの高さよりも略低い切欠き高さを有する、レーザ
ーダイオードパッケージ体。 - 【請求項28】 請求項24乃至27に記載のレーザー
ダイオードパッケージ体にして、前記第一及び第二のは
んだの流動温度が前記第三のはんだの流動温度よりも高
い、レーザーダイオードパッケージ体。 - 【請求項29】 レーザーダイオードパッケージ体の製
造方法にして、 放出面と、反射面とを有するレーザーダイオードを提供
するステップと、 底面と、頂面とを有する吸熱体を提供するステップと、 上端及び下端を有する蓋を提供するステップと、 前記蓋と前記吸熱体との間にて前記レーザーダイオード
をはんだ付けするステップとを備え、 前記蓋の前記上端及び前記吸熱体の前記頂面が、前記レ
ーザーダイオードの前記放出面と略同一面の高さであ
り、前記反射面が、その下方に及び前記吸熱体の前記底
面と前記蓋の前記下端との間に妨害構造体が存在しない
ように露出され、 前記レーザーダイオードの前記反射面にアクセスし且つ
該反射面を洗浄するステップを備える、製造方法。 - 【請求項30】 請求項29に記載の製造方法にして、
前記洗浄ステップが、溶剤を付与するステップを含む、
製造方法。 - 【請求項31】 請求項29に記載の製造方法にして、
前記頂面と前記底面との間で規定される前記吸熱体の高
さが、前記反射面を露出させることを可能にする、製造
方法。 - 【請求項32】 請求項31に記載の製造方法にして、
前記レーザーダイオードが、前記反射面と前記放出面と
の間で規定される高さを有し、前記吸熱体の高さが、該
レーザーダイオードの高さの約4倍未満である、製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/641,235 US5898211A (en) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | Laser diode package with heat sink |
US641235 | 1996-04-30 |
Publications (2)
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