NL7904550A

NL7904550A - Werkwijze voor het vervaardigen van koelblokken voor halfgeleiderlasers.

Info

Publication number: NL7904550A
Application number: NL7904550A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1979-06-11
Publication date: 1980-12-15
Also published as: JPS562695A; GB2050896B; IT8022639A0; IT1131523B; JPS611082A; JPS6237896B2; US4348795A; FR2458922A1; GB2050896A; NL180365B; CA1143463A; DE3021140A1; NL180365C; FR2458922B1; DE3021140C2

Description

» /> - ^ N.V. PHILIPS* GLOEILAMPENFABRIEKEN te EINDHOVEN PHN 9485

Werkwijze voor het vervaardigen van koekblokken voor halfgeleiderlasers.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van koelblokken voor halfgeleiderlasers, welke koelblokken tenminste twee oppervlakken hebben die elkaar volgens een rechte lijn snij-5 den, waarbij de afrondingsstraal tussen deze twee oppervlakken een geringe grootte heeft.

Het is bekend, dat halfgeleiderlaserelementen zeer goed moeten worden gekoeld, ter verkrijging van een voldoende grote levensduur. Daartoe moet het laserelement 10 over zijn gehele lengte via een lage thermische weerstand aan een koelblok worden bevestigd.

Bij vele toepassingen van halfgeleiderlasers is het wenselijk, dat het laserelement zeer dicht bij de rand van het koelblok wordt opgesteld, dat wil zeggen, 15 dat een laserspiegel zich hoogstens enkele microns van een zijvlak van het koelblok bevindt. Dit is bijvoorbeeld noodzakelijk ter verkrijging van een efficiënte optische koppeling met een monomodefiber voor toepassing bij optische communicatie. Ook ter vermijding van. reflecties 20 op het oppervlak van het koelblok is deze plaatsing noodzakelijk.

Bij zeer nauwkeurige bewerkingstechnieken, zoals vonkverspanen, zal de radius van de ribbe van een bijvoorbeeld kubusvormig koelblokje nog steeds een grootte hebben van 20 micron of meer. Bij mechanische verspanende 7904550 ¢- PHN 9^85 2 '/ ** - bewerking is de radius groter, terwijl voorts enig afbrok-kelen van de ribbe kan plaatsvinden en braamvorming kan optreden.

Als bij een koelblokje, waarvan de afrondings-5 straal van de ribbe 20 micron of groter is, een spiegel van bet laserelement zich op een afstand van enkele microns van de zijwand bevindt, dan zal een deel van het laserelement geen of een slecht thermisch kontakt maken met het koelblok, hetgeen de levensduur nadelig beïnvloedt. 10 De uitvinding heeft tot doel een werkwijze voor het vervaardigen van koelblokken voor halfgeleider-laserelementen te verschaffen, waarbij althans de snijlijn, gevormd door het draagoppervlak voor het laser-element en het zijoppervlak nabij welk een van de spiegels 15 van het laserelement zal worden geplaatst, een uiterst geringe afrondingsstraal vertoont, bij voorkeur geringer dan 2 micron. Om dit doel te bereiken, is de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat twee tot koelblok te vormen lichamen elk van een vlak oppervlak worden 20 voorzien, dat deze vlakke oppervlakken met behulp van een hardende lijm aan elkaar worden bevestigd, dat van de aan elkaar bevestigde lichamen een zijde dwars op de twee aan elkaar bevestigde oppervlakken aan een verspanende bewerking wordt onderworpen, ter verkrijging van een ver-25 der vlak oppervlak, bij welke verspanende bewerking door de aanwezigheid van de geharde lijm een vervorming en braamvorming van de lichamen nabij de te vormen genoemde snijlijn wordt voorkomen, en dat, eventueel na bewerking van verdere vlakken, de lijm wordt verwijderd.

30 De toepassing van de hardende lijm bewerkstel ligt, dat er bij de verspanende bewerking, zoald frezen of zagen, geen mogelijkheid optreedt tot vervorming, braamvorming of uitbrokkelen van het materiaal van het koelblok ter plaatse van de te vormen snijlijn. Er wordt 35 zodoende een hoek gevormd met een uiterst geringe afron-dingsstraal.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat uitgegaan 7904550 PHN 9k85 ^ 3 wordt van materiaal in de vorm van metalen staven, dat de staven worden voorzien van twee tegenover elkaar gelegen, evenwijdige oppervlakken, dat een aantal staven met behulp van een hardbare lijm langs hun even-5 wijdige oppervlakken aan elkaar worden bevestigd en dat dwars op de bevestigingsvlakken door een verspanende bewerking twee verdere tegenover elkaar gelegen evenwijdige platte oppervlakken worden gevormd, waarna het samenstel van staven dwars op zijn lengterichting door IQ een zaagbewerking in delen worden verdeeld.

Hierbij worden een aantal koelblokken gelijktijdig vervaardigd, waarbij elk koelblok een aantal snijlijnen vertoont met een radius van minder dan 2 ^um.

Een voor industriële toepassing gunstige 15 uitvoeringsvorm is daardoor gekenmerkt, dat vóór het' in delen verdelen een aantal van de genoemde samenstellen van staven op elkaar worden gestapeld en met behulp van een hardbare lijm aan elkaar worden bevestigd, waarbij alle staven evenwijdig verlopen, dat het aldus gevormde 2Q lichaam door een zaagbewerking in delen wordt verdeeld, dat op de delen een dwars op de zaagrichting verlopende verspanende bewerking wordt toegepast en dat vervolgens de lijm wordt opgelost.

Op deze wijze kunnen in serieproduktie koel-25 blokken bijvoorbeeld in de vorm van kubussen worden gevormd met ribben die een afrondingsstraal van minder dan 2 ^um hebben.

Als hardbare lijm kan bij voorkeur een epoxyhars worden toegepast. Een epoxyhars op basis van acryl-2Q nitrilbutadiëen is uiterst geschikt gebleken.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een halfgeleiderlasfer, bevattende een halfgeleiderlaserelement, dat is bevestigd op een koelelement en dat is voorzien van aansluitingen voor het toevoeren van spanning aan het 35 halfgeleiderelement. Volgens de uitvinding is daarbij het koelelement uitgevoerd als een prismatisch blok, waarvan althans één ribbe een afrondingsstraal van minder dan 2 ^um heeft, is het halfgeleiderlaserelement, met een 7904550 ,φΓ ΡΗΝ 9^85 k van zijn spiegelvlakken evenwijdig aan de ribbe op minder dan 5 yum afstand van de rand van het koellichaam bevestigd en is op het bevestigingsvlak een steunblok van isolerend materiaal aangebracht, waarbij een band-5 vormige aansluitgeleider met een einde aan het halfgeleider-laserelement is bevestigd en ondersteund wordt door het , steunblok.

De uitvinding zal aan de hand van in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden 10 toegelicht.

In de tekening toont:

Figuur 1 een aantal staven waaruit koelblok-jes worden vervaardigd;

Figuur 2 een samenstel van onderling verbonden 15 en gefreesde staven;

Figuur 3 een pakket van samenstellen uit figuur 2;

Figuur 4 een uit het pakket volgens figuur 3 gezaagde plak; 20 Figuur 5 een koelblokje ter koeling van een halfgeleiderlaser en

Figuur 6 een koelblokje voorzien van een laserelement en een strookvormige geleider.

Figuur 1 toont een aantal staven 1, die bij-25 voorbeeld zijn gevormd uit een koperen draad die platgedrukt is. Bij voorkeur zijn de platte zijden van de staven 1 zuiver vlak gemaakt, bijvoorbeeld door een frees-bewerking. De staven t zijn met hun vlakke zijden 2 naar elkaar gericht en worden tot een eenheid gemaakt met 30 behulp van een lijm tussen de vlakke zijden 2. Bij voorkeur wordt een epoxylijm toegepast. Een epoxylijm op basis van acrylnitrilbutadiëen is zeer geschikt gebleken. De lijm wordt onder druk uitgehard bij een temperatuur van bijvoorbeeld 150°C. De dikte van de lijmlaag wordt 35 bij voorkeur klein gehouden en kan, afhankelijk van de gladheid van de oppervlakken en de toegepaste druk, enige yum bedragen.

De zo verbonden staven worden aan een verspanen· 7 9 0 4 5 5 0 5 PHN 9485 de bewerking, zoals frezen onderworpen in een richting loodrecht op de aan elkaar gelijmde vlakken 2. Er ontstaat dan een samenstel zoals in figuur 2 is getoond. Als bij het frezen de staven stuk voor stuk zouden zijn be-5 handeld, dan zou de radius van de gevormde snijlijnen tussen boven- en zijvlakken respectievelijk onder- en zijvlakken een relatief grote waarde hebben van meer dan 20 yum waarbij voorts plaatselijk strikjes materiaal zouden zijn uitgebrokkeld en braamvorming zou zijn opge-10 treden. De geharde lijm tussen de staven heeft tot effect dat het gestapelde samenstel van staven voor de frees-bewerking een homogeen geheel lijkt, waarbij de frees geen overgang tussen de staven voelt. Het te frezen oppervlak wordt dan ook volkomen glad; uitbrokkelen en braam-15 vorming bij de snijlijnen treedt niet op. Als de lijm tussen de staven nu opgelost zou worden, dan zou blijken dat de gevormde snijlijn zeer scherp zijn, met een afron-dingsstraal minder dan 2 ^um. Het is zelfs mogelijk gebleken een afrondingsstraal van 0,2 ^um te bereiken.

20 Men kan nu het in figuur 2 getoonde samenstel in plakken zagen en dan de lijm oplossen. Er zouden dan blokjes ontstaan, waarvan een aantal snijlijnen een uiterst geringe radius bezitten. Het is echter te prefereren een aantal van de in figuur 2 getoonde samenstellen onder 25 tussenvoeging van een hardbare lijm te stapelen tot een pakket, zoals in figuur 3 is getoond. De stapel wordt onder druk gebracht, waarbij de lijm bij een temperatuur van bijvoorbeeld 150°C wordt uitgehard.

De gestapelde staven worden vervolgens in 30 plakken gezaagd, zoals in figuur 4 is getoond. Eventueel worden de plakken na het zagen nog nagefreesd, ter verkrijging van een glad oppervlak. De jJakken bevatten een aantal, nog aan elkaar gelijmde blokjes. De ribben van deze blokjes die zijn ontstaan.door verspanende bewerking 35 van aan elkaar gelijmde lichamen, hebben alle een zeer geringe afrondings straal van minder dan 2 ƒ tam. De blokjes langs de buitenrand hebben enige ribben die niet zijn ontstaan door de verspanende bewerking van aan elkaar ge- 7904550 6 i V PHN 9^85 lijmde lichamen; deze ribben hebben een groter afrondings-straal. Eventueel kunnen deze buitenste blokjes worden gemerkt, waarna de lijm met een oplosmiddel wordt verwijderd. Er ontstaan dan de blokjes zoals er een in 5 figuur 5 is getoond. De blokjes 3 hebben een bijzonder glad oppervlak, tegenover elkaar gelegen vlakken zijn nauwkeurig evenwijdig en de ribben 4 hebben een uiterst geringe afrondingsstraal.

Een voorbeeld van toepassing van het zo gevormde 10 koelblokje is getoond in figuur 6, welle toepassing geschikt is bij optische fibercommunicatie. De bevestiging van de halfgeleiderlaser en van een stroomgeieider is zodanig dat een gunstige koeling en een lage elektrische induc-tantie optreedt.

15 Op het koelblokje 3 is een halfgeleiderlaser- element 5 aangebracht. De bevestiging kan bijvoorbeeld geschieden door middel van indiumsoldeer. Een spiegelvlak 6 van het laserelement ligt daarbij op een afstand van ten hoogste enkele yum van de rand van het koellichaam. 20 Dit kan noodzakelijk zijn ter verkrijging van een efficiënte optische koppeling van de -laser met een optische fiber. Ook kan dit nodig zijn ter voorkoming van reflecties van het laserlicht met het metaaloppervlak van het koelblokje. Daar de ribben van het blokje 3 een afrondings-25 straal hebben van minder dan 2yum zal het laserelement 5 over zijn gehele ondervlak met het koellichaam zijn verbonden, ook met het gedeelte van het ondervlak dat bij de rand van het koelblokje ligt. Hierdoor wordt het laserelement optimaal gekoeld.

30 Op het koelblokje is voorts een keramisch af- standstukje 7 aangebracht, bijvoorbeeld door middel van een epoxylijm. Een strookvormige geleider 8 strekt zich boven het koelblokje uit, vanaf het bovenvlak van het laserelement 5 via het isolerende steunblokje 7 naar de 35 zijkant van het koelblokje. Door de getoonde uitvoering treedt slechts een geringe inductantie, op, hetgeen bij toepassing van de laser voor optische communicatie gunstig.

Het zal duidelijk zijn, dat het koelblokje niet 7904550 ΡΗΗ 9^85 ^ 7 slechts toepasbaar is bij lasers voor optische communicatie. Het zal vrijwel steeds gewenst zijn, het laser-element zo dicht mogelijk hij de rand van een koelelement te bevestigen en hiervoor is het koelblokje volgens de 5 uitvinding juist bij uitstek geschikt. Een gunstige verdere toepassing is er bijvoorbeeld bij het aftasten van registratiedragersvoorzien van optisch uitleesbare informatiestructuren. De informatiestructuren kunnen bijvoorbeeld betrekking hebben op beeld of geluid. Bij een 10 dergelijke toepassing wordt het laserelement ook met een spiegelvlak op enkele yum afstand van de rand van het koelblokje geplaatst. Voorts wordt er op het vlak waarop het laserelement zicj bevindt tevens een regeldiode geplaatst. Ter verkrijging van een geschikt bevestigings-15 vlak van de diode op het koelblokje kan het nuttig zijn de diode kubusvormig uit te voeren.

20 25 30 35 7904550

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van koelblokken · voor halfgeleiderlasers, welke koelblokken tenminste twee oppervlakken hebben die elkaar volgens een rechte lijn snijden, waarbij de afrondingsstraal tussen deze 5 twee oppervlakken een geringe grootte heeft, met het kenmerk, dat twee tot koelblok te vormen lichamen elk van een vlak oppervlak worden voorzien, dat deze vlakke oppervlakken met behulp van een hardende lijm aan elkaar worden bevestigd, dat van de aan elkaar bevestigde 10 lichamen een zijde dwars op de twee aan elkaar bevestigde oppervlakken aan een verspanende bewerking wordt onderworpen ter verkrijging van een verder vlak oppervlak, bij welke verspanende bewerking door de aanwezigheid van de geharde lijm een vervorming en braamvorming van de 15 lichamen nabij de te vormen genoemde snijlijn wordt voorkomen, en dat, eventueel na bewerking van verdere vlakken, het kleefmiddel wordt verwijderd'.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat uitgegaan wordt van materiaal in de vorm van metalen 20 staven, dat de staven worden voorzien van twee tegenover elkaar gelegen, evenwijdige vlakke oppervlakken,dat een aantal staven met behulp van een hardbare lijm langs hun evenwijdige oppervlakken aan elkaar worden bevestigd en dat dwars op de bevestigingsvlakken door een verspanende bewerking van twee verdere tegenover elkaar gelegen even- 7904550 PHN 9485 ^ 9 wijdige platte oppervlakken worden gevormd, waarna het samenstel van staven dwars op zijn lengterichting door een zaagbewerking in delen wordt verdeeld.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, 5 dat vóór het in delen verdelen een aantal van de genoemde samenstellen van staven op elkaar worden gestapeld en met behulp van een hardbare lijm aan elkaar worden bevestigd, waarbij alle staven evenwijdige verlopen, dat het aldus gevormde lichaam door een zaagbewerking in 10 delen wordt verdeeld, dat op de delen een dwars op de zaagrichting verlopende verspanende bewerking wordt toegepast en dat vervolgens het kleefmiddel wordt opgelost.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, 15 met het kenmerk,dat als hardbare lijm een epoxyhars wordt toegepast.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als lijm een epoxyhars op basis van acrylnitrilbuta-diëen-styreen wordt toegepast. 20

6. Halfgeleiderlaser bevattende een halfgeleider- laserelement dat is bevestigd op een koelelement en dat . is voorzien van aansluitgeleiders voor het toevoeren van spanning aan het halfgeleiderlaserelement, met het kenmerk, dat het koelelement is uitgevoerd als een prismatisch 25 blok, waarvan althans één ribbe een afrondingsstraal van minder dan 2 j um heeft, dat het halfgeleiderlaser-element met een van zijn spiegelvlakken evenwijdig aan de ribbe op minder dan 5 ƒ urn afstand van de rand van het koekblok is bevestigd, dat op het bevestigingsvlak een •30 steunblok van isolerend materiaal is aangebracht en dat een bandvormige aansluitgeleider met een einde aan het halfgeleiderlaserelement is bevestigd en ondersteund wordt door het steunblok. 35 7904550