WO2000011717A1 - Heatsink, and semiconductor laser device and semiconductor laser stack using heatsink - Google Patents

Heatsink, and semiconductor laser device and semiconductor laser stack using heatsink Download PDF

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semiconductor laser
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plate member
hole
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Hirofumi Miyajima
Hirofumi Kan
Toshio Naitoh
Hirokazu Ohta
Takeshi Kanzaki
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Definitions

  • a heat sink, and a semiconductor laser device and a semiconductor laser device using the heat sink are provided.
  • the present invention relates to a heat sink used for heat radiation of a heating element such as a semiconductor device, and a semiconductor laser device and a semiconductor laser device using the same.
  • a heat sink used for heat radiation of a heating element such as a semiconductor device
  • a heat sink having a structure in which cooling water is circulated therein as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-139479 is known.
  • the heat sink includes a pipe-shaped supply channel to which pressurized cooling water is supplied, a discharge channel for discharging the cooling water, and an ejection hole for discharging the cooling water supplied to the supply channel into the discharge channel.
  • the cooling water jetted at a high pressure from the jet hole efficiently radiates heat from the heating element placed directly above the jet hole. Disclosure of the invention
  • a heat sink according to the related art has the following problems. That is, since the heat sink according to the above-described related art has a pipe-shaped supply water channel, the thickness of the heat sink increases and the size of the heat sink increases. It is conceivable to reduce the diameter of such a pipe to reduce the thickness of the heat sink, but manufacturing becomes extremely difficult. Therefore, an object of the present invention is to provide a heat sink which is relatively easy to manufacture and which can be made thin, a semiconductor laser device and a semiconductor laser device using the heat sink.
  • a heat sink according to the present invention includes a first plate-shaped member having a first groove formed on an upper surface, and a second plate-shaped member having a second groove formed on a lower surface.
  • a partition plate provided between the upper surface of the first flat plate member and the lower surface of the second flat plate member, wherein the partition plate includes the first groove and the partition.
  • a hole is provided to communicate a first space formed by the lower surface of the plate and a second space formed by the second groove and the upper surface of the partition plate. It has a supply port for supplying a fluid to the first space, and a discharge port for discharging the fluid from the second space.
  • the thickness can be reduced.
  • it can be manufactured by relatively simple steps such as formation of a groove and formation of a hole, that is, manufacture is relatively easy.
  • a semiconductor laser device of the present invention includes the heat sink and a semiconductor laser mounted on an upper surface of the second plate-shaped member of the heat sink.
  • the heat sink can be made thinner and easier to manufacture, and as a result, the semiconductor laser device can be made smaller and easier to manufacture.
  • a semiconductor laser stack device of the present invention includes first and second heat sinks, and first and second semiconductor lasers, wherein the first and second heat sinks are the heat sinks,
  • the second semiconductor laser is sandwiched between an upper surface of the second flat plate member of the first heat sink and a lower surface of the first flat plate member of the second heat sink.
  • the second heat sink is mounted on an upper surface of the second plate-shaped member.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser stack device.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a heat sink.
  • FIG. 3 is an explanatory view of the heat sink as viewed from above.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the heat sink viewed from the side.
  • FIG. 5 is a perspective view of the intermediate flat plate member.
  • FIG. 6 is a perspective view of the intermediate flat plate member.
  • FIG. 7 is a perspective view of the intermediate flat plate member.
  • FIG. 8 is a perspective view of the intermediate flat plate member.
  • 9A to 9C are exploded perspective views of the heat sink.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the heat sink as viewed from above.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of the heat sink viewed from the side.
  • FIG. 12A is a plan view of the lifting piece.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 12A.
  • FIG. 12C is a cross-sectional view along a line II-II in FIG. 12A.
  • FIGS. 13A and 13B are exploded perspective views of the lower flat plate member. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • a semiconductor laser hook device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the semiconductor laser device and the heat sink of the present invention are included in the semiconductor laser stack device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser stack device according to the present embodiment.
  • the semiconductor laser stack device 1 according to the present embodiment includes three semiconductor lasers 2a to 2c, two copper plates 3a and 3b, and two lead plates 4a and 4b. , A supply pipe 5, a discharge pipe 6, four insulating members 7a to 7d, and three heat sinks 10a to 10c.
  • each component will be described.
  • the description will be made assuming that the positive direction of the z-axis in FIG. 1 is up and the negative direction of the z-axis is down.
  • the semiconductor lasers 2a to 2c are semiconductor lasers having a plurality of laser emission points arranged in a predetermined direction (y-axis direction).
  • the semiconductor laser 2a has an upper surface of a heat sink 10a (an upper surface of an upper plate member 16 described later; the same applies hereinafter) and a lower surface of a heat sink 10b (a lower surface of a lower plate member 12 described below; the same applies hereinafter).
  • the semiconductor laser 2b is sandwiched between the upper surface of the heat sink 10b and the lower surface of the heat sink 10c, and the semiconductor laser 2c is mounted on the upper surface of the heat sink 10c.
  • each of the semiconductor lasers 2 a to 2 c is arranged such that the arrangement direction of the laser emission points and the upper surface of the heat sinks 10 a to 10 c are parallel to each other.
  • the respective emission surfaces and the side surfaces of the heat sinks 10a to 10c are arranged on substantially the same plane.
  • the lower surface of the semiconductor laser 2a is electrically connected to the lead plate 4a via the copper plate 3a
  • the upper surface of the semiconductor laser 2c is electrically connected to the lead plate 4b via the copper plate 3b. Connected.
  • a voltage between the lead plate 4a and the lead plate 4b it becomes possible to output laser light from the semiconductor lasers 2a to 2c.
  • the supply pipe 5 and the discharge pipe 6 are provided through the heat sinks 10a to 10c. More specifically, the supply pipe 5 is connected to the heat sinks 10 a to 10 c and the supply ports 4 4 (details will be described later) formed therein, and the discharge pipe 6 is connected to the heat sink 10 a C10 c are connected to outlets 46 (details will be described later). Therefore, it is possible to supply a fluid such as cooling water from the supply pipe 5 to the heat sinks 10a to 10c, and also to supply the cooling water from the heat sinks 10a to 10c to the discharge pipe 6. Water can be discharged.
  • the heat sinks 10a to 10c have the following configuration. Since the heat sinks 10a to 10c have the same configuration, only the heat sink 10a will be described below.
  • 2A to 2C are exploded perspective views of the heat sink 10a, FIG. 3 is an explanatory view of the heat sink 10a viewed from above, and FIG. 4 is a view of the heat sink 10a viewed from the side.
  • FIG. 3 is an explanatory view of the heat sink 10a viewed from above
  • FIG. 4 is a view of the heat sink 10a viewed from the side.
  • the heat sink 10 includes a lower plate member 12 (first plate member), an intermediate plate member 14 (partition plate), and an upper plate member 16 (second plate member). ), And the contact surfaces are joined by diffusion bonding, brazing or using an adhesive.
  • the lower flat plate member 12 is a copper flat plate having a thickness of about 400 ⁇ m, and has two through holes 18 and 20.
  • a supply water channel groove 22 (first groove) having a depth of about 200 m. I have.
  • One end of the supply channel groove 22 is connected to the through hole 18, and the other end is expanded in the width direction of the lower flat plate member 12 (y-axis direction in FIG. 1). I have.
  • the supply channel groove 22 has a rounded corner 22a in order to reduce the flow resistance of the cooling water flowing in the heat sink 10a and reduce stagnation.
  • the supply channel groove portion 22 is formed by etching the upper surface of the lower flat plate member 12.
  • the upper flat plate member 16 is also a copper flat plate having a thickness of about 400 im, and is provided with two through holes 2 6, It has 2 8.
  • a drain water channel groove 30 (second groove) having a depth of about 200 ⁇ m is formed on the lower surface (the surface in contact with the intermediate flat plate member 14) of the upper flat plate member 16.
  • One end of the drainage channel groove 30 is connected to the through hole 28, and Of the upper flat plate member 16 extends in the width direction.
  • at least a part of the drainage channel groove 30 is formed in a portion (hatched portion in FIG. 2) overlapping with the supply channel groove 22 formed in the lower flat plate member 12.
  • the corners 30a of the discharge water channel groove 30 have a curved surface shape in order to reduce the flow resistance of the cooling water flowing in the heat sink 10a and reduce stagnation.
  • the drainage channel groove portion 30 is formed by etching the lower surface of the upper flat plate member 16.
  • the intermediate flat plate member 14 is a copper flat plate having a thickness of about 100 zm.
  • the lower flat plate member 12 has through holes 18, 20 and two through holes 34, at positions corresponding thereto.
  • a plurality of water guide holes 38 are formed in a portion where the supply water channel groove 22 formed in the lower flat plate member 12 and the discharge water channel groove 30 formed in the upper flat plate member 16 overlap. Have been.
  • the water guide holes 38 are formed by etching the intermediate flat plate member 14 from both sides.
  • the upper surface of the upper flat plate member 16 has a semiconductor laser mounting area 100 on which the semiconductor laser 2a, which is a heating element to be cooled, is mounted. Is provided at a position facing the semiconductor laser mounting area 100. That is, since the semiconductor laser 2a has a substantially rectangular parallelepiped shape, the semiconductor laser mounting area 100 has a rectangular shape, and the plurality of water guide holes 38 have a rectangular longitudinal direction (FIG. 1). (In the y-axis direction).
  • the supply water channel 40 (first space) to which the cooling water is supplied is formed by the supply water channel groove 22 formed in the flat plate member 12 and the lower surface of the intermediate flat plate member 14.
  • the upper flat plate member A discharge water channel 42 (second space) for discharging the cooling water is formed by the discharge water channel groove 30 formed in 16 and the upper surface of the intermediate flat plate member 14.
  • the water guide hole 38 has a sufficiently small cross-sectional area for jetting the cooling water supplied to the supply water channel 40 to the discharge water channel 42.
  • the through-hole 18 formed in the lower flat plate member 12, the through-hole 34 formed in the intermediate flat plate member 14, and the through-hole 26 formed in the upper flat plate member 16 are connected to each other to supply water.
  • a supply port 44 for supplying cooling water to 40 is formed, a through-hole 20 formed in the lower flat plate member 12, a through-hole 36 formed in the intermediate flat plate member 14, and an upper flat plate member.
  • the through-holes 28 formed in 16 are connected to form a discharge port 46 for discharging the cooling water from the discharge water channel 42.
  • the heat sinks 10 a to 10 c are configured by three plate members, that is, a lower plate member 12, an intermediate plate member 14, and an upper plate member 16. Therefore, the heat sinks 10a to 10c can be made extremely thin, and as a result, the semiconductor laser stack device 10 can be made extremely small.
  • the heat sinks 10a to 10c can be manufactured by relatively simple processes such as forming grooves such as a supply channel groove 22 and a discharge water channel 30 and forming holes such as water passage holes 38. Possible and relatively easy to manufacture. As a result, the manufacture of the semiconductor laser stack device 10 becomes relatively easy.
  • the semiconductor laser stack device 10 has a cooling device by providing the water guide holes 38 at positions facing the semiconductor laser mounting region 100 in the heat sinks 10a to 10c.
  • the semiconductor lasers 2a to 2c to be cooled can be effectively cooled. As a result, stable laser light can be output from the semiconductor lasers 2a to 2c.
  • the semiconductor laser stack device 10 has a plurality of water guide holes 38 in the heat sinks 10a to 10c. As a result, the semiconductor lasers 2a to 2c can be uniformly and widely cooled. As a result, it is possible to output a spatially uniform laser beam.
  • the semiconductor laser stack device 10 includes a heat sink
  • the water guiding holes 38 of 10 a to 10 c have a sufficiently small cross-sectional area for jetting the cooling water supplied to the supply water channel 40 to the discharge water channel 42. Therefore, the boundary layer on the inner wall of the drainage channel 42 can be broken, and the cooling efficiency of the semiconductor lasers 2a to 2c increases. As a result, more stable laser light is output from each of the semiconductor lasers 2a to 2c. It is possible to do.
  • the semiconductor laser stack device 10 includes a heat sink 10 a to 10 c, one supply pipe 5 connected to each supply port 44, and heat sinks 10 a to 1. 0 c
  • a heat sink 10 a to 10 c By providing one discharge pipe 6 connected to each discharge port 4 6, another connection pipe connecting supply pipe 5 and supply port 4 4, or discharge pipe 6 and discharge port 4 6 This eliminates the need for another connecting pipe or the like for connecting the cable, thereby further reducing the size.
  • the plurality of water guide holes 38 are arranged in a line in the longitudinal direction of the semiconductor laser mounting region 100.
  • this may be formed in two rows in the longitudinal direction of the semiconductor laser mounting area 100.
  • slit-shaped water guide holes 38 extending in the short direction of the semiconductor laser mounting area 100 are arranged in a line with respect to the longitudinal direction of the semiconductor laser mounting area 100. It may be formed.
  • one slit-shaped water guide hole 38 extending in the longitudinal direction of the semiconductor laser mounting region 100 may be formed as shown in FIG. 7, or two slit-shaped water guide holes 38 may be formed as shown in FIG. May be.
  • the heat sink 10a may be as shown in the exploded perspective views of FIGS. 9A and 9B. That is, the lower flat plate member 12 and the upper flat plate member 16 are the same as those described with reference to FIGS. 2A to 2B, but the intermediate flat plate member 14 includes one of the intermediate flat plate members 14. Part is cut into a U-shape, and the U-shaped part is raised to the upper flat plate member 16 side, and the triggering piece 37 and the water guide hole formed by the rising of the triggering piece 37 are formed. A plurality of 38 are formed. In other words, water transfer The hole 38 serves as a hole for jetting the cooling water supplied to the supply channel 40 into the discharge channel 42, and the trigger 37 is provided at the edge of the water guide hole 38 on the side of the discharge channel 42.
  • a heat sink 10a when cooling water pressurized to a water pressure of about 2 to 4 kgf / cm 2 is supplied from the supply port 44 to the supply water path 40, the cooling water flows into the supply water path 40. Flows toward the headrace 38, and is ejected into the discharge channel 42 through the headrace 38.
  • the semiconductor laser 2 a mounted on the semiconductor laser mounting area 100 is radiated by the cooling water jetted from the water guide holes 38.
  • the cooling water jetted at a high pressure from the water guide hole 38 is usually provided immediately below the semiconductor laser mounting area 100.
  • the guide bar 37 which is a guide bar
  • a member for the guide bar is not separately manufactured.
  • guide pieces can be easily formed.
  • the guide piece 37 which is a guide piece, is formed in a plate shape, the flow of the cooling water from the upper part of the discharge channel 42 to the discharge port 46 after the semiconductor laser 2a is radiated. It is prevented from being hindered by the trigger piece 37, and the flow resistance of the discharge channel 42 caused by the trigger piece 37 can be kept small. As a result, the heat radiation efficiency can be further improved.
  • the thickness of the inducing piece 37 is formed as thin as about 100 ⁇ m. Therefore, the opening degree of the piece 37 changes according to the pressure of the cooling water supplied to the supply water channel 40, and the substantial area of the water introduction hole 38 changes. More specifically, when the water pressure of the cooling water increases, the piece 37 rises, and the substantial area of the water introduction hole 38 increases, while when the water pressure of the cooling water decreases, the piece 37 falls. However, the substantial area of the water introduction hole 38 becomes smaller. Therefore, regardless of the change in water pressure, the jet speed of the cooling water is kept almost constant. As a result, the jetting speed of the cooling water can be maintained substantially constant regardless of the change in the water pressure, and the semiconductor laser 2a can uniformly radiate heat.
  • the raising piece 37 has a flat plate shape. This is because the cross section is V-shaped as shown in FIGS. 12A to 12C.
  • Piece 3 7 may be used.
  • FIG. 12A is a plan view of the raising piece 37
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line I—I of FIG. 12A
  • FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line II.
  • the cooling water is also squirted from both sides of the raising piece 37, so that the cooling water can be jetted over a wide area and the cooling that cools the semiconductor laser 2a It is possible to further reduce the flow resistance when water flows toward the discharge port 46.
  • the supply channel groove 22 of the lower flat plate member 12 is formed by etching the upper surface of the lower flat plate member 12.
  • the first flat plate 12 a having the hole 12 c forming the side surface of the supply channel groove 22 and the supply channel groove are formed. It may be formed by overlapping and bonding the second flat plate 12 b forming the bottom surface of the second plate 22.
  • the upper flat plate member 16 can also be formed by overlapping and bonding two flat plates in the same manner as described above.
  • the present invention can be used as a semiconductor laser device and a semiconductor laser device used as a light source, and a heat sink used for heat radiation of a heating element such as a semiconductor device.

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Description

明糸田
ヒートシンク、 並びに、 これを用いた半導体レーザ装置及び半導体レ一ザス夕ッ
技術分野
本発明は、 半導体デバイス等の発熱体の放熱に用いられるヒートシンク、 並び に、 これを用いた半導体レーザ装置及び半導体レーザス夕ック装置に関するもの である。 背景技術
半導体デバイス等の発熱体の放熱に用いられるヒートシンクとして、 例えば特 開平 8— 1 3 9 4 7 9号公報に開示されているような、 内部に冷却水を環流させ る構造を有するヒートシンクが知られている。 上記ヒートシンクは、 加圧された 冷却水が供給されるパイプ状の供給水路と、 冷却水を排出する排出水路と、 供給 水路に供給された冷却水を排出水路内に噴出させる噴出孔とを備えて構成される c 上記噴出孔から高圧で噴出された冷却水は、 噴出孔の真上部に載置された発熱体 を効率よく放熱させる。 発明の開示
しかし、 上記従来技術にかかるヒートシンクには以下に示す問題点があった。 すなわち、 上記従来技術にかかるヒートシンクは、 パイプ状の供給水路を有する ため、 ヒートシンクの厚みが増し、 大型化してしまう。 かかるパイプの径を小さ くしてヒートシンクを薄型化することも考えられるが、製造が極めて困難となる。 そこで本発明は、 製造が比較的容易で、 薄型化が可能なヒートシンク、 並びに、 これを用いた半導体レーザ装置及び半導体レーザス夕ック装置を提供することを 課題とする。 上記課題を解決するために、 本発明のヒートシンクは、 上面に第 1の溝部が形 成された第 1の平板状部材と、 下面に第 2の溝部が形成された第 2の平板状部材 と、 上記第 1の平板状部材の上記上面と上記第 2の平板状部材の上記下面との間 に設けられた仕切り板とを備え、 上記仕切り板には、 上記第 1の溝部と上記仕切 り板の下面とによつて形成された第 1の空間と、 上記第 2の溝部と上記仕切り板 の上面とによって形成された第 2の空間とを連通する孔が設けられ、 さらに、 上 記第 1の空間に流体を供給する供給口と、 上記第 2の空間から上記流体を排出す る排出口とを有することを特徴としている。
溝部を設けた第 1、 第 2の平板状部材と孔を設けた仕切り板によって構成され ることで、 薄型化が可能となる。 また、 溝部の形成、 孔の形成といった比較的簡 単な工程によって製造ができ、 すなわち、 製造が比較的容易となる。
また、 本発明の半導体レーザ装置は、 上記ヒートシンクと、 上記ヒートシンク の上記第 2の平板状部材の上面に載置された半導体レーザとを備えたことを特徴 としている。
上記ヒートシンクを用いることで、 ヒートシンクの薄型化、製造容易化が図れ、 その結果、 半導体レーザ装置の小型化、 製造容易化が可能となる。
また、 本発明の半導体レーザスタック装置は、 第 1、 第 2のヒートシンクと、 第 1、 第 2の半導体レーザとを備え、 上記第 1及び第 2のヒートシンクは、 上記 ヒートシンクであり、 上記第 1の半導体レーザは、 上記第 1のヒートシンクの上 記第 2の平板状部材の上面と上記第 2のヒートシンクの上記第 1の平板状部材の 下面とによって挟持され、 上記第 2の半導体レーザは、 上記第 2のヒートシンク の上記第 2の平板状部材の上面に載置されていることを特徴としている。
上記ヒートシンクを用いることで、 ヒートシンクの薄型化、製造容易化が図れ、 その結果、 半導体レーザスタック装置の小型化、 製造容易化が可能となる。 図面の簡単な説明 図 1は、 半導体レーザスタック装置の斜視図である。
図 2 A〜図 2。は、 ヒ一トシンクの分解斜視図である。
図 3は、 ヒートシンクを上方から見た説明図である。
図 4は、 ヒートシンクを側方から見た説明図である。
図 5は、 中間平板部材の斜視図である。
図 6は、 中間平板部材の斜視図である。
図 7は、 中間平板部材の斜視図である。
図 8は、 中間平板部材の斜視図である。
図 9 A〜図 9 Cは、 ヒートシンクの分解斜視図である。
図 1 0は、 ヒートシンクを上方から見た説明図である。
図 1 1は、 ヒートシンクを側方から見た説明図である。
図 1 2 Aは、 引き起こし片の平面図である。
図 1 2 Bは、 図 1 2 Aの I— I線に沿った断面図である。
図 1 2 Cは、 図 1 2 Aの Π— II線に沿った断面図である。
図 1 3 A及び図 1 3 Bは、 下側平板部材の分解斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態にかかる半導体レーザス夕ック装置について、 図面を参照し て説明する。 尚、 本発明の半導体レーザ装置及びヒートシンクは、 本実施形態に かかる半導体レーザスタック装置に含まれる。
まず、 本実施形態に係る半導体レーザスタック装置の構成について説明する。 図 1は、 本実施形態に係る半導体レーザスタック装置の斜視図である。 本実施形 態にかかる半導体レーザスタック装置 1は、 図 1に示すように、 3つの半導体レ —ザ 2 a〜2 c、 2つの銅板 3 a及び 3 b、 2つのリード板 4 a及び 4 b、 供給 管 5、 排出管 6、 4つの絶縁部材 7 a〜7 d、 及び、 3つのヒートシンク 1 0 a 〜 1 0 cを備えて構成される。 以下、 各構成要素について説明する。 尚、 説明の 便宜上、 図 1の z軸正方向を上、 z軸負方向を下として説明する。
半導体レーザ 2 a〜2 cは、 所定方向 （y軸方向） に配列された複数のレーザ 出射点を有する半導体レーザである。 半導体レーザ 2 aは、 ヒートシンク 1 0 a の上面 （後述の上側平板部材 1 6の上面。 以下同じ。） とヒートシンク 1 0 bの 下面 （後述の下側平板部材 1 2の下面。 以下同じ。） とによって挟持され、 半導 体レーザ 2 bは、 ヒートシンク 1 0 bの上面とヒートシンク 1 0 cの下面とによ つて挟持され、 半導体レーザ 2 cは、 ヒートシンク 1 0 cの上面に載置されてい る。 ここで、 半導体レーザ 2 a〜2 cそれぞれは、 レーザ出射点の配列方向とヒ ートシンク 1 0 a〜 l 0 cの上面とが平行となるように配置され、 また、 半導体 レーザ 2 a〜 2 cそれそれの出射面と、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cそれそれ一 つの側面とは、 略同一平面上に配置されている。
半導体レーザ 2 aの下面は、 銅板 3 aを介してリード板 4 aに電気的に接続さ れているととも、 半導体レーザ 2 cの上面は、 銅板 3 bを介してリード板 4 bに 電気的に接続されている。 ここで、 リード板 4 aとリード板 4 bとの間に電圧を 印加することで、 半導体レーザ 2 a〜 2 cからレーザ光を出力させることが可能 となる。
供給管 5、 排出管 6のそれぞれは、 ヒートシンク 1 0 a〜 l 0 cを貫通して設 けられている。 より詳細には、 供給管 5は、 ヒートシンク 1 0 a〜l 0 cそれそ れに形成された供給口 4 4 (詳細は後述） と接続されており、 排出管 6は、 ヒー トシンク 1 0 a〜 1 0 cそれぞれに形成された排出口 4 6 (詳細は後述） と接続 されている。 従って、 供給管 5からヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cに対して、 冷却 水などの流体を供給することが可能となり、 また、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 c から排出管 6に対して上記冷却水を排出することが可能となる。
ヒートシンク 1 0 aの下面側、 ヒートシンク 1 0 aの上面とヒートシンク 1 0 bの下面との間隙、 ヒートシンク 1 0 bの上面とヒートシンク 1 0 cの下面との 間隙、 ヒートシンク 1 0 cの上面側それぞれには、 供給管 5及び排出管 6を囲む ように、 ゴム製の絶縁部材 7 a， 7 b， 7 c , 7 dが設けられている。 絶縁部材 7 a〜7 dは、 各ヒートシンク間の絶縁を確保するとともに、 冷却水の漏洩を防 止する役割を果たす。
ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cは、 以下に示すような構成となっている。 尚、 ヒ ートシンク 1 0 a〜 1 0 cそれぞれは同一の構成を有するため、 以下、 ヒ一トシ ンク 1 0 aについてのみ説明する。 図 2 A〜図 2 Cは、 ヒートシンク 1 0 aの分 解斜視図、 図 3は、 ヒートシンク 1 0 aを上方から見た説明図、 図 4は、 ヒート シンク 1 0 aを側方から見た説明図である。
ヒートシンク 1 0は、 図 2 A〜図 2 Cに示すように、 下側平板部材 1 2 (第 1 の平板部材） 、 中間平板部材 1 4 (仕切り板） 、 上側平板部材 1 6 (第 2の平板 部材） を順次積層し、 接触面を拡散接合法、 ろう付けあるいは接着剤を用いて接 合して形成されている。
下側平板部材 1 2は 4 0 0〃m程度の厚さを有する銅製の平板で、 2つの貫通 口 1 8， 2 0を有している。 下側平板部材 1 2の上面 （中間平板部材 1 4と接触 する面） 側には、 深さが約 2 0 0〃mの供給水路用溝部 2 2 (第 1の溝部） が形 成されている。 供給水路用溝部 2 2は、 一方の端部側が上記貫通口 1 8につなが つており、 他方の端部側は下側平板部材 1 2の幅方向 （図 1の y軸方向） に拡が つている。 また、 供給水路用溝部 2 2は、 ヒートシンク 1 0 a内を流れる冷却水 の流動抵抗を小さくし、 よどみを少なくするため、 隅部 2 2 aが曲面形状となつ ている。 ここで、 供給水路用溝部 2 2は、 下側平板部材 1 2の上面をエッチング することによって形成されている。
上側平板部材 1 6も 4 0 0 i m程度の厚さを有する銅製の平板で、 下側平板部 材 1 2の貫通口 1 8， 2 0それそれに対応する位置に、 2つの貫通口 2 6 , 2 8 を有している。 上側平板部材 1 6の下面 （中間平板部材 1 4と接触する面） 側に は、 深さが約 2 0 0〃mの排出水路用溝部 3 0 (第 2の溝部）が形成されている。 排出水路用溝部 3 0は、 一方の端部側が上記貫通口 2 8につながっており、 他方 の端部側は上側平板部材 1 6の幅方向に拡がっている。 ここで、 排出水路用溝部 3 0の少なくとも一部は、 下側平板部材 1 2に形成された供給水路用溝部 2 2と 重なる部分 （図 2の斜線部） に形成されている。 また、 排出水路用溝部 3 0は、 ヒートシンク 1 0 a内を流れる冷却水の流動抵抗を小さくし、 よどみを少なくす るため、 隅部 3 0 aが曲面形状となっている。 ここで、 排出水路用溝部 3 0は、 上側平板部材 1 6の下面をエッチングすることによって形成されている。
中間平板部材 1 4は、 1 0 0 zm程度の厚さを有する銅製の平板で、 下側平板 部材 1 2の貫通口 1 8， 2 0それそれに対応する位置に、 2つの貫通口 3 4， 3 6を有している。 また、 下側平板部材 1 2に形成された供給水路用溝部 2 2と上 側平板部材 1 6に形成された排出水路用溝 3 0との重なる部分には、 複数の導水 孔 3 8が形成されている。 ここで、 導水孔 3 8は、 中間平板部材 1 4を両面から エッチングすることによって形成されている。
ここで、 特に、 上側平板部材 1 6の上面は、 冷却すべき発熱体である半導体レ 一ザ 2 aが搭載される半導体レーザ搭載領域 1 0 0を有しており、 複数の導水孔 3 8は、 当該半導体レーザ搭載領域 1 0 0に対向する位置に設けられている。 す なわち、 半導体レーザ 2 aがほぼ直方体形状を有しているため、 半導体レーザ搭 載領域 1 0 0は長方形状となり、 複数の導水孔 3 8は、 かかる長方形状の長手方 向 （図 1の y軸方向） に対して一列に配列して形成されている。
下側平板部材 1 2の上面と中間平板部材 1 4の下面、 中間平板部材 1 4の上面 と上側平板部材 1 6の下面とを接合することにより、図 3または図 4に示す如く、 下側平板部材 1 2に形成された供給水路用溝部 2 2と中間平板部材 1 4の下面と によって、 冷却水が供給される供給水路 4 0 (第 1の空間） が形成され、 同様に 上側平板部材 1 6に形成された排出水路用溝部 3 0と中間平板部材 1 4の上面と によって、 冷却水を排出する排出水路 4 2 (第 2の空間） が形成される。 ここで、 上記導水孔 3 8は、 供給水路 4 0に供給された冷却水を排出水路 4 2に噴出させ るために十分小さい断面積を有している。 下側平板部材 1 2に形成された貫通口 1 8、 中間平板部材 1 4に形成された貫 通口 3 4、 上側平板部材 1 6に形成された貫通口 2 6は連結されて、 供給水路 4 0に冷却水を供給するための供給口 4 4を形成し、 下側平板部材 1 2に形成され た貫通口 2 0、 中間平板部材 1 4に形成された貫通口 3 6、 上側平板部材 1 6に 形成された貫通口 2 8は連結されて、 排出水路 4 2から冷却水を排出する排出口 4 6を形成する。
続いて、 本実施形態にかかる半導体レーザス夕ック装置の作用及び効果につい て説明する。 半導体レーザスタック装置 1 0は、 下側平板部材 1 2、 中間平板部 材 1 4及び上側平板部材 1 6という 3つの平板部材によってヒートシンク 1 0 a 〜 1 0 cを構成している。 従って、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cを極めて薄く構 成することができ、 その結果、 半導体レーザスタック装置 1 0を極めて小型に構 成することができる。
また、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cは、 供給水路用溝部 2 2、 排出水路用溝部 3 0といった溝部の形成、 及び、 導水孔 3 8といった孔の形成など、 比較的簡単 な工程によって製造が可能となり、 製造が比較的容易である。 その結果、 半導体 レーザスタック装置 1 0の製造が比較的容易となる。
また、 本実施形態にかかる半導体レーザスタック装置 1 0は、 ヒートシンク 1 0 a〜 l 0 cにおいて、 導水孔 3 8を半導体レーザ搭載領域 1 0 0に対向する位 置に設けていることで、 冷却すべき半導体レーザ 2 a〜2 cを効果的に冷却する ことが可能となる。 その結果、 半導体レーザ 2 a〜2 cから安定したレーザ光を 出力することが可能となる。
また、 本実施形態にかかる半導体レ一ザスタック装置 1 0は、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cにおいて、 複数の導水孔 3 8を有している。 その結果、 半導体レー ザ 2 a〜2 cを均一かつ広範囲に冷却することができる。 その結果、 空間的に均 一なレーザ光を出力することが可能となる。
さらに、 本実施形態にかかる半導体レーザスタック装置 1 0は、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cの導水孔 3 8が、 供給水路 4 0に供給された冷却水を排出水路 4 2に噴出させるために十分小さい断面積を有している。 従って、 排出水路 4 2の 内壁における境界層を破ることができ、 半導体レーザ 2 a〜2 cの冷却効率が増 す、 その結果、 半導体レーザ 2 a ~ 2 cそれぞれからさらに安定したレーザ光を 出力することが可能となる。
さらに、 本実施形態にかかる半導体レーザスタック装置 1 0は、 ヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cそれそれの供給口 4 4に接続された一つの供給管 5、 及び、 ヒ一 トシンク 1 0 a〜 1 0 cそれぞれの排出口 4 6に接続された一つの排出管 6とを 備えることで、 供給管 5と供給口 4 4とを接続する他の接続管、 あるいは、 排出 管 6と排出口 4 6とを接続する他の接続管等が不要となり、 より一層の小型化が 図れる。
上記実施形態にかかる半導体レーザスタック装置 1 0のヒートシンク 1 0 a〜 1 0 cにおいては、 複数の導水孔 3 8は、 半導体レーザ搭載領域 1 0 0の長手方 向に対して一列に配列して形成されていたが、 これは、 図 5に示すように、 半導 体レーザ搭載領域 1 0 0の長手方向に対して二列に配列して形成されていてもよ レ、。 また、 図 6に示すように、 半導体レーザ搭載領域 1 0 0の短手方向に延びる スリット状の導水孔 3 8が、 半導体レーザ搭載領域 1 0 0の長手方向に対して一 列に配列して形成されていてもよい。 また、 半導体レーザ搭載領域 1 0 0の長手 方向に延びるスリット状の導水孔 3 8が図 7に示すように一つ形成されていても よく、 図 8に示すように 2つ配列して形成されていてもよい。
ヒートシンク 1 0 aは、 図 9 A〜図 9 Bの分解斜視図に示されるようなもので あってもよい。 すなわち下側平板部材 1 2及び上側平板部材 1 6については図 2 A〜図 2 Bを用いて説明したものと同様であるが、 中間平板部材 1 4には、 当該 中間平板部材 1 4の一部を U字形に切り込んで、 当該 U字型の部分を上側平板部 材 1 6側に立ち上げた引き起こし片 3 7と、 当該引き起こし片 3 7の立ち上げに よって形成された孔である導水孔 3 8が複数個形成されている。 すなわち、 導水 孔 3 8は、 供給水路 4 0に供給された冷却水を排出水路 4 2内に噴出させる孔と なるとともに、 引き起こし片 3 7は、 導水孔 3 8の排出水路 4 2側の縁部に設け られ、 冷却水が導水孔 3 8から排出水路 4 2に出力される方向を拘束するガイ ド 片となる。 かかるヒートシンク 1 0 aにおいては、 供給口 4 4から供給水路 4 0 に、 2〜4 k g f / c m 2ほどの水圧に加圧された冷却水が供給されると、 冷却 水は供給水路 4 0内を導水孔 3 8に向かって流れ、 導水孔 3 8を通って排出水路 4 2内に噴出される。 導水孔 3 8から噴出された冷却水によって、 半導体レーザ 搭載領域 1 0 0に載置された半導体レーザ 2 aが放熱される。 ここで、 半導体レ —ザ 2 aを導水孔 3 8の真上部に設けられない場合は、 通常、 導水孔 3 8から高 圧で噴出された冷却水を半導体レーザ搭載領域 1 0 0の直下部に当てることがで きず、 放熱効率が低下してしまう。 これに対し、 上記構成をとることで、 図 1 0 及び図 1 1に示すように、 半導体レーザ 2 aが導水孔 3 8の真上部でない位置に 載置されているにもかかわらず、導水孔 3 8から噴出された冷却水の噴出方向を、 引き起こし片 3 7によって、 半導体レーザ搭載領域 1 0 0の方向に拘束し、 高圧 で噴出された冷却水を半導体レーザ搭載領域 1 0 0の直下部に当てることが可能 となる。 その結果、 放熱効率が向上する。
また、 板状の中間平板部材 1 4の一部を切り込んで立ち上げることによってガ ィ ド片である引き起こし片 3 7を形成することで、 別途ガイ ド片用の部材等を製 造することなく、 容易にガイ ド片を形成することができる。
また、 ガイ ド片である引き起こし片 3 7が板状に形成されるため、 半導体レー ザ 2 aを放熱させた後に排出水路 4 2の上部から排出口 4 6に向かう冷却水の流 動が当該引き起こし片 3 7によって妨げられることが防止され、 引き起こし片 3 7に起因する排出水路 4 2の流動抵抗を小さく押さえることができる。その結果、 放熱効率をさらに向上させることができる。
さらに、 供給水路 4 0に供給される冷却水の圧力が 2〜4 k g f / c m 2程度 の高圧であるのに対し、 引き起こし片 3 7の厚さが 1 0 0〃m程度の薄肉に形成 されているため、 供給水路 4 0に供給された冷却水の水圧に応じて引き起こし片 3 7の開度が変化し、 導水孔 3 8の実質的な面積が変化する。 より具体的には、 冷却水の水圧が大きくなれば引き起こし片 3 7が起き上がり、 導水孔 3 8の実質 的な面積が大きくなる一方、 冷却水の水圧が小さくなれば引き起こし片 3 7が倒 れ、 導水孔 3 8の実質的な面積が小さくなる。 従って、 水圧の変化によらず、 冷 却水の噴出速度がほぼ一定に維持される。 その結果、 水圧の変化によらず、 冷却 水の噴出速度をほぼ一定に維持することができ、 半導体レーザ 2 aを均一に放熱 させることが可能となる。
上記実施形態に係るヒートシンク 1 0において、 引き起こし片 3 7は、 平坦な 板状となっていたが、 これは図 1 2 A〜図 1 2 Cに示すように、 断面が V字形状 である引き起こし片 3 7であっても良い。 尚、 図 1 2 Aは、 引き起こし片 3 7の 平面図、 図 1 2 Bは、 図 1 2 Aの I— I線に沿った断面図、 図 1 2 Cは、 図 1 2 Aの II— II線に沿った断面図である。
引き起こし片 3 7の断面を V字形状とすることで、 冷却水は引き起こし片 3 7 の両側部からも噴出され、 冷却水を広範囲に噴出させることができるとともに、 半導体レーザ 2 aを冷却した冷却水が排出口 4 6に向かって流れる際の流動抵抗 をより小さくすることが可能となる。
また、 上記実施形態にかかる半導体レーザスタック装置 1 0のヒートシンク 1 0 aにおいて、 下側平板部材 1 2の供給水路用溝部 2 2は、 下側平板部材 1 2の 上面をエッチングすることによって形成されていたが、 これは、 図 1 3 A及び図 1 3 Bに示すように、 供給水路用溝部 2 2の側面を形成する穴 1 2 cを有する第 1の平板 1 2 aと供給水路用溝部 2 2の底面を形成する第 2の平板 1 2 bとを重 ねて接着することによって形成されていてもよい。 尚、 上側平板部材 1 6につい ても上記と同様に、 2枚の平板を重ねて接着することによって形成することもで ぎる。 産業上の利用可能性
本発明は、 光源として用いられる半導体レーザ装置及び半導体レーザス夕ック 装置、 及び、 半導体デバイス等の発熱体の放熱に用いられるヒートシンクとして 利用可能である。

Claims

言青求の範囲
1 . 上面に第 1の溝部が形成された第 1の平板状部材と、
下面に第 2の溝部が形成された第 2の平板状部材と、
前記第 1の平板状部材の前記上面と前記第 2の平板状部材の前記下面との間に 設けられた仕切り板と
を備え、
前記仕切り板には、 前記第 1の溝部と前記仕切り板の下面とによって形成され た第 1の空間と、 前記第 2の溝部と前記仕切り板の上面とによって形成された第 2の空間とを連通する孔が設けられ、
さらに、 前記第 1の空間に流体を供給する供給口と、 前記第 2の空間から前記 流体を排出する排出口とを有する
ことを特徴とするヒートシンク。
2 . 前記第 2の平板状部材の上面は、 冷却すべき発熱体を搭載する発 熱体搭載領域を有し、
前記孔は、 前記発熱体搭載領域に対向する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項 1に記載のヒートシンク。
3 . 前記孔が複数設けられている
ことを特徴とする請求項 1または 2に記載のヒートシンク。
4 . 前記孔は、 前記流体を前記第 2の空間に噴出させるために十分小 さい断面積を有している
ことを特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載のヒートシンク。
5 . 前記孔の前記第 2の空間側の縁部には、 前記流体が前記孔から前 記第 2の空間に出力される方向を拘束するガイ ド片が設けられている
ことを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のヒートシンク。
6 . 請求項 1〜5のいずれか 1項に記載のヒートシンクと、 前記ヒートシンクの前記第 2の平板状部材の上面に載置された半導体レーザと を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
7 . 前記半導体レーザは、 所定方向に配列された複数のレーザ出射点 を有し、
前記所定方向が前記第 2の平板状部材の上面と略平行となるように配置されてい る
ことを特徴とする請求項 6に記載の半導体レーザ装置。
8 . 第 1、 第 2のヒートシンクと、 第 1、 第 2の半導体レーザとを備 え、
前記第 1及び第 2のヒートシンクは、 請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載のヒ 前記第 1の半導体レーザは、 前記第 1のヒートシンクの前記第 2の平板状部材 の上面と前記第 2のヒートシンクの前記第 1の平板状部材の下面とによって挟持 され、
前記第 2の半導体レーザは、 前記第 2のヒートシンクの前記第 2の平板状部材 の上面に載置されている
ことを特徴とする半導体レーザス夕ック装置。
9 . 前記第 1及び第 2の半導体レーザは、 所定方向に配列された複数 のレーザ出射点を有し、 前記所定方向が前記第 1及び第 2の平板状部材上面と略 平行となるように配置されている
ことを特徴とする請求項 8に記載の半導体レ一ザスタック装置。
1 0 . 前記第 1のヒートシンクの前記供給口と前記第 2のヒートシン クの前記供給口との双方に接続された供給管と、
前記第 1のヒートシンクの前記排出口と前記第 2のヒートシンクの前記排出口 との双方に接続された排出管と
をさらに備えたことを特徴とする請求項 8または 9に記載の半導体レーザス夕ッ
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