WO2022038998A1 - レーザモジュール - Google Patents

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plating layer
metal
flow path
internal flow
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弘治 大森
昌浩 多田
貴史 内田
綾子 岩澤
文弥 村尾
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • This disclosure relates to a laser module.
  • Patent Document 1 a water-cooled radiator used for cooling a heating element such as a laser element has been known (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 an upper heat sink, an intermediate heat sink, and a lower heat sink are laminated in three upper and lower layers, and a folded water channel formed between a water inlet and a water outlet in a communication hole of the intermediate heat sink is cooled.
  • a configuration is disclosed in which the heat receiving end portion of the intermediate heat sink is cooled by the flow of water.
  • the heat sink is made of a metal material having good heat conduction, for example, copper (Cu). Further, in order to improve the corrosion resistance of the heat radiating plate, a plating layer is provided on the surface of the base material.
  • the plating layer that grows in the direction orthogonal to the bottom surface of the water channel and the plating layer that grows in the direction orthogonal to the side wall surface of the water channel are the bottom surface and the side wall surface of the water channel. Overlapping at the corners of the plating layer creates grain boundaries. As a result, cracks are likely to occur in the plating layer at the corners between the bottom surface and the side wall surface of the water channel.
  • the present disclosure has been made in view of this point, and an object thereof is to prevent the block for cooling the laser element from corroding.
  • the first invention is a laser module including a laser element that emits a laser beam, the first block having a mounting surface on which the laser element is mounted, and the previously described mounting surface in the first block. Is provided with a second block overlapped on the opposite side, and the first block is provided with a recessed portion in which a part of the overlapping surface with the second block is recessed and a cooling medium flows inside the first block. At the corners of the bottom surface and the side wall surface of the recessed portion in one block, a curved portion that is continuously connected to the bottom surface and the side wall surface in a curved shape is provided.
  • the first block is provided with a recess.
  • a cooling medium flows inside the recess.
  • a curved portion is provided at the corner between the bottom surface of the recessed portion and the side wall surface. The curved portion is continuously connected to the bottom surface of the recessed portion and the side wall surface in a curved shape.
  • the base material of the first block is provided with a plating layer for enhancing corrosion resistance.
  • the grains of the plating layer are formed at the corners of the bottom surface of the recess and the side wall surface in the process of plating the first block. Bounds are formed, and cracks are likely to occur in the plating layer.
  • the corners of the bottom surface and the side wall surface of the recessed portion are formed in a curved shape, the plating layers growing in directions orthogonal to the bottom surface, the curved surface, and the side wall surface of the recessed portion are formed. Are continuously connected, and grain boundaries of the plating layer are less likely to occur.
  • the first block is composed of a base material composed of a first metal and an alloy containing the first metal and a second metal different from the first metal. It has an alloy layer provided on the surface of the base metal and a first plating layer composed of the second metal and provided on the surface of the alloy layer.
  • the first block has a base material, an alloy layer provided on the surface of the base material, and a first plating layer provided on the surface of the alloy layer.
  • the base metal is composed of the first metal.
  • the first plating layer is composed of the second metal.
  • the alloy layer is composed of an alloy containing a first metal and a second metal.
  • the base material is copper (Cu) and the first plating layer is nickel (Ni)
  • the alloy layer is composed of an alloy of copper and nickel.
  • the alloy layer between the base material and the first plating layer By providing the alloy layer between the base material and the first plating layer in this way, the adhesion of the first plating layer is improved. Further, the alloy layer is formed, for example, by performing a sinter treatment. Therefore, even if there are scratches on the surface of the base metal, the scratches are filled and flattened when the alloy layer is formed. As a result, the growthability of the first plating layer becomes good, and it is possible to suppress the occurrence of cracks.
  • the surface of the first plating layer is provided with a second plating layer having higher corrosion resistance than the first plating layer.
  • the second plating layer is provided on the surface of the first plating layer.
  • the second plating layer is composed of a metal having higher corrosion resistance than the first plating layer.
  • the first plating layer is nickel (Ni)
  • the second plating layer may be made of gold (Au).
  • a fourth aspect of the invention is, in any one of the first to third inventions, the first block is a plurality of blocks erected from the bottom surface of the recessed portion and arranged in the recessed portion at intervals from each other. It has fins, and a curved portion that is continuously connected to the bottom surface and the fins in a curved shape is provided at a corner portion between the bottom surface of the recessed portion and the fins in the first block.
  • a plurality of fins are erected from the bottom surface of the recessed portion in the first block.
  • a curved portion is provided at the bottom of the recess and the corner between the fins.
  • the curved portion is continuously connected to the bottom surface of the recessed portion and the fin in a curved shape.
  • the heat generated by the laser element can be efficiently dissipated from the plurality of fins.
  • the plating layers growing in the directions orthogonal to the bottom surface of the recess, the curved surface, and the side wall surface of the fin are continuously connected to each other. , Grain boundaries of the plating layer are less likely to occur.
  • the stress toward the corner between the bottom surface of the recess and the side wall surface of the fin is dispersed in the curved portion. It will be. As a result, cracks are less likely to occur in the plating layer provided at the corner of the recessed portion, and corrosion of the first block can be suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a laser module according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the laser module.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the first block on the overlapping surface side.
  • FIG. 4 is a view when the first block is viewed from the overlapping surface side.
  • FIG. 5 is a front sectional view showing a partially enlarged structure of the curved portion and the plating layer of the first block.
  • FIG. 6 is a plan sectional view showing the configuration of the laser module.
  • FIG. 7 is a front sectional view showing the configuration of the laser module.
  • FIG. 8 is a side sectional view showing the configuration of the laser module.
  • the laser module 1 has a first block 10, a second block 20, a third block 30, a laser element 40, and an insulating layer 45.
  • the first block 10 has conductivity. As will be described in detail later, the first block 10 is mainly composed of copper (Cu). In the first block 10, nickel (Ni) and gold (Au) are sequentially plated on the copper block.
  • the first block 10 has a mounting surface 11.
  • the mounting surface 11 is formed by denting a part of the upper surface of the first block 10.
  • the mounting surface 11 is provided at the end of the upper surface of the first block 10 on the side in the emission direction of the laser beam L (the direction indicated by the arrow line in FIG. 1).
  • the laser element 40 is mounted on the mounting surface 11 via the conductive submount 41.
  • the submount 41 is mainly composed of a copper-tungsten alloy (CuW).
  • the lower surface of the laser element 40 is a positive electrode, and the upper surface is a negative electrode.
  • the laser element 40 emits the laser beam L from the light emitting surface.
  • the light emitting surface of the laser element 40 substantially coincides with the front end of the mounting surface 11 of the first block 10.
  • the positive electrode of the laser element 40 is electrically connected to the first block 10.
  • the first block 10 has a function as an electrode block that is electrically connected to the positive electrode of the laser element 40.
  • An insulating layer 45 is provided on the upper surface of the first block 10.
  • the insulating layer 45 is made of polyimide, ceramic, or the like.
  • the second block 20 is overlapped on the side opposite to the mounting surface 11 in the first block 10.
  • the second block 20 is mainly made of stainless steel (SUS).
  • SUS stainless steel
  • Ni nickel
  • Au gold
  • an internal flow path 15 through which the cooling medium flows is provided between the first block 10 and the second block 20 (see FIG. 8).
  • the third block 30 has conductivity.
  • the third block 30 is mainly composed of copper (Cu).
  • Ni nickel
  • Au gold
  • the third block 30 is provided on the laser element 40 and the insulating layer 45.
  • the third block 30 is electrically connected to the laser element 40 via a bump (not shown).
  • the third block 30 has a function as an electrode block that is electrically connected to the negative electrode of the laser element 40.
  • the first block 10, the second block 20, and the third block 30 are fastened with screws (not shown). At this time, the third block 30 is fastened to the first block 10 and the second block 20 in a state of being electrically insulated.
  • the laser module 1 having such a configuration, when a current flows from the positive electrode of the laser element 40 toward the negative electrode, the laser beam L is output from the light emitting surface on the side surface of the laser element 40. At this time, the heat generated by the laser element 40 is transferred to the first block 10, the second block 20, and the third block 30.
  • the first block 10 is provided with an internal flow path 15 (recessed portion).
  • the internal flow path 15 is formed by denting a part of the lower surface of the first block 10.
  • the internal flow path 15 extends rearward (to the left in FIG. 8) from the surface opposite to the mounting surface 11.
  • a plurality of fins 12 are provided in the first block 10.
  • the fin 12 is erected from the surface opposite to the mounting surface 11 in the first block 10.
  • the fin 12 is formed in a plate shape and extends along the emission direction of the laser beam L.
  • the plurality of fins 12 are arranged in the internal flow path 15 at intervals in the thickness direction.
  • the heat dissipation area of the first block 10 is increased.
  • a plating layer for enhancing corrosion resistance is provided on the surface of the base material of the first block 10.
  • a plating layer for enhancing corrosion resistance is provided on the surface of the base material of the first block 10.
  • the laser module 1 of the present embodiment has a structure in which cracks are less likely to occur in the plating layer of the first block 10 and corrosion of the first block is suppressed.
  • the first block 10 has a base material 50, an alloy layer 51, a first plating layer 52, and a second plating layer 53.
  • the alloy layer 51 is provided on the surface of the base metal 50.
  • the first plating layer 52 is provided on the surface of the alloy layer 51.
  • the second plating layer 53 is provided on the surface of the first plating layer 52.
  • the base metal 50 is composed of the first metal.
  • the first metal is, for example, copper (Cu).
  • a curved portion 56 is provided at a corner of the bottom surface 54 and the side wall surface 55 of the internal flow path 15 in the base material 50. The curved portion 56 is continuously connected to the bottom surface 54 of the internal flow path 15 and the side wall surface 55 in a curved shape.
  • a curved portion 56 is provided at a corner between the bottom surface 54 of the internal flow path 15 and the side surface of the fin 12 in the base metal 50.
  • the curved portion 56 is continuously connected to the bottom surface 54 of the internal flow path 15 and the side surface of the fin 12 in a curved shape.
  • the curved portion 56 is formed by rounding the corner portion of the internal flow path 15 to, for example, a radius of about 0.1 to 3.0 mm.
  • the alloy layer 51 is provided on the surface of the base material 50.
  • the alloy layer 51 is composed of an alloy containing a first metal and a second metal different from the first metal.
  • the first metal is copper (Cu) and the second metal is nickel (Ni).
  • the alloy layer 51 is formed by plating the base metal 50 with nickel as a second metal and then subjecting it to a sinter treatment at, for example, 700 to 900 ° C., preferably 800 ° C.
  • the thickness of the alloy layer 51 is set to, for example, 1 to 3 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m. Therefore, the thickness of the plating layer before the sinker treatment is preferably set to about 4 ⁇ m. As a result, even if there are scratches on the surface of the base metal 50, the scratches are filled and flattened when the alloy layer 51 is formed.
  • the first plating layer 52 is provided on the surface of the alloy layer 51.
  • the first plating layer 52 is composed of nickel as a second metal.
  • the thickness of the first plating layer 52 is set to, for example, 3 to 6 ⁇ m, preferably 3.5 ⁇ m. As a result, it is possible to suppress the occurrence of pinholes in the first plating layer 52.
  • the first plating layer 52 is formed on the surface of the alloy layer 51 containing nickel, the growth potential of the first plating layer 52 is improved and the adhesion of the first plating layer 52 is improved.
  • the second plating layer 53 is provided on the surface of the first plating layer 52.
  • the second plating layer 53 is made of a metal having higher corrosion resistance than the first plating layer 52.
  • the second plating layer 53 is made of gold (Au).
  • the thickness of the second plating layer 53 is set to, for example, 0.1 to 1.0 ⁇ m, preferably 0.3 ⁇ m. As a result, the corrosion resistance of the first block 10 can be improved and the corrosion of the first block 10 can be suppressed.
  • the second block 20 is superposed on the opposite side of the mounting surface 11 in the first block 10.
  • An internal flow path 15 is provided between the first block 10 and the second block 20.
  • the second block 20 has a plurality of supply holes 21 and discharge holes 22.
  • the plurality of supply holes 21 are open between the plurality of fins 12 when viewed from the overlapping direction of the first block 10 and the second block 20.
  • a cooling medium is supplied to the supply hole 21 from the outside by a chiller unit (not shown).
  • the cooling medium is, for example, water.
  • the supply hole 21 supplies the cooling medium to the internal flow path 15. In FIGS. 6 to 8, the flow of the cooling medium is indicated by an arrow line.
  • the cooling medium supplied to the internal flow path 15 from the plurality of supply holes 21 is supplied between the plurality of fins 12 and flows downstream along the upper surface of the internal flow path 15.
  • the discharge hole 22 is open on the downstream side of the internal flow path 15 in the second block 20.
  • the discharge hole 22 discharges the cooling medium from the internal flow path 15 to the outside and returns the cooling medium to the chiller unit (not shown).
  • the discharge hole 22 extends in a direction inclined with respect to the overlapping direction of the first block 10 and the second block 20.
  • the discharge hole 22 is inclined diagonally downward toward the left side.
  • the discharge hole 22 may be tilted by, for example, 45 ° with respect to the stacking direction.
  • the first block 10 has a guide portion 16.
  • the guide portion 16 guides the cooling medium flowing through the internal flow path 15 toward the opening position of the discharge hole 22.
  • the guide portion 16 is composed of a side wall portion on the downstream side of the internal flow path 15.
  • the guide portion 16 extends in a direction forming an obtuse angle with respect to the surface opposite to the mounting surface 11.
  • the guide portion 16 may extend in a direction perpendicular to the surface opposite to the mounting surface 11.
  • the cooling medium that flows through the internal flow path 15 and collides with the guide portion 16 can be smoothly guided from the guide portion 16 toward the discharge hole 22.
  • the discharge hole 22 is inclined with respect to the stacking direction, the cooling medium flowing toward the discharge hole 22 collides with the inner peripheral surface of the discharge hole 22, and then the discharge hole 22 is inclined in the inclined direction. Along the above, the flow is distributed to the upstream side and the downstream side of the discharge hole 22, respectively.
  • the slope of the discharge hole 22 is provided to generate such a flow of the cooling medium.
  • the cooling medium supplied from the supply hole 21 flows along the surface opposite to the mounting surface 11 in the first block 10 and cools the base end side of the fin 12.
  • the cooling medium returned from the discharge hole 22 flows along the upper surface of the second block 20 and cools the tip end portion of the fin 12.
  • the heat generated by the laser element 40 can be efficiently dissipated from the plurality of fins 12.
  • the present disclosure is extremely useful and has high industrial applicability because it has a highly practical effect of suppressing corrosion of the block for cooling the laser element. ..
  • Laser module 10 1st block 11 Mounting surface 12 Fins 15 Internal flow path (recessed part) 20 2nd block 40 Laser element 50 Base material 51 Alloy layer 52 1st plating layer 53 2nd plating layer 54 Bottom surface 55 Side wall surface 56 Curved part L Laser light

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Abstract

第１ブロック（１０）には、内部流路（１５）が設けられる。内部流路（１５）の内部には、冷却媒体が流れる。内部流路（１５）の底面（５４）と側壁面（５５）との隅部には、湾曲部（５６）が設けられる。湾曲部（５６）は、内部流路（１５）の底面（５４）と側壁面（５５）とに連続して湾曲状に繋がっている。

Description

レーザモジュール
　本開示は、レーザモジュールに関するものである。
　従来より、レーザ素子などの発熱体の冷却に用いる水冷式の放熱器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１には、上部放熱板、中間放熱板及び下部放熱板が上下３層に積層されており、中間放熱板の連通孔における水入口と水出口との間に形成された折返し水路を冷却水が流れることで、中間放熱板の受熱端部を冷却するようにした構成が開示されている。
　ここで、放熱板は、熱伝導が良好な金属材料、例えば銅（Ｃｕ）で製作される。また、放熱板の耐食性を高めるために、母材の表面にメッキ層が設けられる。
特開２００５－２９４７６９号公報
　しかしながら、従来の水冷式の放熱器のように、放熱板に水路を形成した構成では、母材に設けたメッキ層にクラックが生じ、クラックから水が浸透するとともに、電流印加によって銅イオン化が促進され、母材が腐食するおそれがある。
　具体的に、放熱板をメッキ処理する過程において、水路の底面から直交する方向に成長するメッキ層と、水路の側壁面から直交する方向に成長するメッキ層とが、水路の底面と側壁面との隅部で重なり合い、メッキ層の粒界が生じる。その結果、水路の底面と側壁面との隅部では、メッキ層にクラックが生じやすくなる。
　また、レーザ素子で生じた熱が放熱板に伝わり、放熱板に熱応力が加わると、水路の底面と側壁面との隅部に向かって応力が集中して、メッキ層にクラックが生じやすくなる。
　本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ素子を冷却するためのブロックが腐食するのを抑えることにある。
　第１の発明は、レーザ光を出射するレーザ素子を備えたレーザモジュールであって、前記レーザ素子が載置される載置面を有する第１ブロックと、前記第１ブロックにおける前記載置面とは反対側に重ね合わされた第２ブロックとを備え、前記第１ブロックには、前記第２ブロックとの重ね合わせ面の一部が窪み、内部を冷却媒体が流れる窪み部が設けられ、前記第１ブロックにおける前記窪み部の底面と側壁面との隅部には、該底面と該側壁面とに連続して湾曲状に繋がる湾曲部が設けられている。
　第１の発明では、第１ブロックには、窪み部が設けられる。窪み部の内部には、冷却媒体が流れる。窪み部の底面と側壁面との隅部には、湾曲部が設けられる。湾曲部は、窪み部の底面と側壁面とに連続して湾曲状に繋がっている。
　このような構成とすれば、レーザ素子を冷却するための第１ブロックが腐食するのを抑えることができる。
　具体的に、第１ブロックの母材には、耐食性を高めるためのメッキ層が設けられる。ここで、窪み部の底面と側壁面との隅部が直角状に形成されている場合、第１ブロックをメッキ処理する過程において、窪み部の底面と側壁面との隅部でメッキ層の粒界が生じ、メッキ層にクラックが生じやすくなる。
　これに対し、本開示では、窪み部の底面と側壁面との隅部が湾曲状に形成されているので、窪み部の底面、湾曲面、側壁面からそれぞれ直交する方向に成長するメッキ層同士が連続的に繋がり、メッキ層の粒界が生じ難くなる。
　また、レーザ素子で生じた熱が第１ブロックに伝わり、第１ブロックに熱応力が加わった場合、窪み部の底面と側壁面との隅部に向かう応力が、湾曲部で分散されることとなる。これにより、窪み部の隅部に設けられたメッキ層にクラックが生じ難くなり、第１ブロックが腐食するのを抑えることができる。
　第２の発明は、第１の発明において、前記第１ブロックは、第１金属で構成された母材と、前記第１金属及び該第１金属とは異なる第２金属を含む合金で構成され、前記母材の表面に設けられた合金層と、前記第２金属で構成され、前記合金層の表面に設けられた第１メッキ層とを有する。
　第２の発明では、第１ブロックは、母材と、母材の表面に設けられた合金層と、合金層の表面に設けられた第１メッキ層とを有する。母材は、第１金属で構成される。第１メッキ層は、第２金属で構成される。合金層は、第１金属及び第２金属を含む合金で構成される。例えば、母材が銅（Ｃｕ）、第１メッキ層がニッケル（Ｎｉ）の場合、合金層は、銅とニッケルの合金で構成される。
　このように、母材と第１メッキ層との間に合金層を設けることで、第１メッキ層の密着性が向上する。また、合金層は、例えば、シンター処理を行うことで形成される。そのため、母材の表面に傷が存在していた場合でも、合金層を形成する際に傷が埋められて平坦化される。その結果、第１メッキ層の成長性が良好となり、クラックが生じるのを抑えることができる。
　第３の発明は、第２の発明において、前記第１メッキ層の表面には、該第１メッキ層よりも耐食性の高い第２メッキ層が設けられている。
　第３の発明では、第１メッキ層の表面に第２メッキ層が設けられる。第２メッキ層は、第１メッキ層よりも耐食性の高い金属で構成される。例えば、第１メッキ層がニッケル（Ｎｉ）の場合、第２メッキ層を金（Ａｕ）で構成すればよい。
　これにより、第１ブロックの耐食性を向上させ、第１ブロックが腐食するのを抑えることができる。
　第４の発明は、第１乃至３の発明のうち何れか１つにおいて、前記第１ブロックは、前記窪み部の底面から立設し且つ互いに間隔をあけて該窪み部に配置された複数のフィンを有し、前記第１ブロックにおける前記窪み部の底面と前記フィンとの隅部には、該底面と該フィンとに連続して湾曲状に繋がる湾曲部が設けられている。
　第４の発明では、第１ブロックには、窪み部の底面から複数のフィンが立設している。
　窪み部の底面とフィンとの隅部には、湾曲部が設けられる。湾曲部は、窪み部の底面とフィンとに連続して湾曲状に繋がっている。
　このように、第１ブロックに複数のフィンを設けて放熱面積を増やすことで、レーザ素子で生じる熱を、複数のフィンから効率良く放熱することができる。
　また、窪み部の底面とフィンとの隅部が湾曲状に形成されているので、窪み部の底面、湾曲面、フィンの側壁面からそれぞれ直交する方向に成長するメッキ層同士が連続的に繋がり、メッキ層の粒界が生じ難くなる。
　また、レーザ素子で生じた熱が第１ブロックに伝わり、第１ブロックに熱応力が加わった場合、窪み部の底面とフィンの側壁面との隅部に向かう応力が、湾曲部で分散されることとなる。これにより、窪み部の隅部に設けられたメッキ層にクラックが生じ難くなり、第１ブロックが腐食するのを抑えることができる。
　本開示によれば、レーザ素子を冷却するためのブロックが腐食するのを抑えることができる。
図１は、本実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す斜視図である。 図２は、レーザモジュールの構成を示す分解斜視図である。 図３は、第１ブロックの重ね合わせ面側の構成を示す斜視図である。 図４は、第１ブロックを重ね合わせ面側から見たときの図である。 図５は、第１ブロックの湾曲部及びメッキ層の構成を一部拡大して示す正面断面図である。 図６は、レーザモジュールの構成を示す平面断面図である。 図７は、レーザモジュールの構成を示す正面断面図である。 図８は、レーザモジュールの構成を示す側面断面図である。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
　図１及び図２に示すように、レーザモジュール１は、第１ブロック１０と、第２ブロック２０と、第３ブロック３０と、レーザ素子４０と、絶縁層４５とを有する。
　第１ブロック１０は、導電性を有する。詳しくは後述するが、第１ブロック１０は、主に銅（Ｃｕ）で構成される。第１ブロック１０では、銅製のブロックに対して、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが順番にメッキされる。
　第１ブロック１０は、載置面１１を有する。載置面１１は、第１ブロック１０の上面の一部が窪むことで形成される。載置面１１は、第１ブロック１０の上面におけるレーザ光Ｌの出射方向（図１に矢印線で示す方向）の側の端部に設けられる。
　載置面１１には、導電性のサブマウント４１を介してレーザ素子４０が載置される。サブマウント４１は、主に銅タングステン合金（ＣｕＷ）で構成される。
　レーザ素子４０は、下面が正電極であり、上面が負電極である。レーザ素子４０は、正電極から負電極に向かって電流が流れると、発光面からレーザ光Ｌを出射する。
　レーザ素子４０の発光面は、第１ブロック１０の載置面１１の前端と略一致している。レーザ素子４０の正電極は、第１ブロック１０と電気的に接続される。第１ブロック１０は、レーザ素子４０の正電極に電気的に接続する電極ブロックとしての機能を有する。
　第１ブロック１０の上面には、絶縁層４５が設けられる。絶縁層４５は、ポリイミドやセラミックなどで構成される。
　第２ブロック２０は、第１ブロック１０における載置面１１とは反対側に重ね合わされる。第２ブロック２０は、主にステンレス（ＳＵＳ）で構成される。第２ブロック２０では、ステンレス製のブロックに対して、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが順番にメッキされる。
　詳しくは後述するが、第１ブロック１０及び第２ブロック２０の間には、冷却媒体が流れる内部流路１５が設けられる（図８参照）。
　第３ブロック３０は、導電性を有する。第３ブロック３０は、主に銅（Ｃｕ）で構成される。第３ブロック３０では、銅製のブロックに対して、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが順番にメッキされる。
　第３ブロック３０は、レーザ素子４０及び絶縁層４５の上に設けられる。第３ブロック３０は、バンプ（図示せず）を介してレーザ素子４０と電気的に接続される。第３ブロック３０は、レーザ素子４０の負電極に電気的に接続する電極ブロックとしての機能を有する。
　第１ブロック１０、第２ブロック２０、及び第３ブロック３０は、図示しないネジによって締結される。このとき、第３ブロック３０は、第１ブロック１０及び第２ブロック２０に対して電気的に絶縁された状態で締結される。
　このような構成のレーザモジュール１では、レーザ素子４０の正電極から負電極に向かって電流が流れると、レーザ素子４０の側面の発光面からレーザ光Ｌが出力される。このとき、レーザ素子４０で生じた熱は、第１ブロック１０、第２ブロック２０、及び第３ブロック３０へ伝わる。
　図３及び図４に示すように、第１ブロック１０には、内部流路１５（窪み部）が設けられる。内部流路１５は、第１ブロック１０の下面の一部が窪むことで形成される。内部流路１５は、載置面１１の反対側の面から後方（図８で左方）に向かって延びる。
　第１ブロック１０には、複数のフィン１２が設けられる。フィン１２は、第１ブロック１０における載置面１１の反対側の面から立設している。フィン１２は、板状に形成され、レーザ光Ｌの出射方向に沿って延びる。複数のフィン１２は、厚み方向に互いに間隔をあけて内部流路１５に配置される。
　このように、第１ブロック１０に複数のフィン１２を設けることで、第１ブロック１０の放熱面積を増やすようにしている。
　ところで、第１ブロック１０の母材の表面には、耐食性を高めるためのメッキ層が設けられる。ここで、内部流路１５の底面と側壁面との隅部や、内部流路１５の底面とフィン１２の側面との隅部が直角状に形成されている場合、メッキ層にクラックが生じ、クラックから水が浸透することで、母材が腐食するおそれがある。
　そこで、本実施形態のレーザモジュール１では、第１ブロック１０のメッキ層にクラックが生じ難くし、第１ブロックの腐食を抑える構造としている。
　具体的に、図５に示すように、第１ブロック１０は、母材５０と、合金層５１と、第１メッキ層５２と、第２メッキ層５３とを有する。合金層５１は、母材５０の表面に設けられる。第１メッキ層５２は、合金層５１の表面に設けられる。第２メッキ層５３は、第１メッキ層５２の表面に設けられる。
　母材５０は、第１金属で構成される。第１金属は、例えば、銅（Ｃｕ）である。母材５０における内部流路１５の底面５４と側壁面５５との隅部には、湾曲部５６が設けられる。湾曲部５６は、内部流路１５の底面５４と側壁面５５とに連続して湾曲状に繋がっている。
　母材５０における内部流路１５の底面５４とフィン１２の側面との隅部にも同様に、湾曲部５６が設けられる。湾曲部５６は、内部流路１５の底面５４とフィン１２の側面とに連続して湾曲状に繋がっている。
　湾曲部５６は、内部流路１５の隅部を、例えば、半径０．１～３．０ｍｍ程度にＲ加工することで形成される。
　合金層５１は、母材５０の表面に設けられる。合金層５１は、第１金属と、第１金属とは異なる第２金属とを含む合金で構成される。本実施形態では、第１金属が銅（Ｃｕ）であり、第２金属がニッケル（Ｎｉ）である。
　合金層５１は、母材５０に対して第２金属としてのニッケルをメッキ処理した後、例えば、７００～９００℃、好ましくは８００℃でシンター処理を行うことで形成される。
　合金層５１の厚みは、例えば、１～３μｍ、好ましくは２μｍに設定される。そのため、シンター処理を行う前のメッキ層の厚みは、４μｍ程度に設定するのが好ましい。これにより、母材５０の表面に傷が存在していた場合でも、合金層５１を形成する際に傷が埋められて平坦化される。
　第１メッキ層５２は、合金層５１の表面に設けられる。第１メッキ層５２は、第２金属としてのニッケルで構成される。第１メッキ層５２の厚みは、例えば、３～６μｍ、好ましくは３．５μｍに設定される。これにより、第１メッキ層５２でピンホールが生じるのを抑えることができる。
　また、第１メッキ層５２は、ニッケルを含む合金層５１の表面に形成されるので、第１メッキ層５２の成長性が良好となり、第１メッキ層５２の密着性が向上する。
　第２メッキ層５３は、第１メッキ層５２の表面に設けられる。第２メッキ層５３は、第１メッキ層５２よりも耐食性の高い金属で構成される。例えば、第１メッキ層５２がニッケルの場合、第２メッキ層５３が金（Ａｕ）で構成される。
　第２メッキ層５３の厚みは、例えば、０．１～１．０μｍ、好ましくは、０．３μｍに設定される。これにより、第１ブロック１０の耐食性を向上させ、第１ブロック１０が腐食するのを抑えることができる。
　このように、内部流路１５の底面５４と側壁面５５との隅部に湾曲部５６を設けることで、メッキ処理する過程において、内部流路１５の底面５４、湾曲部５６、側壁面５５からそれぞれ直交する方向に成長するメッキ層同士が連続的に繋がり、メッキ層の粒界が生じ難くなる。なお、内部流路１５の底面５４とフィン１２の側面との隅部についても同様である。
　また、レーザ素子４０で生じた熱が第１ブロック１０に伝わり、第１ブロック１０に熱応力が加わった場合、内部流路１５の隅部に向かう応力が、湾曲部５６で分散されることとなる。
　これにより、内部流路１５の隅部に設けられた合金層５１、第１メッキ層５２、第２メッキ層５３にクラックが生じ難くなり、内部流路１５を流れる冷却媒体によって第１ブロック１０が腐食するのを抑えることができる。
　図６～図８に示すように、第２ブロック２０は、第１ブロック１０における載置面１１の反対側に重ね合わされる。第１ブロック１０及び第２ブロック２０の間には、内部流路１５が設けられる。
　第２ブロック２０は、複数の供給孔２１と、排出孔２２とを有する。複数の供給孔２１は、第１ブロック１０及び第２ブロック２０の重ね合わせ方向から見て、複数のフィン１２の間に開口している。供給孔２１には、図示しないチラーユニットによって外部から冷却媒体が供給される。冷却媒体は、例えば水である。供給孔２１は、冷却媒体を内部流路１５に供給する。なお、図６～図８では、冷却媒体の流れを矢印線で示している。
　複数の供給孔２１から内部流路１５に供給された冷却媒体は、複数のフィン１２の間に供給され、内部流路１５の上面に沿って下流側に流れる。
　排出孔２２は、第２ブロック２０における内部流路１５の下流側に開口している。排出孔２２は、内部流路１５から外部に冷却媒体を排出して、冷却媒体を図示しないチラーユニットに戻す。
　排出孔２２は、第１ブロック１０及び第２ブロック２０の重ね合わせ方向に対して傾斜した方向に延びる。図８に示す例では、排出孔２２は、左側に向かって斜め下方に傾斜している。排出孔２２は、重ね合わせ方向に対して、例えば４５°傾斜させればよい。
　第１ブロック１０は、ガイド部１６を有する。ガイド部１６は、内部流路１５を流れる冷却媒体を排出孔２２の開口位置に向かって案内する。ガイド部１６は、内部流路１５の下流側の側壁部で構成される。ガイド部１６は、載置面１１の反対側の面に対して鈍角をなす方向に延びる。なお、ガイド部１６は、載置面１１の反対側の面に対して直角をなす方向に延びていてもよい。
　これにより、内部流路１５を流れてガイド部１６に衝突した冷却媒体を、ガイド部１６から排出孔２２に向かってスムーズに案内することができる。
　ここで、排出孔２２は、重ね合わせ方向に対して傾斜しているから、排出孔２２に向かって流れた冷却媒体は、排出孔２２の内周面に衝突した後、排出孔２２の傾斜方向に沿って、排出孔２２の上流側及び下流側にそれぞれ分配されて流れる。排出孔２２の傾斜は、このような冷却媒体の流れを生じさせるために設けられる。
　一方、供給孔２１の周辺では、供給孔２１から冷却媒体を供給する際の流れによって負圧が生じている。そのため、排出孔２２の上流側に向かって流れた冷却媒体は、複数のフィン１２の間を通って、供給孔２１の開口位置まで戻り、内部流路１５を循環することとなる。
　供給孔２１から供給された冷却媒体は、第１ブロック１０における載置面１１の反対側の面に沿って流れ、フィン１２の基端側を冷却している。一方、排出孔２２から戻ってきた冷却媒体は、第２ブロック２０の上面に沿って流れ、フィン１２の先端部を冷却することとなる。
　これにより、フィン１２の全面に沿って冷却媒体を循環させることで、レーザ素子４０で生じる熱を、複数のフィン１２から効率良く放熱することができる。
　以上説明したように、本開示は、レーザ素子を冷却するためのブロックが腐食するのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
　　１　　レーザモジュール
　１０　　第１ブロック
　１１　　載置面
　１２　　フィン
　１５　　内部流路（窪み部）
　２０　　第２ブロック
　４０　　レーザ素子
　５０　　母材
　５１　　合金層
　５２　　第１メッキ層
　５３　　第２メッキ層
　５４　　底面
　５５　　側壁面
　５６　　湾曲部
　　Ｌ　　レーザ光

Claims (4)

  1. 　レーザ光を出射するレーザ素子を備えたレーザモジュールであって、
    　前記レーザ素子が載置される載置面を有する第１ブロックと、
    　前記第１ブロックにおける前記載置面とは反対側に重ね合わされた第２ブロックとを備え、
    　前記第１ブロックには、前記第２ブロックとの重ね合わせ面の一部が窪み、内部を冷却媒体が流れる窪み部が設けられ、
    　前記第１ブロックにおける前記窪み部の底面と側壁面との隅部には、該底面と該側壁面とに連続して湾曲状に繋がる湾曲部が設けられている
    ことを特徴とするレーザモジュール。
  2. 　請求項１において、
    　前記第１ブロックは、
    　　第１金属で構成された母材と、
    　　前記第１金属及び該第１金属とは異なる第２金属を含む合金で構成され、前記母材の表面に設けられた合金層と、
    　　前記第２金属で構成され、前記合金層の表面に設けられた第１メッキ層とを有する
    ことを特徴とするレーザモジュール。
  3. 　請求項２において、
    　前記第１メッキ層の表面には、該第１メッキ層よりも耐食性の高い第２メッキ層が設けられている
    ことを特徴とするレーザモジュール。
  4. 　請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
    　前記第１ブロックは、前記窪み部の底面から立設し且つ互いに間隔をあけて該窪み部に配置された複数のフィンを有し、
    　前記第１ブロックにおける前記窪み部の底面と前記フィンとの隅部には、該底面と該フィンとに連続して湾曲状に繋がる湾曲部が設けられている
    ことを特徴とするレーザモジュール。
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