專利名稱：激光模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用了半導體激光器陣列元件的激光模塊。
背景技術：
近年來，半導體激光器(Laser Diode :LD)在加工、光源這樣的用途中，高輸出化的要求變強。作為LD的高輸出化的技術，已知使用在同一芯片內在陣列之上并列配置了多個發(fā)光點(發(fā)射器)的半導體激光器陣列元件(以下，LD陣列)的方法。LD陣列由于與并列配置了多個具有I個發(fā)光點的元件的結構實質上沒有差異，所以與并列配置的發(fā)射器數(shù)成比例地，元件尺寸大型化、并且總發(fā)熱量增大。如果元件尺寸大型化，則在安裝時以及驅動時，由于與接合對方部件的線膨脹系數(shù)的不匹配導致應力增 大，有時在元件內發(fā)生并生長缺陷而到達活性層而產(chǎn)生輸出減少的現(xiàn)象(DLD =Dark LineDefect，暗線缺陷)、或者由于裂紋等發(fā)展而產(chǎn)生元件破裂的現(xiàn)象。另外，如果元件溫度高，則上述缺陷的發(fā)展變快，作為其結果元件壽命降低。由此，要求能夠以低應力并且適合的溫度對LD陣列進行驅動的模塊構造。作為解決這樣的問題的方法，提出了在LD陣列與冷卻構造部件之間，作為輔助裝配，介有線膨脹系數(shù)接近LD，熱傳導率比較高的CuW的板部件的例子(專利文獻I、專利文獻2)。專利文獻I :日本特開2008 - 172141號公報專利文獻2 日本特開2006 - 344743號公報

發(fā)明內容
但是，Cuff相比于其他Cu等一般的導體材料更昂貴,在使用由CuW構成的零件的情況下，存在導致制造成本增大這樣的問題。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種無需使用CuW等昂貴的材料，降低對LD陣列起作用的應力，且廉價的激光模塊。本發(fā)明所涉及的激光模塊具備散熱器，對來自所接觸的部件的熱進行散熱；輔助裝配基板，配置于所述散熱器之上，由絕緣材料構成；供電層，配置于所述輔助裝配基板之上；以及半導體激光器陣列，具有并列配置于所述供電層之上的多個發(fā)光部，所述半導體激光器陣列的線膨脹系數(shù)大于所述輔助裝配基板的線膨脹系數(shù)，小于所述供電層以及所述散熱器的線膨脹系數(shù)，與所述散熱器連接了的狀態(tài)下的所述輔助裝配基板的線膨脹系數(shù)成為包括所述半導體激光器陣列的線膨脹系數(shù)在內的規(guī)定的范圍內。另外，本發(fā)明所涉及的激光模塊具備散熱器，對來自所接觸的部件的熱進行散熱；輔助裝配基板，配置于所述散熱器之上，由絕緣材料構成；供電層，配置于所述輔助裝配基板之上；以及半導體激光器陣列，具有并列配置于所述供電層之上的多個發(fā)光部，所述半導體激光器陣列的線膨脹系數(shù)大于所述輔助裝配基板的線膨脹系數(shù)，小于所述供電層以及所述散熱器的線膨脹系數(shù)，關于所述散熱器與所述輔助裝配基板的接合寬度，將所述半導體激光器陣列的寬度作為下限，將如下范圍作為上限能夠對向所述半導體激光器陣列起作用的應力與所述連接寬度的關系進行線性近似的范圍。進而，本發(fā)明所涉及的激光模塊具備散熱器，對來自所接觸的部件的熱進行散熱；輔助裝配基板，配置于所述散熱器之上，由絕緣材料構成；供電層，配置于所述輔助裝配基板之上；以及半導體激光器陣列，具有并列配置于所述供電層之上的多個發(fā)光部，所述輔助裝配基板的材料是AIN或者SiC，所述散熱器的材料是Cu，所述半導體激光器陣列的材料是GaAs，所述供電層的材料是Cu，如果將所述半導體激光器陣列的寬度尺寸設為B，則所述輔助裝配基板的與所述散熱器的接合寬度尺寸A是BB+4mm。根據(jù)本申請發(fā)明，能夠降低對LD陣列施加的應力，得到廉價的激光模塊。


圖I是示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的整體結構的立體圖。 圖2是示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的結構的正面圖。圖3是示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的結構的側面圖。圖4是示出對激光模塊的各元件進行了錫焊之后的冷卻過程中的散熱器、輔助裝配基板、鍍敷層、LD陣列的變形舉動的示意圖。圖5是針對LD陣列的每個寬度示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的輔助裝配基板和散熱器的接合寬度A與對LD陣列寬度方向起作用的應力的關系的曲線圖。圖6是針對輔助裝配基板的每個厚度示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的輔助裝配基板和散熱器的接合寬度A與對LD陣列寬度方向起作用的應力的關系的曲線圖。圖7是示出本發(fā)明的實施方式I中的LD陣列和鍍敷層的電路結構的圖。圖8是示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的LD陣列的發(fā)射器配置與施加電流的關系的曲線圖。圖9是示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的鍍敷層的導體厚度尺寸與發(fā)射器間電流偏差的關系以及鍍敷層的導體厚度尺寸與鍍敷表面粗糙度的關系的曲線圖。(附圖標記說明)100 :激光光源模塊；1 :底座；2 :引腳；3 :散熱器；4 :輔助裝配基板;5A、5B、5C :鍍敷層；6 LD陣列；7 :導線布線；8 :帶狀布線；21 :發(fā)射器；22 :導體電阻。
具體實施例方式實施方式I.以下，使用圖廣3，說明本實施方式的激光模塊100的構造。圖I是本實施方式的激光模塊100的立體圖、圖2是本實施方式的激光模塊100的正面圖、圖3是本實施方式的激光模塊100的側面圖。另外，將從激光模塊100射出激光的一側作為正面。激光模塊100由底座(stem)l、引腳(lead pin)2、散熱器3、具有鍍敷層5A、5B、5C的輔助裝配基板4、LD陣列6、導線布線7、帶狀布線8構成。底座I是由Fe等金屬材料構成的板狀部件，形成了使引腳2A 2D貫通的4個開口。引腳2A 2D由導電性材料構成，是從未圖示的電源向LD陣列6供給電力的供電線。在引腳2A 2D與底座I之間形成了由玻璃等絕緣部件構成的密封部9A、D，通過該密封部9A、D，引腳2A 2D和底座I被電絕緣。這樣，在貫通了底座I的狀態(tài)下通過玻璃密封來絕緣固定引腳2A 2D。散熱器3由Cu、Fe等高熱傳導的金屬材料構成，是從所接觸的部件釋放熱的散熱部件，通過焊錫、銀焊料等而接合到底座I?；蛘?，通過冷鍛等方法而形成為與底座I 一體的構造。輔助裝配基板4是介于散熱器3與LD陣列6之間，由AlN、SiC等高熱傳導絕緣材料構成的絕緣基板。在散熱器3側的下表面以及LD陣列6側的上表面，形成了由Cu等高導電、高熱傳導并且剛性小的金屬材料構成的鍍敷層5A、5B、以及5C。輔助裝配基板4隔著鍍敷層5C通過錫焊等安裝固定到散熱器3。在將輔助裝配基板4通過錫焊安裝固定到散熱 器3的情況下，作為接合材料能夠使用AuSn焊錫。LD陣列6是由并列配置 布線的多個發(fā)射器(發(fā)光部)構成的半導體元件。LD陣列6在輔助裝配基板4側的下表面以及上表面具有電極，通過對該2個電極之間施加電流，從正面部6a射出激光。LD陣列6的下表面通過錫焊等而與輔助裝配基板4的鍍敷層5A接合，由此，LD陣列6的下表面的電極和鍍敷層5A電連接。在通過錫焊接合LD陣列6和鍍敷層5A的情況下，作為接合材料能夠使用AuSn焊錫。LD陣列6的上表面的電極與輔助裝配基板4的鍍敷層5B通過由多根金屬細線構成的導線布線7電連接。作為將電力供給到LD陣列6的供電層的鍍敷層5A的上表面兩端部通過帶狀布線8A以及8D而與引腳2A以及2D電接合。作為將電力供給到LD陣列6的供電層的鍍敷層5B的上表面兩端部通過帶狀布線SB以及SC而與引腳2B以及2C電接合。在圖I中，以使陽極(anode)位于下表面的方式配置的狀態(tài)、即以結朝下(junction-down)的方式安裝了 LD陣列6。因此,如果引腳2A 2D與未圖示的電源連接,貝Ij通過引腳2A以及2D —帶狀布線8A以及8D —鍍敷層5A — LD陣列6 —導線布線7 —鍍敷層5B —帶狀布線8B以及8C —引腳2B以及2C這樣的供電路徑流過電流。通過在LD陣列6中流過電流，在LD陣列6的內部并列配置 布線的各發(fā)射器中流過電流，所以各發(fā)射器振蕩并發(fā)光，從而從正面部6a射出激光。接下來，說明對LD陣列6起作用的應力。以下，通過使用了預先在鍍敷層5A之上以及鍍敷層5C利用蒸鍍而配置的AuSn焊錫的錫焊，進行LD陣列6與鍍敷層5A的接合、以及散熱器3與鍍敷層5C的接合。作為接合的順序，首先，在散熱器3之上以使鍍敷層5C與散熱器3相接的方式，配置輔助裝配基板4，進而，將LD陣列6配置到鍍敷層5A之上。之后，加熱至30(T40(TC而使AuSn焊錫溶融并冷卻，而使AuSn焊錫固化。這樣，接合散熱器3和鍍敷層5C以及LD陣列6和鍍敷層5A，散熱器3和輔助裝配基板4以及輔助裝配基板4和LD陣列6被接合。在上述那樣的加熱以及冷卻的工藝中，接合對象的零件成為大致同一溫度。但是，如果例如由GaAs構成LD陣列6，由SiC或者AlN構成輔助裝配基板4，由Cu構成鍍敷層5C以及散熱器3,則GaAs的線膨脹系數(shù)a是6. 6X 10_6[mm/ (mm K)],輔助裝配基板4的線膨脹系數(shù)3在AlN的情況下是4. 8X l(T6[mm/ (mm !()],在SiC的情況下是3. 7X l(T5[mm/(mm !()], Cu的線膨脹系數(shù)P是16. 7X l(T6[mm/ (mm *K)],所以在用于使AuSn焊錫溶融的加熱過程中，在LD陣列6、輔助裝配基板4、鍍敷層5C、以及散熱器3中，隨著溫度上升，產(chǎn)生與各材料的線膨脹系數(shù)對應的熱膨脹。另外，即使在用于使AuSn焊錫固化的冷卻過程中，在LD陣列6、輔助裝配基板4、鍍敷層5C、以及散熱器3中，也隨著溫度降低，產(chǎn)生與各材料的線膨脹系數(shù)對應的熱收縮。
關于LD陣列6和輔助裝配基板4，在冷卻過程中，在AuSn焊錫(共晶)的情況下，在達到了作為融點的280°C的時刻，焊錫固化而接合，但如果在接合了的狀態(tài)下從融點冷卻至室溫，則對LD陣列6造成與輔助裝配基板3和LD陣列6的熱收縮量的差異對應的應力。輔助裝配基板3和LD陣列6的熱收縮量的差異越大，對LD陣列6施加的應力越大，如果對LD陣列6施加的應力變大，則發(fā)生上述DLD或者由裂紋等發(fā)展，從而LD陣列6的驅動壽命降低。圖4是示出加熱以及冷卻過程中的散熱器3、輔助裝配基板4、鍍敷層5A、5C、以及LD陣列6的溫度變化所致的膨脹和收縮的示意圖。在圖4中，用虛線來表示加熱時的散熱器3a、輔助裝配基板4a、鍍敷層5Aa、5Ca、以及LD陣列6a的形狀，用實線來表示冷卻后的散熱器3b、輔助裝配基板4b、鍍敷層5Ab、5Cb、以及LD陣列6b的形狀。以下，將輔助裝配基板4與散熱器3的接合寬度尺寸設為A，將輔助裝配基板4與LD陣列6的接合寬度尺寸設為B0如圖4所示，各層由于溫度的變化而膨脹或者收縮，但由于散熱器3和鍍敷層5C都由Cu構成，所以不會產(chǎn)生收縮量的差。因此，關于輔助裝配基板4與鍍敷層5C之間的應力，能夠將鍍敷層5C的收縮視為與散熱器3的收縮同樣地考慮。另外，對于鍍敷層5A的收縮，例如，如果使輔助裝配基板4的厚度成為300 iim左右，使鍍敷層5A的厚度成為IOOiim以下左右，則由于相對于SiC的楊氏模量是440GPa (AlN是320GPa), Cu的楊氏模量成為1/3以下的130GPa，且相對SiC，Cu的剛性更小，所以鍍敷層5A針對對LD陣列6起作用的應力的影響變小，所以關于LD陣列6與輔助裝配基板4之間的應力，能夠忽略鍍敷層5A。冷卻過程中在AuSn焊錫的溫度下降至融點，AuSn焊錫固化了的時刻，在各零件中產(chǎn)生有熱膨脹，但焊錫剛剛還處于溶融狀態(tài)，所以不會從鄰接的零件受到壓力。但是，如果進一步進行冷卻而溫度從焊錫融點降低了 AT，則在散熱器3與輔助裝配基板4的接合部中，由Cu構成的散熱器3想要收縮PAAT的長度，相對于此，由AlN或者SiC構成的輔助裝配基板4想要收縮PA AT。散熱器3和輔助裝配基板4分別被接合約束，但由于P >3、并且散熱器3的厚度相對輔助裝配基板4的厚度充分大，所以輔助裝配基板4在與散熱器3的接合面中從散熱器3接受縮短寬度的朝向的應力，相比于輔助裝配基板4單體簡單收縮的情況，更大幅收縮變形。另一方面，LD陣列6的厚度一般是100 u m左右，并且作為主材料的GaAs的楊氏模量是83GPa左右而小于輔助裝配基板4的楊氏模量，所以在LD陣列6的接合面中輔助裝配基板4從LD陣列6不怎么受到熱收縮的影響。因此，輔助裝配基板4在與散熱器3的接合面中由于散熱器3的熱收縮的影響而產(chǎn)生最大的收縮變形，但在與LD陣列6的接合面中不怎么受到熱收縮的影響，所以散熱器3的熱收縮的影響隨著接近與LD陣列6的接合面而緩和，在與LD陣列6的接合面中收縮量成為最小。如果將輔助裝配基板4的與LD陣列6的接合面中的收縮量設為AX，則收縮量AX小于散熱器3單體的收縮量，大于輔助裝配基板4單體的收縮量，所以滿足3BAT〈AX〈PBAT的關系。另外，LD陣列6單體的收縮量a B A T也是P〈a〈p，所以滿足@ B AT〈 a B AT〈PB AT的關系。此處，收縮量A X越接近LD陣列的收縮量a B AT，由于LD陣列6與輔助裝配基板4等其他零件的熱膨脹的差異而對LD陣列6施加的應力越緩和。圖5、6是示出本發(fā)明的實施方式I中的關于激光模塊的輔助裝配基板4的接合寬度尺寸A、與使LD陣列6負擔的應力的平均值(LD負荷應力)的關系的計算結果的曲線圖。圖5示出輔助裝配基板4的厚度是300 ii m并且LD陣列6的寬度是2、4、6mm的情況。在圖5中，用三角形來表示LD陣列6的寬度是2_的情況的數(shù)據(jù)，用菱形來表示LD陣列6的寬度是4mm的情況的數(shù)據(jù)，用四角形來表示LD陣列6的寬度是6mm的情況的數(shù)據(jù)。另外，圖6示出LD陣列6的寬度是4mm并且輔助裝配基板4的厚度是200、300、400 u m的情況。在圖6中，用三角形來表示輔助裝配基板4的厚度是200 u m的情況的數(shù)據(jù)，用菱形來表示輔助裝配基板4的厚度是300 u m的情況的數(shù)據(jù)，用四角形來表示輔助裝配基板4的厚度是400 iim的情況的數(shù)據(jù)。另外，關于LD負荷應力的值，將LD陣列6的寬度是4_、輔助裝配基板4的厚度是300 u m、輔助裝配基板4的寬度是4mm的情況歸一化為I。
如果將輔助裝配基板4的接合寬度尺寸設為A，將LD陣列6的寬度尺寸設為B，則使LD陣列負擔的應力不依賴于LD陣列6的寬度以及輔助裝配基板4的厚度，在大致A=B時成為最小，在B = A ^ B+4mm的范圍內急劇上升，之后緩慢上升。此處，LD陣列6的收縮量以及輔助裝配基板4的收縮量都具有在寬度方向中央部是0,在寬度方向端部成為最大的分布。使LD陣列6負擔的應力依賴于輔助裝配基板4的收縮量與LD陣列6的收縮量之差，所以具有在LD陣列6的寬度方向中央部是0，在LD陣列6的寬度方向端部成為最大的分布。因此,如果在使LD陣列6負擔的應力成為最大的LD陣列6的寬度方向端部，能夠使LD陣列6的收縮量和輔助裝配基板4的收縮量成為接近的值，則能夠降低使LD陣列6負擔的應力，能夠確保LD陣列6的可靠性。為了在LD陣列6的寬度方向端部中，使LD陣列6的收縮量和輔助裝配基板4的收縮量成為接近的值，相比于LD陣列6的寬度尺寸B，輔助裝配基板4的接合寬度A的從LD陣列6的超出量即A — B的值占主導地位。因此，以使A — B的值成為規(guī)定值以下的方式，根據(jù)LD陣列6的寬度尺寸B決定輔助裝配基板的A的尺寸即可。另外，根據(jù)使LD陣列6負擔的應力，從LD陣列6輸出的激光的波長不同。因此，如果在使LD陣列6負擔的應力根據(jù)輔助裝配基板4的接合寬度A而線性地變化的范圍內決定輔助裝配基板4的接合寬度A，則得到能夠降低使LD陣列6負擔的應力，并且能夠將激光的波長調整為期望的波長這樣的效果。因此，關于輔助裝配基板4的接合寬度A，選定為B蘭A含B+4mm的范圍即可，8口，將LD陣列的寬度尺寸選定為下限，將能夠通過輔助裝配基板4的接合寬度A針對使LD陣列6負擔的應力進行線性近似的范圍選定為上限即可。輔助裝配基板4的線膨脹系數(shù)P小于LD陣列6的線膨脹系數(shù)a。因此，在冷卻過程中未考慮散熱器3的情況下，輔助裝配基板4的收縮量小于LD陣列6的收縮量，LD陣列6在與輔助裝配基板4的接合面中受到延長寬度那樣的應力。但是，在本實施方式中，將輔助裝配基板4配置到線膨脹系數(shù)大于該輔助裝配基板4的散熱器3之上，在冷卻過程中，輔助裝配基板4從散熱器3受到壓縮。因此，調整各零件的線膨脹系數(shù)以及輔助裝配基板4與散熱器3的接合寬度，使得從散熱器3受到壓縮的朝向的應力的基礎上的輔助裝配基板4的與LD陣列6的邊界面中的收縮量、和LD陣列6的與輔助裝配基板4的邊界面中的收縮量之差成為規(guī)定范圍即可。因此，通過使與散熱器3接合了的狀態(tài)下的輔助裝配基板4的線膨脹系數(shù)即“輔助裝配基板4的看作的線膨脹系數(shù)”成為與LD陣列6的線膨脹系數(shù)大致相同程度，即，使“輔助裝配基板4的看作的線膨脹系數(shù)”成為包括LD陣列6的線膨脹系數(shù)在內的規(guī)定的范圍內，能夠降低LD陣列6中產(chǎn)生的應力。此處，能夠通過根據(jù)構造解析求出對與散熱器3接合了的狀態(tài)下的輔助裝配基板4施加的變形量，來得到與散熱器3連接的狀態(tài)下的輔助裝配基板4的線膨脹系數(shù)即“輔助裝配基板4的看作的線膨脹系數(shù)”。接下來，使用圖7以及圖8，說明本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的LD陣列6中的電流的偏差。圖7是示出LD陣列6和鍍敷層5A、5B的電路結構的圖，圖8是示出本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的LD陣列6的發(fā)射器配置與施加電流的關系的曲線圖。以下，將圖8所示的最大與最小的發(fā)射器電流之差E稱為電流偏差。如果電流流入激光光源模塊100，則經(jīng)由帶狀布線8而從LD陣列6的兩側面向各發(fā)射器21進行供電。帶狀布線8A以及8D與鍍敷層5A的兩端部連接，另一方面，在帶狀布 線8A以及8D的連接部之間以一定間隔并列配置了 LD陣列6的各發(fā)射器，所以如圖7所示，在發(fā)射器21之間存在導體電阻22。由于該導體電阻22的影響，電流易于流入在接近帶狀布線8A以及8D的連接部的位置(LD陣列6的外側)配置的發(fā)射器21，但電流不易流入在遠離帶狀布線8A以及8D的連接部的位置(LD陣列6的內側)配置的發(fā)射器21。因此，以往的激光模塊在流入各發(fā)射器21的電流、以及根據(jù)電流而輸出的光的強度中發(fā)生偏差，向外側的發(fā)射器21流入過剩的電流，所以長期可靠性降低。相對于此，本實施方式的激光模塊通過調整鍍敷層5A以及5B的層厚來應對。圖9是示出在本發(fā)明的實施方式I中的激光模塊的LD陣列中，以200 y m間距配置了 15個發(fā)射器的情況下的、電流的偏差與鍍敷層5A以及5B的厚度的相關和鍍敷層5A的導體厚度尺寸與鍍敷層5A的表面粗糙度的相關的曲線圖。關于圖9的電流偏差的值，以鍍敷層5A、5B厚度是IOOiim的情況為I進行了歸一化。根據(jù)圖9可知，如果鍍敷層5A、5B的厚度成為30 um以下，則電流偏差急劇變大，所以能夠通過使鍍敷層5A、5B的厚度成為30 y m以上而將電流偏差抑制為低等級。其原因為，鍍敷層5A、5B的厚度增加對應于電連接發(fā)射器21之間的布線變粗，伴隨鍍敷層5A、5B的厚度增加，發(fā)射器21之間的導體電阻22減少，所以流入配置于外側的發(fā)射器21的電流與流入配置于內側的發(fā)射器21的電流的差異即電流偏差變小。另一方面，如果鍍敷層5A、5B的厚度成為IOOiim以上，則對LD陣列6施加的應力中的鍍敷層5A的影響變大，忽略了鍍敷層的上述討論變得不適合。因此，優(yōu)選將輔助裝配基板4之上的鍍敷層5A、5B的厚度C設定為成為30[iim] ^ C ^ 100[um]即可。另外，如圖9所示，通過使鍍敷層5A、5B的厚度成為IOym以上而能夠將電流偏差抑制為可實用的等級，所以至少將鍍敷層5A、5B的厚度C設定為成為10[iim] ^ C ^ 100 [ u m]即可。這樣，通過將鍍敷層5A、5B的層厚確保為不易發(fā)生電流偏差的厚度以上，能夠降低各發(fā)射器之間的導體電阻22，能夠得到無偏差的光輸出。另外，鍍敷是從基板面在厚度方向上使晶體生長的工藝，所以在面內的生長程度中存在偏差。通常，雖然通過添加劑等來抑制面內的偏差，但即使在該情況下，隨著鍍敷厚度變大，鍍敷表面的面粗糙度也變大。根據(jù)圖9可知，鍍敷層5A的表面粗糙度Ry (最薄部與最厚部之差)在使鍍敷層5A的厚度成為20 y m的情況下成為I y m左右，在使鍍敷層5A的厚度成為75iim的情況下成為3iim左右。已知如果由于安裝時的加重而在鍍敷層5A表面的凸部中使LD陣列6集中負擔應力，則由于發(fā)生缺陷而可靠性降低，并且由于應力所致的光學特性的變動而使偏振特性等激光性能劣化。一般，LD陣列6與輔助裝配基板4之間的焊錫層的厚度在LD安裝后是2 3 U m左右，所以優(yōu)選使鍍敷層5A的表面粗糙度成為大致2 ii m以下。根據(jù)圖9，通過使安裝LD陣列6的鍍敷層5A的厚度C成為10 y m以上50 y m以下，能夠將鍍敷層5A的表面粗糙度Ry抑制為2 y m以下，能夠構成不會損失偏振特性、可靠性，而減小了 LD陣列6的電流偏差的激光模塊。另外，雖然激光模塊100的制造成本增力口，但在鍍敷之后通過研磨等加工進行了減小面粗糙度的處理的情況下，不限于上述。另外，通過使鍍敷層5A的層厚厚至30 ii m以上，相對于CuW的楊氏模量是255GPa，Cu的楊氏模量的剛性小至1/2左右的130GPa，所以即使在由于熱膨脹、接合時的載荷等而對LD陣列6產(chǎn)生了負荷的情況下，鍍敷層5A作為干擾層發(fā)揮作用，能夠降低應力。如以上所述，本申請發(fā)明的實施方式I的激光模塊調整散熱器3與輔助裝配基板4的接合寬度尺寸A，而使由散熱器3、輔助裝配基板4、鍍敷層5A、5C構成的復合材料中的LD陣列6接合面的熱膨脹量與LD陣列6的熱膨脹量之差處于規(guī)定范圍內，即，使與散熱器 3連接了的狀態(tài)下的輔助裝配基板4的看作的線膨脹系數(shù)成為包括LD陣列6的線膨脹系數(shù)在內的規(guī)定的范圍內，所以能夠得到降低在LD陣列6的焊錫接合時以及LD陣列6的驅動時使LD陣列6負擔的應力，熱傳導性能良好的廉價的激光模塊。另外，通過在輔助裝配基板4之上設置厚度30 y m以上的鍍敷層5A、5B并用作供電導體，即使在供給大電流的情況下，也能夠減小供電導體中的LD陣列6的發(fā)射器21之間的電壓下降。結果，流入LD陣列6的各發(fā)射器21的電流量變得均勻，不會出現(xiàn)電流集中到一部分的發(fā)射器21而產(chǎn)生過剩的發(fā)光以及溫度上升的現(xiàn)象，長期壽命特性提高。另夕卜，相對于以往用作輔助裝配基板4的材料的CuW的體積電阻率是5.4[u Q cm]，在供電層中使用體積電阻率是CuW的大致1/3的1.7 [ii cm]的Cu，所以在同一構造下能夠將導體電阻所致的各發(fā)射器21之間的施加電流偏差抑制為大致1/3。由此，相比于以往的作為應力緩和構造并且供電導體，將CuW用作輔助裝配基板4的材料的情況，能夠抑制向外側的發(fā)射器21的電流集中而提高壽命。另外，在LD陣列6振蕩 發(fā)光時，不對發(fā)光作出貢獻的電力被消耗為熱，而LD陣列6是溫度越高，越容易促進內部缺陷的發(fā)展而壽命降低。通過將底座I熱學結合到冷卻器，在LD陣列6中發(fā)生的熱按照輔助裝配基盤4 —散熱器3 —底座I這樣的路徑被輸送到激光模塊100的外部,所以熱輸送路徑的熱電阻值大幅依賴于LD陣列6的溫度。在實施方式I的激光模塊中，代替熱傳導率是170 [Wm -K]左右的CuW，而使用熱傳導率是大致2. 3倍的398[Wm K]的Cu，所以相比于CuW的情況，導體部的熱電阻成為一半以下，能夠使LD陣列6的溫度成為低而適合的溫度范圍。因此，能夠提高LD陣列6的壽命。另外，在實施方式I記載的構造中，在輔助裝配基板4之上通過鍍敷使供電層成為一體結構，所以相比于在輔助裝配基板4之上安裝CuW基板的情況，能夠減少零件數(shù)量，能夠削減零件組裝成本。供電層也可以是并非鍍敷而通過AuSn焊錫等對板部件進行錫焊的結構。在該情況下，LD陣列6安裝面的板部件的面粗糙度不依賴于板部件的厚度，所以對于增大板部件的厚度所致的激光特性以及可靠性的降低，不需要考慮。另外，在實施方式I中，在輔助裝配基板4的上表面形成鍍敷層5A、5B，在下表面形成鍍敷層5C，但下表面的鍍敷層5C無需一定形成。
另外，在上述中說明了 LD陣列6的安裝方向是結朝下的情況，但即使在安裝方向是結朝上(junction-up)的情況下,僅使電流流過的朝向相逆,不會對結構以及效果造成影 響。
權利要求
1.一種激光模塊，其特征在于，具備 散熱器，對來自所接觸的部件的熱進行散熱； 輔助裝配基板，配置于所述散熱器之上，由絕緣材料構成； 供電層，配置于所述輔助裝配基板之上；以及 半導體激光器陣列，具有并列配置于所述供電層之上的多個發(fā)光部， 所述半導體激光器陣列的線膨脹系數(shù)大于所述輔助裝配基板的線膨脹系數(shù)，小于所述供電層以及所述散熱器的線膨脹系數(shù)， 與所述散熱器連接了的狀態(tài)下的所述輔助裝配基板的線膨脹系數(shù)成為包括所述半導體激光器陣列的線膨脹系數(shù)在內的規(guī)定的范圍內。
2.一種激光模塊，其特征在于，具備 散熱器，對來自所接觸的部件的熱進行散熱； 輔助裝配基板，配置于所述散熱器之上，由絕緣材料構成； 供電層，配置于所述輔助裝配基板之上；以及 半導體激光器陣列，具有并列配置于所述供電層之上的多個發(fā)光部， 所述半導體激光器陣列的線膨脹系數(shù)大于所述輔助裝配基板的線膨脹系數(shù)，小于所述供電層以及所述散熱器的線膨脹系數(shù)， 關于所述散熱器與所述輔助裝配基板的接合寬度，將所述半導體激光器陣列的寬度作為下限，將如下范圍作為上限能夠對向所述半導體激光器陣列起作用的應力與所述連接寬度的關系進行線性近似的范圍。
3.一種激光模塊，其特征在于，具備 散熱器，對來自所接觸的部件的熱進行散熱； 輔助裝配基板，配置于所述散熱器之上，由絕緣材料構成； 供電層，配置于所述輔助裝配基板之上；以及 半導體激光器陣列，具有并列配置于所述供電層之上的多個發(fā)光部， 所述輔助裝配基板的材料是AIN或者SiC， 所述散熱器的材料是Cu， 所述半導體激光器陣列的材料是GaAs， 所述供電層的材料是Cu， 如果將所述半導體激光器陣列的寬度尺寸設為B， 則所述輔助裝配基板的與所述散熱器的接合寬度尺寸A是B ^ B+4mm。
4.根據(jù)權利要求1 3中的任一項所述的激光模塊,其特征在于， 所述輔助裝配基板的材料是AIN或者SiC， 所述散熱器的材料是Cu， 所述半導體激光器陣列的材料是GaAs， 所述供電層的材料是Cu， 所述供電層的厚度是IOiim以上且IOOiim以下。
5.根據(jù)權利要求1 3中的任一項所述的激光模塊,其特征在于， 所述輔助裝配基板的材料是AIN或者SiC， 所述散熱器的材料是Cu，所述半導體激光器陣列的材料是GaAs，所述供電層的材料是Cu，所述供電層的厚度是30iim以上IOOiim以下。
6.根據(jù)權利要求1 3中的任一項所述的激光模塊,其特征在于，所述輔助裝配基板的材料是AIN或者SiC，所述散熱器的材料是Cu，所述半導體激光器陣列的材料是GaAs，所述供電層是通過鍍敷形成的Cu，所述供電層的厚度是10 y m以上且50 y m以下。
全文摘要
本發(fā)明得到能夠以低應力并且適合的溫度驅動LD陣列的廉價的模塊構造。具備散熱器(3)，對來自接觸的部件的熱進行散熱；輔助裝配基板(4)，配置于散熱器(3)之上，由絕緣材料構成；供電層(5A)，配置于輔助裝配基板(4)之上；以及半導體激光器陣列(6)，具有并列配置于供電層(5A)之上的多個發(fā)光部，其中，使輔助裝配基板(4)的線膨脹系數(shù)小于半導體激光器陣列(6)的線膨脹系數(shù)，與具有大于半導體激光器陣列(6)的線膨脹系數(shù)的散熱器(3)連接了的狀態(tài)下的輔助裝配基板(4)的線膨脹系數(shù)成為包括半導體激光器陣列(6)的線膨脹系數(shù)在內的規(guī)定的范圍內。
文檔編號H01S5/022GK102656758SQ20108005738
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者大江慎一, 山本修平, 柳澤隆行, 橫山彰, 玉谷基亮, 難波知世 申請人:三菱電機株式會社