專利名稱：激光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
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(shù)，已知使用在同一芯片內(nèi)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(jié)構(gòu)實質(zhì)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(qū)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(nèi)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(jié)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(qū)動的模塊構(gòu)造。作為解決這樣的問題的方法，提出了在LD陣列與冷卻構(gòu)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(nèi)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(gòu)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(gòu)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(nèi)的規(guī)定的范圍內(nèi)。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(gòu)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(guān)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?qū)ο蛩霭雽w激光器陣列起作用的應力與所述連接寬度的關(guān)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(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的側(cè)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(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)系以及鍍敷層的導體厚度尺寸與鍍敷表面粗糙度的關(guān)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(gòu)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(cè)面圖。另外，將從激光模塊100射出激光的一側(cè)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(gòu)成。底座I是由Fe等金屬材料構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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?；蛘撸ㄟ^冷鍛等方法而形成為與底座I 一體的構(gòu)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(gòu)成的絕緣基板。在散熱器3側(cè)的下表面以及LD陣列6側(cè)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(gòu)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(gòu)成的半導體元件。LD陣列6在輔助裝配基板4側(cè)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(gòu)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(jié)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(nèi)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(gòu)成LD陣列6，由SiC或者AlN構(gòu)成輔助裝配基板4，由Cu構(gòu)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(guān)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(qū)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(shè)為A，將輔助裝配基板4與LD陣列6的接合寬度尺寸設(shè)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(gòu)成，所以不會產(chǎn)生收縮量的差。因此，關(guān)于輔助裝配基板4與鍍敷層5C之間的應力，能夠?qū)㈠兎髮?C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(guān)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(gòu)成的散熱器3想要收縮PAAT的長度，相對于此，由AlN或者SiC構(gòu)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(shè)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)系的計算結(jié)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(guān)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(shè)為A，將LD陣列6的寬度尺寸設(shè)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(nèi)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(nèi)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?qū)⒓す獾牟ㄩL調(diào)整為期望的波長這樣的效果。因此，關(guān)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(diào)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(chǔ)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(nèi)的規(guī)定的范圍內(nèi)，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(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(cè)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(cè))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(nèi)側(cè))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(cè)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(diào)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(guān)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(guān)的曲線圖。關(guān)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(cè)的發(fā)射器21的電流與流入配置于內(nèi)側(cè)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(shè)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?qū)㈦娏髌钜种茷榭蓪嵱玫牡燃?，所以至少將鍍敷?A、5B的厚度C設(shè)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(nèi)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(nèi)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?qū)㈠兎髮?A的表面粗糙度Ry抑制為2 y m以下，能夠構(gòu)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(diào)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(gòu)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(nèi)，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(nèi)的規(guī)定的范圍內(nèi)，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(qū)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(shè)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(jié)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(gòu)造下能夠?qū)w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(gòu)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(cè)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(nèi)部缺陷的發(fā)展而壽命降低。通過將底座I熱學結(jié)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(gòu)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。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(jié)朝下的情況，但即使在安裝方向是結(jié)朝上(junction-up)的情況下,僅使電流流過的朝向相逆,不會對結(jié)構(gòu)以及效果造成影 響。
權(quán)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(gòu)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(nèi)的規(guī)定的范圍內(nèi)。
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(gòu)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(guān)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?qū)ο蛩霭雽w激光器陣列起作用的應力與所述連接寬度的關(guān)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(gòu)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(shè)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(quán)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(quán)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(quán)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(qū)動LD陣列的廉價的模塊構(gòu)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(gòu)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(nèi)的規(guī)定的范圍內(nèi)。
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(quán)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